碳酸鈣形態(tài)對(duì)卷煙紙透氣性能和凝灰性能的影響

雀 靜 魯紅昌 劉 明 范 敏 宋云杉 張永鑫 李冬雪 許 康

（云南紅塔藍(lán)鷹紙業(yè)有限公司，云南建水，654300）

輕質(zhì)碳酸鈣是卷煙紙的重要填料，約占卷煙紙總質(zhì)量的30%～40%，碳酸鈣的形態(tài)和質(zhì)量直接影響卷煙紙質(zhì)量。目前，國(guó)內(nèi)卷煙紙生產(chǎn)使用的碳酸鈣晶體形狀主要為紡錘體，對(duì)其他形態(tài)的碳酸鈣研究相對(duì)較少。球狀、橢圓狀和花瓣?duì)钐妓徕}可在碳酸鈣碳化加工過(guò)程中通過(guò)調(diào)整生產(chǎn)工藝和參數(shù)制備得到。卷煙產(chǎn)品多元化和多功能化，對(duì)卷煙紙的性能也提出了較高要求，通過(guò)研究不同形態(tài)碳酸鈣對(duì)卷煙留著率、透氣度及卷煙凝灰性能的影響進(jìn)而優(yōu)化卷煙紙質(zhì)量，對(duì)國(guó)產(chǎn)卷煙品牌提質(zhì)升級(jí)具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)原料與儀器

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

北木牌漂白針葉木漿（以下簡(jiǎn)稱“針葉木漿”）；鸚鵡牌漂白闊葉木漿（以下簡(jiǎn)稱“闊葉木漿”）；橢圓狀輕質(zhì)碳酸鈣、球狀輕質(zhì)碳酸鈣、花瓣?duì)钶p質(zhì)碳酸鈣、紡錘體狀輕質(zhì)碳酸鈣由彌勒甸溪鈣業(yè)有限公司提供；宏仕德牌檸檬酸鉀；質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%非離子瓜爾膠；云煙（珍品）卷煙煙絲。

1.2 主要儀器

23L實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)Vally打漿機(jī)；OMEC LS-POP（9）型激光粒度分析儀；水果榨汁機(jī)；XWY-V1型光學(xué)纖維鏡；掃描電子顯微鏡（SEM）；手工卷煙器。

2 實(shí)驗(yàn)方案

2.1 漂白木漿的處理

取200 g（絕干漿）針葉木漿加入Vally打漿機(jī)中，加水到規(guī)定液位進(jìn)行打漿，打漿機(jī)負(fù)重3 kg，打漿時(shí)間90 min，最終打漿度控制在80～90°SR；闊葉木漿不打漿，測(cè)量水分后直接用于抄片。

2.2 抄片和施膠

取0.7 g紙漿（絕干質(zhì)量，針葉木漿∶闊葉木漿（質(zhì)量比）=2.5∶1）和不同形態(tài)輕質(zhì)碳酸鈣混合抄造，抄片時(shí)加入非離子瓜爾膠增強(qiáng)碳酸鈣和細(xì)小纖維的留著，制備得到不同形態(tài)輕質(zhì)碳酸鈣抄片，定量35 g/m2。

模擬車間機(jī)內(nèi)浸透涂布施膠的方式，將不同形態(tài)輕質(zhì)碳酸鈣抄片裁剪成長(zhǎng)26.2 mm×寬55 mm規(guī)格，在燒杯內(nèi)配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%的檸檬酸鉀溶液。把裁剪好的不同形態(tài)輕質(zhì)碳酸鈣抄片在檸檬酸鉀溶液中浸泡5 s后取出，用抄紙機(jī)干燥部加壓干燥5 min。將施膠后含有橢圓狀輕質(zhì)碳酸鈣、球狀輕質(zhì)碳酸鈣、紡錘體狀輕質(zhì)碳酸鈣、花瓣?duì)钶p質(zhì)碳酸鈣的紙樣分別命名為1#卷煙紙、2#卷煙紙、3#卷煙紙、4#卷煙紙。

2.3 手工卷煙和燃燒驗(yàn)證

通過(guò)手工卷煙器用卷煙紙卷制手工煙，每個(gè)規(guī)格各卷3支，通過(guò)直立燃燒對(duì)比卷煙的凝灰效果，對(duì)比時(shí)應(yīng)篩選卷煙長(zhǎng)短、直徑接近的一組，減少實(shí)驗(yàn)誤差。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同形態(tài)碳酸鈣形貌和粒徑分布

圖1為不同形態(tài)輕質(zhì)碳酸鈣的SEM圖及粒徑分布圖。從圖1可以看出，橢圓狀和球狀輕質(zhì)碳酸鈣的形狀較為接近，橢圓狀輕質(zhì)碳酸鈣絮聚較為明顯，紡錘體狀和花瓣?duì)钶p質(zhì)碳酸鈣形狀較為接近，但花瓣?duì)钶p質(zhì)碳酸鈣形狀更為規(guī)則。

表1為不同形態(tài)輕質(zhì)碳酸鈣粒徑分布情況。觀察表1和圖1可以看出，4種不同形態(tài)輕質(zhì)碳酸鈣的粒徑分布均較為集中，主要集中在1.839～4.101μm，說(shuō)明不同形態(tài)碳酸鈣分布均較為均勻；4種不同形態(tài)輕質(zhì)碳酸鈣的中位粒徑（D50）分別為2.740、2.853、3.120、3.074μm，D50最大的紡錘體狀輕質(zhì)碳酸鈣和D50最小的橢圓狀輕質(zhì)碳酸鈣相差0.38μm，表示4種輕質(zhì)碳酸鈣的粒徑較為接近。

圖1 不同形態(tài)輕質(zhì)碳酸鈣的SEM圖及粒徑分布圖Fig.1 SEM images and particle size distribution of different forms of light calcium carbonate

表1 不同形態(tài)輕質(zhì)碳酸鈣粒徑分布情況Table 1 Particle size distribution of different forms of light calcium carbonate

3.2 不同形態(tài)碳酸鈣抄片實(shí)驗(yàn)

表2為不同形態(tài)輕質(zhì)碳酸鈣卷煙紙組成及性能。從表2可以看出，針葉木漿和闊葉木漿與不同形態(tài)輕質(zhì)碳酸鈣混合抄片，填料留著率差異不明顯，球狀輕質(zhì)碳酸鈣和橢圓狀輕質(zhì)碳酸鈣的留著率較高，其中球狀輕質(zhì)碳酸鈣留著率最高，為60.6%；紡錘狀輕質(zhì)碳酸鈣和花瓣?duì)钶p質(zhì)碳酸鈣留著率較低，花瓣?duì)钭畹?，?5.5%；從透氣度表現(xiàn)來(lái)看，在定量和灰分差異不明顯的情況下，橢圓狀輕質(zhì)碳酸鈣和球狀輕質(zhì)碳酸鈣卷煙紙明顯低于紡錘狀輕質(zhì)碳酸鈣和花瓣?duì)钶p質(zhì)碳酸鈣卷煙紙，橢圓狀輕質(zhì)碳酸鈣卷煙紙透氣度最低為64.38 CU，紡錘狀輕質(zhì)碳酸鈣卷煙紙透氣度最高為138.21 CU。

表2 不同形態(tài)輕質(zhì)碳酸鈣卷煙紙組成及性能Table 2 Composition and performance of different forms of light calcium carbonate

通過(guò)上述分析可知，橢圓狀輕質(zhì)碳酸鈣和球狀輕質(zhì)碳酸鈣形狀較規(guī)則，在和植物纖維結(jié)合的過(guò)程中能均勻分布在纖維表面和孔隙中，從而整體降低了卷煙紙的透氣性能；橢圓狀輕質(zhì)碳酸鈣和球狀輕質(zhì)碳酸鈣更容易絮聚于纖維表面并相互吸附，所以橢圓狀輕質(zhì)碳酸鈣和球狀輕質(zhì)碳酸鈣留著率均高于紡錘狀輕質(zhì)碳酸鈣和花瓣?duì)钶p質(zhì)碳酸鈣。

3.3 不同形態(tài)碳酸鈣凝灰性能比較

（1）不同形態(tài)碳酸鈣凝灰效果對(duì)比

使用制備的1#卷煙紙～4#卷煙紙和云煙（珍品）品牌煙絲卷制煙支，分別對(duì)比煙絲開(kāi)始燃燒、燃燒1/3、燃燒2/3和燃燒結(jié)束4個(gè)時(shí)段的卷煙凝灰性能，結(jié)果如表3所示。

根據(jù)煙支燃燒狀態(tài)，從卷煙碳化線均勻性、碳化線細(xì)度、灰塊厚實(shí)情況、掉灰現(xiàn)象綜合評(píng)價(jià)卷煙凝灰性能，結(jié)果如表4所示。

通過(guò)表3和表4可以看出，煙支燃燒過(guò)程中，4個(gè)煙支樣品均保持完整，未發(fā)生斷裂現(xiàn)象。1#卷煙紙制備的煙支和2#卷煙紙制備的煙支在燃燒過(guò)程中未發(fā)生紙灰掉落現(xiàn)象，3#卷煙紙制備的煙支和4#卷煙紙制備的煙支均出現(xiàn)煙灰掉落現(xiàn)象，4#卷煙紙制備的煙支掉落最多。4個(gè)樣品碳化線均較黑，燃燒均勻性差異不明顯。綜合卷煙灰色、灰塊掉落情況、卷煙裂紋等，含有橢圓狀輕質(zhì)碳酸鈣的1#卷煙紙制備的煙支凝灰效果最好，灰塊緊密厚實(shí)，含有花瓣?duì)钶p質(zhì)碳酸鈣的4#卷煙紙制備的煙支凝灰效果最差，灰塊炸裂較多；含有橢圓狀輕質(zhì)碳酸鈣和球狀輕質(zhì)碳酸鈣的卷煙紙制備的煙支凝灰效果總體優(yōu)于紡錘狀和花瓣?duì)钶p質(zhì)碳酸鈣。

表3 不同卷煙紙制備煙支燃燒凝灰效果圖Table 3 Different cigarette paper making cigarette burning ash effect diagram

表4 卷煙凝灰性能評(píng)價(jià)Table 4 Evaluation of cigarette ash coagulation performance

4 結(jié)論

本研究主要對(duì)橢圓狀、球狀、紡錘體狀和花瓣?duì)钶p質(zhì)碳酸鈣的表面形貌、粒徑進(jìn)行分析，并將其添加到卷煙紙中，主要探討了卷煙紙的透氣性能和凝灰性能。

4.1 與紡錘體狀和花瓣?duì)钕啾?，橢圓狀和球狀輕質(zhì)碳酸鈣粒徑范圍集中，在紙張上分布均勻，能有效填充纖維間孔隙，留著率較高，更容易吸附植物纖維，其中橢圓狀碳酸鈣性能最好。

4.2 紙張定量和灰分接近時(shí)，含有橢圓狀和球狀輕質(zhì)碳酸鈣的卷煙紙透氣度明顯低于含有紡錘體狀和花瓣?duì)钶p質(zhì)碳酸鈣，其中含有紡錘體狀輕質(zhì)碳酸鈣的卷煙紙透氣性能最好。

4.3 定量、灰分接近，工藝相同時(shí)，含有橢圓狀和球狀輕質(zhì)碳酸鈣的卷煙紙?jiān)谌紵^(guò)程中，灰塊厚實(shí)、掉灰較少、灰色較白，凝灰性能較好，其中橢圓狀碳酸鈣性能最好。

4.4 在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中，可根據(jù)卷煙紙性能要求選擇不同形態(tài)的輕質(zhì)碳酸鈣，對(duì)卷煙凝灰性能要求較高時(shí)選擇橢圓狀或球狀輕質(zhì)碳酸鈣，對(duì)卷煙紙透氣性能要求較高時(shí)，選擇紡錘體狀和花瓣?duì)钶p質(zhì)碳酸鈣。