煙草薄片漿料處理工藝研究進(jìn)展

叢 珊，李新生

（上海煙草集團(tuán)太倉(cāng)海煙煙草薄片有限公司，江蘇太倉(cāng) 215433）

1 煙草薄片概述

煙草薄片是利用煙草加工過(guò)程中產(chǎn)生的煙梗、煙末等煙草廢料通過(guò)一定的加工工藝生產(chǎn)的再造煙葉[1]。造紙法所生產(chǎn)的煙草薄片具有密度小、填充值大、機(jī)械性能好、焦油低等優(yōu)點(diǎn)，是目前煙草薄片的主要生產(chǎn)技術(shù)[2]。上海煙草、湖北煙草、云南煙草等中煙公司都有造紙法煙草薄片配套生產(chǎn)企業(yè)，所生產(chǎn)的煙草薄片按照適當(dāng)比例添加至各卷煙配方中使用。

“三分抄造，七分打漿”，合適的打漿方式可以確保漿料的均勻性，進(jìn)而保證抄造的穩(wěn)定性并滿足紙張的各項(xiàng)物理指標(biāo)。傳統(tǒng)意義上的打漿，是利用機(jī)械作用處理懸浮于水中的纖維原料，使纖維受到剪切力、摩擦力等，使纖維被切斷或分絲帚化，從而使纖維原料達(dá)到生產(chǎn)所要求的特征[3-4]。由于煙草薄片的原料較為特殊，煙梗漿纖維微觀組分呈細(xì)長(zhǎng)帶狀，壁薄，胞腔徑大，具有典型的草類(lèi)原料纖維特征；煙末為非纖維細(xì)胞組分，微觀形態(tài)粗短，且雜細(xì)胞含量高，經(jīng)過(guò)輕微打漿易形成碎片，微觀形態(tài)見(jiàn)圖1[5-7]。不管是煙梗還是煙末，都不可能通過(guò)打漿實(shí)現(xiàn)分絲帚化[8]，故打漿方式上也就存在了眾多不同的工藝，是分打還是混打，是高濃還是低濃，各個(gè)薄片企業(yè)都在尋找適合自己的最佳流程。

圖1 煙梗（左）、煙末（右）的光學(xué)顯微鏡圖（×40倍）

煙草薄片對(duì)抗張強(qiáng)度的要求不高，只要能夠滿足基本的抄造強(qiáng)度即可，過(guò)高的抗張強(qiáng)度反而會(huì)影響卷煙廠的切絲穩(wěn)定性。煙草薄片對(duì)于松厚度和滲透性的要求更高，好的松厚度確保可溶物有效回涂到基片中，避免白芯、發(fā)粘等不良后果的產(chǎn)生。為保障煙草薄片良好的物理特性，煙梗和煙片都需要被均勻有效地進(jìn)行打漿處理。

本文對(duì)不同的打漿理念和方式進(jìn)行了提煉和匯總，為各薄片企業(yè)探尋最適合自身的打漿方式提供借鑒和參考。

2 煙草薄片漿料處理工藝介紹

煙草薄片的主要纖維構(gòu)成有3部分:煙梗、煙片（末）和外加纖維，打漿方式也根據(jù)這3部分的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有所不同。如果將薄片比作鋼筋混凝土樓板，那么煙片漿則是混凝土結(jié)構(gòu)，主要起填充作用；外加纖維和煙梗漿則是鋼筋結(jié)構(gòu)，主要起支撐作用。鑒于煙梗纖維數(shù)量較少，且自身結(jié)構(gòu)挺硬，不能單獨(dú)保證薄片穩(wěn)定抄造的強(qiáng)度，故需要補(bǔ)充一定的外加纖維予以支撐，具體打漿工藝后續(xù)一一介紹。

2.1 高濃打漿工藝

高濃打漿的漿濃為質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%～25%，一般為煙梗和煙片混合打漿，主要依靠物料間的相互搓揉和擠壓實(shí)現(xiàn)纖維的切斷和分絲，高濃打漿工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 高濃打漿工藝流程

由于高濃打漿作用時(shí)間短，物料混合均勻性較低且物料形態(tài)差異顯著，煙片比煙梗更容易達(dá)到成漿狀態(tài)，若要保證漿料的勻度，需要提高打漿級(jí)數(shù)。肖選虎等人研究表明，四級(jí)高濃打漿方式對(duì)應(yīng)的纖維處理效果較好，可用于抄造的長(zhǎng)纖維最多，漿料均勻性較好[9]。高濃打漿需要特別關(guān)注漿料的輸送與喂料穩(wěn)定性，以此確保漿料過(guò)程質(zhì)量均勻性。

2.2 低濃打漿工藝

低濃打漿的漿濃范圍一般為質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%～6%，采用低濃打漿工藝的薄片企業(yè)較多，且具體形式多樣，下面進(jìn)行逐一介紹。

2.2.1 全混合低濃打漿工藝

在萃取工序之前設(shè)置有大型高濃水力碎漿機(jī)，煙梗、煙片和外加纖維按照配方比例加入，同步進(jìn)行萃取和低濃打漿，此方法的優(yōu)勢(shì)在于煙草物料和外加纖維可以進(jìn)行充分的攪拌和混合，且因?yàn)橥饧永w維的混入，物料之間的纏繞和交織效果提高，萃取后物料的擠干效果良好，有利于提高可溶物與不可溶物的分離效果，不足之處在于，混合物料的種類(lèi)較多，打漿難易程度不等，即煙末的打漿難度小于煙梗，煙梗的打漿難度小于外加纖維。由于外加纖維尺寸要明顯小于煙草纖維，若磨漿間隙過(guò)小，則可能導(dǎo)致煙漿處理強(qiáng)度過(guò)大，打漿度偏高；若磨漿間隙過(guò)大，煙草漿料處理效果良好，則外加纖維的分絲效果較差，后續(xù)存在“云彩花”的風(fēng)險(xiǎn)。全混合低濃打漿工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 全混合低濃打漿工藝流程

綜合以上優(yōu)劣，全混合打漿有利于物料的充分混合與流送，但需要盡可能選擇短纖維進(jìn)行摻配，如闊葉木纖維相比針葉木更加合適，分布勻度更好。

2.2.2 煙漿混合低濃打漿工藝

該打漿方式將物料分為煙草漿和非煙草漿，并分別進(jìn)行處理。對(duì)于煙草漿料，采用低濃“多級(jí)柔打”的理念，輕進(jìn)刀，多循環(huán)，通過(guò)磨盤(pán)的磨齒對(duì)煙草物料進(jìn)行反復(fù)搓打和撞擊，盡量在保證纖維長(zhǎng)度的前提下，實(shí)現(xiàn)漿料的打細(xì)和打勻。煙漿混合低濃打漿工藝流程見(jiàn)圖4。

圖4 煙漿混合低濃打漿工藝流程

宋成劍等人專(zhuān)門(mén)針對(duì)高濃和低濃打漿的效果進(jìn)行了系統(tǒng)比較，研究結(jié)果表明，相比傳統(tǒng)高濃打漿工藝，“多級(jí)柔打”的低濃打漿工藝?yán)w維長(zhǎng)度提高了10.8%，寬度下降了17.8%，粗度降低了9.5%，漿料和基片勻度得到明顯改善[10]。

與此同時(shí)，外加纖維單獨(dú)處理，可以選擇更側(cè)重疏解效果的錐形磨漿機(jī)，對(duì)外加纖維進(jìn)行循環(huán)式游離打漿，一方面促使外加纖維分絲帚化，提高纖維交織強(qiáng)度和交織勻度，避免過(guò)多“云彩花”的產(chǎn)生；同時(shí)打漿度不能過(guò)高，以免濾水困難對(duì)抄造產(chǎn)生負(fù)面影響，具體外加纖維種類(lèi)和打漿強(qiáng)度，還要依據(jù)具體薄片產(chǎn)品進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。該打漿方式的優(yōu)勢(shì)在于可以針對(duì)煙草物料和外加纖維特點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)處理，纖維處理勻度和功能性更加契合；缺點(diǎn)在于配漿比例的穩(wěn)定性高度依賴(lài)流量計(jì)和濃度計(jì)的準(zhǔn)確性，對(duì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的要求更高。

由于外加纖維可單獨(dú)打漿處理，故其種類(lèi)和添加比例也會(huì)對(duì)整體的漿料特性產(chǎn)生顯著影響。李龍等人研究了不同外加纖維種類(lèi)和配比對(duì)煙草薄片松厚度的影響規(guī)律。結(jié)果表明，相比針葉木，闊葉木纖維的分布均勻性更好，基片的纖維交織和填充效果更好，有利于在保障打漿過(guò)程質(zhì)量的前提下，整體改善纖維的分布勻度和穩(wěn)定性；隨著闊葉木纖維含量的增加，基片絮團(tuán)指數(shù)下降4.5%，松厚度提升4.7%，扭結(jié)指數(shù)提升11%，柔軟性提升16.7%，基片綜合物理性質(zhì)得到顯著提升[11]。

2.2.3 全分開(kāi)低濃打漿工藝

本打漿工藝對(duì)煙梗、煙片和外加纖分別單獨(dú)處理，包括單獨(dú)萃取和單獨(dú)打漿。優(yōu)點(diǎn)是煙梗萃取液和煙末萃取液可以根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏和產(chǎn)品品質(zhì)需求靈活進(jìn)行調(diào)整，且可分別按照物料的形態(tài)特點(diǎn)設(shè)計(jì)打漿磨盤(pán)、制定打漿參數(shù)和過(guò)程質(zhì)量指標(biāo)，對(duì)各類(lèi)物料進(jìn)行定制化處理；缺點(diǎn)是設(shè)備投入與能耗較高，配漿穩(wěn)定性對(duì)計(jì)量?jī)x器的精度要求很高。全分開(kāi)低濃打漿工藝流程見(jiàn)圖5。

圖5 全分開(kāi)低濃打漿工藝流程

2.3 高低濃結(jié)合打漿工藝

郝明顯和許江虹等人在總結(jié)了造紙法再造煙葉原料特點(diǎn)和現(xiàn)有制漿技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種多級(jí)高濃制漿與循環(huán)低濃打漿相結(jié)合的漿料制備技術(shù)，并在現(xiàn)有生產(chǎn)線基礎(chǔ)上進(jìn)行了技改和連續(xù)生產(chǎn)（高低濃結(jié)合打漿工藝流程見(jiàn)圖6）；提取后煙梗和碎片調(diào)節(jié)濃度至質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%～25%后進(jìn)入四級(jí)串聯(lián)高濃制漿至打漿度（18±2）°SR，外加纖維水力碎漿后調(diào)節(jié)濃度至質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%～8%后進(jìn)入二級(jí)低濃磨漿至（18±2）°SR，不同原料所得粗漿按照配方比例混配均勻后稀釋濃度至質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%～8%進(jìn)入低濃磨循環(huán)打漿至打漿度（30±2）°SR，濕重 3.5 g；該方法有效結(jié)合了高濃對(duì)纖維的搓揉和低濃對(duì)纖維的剪切處理作用，漿料勻度較好，但整套打漿設(shè)備能耗較高，仍有進(jìn)一步優(yōu)化的空間[12-13]。

圖6 高低濃結(jié)合打漿工藝流程

2.4 煙梗預(yù)處理——解纖工藝

2.4.1 磨盤(pán)式解纖工藝

由于煙梗和煙末的外觀形態(tài)差別較大，不管是分開(kāi)打漿還是混合打漿，煙梗都不適合直接進(jìn)入磨機(jī)，所以必要的“預(yù)處理”非常關(guān)鍵，即解纖工藝[14]。幾乎所有的薄片廠都會(huì)在預(yù)萃或洗梗之后，設(shè)計(jì)有煙梗解纖工序，若煙梗在預(yù)萃過(guò)程中添加了其他過(guò)程助劑，建議在解纖前增加擠干設(shè)備；若無(wú)，則建議在解纖后增加擠干設(shè)備，以此保障固液分離效果。盤(pán)磨式解纖的原理和打漿類(lèi)似，但磨盤(pán)齒形以疏解為主，即通過(guò)物料垂直方向的機(jī)械擠壓力實(shí)現(xiàn)煙梗的搓揉和細(xì)化，解纖濃度一般為質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%～25%，該類(lèi)解纖機(jī)的解纖效果取決于磨盤(pán)間隙，通過(guò)控制解纖電流控制不同的解纖效果。

朱紅琴等人研究了盤(pán)磨解纖對(duì)造紙法再造煙葉基片吸收性的影響，結(jié)果表明，煙梗打漿度的提高主要來(lái)自于長(zhǎng)纖維被切斷，而并非來(lái)自纖維表面的分絲帚化。隨著煙梗打漿度的提高，再造煙葉的基片強(qiáng)度提高，但是吸收性能下降。煙梗打漿度為18°SR，造紙法再造煙葉的各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)[15]。

曾健等對(duì)煙梗纖維成紙性能進(jìn)行了綜合研究和分析，明確隨著打漿度的提高，打漿破壞了煙梗纖維的細(xì)胞壁，使纖維分絲細(xì)化，打漿后期纖維變短，分絲程度增加，增加了結(jié)合面積，從而使松厚度迅速下降；透氣度方面，未打漿的煙梗纖維挺硬，制成薄片紙基時(shí)纖維與纖維之間的結(jié)合沒(méi)有那么緊密，纖維與纖維之間存在大量的空隙，使空氣易于通過(guò)，隨著打漿度提高，薄片紙基的松厚度下降，緊度上升，透氣度下降[16]。

2.4.2 嚙齒型解纖工藝

嚙齒型磨盤(pán)由原來(lái)相互作用的豎直方向的間隙增加了水平方向的間隙，不僅使纖維漿料在解纖和磨漿過(guò)程中磨齒與漿料相互作用得到加強(qiáng)，而且增加了水平方向的解纖作用，有效接觸長(zhǎng)度的增加，減少了相互作用過(guò)程中纖維長(zhǎng)度的切斷，有利于纖維長(zhǎng)度的保留，磨盤(pán)齒形原理對(duì)照?qǐng)D見(jiàn)圖7。

圖7 磨盤(pán)齒形原理對(duì)照?qǐng)D

高大磊等人研究結(jié)果表明，相比傳統(tǒng)的解纖磨盤(pán)，嚙齒型磨盤(pán)可以實(shí)現(xiàn)較少的纖維切斷、較小的纖維粗度和寬度，較長(zhǎng)的纖維長(zhǎng)度，得到的纖維更易于破碎分散和分絲細(xì)化，進(jìn)而使得解纖纖維漿料打漿度提高，濕重降低[17-18]。

嚙齒型盤(pán)磨的適用漿濃范圍是質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%～35%，解纖效果更均勻，但對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的同心度要求也更高，一旦主軸存在振動(dòng)偏差大或安裝不到位的情況，磨齒極易受到劇烈磨損，設(shè)備壽命顯著降低，解纖效果大打折扣，采用嚙齒型磨盤(pán)的磨機(jī)實(shí)物圖見(jiàn)圖8。

圖8 采用嚙齒型磨盤(pán)的磨機(jī)實(shí)物圖

3 結(jié)語(yǔ)

漿料的種類(lèi)不同，其處理方式也是多元化的，濃度可以不同、流程可以不同、預(yù)處理方式可以不同，但是漿料的處理效果和預(yù)期是一致的。不管是煙梗、煙末還是外加纖維，都需要首先保證其處理勻度，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)產(chǎn)品的共性或個(gè)性需求，對(duì)整體漿料處理工藝進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)。煙草薄片，擔(dān)負(fù)著卷煙降焦減害的重要使命，現(xiàn)有的漿料處理工藝主要以機(jī)械法為主，只能從纖維形態(tài)方面對(duì)薄片的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行介入和調(diào)節(jié)，未來(lái)可進(jìn)一步考慮從化學(xué)法、生物法等方面，加強(qiáng)對(duì)煙草漿料成分的指向化處理，進(jìn)一步提高對(duì)漿料內(nèi)在品質(zhì)的調(diào)控能力，助力煙草薄片的多元化應(yīng)用與推廣。