新型齒磨盤(pán)解纖煙草薄片漿料的打漿工藝探究

張夏明 李友明 宋成劍 雷龍 朱小林

摘 要：針對(duì)煙草薄片漿料的特殊性，研究了新型齒磨盤(pán)解纖煙草薄片漿料的打漿性能。研究表明，經(jīng)新型齒磨盤(pán)解纖的煙草漿，呈現(xiàn)易打漿狀態(tài)，在漿濃為8.0%、PFI磨打漿轉(zhuǎn)數(shù)為1200 r時(shí)，打漿度可達(dá)到70°SR，濕重為1.3 g。漿料在勻度方面有了極大改善，纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例分布呈兩端小中間大的趨勢(shì)，近似正態(tài)分布。打漿轉(zhuǎn)數(shù)的增加對(duì)纖維長(zhǎng)度和寬度的影響均較小，纖維粗度呈顯著下降。隨著打漿度的提高，煙草薄片的裂斷長(zhǎng)則是快速上升到一定數(shù)值后下降;松厚度和透氣度均呈不斷下降趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞： 打漿度;濕重;煙草薄片;PFI打漿;纖維篩分

中圖分類號(hào)：TS4;TS734+.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2019.01.007

目前我國(guó)是最大的煙草生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)[1]。在煙草生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的煙梗、煙末等“廢料”的數(shù)量龐大[2-3]。煙草薄片（又稱再造煙葉）以廢棄的煙梗、煙末為原料，借鑒制漿造紙技術(shù)，經(jīng)過(guò)制漿、打漿和抄造、浸涂等過(guò)程制成，研究者發(fā)現(xiàn)煙草薄片不僅最大程度利用了煙草原料廢料，其理化特性與煙葉接近甚至優(yōu)于天然煙葉，因此煙草薄片逐步開(kāi)始作為煙葉配方原料或填充料使用，并大規(guī)模地應(yīng)用到煙草工業(yè)[4-5]。

煙草薄片的發(fā)展經(jīng)歷了輥壓法、稠漿法、造紙法三個(gè)階段，與輥壓法和稠漿法薄片相比，造紙法煙草薄片具有填充性能好、焦油釋放量低等優(yōu)點(diǎn)[2]。造紙法需要先對(duì)煙梗、煙末進(jìn)行解纖處理，再進(jìn)行打漿。解纖處理可避免打漿不均勻，同時(shí)降低打漿能耗。當(dāng)煙梗經(jīng)過(guò)高濃盤(pán)磨機(jī)解纖后，由于煙梗原料顆粒較大，呈疏松狀，為了使纖維吸水潤(rùn)脹和細(xì)纖維化，一般對(duì)其進(jìn)行打漿[6-7]。影響造紙法煙草薄片物理性能的最根本因素是打漿工藝，打漿效果的好壞關(guān)乎纖維漿料抄造煙草薄片的質(zhì)量。

高大磊等人[8]對(duì)高濃盤(pán)磨機(jī)的磨盤(pán)齒型進(jìn)行了改進(jìn)，將傳統(tǒng)的平行齒型改進(jìn)為交錯(cuò)齒型，如圖1所示。由圖1可知，煙梗漿料在新型齒間解纖過(guò)程中，由于漿料在水平方向間隙作用的時(shí)間相對(duì)傳統(tǒng)的作用時(shí)間更長(zhǎng)，使其解纖作用更加充分。新型齒磨盤(pán)間距在1 mm附近使得煙梗漿料獲得最優(yōu)效果。本實(shí)驗(yàn)探究采用新型齒磨盤(pán)解纖煙草漿的PFI磨打漿性能，在不同濃度和不同打漿轉(zhuǎn)數(shù)下進(jìn)行打漿實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而研究煙草原料經(jīng)過(guò)這種新型齒磨盤(pán)解纖后漿料的打漿效果。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

煙梗、煙末和煙屑，由上海某煙草公司提供。

1.2 ?設(shè)備和儀器

MorFi纖維分析儀，法國(guó)產(chǎn);2500-II高濃盤(pán)磨機(jī)，日本產(chǎn);Bauer-McNett 203C纖維篩分儀，美國(guó)產(chǎn);YQ-Z-13 打漿度測(cè)定儀及濕重框架，國(guó)產(chǎn);Mark Ⅵ型PFI磨漿機(jī)，挪威產(chǎn);MESSMER 255紙頁(yè)抄片機(jī)，美國(guó)產(chǎn);FRANK 81502型臥式濕抗張強(qiáng)度測(cè)試儀，法國(guó)產(chǎn);L&W 250厚度儀、L&W 166透氣度儀，瑞典產(chǎn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 煙梗原料的處理

稱取一定量的煙梗原料于密封袋中，溫度70℃，液比1∶3，浸泡一定時(shí)間后，使用新型齒高濃盤(pán)磨機(jī)對(duì)其進(jìn)行解纖。

1.3.2 漿料制備

將解纖后的煙梗漿料（絕干）和煙屑煙末（絕干）按照一定比例分別配制成3.0%、5.5%、8.0%、10.0%、12.0%漿濃，并分別設(shè)置PFI磨轉(zhuǎn)數(shù)為600、900、1200、1500、1800和2100 r，將準(zhǔn)備好的煙草漿依次進(jìn)行不同轉(zhuǎn)數(shù)的打漿。分別檢測(cè)煙草漿的打漿度和濕重以及進(jìn)行纖維形態(tài)分析和纖維篩分實(shí)驗(yàn)。

1.3.3 抄造煙草薄片

抄造定量為56 g/m2的煙草薄片，分別測(cè)定其物理性能。

2 結(jié)果和討論

2.1 打漿對(duì)煙草漿打漿度和濕重的影響

圖2所示為漿濃對(duì)煙草漿打漿度的影響。由圖2可以看出，煙草漿的打漿度隨漿濃的提高呈先上升后下降的趨勢(shì)，漿濃為5.5%時(shí)，打漿度達(dá)最大值。表明煙草漿在中低濃打漿時(shí)可快速達(dá)到打漿效果。而當(dāng)漿濃進(jìn)一步提高至8.0%、10.0%、12.0%時(shí)，煙草漿打漿度出現(xiàn)下降，這可能是由于漿濃的提高影響了煙末漿的組織潤(rùn)脹，且煙末纖維長(zhǎng)度較短，其纖維長(zhǎng)度的變化對(duì)打漿度影響較小，因而當(dāng)漿濃提高時(shí)煙草漿整體打漿度下降。金嵐峰等人[9]在研究造紙法煙草薄片原料的打漿性能時(shí)，也得出了漿濃提高時(shí)，煙梗漿打漿度變化不大，而煙末漿打漿度下降的結(jié)論。隨打漿轉(zhuǎn)數(shù)升高，漿料打漿度整體呈上升趨勢(shì)，但打漿轉(zhuǎn)數(shù)2100 r時(shí)，漿濃10.0%和12.0%的煙草漿打漿度出現(xiàn)明顯下降。這可能是由于煙草漿本身特性，纖維細(xì)胞粉碎瓦解造成的。

漿濃對(duì)煙草漿纖維濕重的影響見(jiàn)圖3。由圖3可以看出，漿濃較低時(shí)，不同轉(zhuǎn)數(shù)下煙草漿濕重變化不明顯。漿濃較高時(shí)，低轉(zhuǎn)速下纖維濕重較大，但當(dāng)打漿轉(zhuǎn)數(shù)升至1800、2100 r時(shí)，纖維濕重下降明顯。表明較高的漿濃在低轉(zhuǎn)數(shù)下對(duì)煙草漿有明顯的保護(hù)作用，有利于保證纖維長(zhǎng)度，提高煙草漿品質(zhì)。這也說(shuō)明新型齒專用解纖磨盤(pán)的解纖效果是沿著煙梗的莖稈方向?qū)煿＿M(jìn)行剝離纖維，解纖效果明顯。由數(shù)據(jù)分析可知，在打漿過(guò)程中，既要考慮煙草漿的濾水性能又要保證一定的機(jī)械強(qiáng)度，即在漿濃為8.0%，打漿轉(zhuǎn)數(shù)為1200 r時(shí)，煙草漿的打漿度和纖維濕重均達(dá)到較好的狀態(tài)，此時(shí)，煙草漿打漿度為68°SR，濕重1.3 g。

2.2 打漿對(duì)煙草漿纖維篩分的影響

圖4所示為打漿轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)煙草漿纖維篩分的影響。由圖4可知，打漿轉(zhuǎn)數(shù)較低時(shí)（600 r），煙草漿纖維的長(zhǎng)度分布主要集中在R30和R50之間，分別占比52%和22%，呈現(xiàn)兩頭小中間大。隨著打漿轉(zhuǎn)數(shù)的提升，磨齒對(duì)煙草漿纖維的切斷作用加大，使得纖維被切斷，R30組分煙草漿纖維占比急劇下降，在打漿轉(zhuǎn)數(shù)為2100 r時(shí)，R30組分煙草漿所占比例下降了30個(gè)百分點(diǎn);R50組分和R100組分的煙草漿占比逐漸增多，與打漿轉(zhuǎn)數(shù)600 r相比，打漿轉(zhuǎn)數(shù)2100 r時(shí)煙草漿占比分別增加了10個(gè)百分點(diǎn)和20個(gè)百分點(diǎn);而R16、R200和P200組分的纖維占比均小于10%。

圖5所示為漿濃對(duì)煙草漿纖維篩分的影響。由圖5可知，煙草漿纖維的分布均呈現(xiàn)兩頭小中間大，主要分布在R30、R50和R100上。R30組分煙草漿纖維占比隨著漿濃上升呈增多的趨勢(shì)，說(shuō)明經(jīng)過(guò)新型齒磨盤(pán)解纖后的煙草漿在打漿時(shí)，可以有效地減少纖維被過(guò)度打漿的可能;而R50組分的煙草漿纖維占比變化較小，認(rèn)為漿濃對(duì)煙草漿纖維粒徑在270～550 μm 的占比影響較小，纖維占比均在30%左右;R100組分纖維占比隨漿濃的增加而逐漸減少，當(dāng)漿濃由3.0%增加至5.5%后，纖維占比由32%降到22%，增大漿濃可以減少煙草漿中細(xì)小纖維的含量，繼續(xù)提高漿濃，R100組分纖維占比均無(wú)較大變化。

分析可知，新型齒磨盤(pán)解纖對(duì)煙草原料有優(yōu)良的解纖效果，交錯(cuò)齒的使用使煙草漿在磨盤(pán)間的作用得到極大的增加，使煙梗漿在磨齒間的長(zhǎng)度上更加完整存在，不易被切斷，并且有效地保護(hù)煙草漿在打漿后有更好的纖維長(zhǎng)度。與傳統(tǒng)方式解纖后進(jìn)行打漿的煙草漿分布呈中間少兩頭多相比[10]，新型齒磨盤(pán)解纖后的漿料在改變漿料勻度方面有了極大改善，在各個(gè)粒度范圍的分配比例得當(dāng)，相對(duì)集中，呈兩頭小中間大的趨勢(shì)，近似正態(tài)分布。

2.3 打漿對(duì)煙草漿纖維形態(tài)的影響

由2.1節(jié)、2.2節(jié)的分析可知，經(jīng)新型齒磨盤(pán)解纖的煙草漿其適宜的漿濃為8.0%，此濃度下煙草漿的打漿效果良好。較高的漿濃一方面可以保證纖維的長(zhǎng)度免受過(guò)度切短，另一方面可以降低打漿能耗[11]。以下分析中未作說(shuō)明的漿濃均為8.0%。

纖維的長(zhǎng)度和寬度是評(píng)價(jià)漿料質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)。由于數(shù)量平均纖維長(zhǎng)度受短纖維的影響較大，因此纖維的平均長(zhǎng)度一般采用質(zhì)量平均長(zhǎng)度來(lái)表示，從而避免短纖維的影響。打漿對(duì)煙草漿纖維形態(tài)的影響結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，隨著打漿轉(zhuǎn)數(shù)提高，漿料的纖維長(zhǎng)度總體上是呈變短的趨勢(shì)，但下降幅度較小，長(zhǎng)度范圍在0.392～0.444 mm之間。在打漿過(guò)程中，纖維長(zhǎng)度的下降是由于磨齒對(duì)纖維的切斷作用和纖維間的摩擦作用;漿料纖維的平均寬度則隨著轉(zhuǎn)數(shù)增加而逐漸下降，其寬度范圍在46.1～49.8 μm之間，纖維的吸水潤(rùn)脹、細(xì)纖維化、壓潰和揉搓等作用都會(huì)造成纖維寬度變化[12]。打漿轉(zhuǎn)數(shù)的增加對(duì)纖維長(zhǎng)度和寬度的影響均較小，說(shuō)明經(jīng)過(guò)新型齒磨盤(pán)解纖的煙草漿打漿后漿料具有穩(wěn)定性。

打漿后煙草漿的纖維粗度顯著下降，隨著打漿程度的加深，煙草漿纖維粗度由4.565 mg/m下降至1.420 mg/m。纖維粗度大，有助于提高紙張的松厚度，由于煙草薄片需要較高的松厚度，因此煙草漿不能過(guò)度打漿，不宜選取較高的打漿轉(zhuǎn)數(shù);纖維的扭結(jié)是由于纖維細(xì)胞壁破裂而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)折，纖維的扭結(jié)會(huì)在一定程度上削弱紙張的物理強(qiáng)度。由數(shù)據(jù)分析可知，隨打漿轉(zhuǎn)數(shù)的增加，纖維的扭結(jié)率呈逐漸上升趨勢(shì)，但幅度較小，其范圍為14.9%～16.8% ;漿料的卷曲率則無(wú)明顯變化，均在12%左右。

2.4 打漿對(duì)煙草薄片物理性能的影響

打漿與紙張質(zhì)量存在密切的關(guān)系，裂斷長(zhǎng)是反映紙張承受抗張強(qiáng)度的指標(biāo)。打漿轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)煙草薄片裂斷長(zhǎng)的影響見(jiàn)圖6。由圖6可以看出，隨著打漿轉(zhuǎn)數(shù)的增加，煙草薄片的裂斷長(zhǎng)先快速上升后迅速下降。影響煙草薄片裂斷長(zhǎng)的因素主要是纖維結(jié)合力和纖維平均長(zhǎng)度。當(dāng)打漿轉(zhuǎn)數(shù)由600 r提高到1200 r時(shí)，磨齒對(duì)纖維的切斷作用較小，纖維結(jié)合力的增加是裂斷長(zhǎng)快速上升的主要因素，裂斷長(zhǎng)由0.65 km增大到最大值0.81 km，增加了0.16 km。繼續(xù)增加打漿轉(zhuǎn)數(shù)，磨齒對(duì)纖維的剪切作用增強(qiáng)，纖維的平均長(zhǎng)度下降導(dǎo)致裂斷長(zhǎng)迅速下降。

煙草薄片的透氣度和松厚度是影響卷煙燃燒性能的重要因素[13]。打漿轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)煙草薄片透氣度和松厚度的影響見(jiàn)圖7。由圖7可知，松厚度隨打漿轉(zhuǎn)數(shù)的提升而不斷下降。較高的打漿程度會(huì)導(dǎo)致纖維之間的氫鍵連接增多，成紙緊密，松厚度下降。隨著打漿轉(zhuǎn)數(shù)的提高，透氣度則先急劇下降后趨于平穩(wěn)。隨著打漿度的增加，漿料纖維之間的結(jié)合力顯著增強(qiáng)，打漿轉(zhuǎn)數(shù)高于1200 r時(shí)，漿料纖維細(xì)纖維化程度較高，纖維之間的結(jié)合高度緊密，故透氣度下降緩慢。

3 結(jié) 論

對(duì)經(jīng)過(guò)新型齒磨盤(pán)解纖的煙草漿進(jìn)行了PFI磨打漿實(shí)驗(yàn)，研究了不同漿濃、打漿轉(zhuǎn)數(shù)下，煙草漿的打漿度、纖維形態(tài)和煙草薄片的物理性能。

3.1 漿濃為8.0%、打漿轉(zhuǎn)數(shù)為1200 r時(shí)，煙草漿的打漿度和纖維濕重均達(dá)到較好的狀態(tài)，打漿度為70°SR，濕重1.3 g。

3.2 打漿轉(zhuǎn)數(shù)的增加對(duì)纖維長(zhǎng)度和寬度的影響均較小，說(shuō)明經(jīng)過(guò)新型齒磨盤(pán)解纖的煙草漿打漿后煙草漿具有穩(wěn)定性;隨著打漿度的增加，煙草漿的纖維粗度顯著下降。

3.3 打漿轉(zhuǎn)數(shù)1200 r時(shí)，煙草薄片裂斷長(zhǎng)有最大值0.81 km;隨著打漿轉(zhuǎn)數(shù)的增加，煙草薄片松厚度呈下降趨勢(shì)，透氣度則先下降，然后在1200 r后逐漸穩(wěn)定。

參 考 文 獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：馬 忻）