膠乳涂布對(duì)煙梗漿與麻漿配抄濾嘴棒用紙性能的影響

殷沛沛， 劉瑩瑩， 趙夢(mèng)醒， 杜 宏， 王 成， 夏明鳳， 銀玲玉， 劉洪斌， 周桂園

（1.云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心， 昆明 650106； 2.天津市制漿造紙重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，生物源纖維制造技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 天津科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院， 天津 300457）

卷煙濾嘴棒材料種類(lèi)繁多， 已經(jīng)報(bào)道的濾嘴棒添加劑主要有活性炭類(lèi)、天然材料類(lèi)、礦物材料類(lèi)、生物材料類(lèi)、聚合物類(lèi)等[1]。 紙質(zhì)濾材以其良好的復(fù)合效果也得到了研究和應(yīng)用。 紙質(zhì)復(fù)合濾嘴棒通常以木漿纖維為原材料，具有成本低的優(yōu)點(diǎn)，還有較強(qiáng)的去除焦油和尼古丁的能力， 而且材料本身安全健康、降解性能好[2]。 然而，由于紙質(zhì)濾材材質(zhì)較軟、受潮后易軟化等缺點(diǎn)影響了卷煙的吸食體驗(yàn)[3-4]。

造紙法生產(chǎn)的濾嘴棒用紙作為一種新型的紙質(zhì)復(fù)合材料，不僅保留了傳統(tǒng)紙質(zhì)濾材的優(yōu)點(diǎn)[5]，而且由于其原料及加工工藝特點(diǎn)， 相比于常規(guī)木質(zhì)纖維制得的紙質(zhì)濾材， 其在提高卷煙抽吸品質(zhì)方面具有明顯的優(yōu)越性[6-8]。 但是，造紙法生產(chǎn)的濾嘴棒用紙存在強(qiáng)度差、伸長(zhǎng)率低等問(wèn)題，限制了其在不同品類(lèi)卷煙產(chǎn)品及加熱不燃燒卷煙中的應(yīng)用[9-11]。

本文針對(duì)造紙法生產(chǎn)煙梗漿與麻漿配抄濾嘴棒用紙， 開(kāi)展了對(duì)濾嘴棒用紙強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率調(diào)控技術(shù)的研究，考察膠乳涂布量對(duì)濾嘴棒用紙性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

煙梗漿，云南中煙再造煙葉有限公司；馬尼拉麻漿漿板，山東龍德復(fù)合材料科技股份有限公司。兩種漿料的打漿度、保水值、灰分等性能指標(biāo)見(jiàn)表1。 改性膠乳固含量為50%，pH=5.5， 粒徑為150 nm，黏度＜300 Pa·s。

表1 原料的基本性能

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

BAO-150A 型烘箱，施都凱儀器設(shè)備（上海）有限公司；2505 型瓦利打漿機(jī)，日本KRK 公司；TDL-60C 型高速離心機(jī)， 上海安亭科學(xué)儀器廠；VF 型馬弗爐， 英國(guó)Vecsta 公司；ESTANIT 型打漿度儀、066型抗張強(qiáng)度儀、Micrometer 251 型厚度儀、166 型透氣度儀，瑞典L&W 公司；CCCP 型吸水性能測(cè)定儀，德國(guó)Macrepackar 公司；SU1510 型掃描電子顯微鏡，日本日立株式會(huì)社；FDA-0813 型動(dòng)態(tài)紙頁(yè)成型器，法國(guó)Techpap 公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

采用麻漿與煙梗漿進(jìn)行復(fù)配， 煙梗漿比例為10%和30%，片基的定量控制在（38±2）g/m2，在動(dòng)態(tài)紙頁(yè)成型器上抄片， 其中助劑陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（CPAM）的添加量為0.5%。

將干燥后的紙頁(yè)在溫度為（23±1）℃、相對(duì)濕度為（50±2）%的條件下處理一定時(shí)間，稱其質(zhì)量。 然后，在涂布機(jī)上進(jìn)行涂布，通過(guò)控制涂布液的滴加量獲得不同涂布量的濾嘴棒用紙。 將紙頁(yè)放到恒溫恒濕條件下再次進(jìn)行平衡， 最后根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)方法分別測(cè)定紙頁(yè)的定量、厚度、抗張指數(shù)、伸長(zhǎng)率等性能指標(biāo)。

2 結(jié)果與討論

2.1 膠乳涂布量對(duì)濾嘴棒用紙松厚度的影響

圖1為膠乳涂布量對(duì)濾嘴棒用紙松厚度的影響。 由圖1 可以看出：隨著涂布量的增加，兩種配比所得濾嘴棒用紙的松厚度均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。 這主要是因?yàn)殡S著膠乳涂布量的增加，紙張的緊度增加，故松厚度不斷下降。 對(duì)于煙梗漿配比為10%的濾嘴棒用紙，未涂布時(shí)濾嘴棒用紙的松厚度為2.56 cm3/g；當(dāng)涂布量為10 g/m2時(shí)， 濾嘴棒用紙的松厚度為2.5 cm3/g，比未涂布時(shí)下降了2.3%。 對(duì)于煙梗漿配比為30%的濾嘴棒用紙，未涂布時(shí)濾嘴棒用紙的松厚度為2.86 cm3/g；當(dāng)涂布量為10 g/m2時(shí)，濾嘴棒用紙的松厚度為2.7 cm3/g， 比未涂布時(shí)下降了5.6%。由此可見(jiàn)，煙梗漿配比為30%的濾嘴棒用紙經(jīng)過(guò)涂布后的松厚度下降程度更大。

圖1 涂布量對(duì)濾嘴棒用紙松厚度的影響

2.2 膠乳涂布量對(duì)濾嘴棒用紙強(qiáng)度的影響

抗張指數(shù)是指單位寬度、 單位定量樣品的抗張力， 表示紙的抗張性能。 圖2 為膠乳涂布量對(duì)濾嘴棒用紙抗張指數(shù)的影響。 由圖2 可以看出： 隨著膠乳涂布量的增加， 兩種配比所得濾嘴棒用紙的抗張指數(shù)均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。 這可能是因?yàn)榧垙埍砻嫘纬梢粚油繉樱?增加了材料的韌性和強(qiáng)度。 對(duì)于煙梗漿配比為10%的濾嘴棒用紙， 當(dāng)涂布量為10 g/m2時(shí)，濾嘴棒用紙的抗張指數(shù)為54.89 N·m/g，比未涂布時(shí)增加了7.6%。 另外，對(duì)于煙梗漿配比為30%的濾嘴棒用紙，當(dāng)涂布量為10 g/m2時(shí)，濾嘴棒用紙的抗張指數(shù)為45.11 N·m/g，比未涂布時(shí)增加了66.3%。可見(jiàn)，煙梗漿配比為30%的濾嘴棒用紙經(jīng)涂布后抗張強(qiáng)度提高程度更大。

圖2 涂布量對(duì)濾嘴棒用紙抗張指數(shù)的影響

2.3 膠乳涂布量對(duì)濾嘴棒用紙伸長(zhǎng)率的影響

伸長(zhǎng)率是指紙或紙板試樣因承受拉力而變形伸長(zhǎng)，當(dāng)試樣裂斷時(shí)即伸長(zhǎng)達(dá)到極限時(shí)，其伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度與試樣原長(zhǎng)度的百分比值。 伸長(zhǎng)率可以反映紙張的堅(jiān)韌性能， 是濾嘴棒用紙的重要性能指標(biāo)。 由圖3可以看出：隨著膠乳涂布量的增加，兩種配比所得濾嘴棒用紙的伸長(zhǎng)率均呈現(xiàn)明顯增加的趨勢(shì)。 對(duì)于煙梗漿配比為10%的濾嘴棒用紙， 未涂布時(shí)濾嘴棒用紙的伸長(zhǎng)率為4%；當(dāng)涂布量為10 g/m2時(shí)，濾嘴棒用紙的伸長(zhǎng)率為9.88%。 對(duì)于煙梗漿配比為30%的濾嘴棒用紙， 未涂布時(shí)濾嘴棒用紙的伸長(zhǎng)率為4%；當(dāng)涂布量為10 g/m2時(shí)，濾嘴棒用紙的伸長(zhǎng)率為9.08%。 可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)膠乳涂布之后，濾嘴棒用紙具有較好的彈性性能，伸長(zhǎng)率有很大幅度的提升。

圖3 涂布量對(duì)濾嘴棒用紙伸長(zhǎng)率的影響

2.4 膠乳涂布量對(duì)濾嘴棒用紙其他性能的影響

表2和表3 為膠乳涂布量對(duì)濾嘴棒用紙其他物理指標(biāo)的影響。 由表2 可以看出： 對(duì)于煙梗漿配比為10%的濾嘴棒用紙， 隨著不同涂布量的增加，濾嘴棒用紙的透氣度呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)， 這可能是因?yàn)槟z乳涂層使濾嘴棒用紙的緊度增加所導(dǎo)致。 此外，由于濾嘴棒用紙緊度的增加， 降低了材料的吸水性能，使其吸收性能下降。 同樣的，對(duì)于煙梗漿配比為30%的濾嘴棒用紙， 其各個(gè)指標(biāo)隨著涂布量的增加也呈現(xiàn)出相似的變化規(guī)律。

表2 涂布量對(duì)濾嘴棒用紙其他物理指標(biāo)的影響（煙梗漿配比為10%）

表3 涂布量對(duì)濾嘴棒用紙其他物理指標(biāo)的影響（煙梗漿配比為30%）

2.5 涂布前后濾嘴棒用紙的電鏡分析

圖4為不同涂布量時(shí)濾嘴棒用紙的SEM 圖。由圖4 可以看出：未涂布時(shí)，紙中的纖維交織在一起；涂布之后，在纖維表面形成一層膜。因此，濾嘴棒用紙伸長(zhǎng)率的增加可能主要來(lái)源于涂層膜狀結(jié)構(gòu)的形成。

圖4 濾嘴棒用紙?jiān)诓煌坎剂肯碌腟EM 圖

3 結(jié)論

本文采用動(dòng)態(tài)紙頁(yè)成型器抄造濾嘴棒用紙，研究了膠乳涂布量對(duì)其物理指標(biāo)的影響，得到以下結(jié)論：

（1）隨著膠乳涂布量的增加，兩種配比濾嘴棒用紙的松厚度均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)， 抗張指數(shù)和伸長(zhǎng)率均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。 因此， 膠乳涂布有助于濾嘴棒用紙強(qiáng)度和彈性性能的提升。

（2）當(dāng)煙梗漿配比為10%、涂布量為10 g/m2時(shí)，濾嘴棒用紙的定量為46.30 g/m2，厚度為116 μm，抗張指數(shù)為54.89 N·m/g，伸長(zhǎng)率為9.88%。 當(dāng)煙梗漿配比為30%、涂布量為10 g/m2時(shí)，濾嘴棒用紙的定量為45.44 g/m2， 厚度為120 μm， 抗張指數(shù)為45.11 N·m/g，伸長(zhǎng)率為9.08%。 因此，煙梗漿配比為10%的濾嘴棒用紙經(jīng)過(guò)膠乳涂布后具有較好的強(qiáng)度和拉伸性能。