抄造工藝條件對再造煙葉基片柔軟度的影響

袁廣翔，李曉平，盛世杰，張合川，朱亞峰*，周 艷，陸苗苗，蔣同康，劉玉坤，竇昆鵬，莊海濤，俞 京，梁瑞海

1. 江蘇鑫源煙草薄片有限公司，江蘇省淮安市清江浦區(qū)浦發(fā)大道66 號 223002

2. 江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，南京市建鄴區(qū)興隆大街29 號 210011

再造煙葉因其具有提高煙草原料利用率和降焦減害等方面的作用［1-2］，在卷煙中有著廣泛的應(yīng)用。在再造煙葉的諸多物理特性中，柔軟度直接影響了再造煙葉產(chǎn)品的填充值、手感舒適性及打包性能，同時也與再造煙葉在卷煙制絲過程中的應(yīng)用效果密切相關(guān)。國標(biāo)中規(guī)定了紙張柔軟度檢測方法，即在標(biāo)準(zhǔn)條件下，將一定寬度和長度的試樣用一板狀測頭壓入狹縫中一定深度時，檢測得到試樣所受的力即為柔軟度，柔軟度值越小表明試樣越柔軟［3］。柔軟度值較高的再造煙葉產(chǎn)品會增加切片機(jī)和切絲機(jī)刀頭磨損程度，還會引起切絲跑片、造碎以及煙絲摻配均勻性下降等質(zhì)量問題［4-5］，從而影響了卷煙企業(yè)的原料利用率和生產(chǎn)效率。一些學(xué)者也在探索通過物理、化學(xué)、生物等技術(shù)改善再造煙葉的柔軟度［6-8］。再造煙葉產(chǎn)品的物理性能很大程度上受其基片的影響，在再造煙葉行業(yè)，對改善基片物理性能的研究主要集中在提升松厚度上［9-16］，而對于改善柔軟度的研究卻鮮有報(bào)道。因此，對煙草漿、外加纖維、碳酸鈣和瓜爾膠添加工藝影響再造煙葉基片柔軟度的規(guī)律進(jìn)行研究，并與其對再造煙葉基片松厚度的影響進(jìn)行比較，旨在為提升再造煙葉產(chǎn)品的適用性提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

煙草漿（江蘇鑫源煙草薄片有限公司）；本色針葉木漿（智利Arauco 公司）；漂白闊葉木漿（巴西Fibria Celulose SA 公司）；漂白針葉木漿（加拿大Domtar公司）；亞麻漿（西班牙CELTA公司）；輕質(zhì)碳酸鈣（四川益幫科技有限公司）；瓜爾膠（昆山京昆油田化學(xué)科技開發(fā)公司）。

ML204 電子天平（感量0.000 1 g，瑞士Metteler Toledo 公司）；FD115 烘箱（德國Binder 公司）；XQSM30 離心脫水機(jī)（青島海爾電器有限公司）；P95568 漿料疏解器、M-PTB508A PFI 磨、P95587 打漿度測定儀、P95854.2A 快速凱賽法抄片器（奧地利PTI 公司）；F16502 厚度儀（德國FRANK 公司）；PN-RT1000柔軟度儀（杭州品享科技有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 PFI磨打漿

取自生產(chǎn)線的打漿前煙草漿經(jīng)固液分離后按照GB/T 29285—2012［17］方法進(jìn)行疏解，以1 400 r/min轉(zhuǎn)速離心甩干5 min，用封口袋密封后置于冰箱（4 ℃）內(nèi)保存12 h 以平衡水分，之后按照GB/T 5399—2004［18］的方法檢測其絕干物質(zhì)含量（質(zhì)量濃度）。外加纖維采用相同的方法進(jìn)行疏解并甩干、平衡，檢測其絕干物質(zhì)含量。

根據(jù)測得煙草漿或外加纖維的絕干物質(zhì)含量，用清水稀釋漿料為300 g，10%質(zhì)量濃度，按照GB/T 29287—2012［19］的方法進(jìn)行打漿，磨齒間距為1 mm，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)數(shù)得到不同打漿度的漿料。

將打好的煙草漿離心甩干，平衡水分后檢測其絕干物質(zhì)含量，并采用GB/T 3332—2004［20］的方法測定打漿度和濕重。

1.2.2 基片抄造

經(jīng)過PFI 磨打漿分別得到一定打漿度的煙草漿和外加纖維，再將一定配比（絕干質(zhì)量比例，下同）的煙草漿、外加纖維以及碳酸鈣配制成混合漿料，每張基片使用絕干質(zhì)量為2 g的漿料，疏解之后調(diào)節(jié)到0.2%質(zhì)量濃度，再添加相對絕干漿質(zhì)量一定比例的瓜爾膠以提高碳酸鈣等細(xì)小組分的留著效果，用快速凱賽法抄片器抄造出基片。按照GB/T 16447—2004［21］的要求平衡基片水分之后，檢測其定量、柔軟度和松厚度等物理指標(biāo)。具體基片抄造實(shí)驗(yàn)方案如表1所示。

表1 基片抄造方案Tab.1 Paper-making parameters of the base sheet

1.2.3 基片物理性能的測定

試樣的定量、厚度分別按照GB/T 451.2—2002［22］和GB/T 451.3—2002［23］的方法進(jìn)行測試。松厚度按式（1）計(jì)算得出：

式中：B為試樣松厚度（cm3/g）；T為單張?jiān)嚇雍穸龋╟m）；g為試樣定量（g/m2）。

按照GB/T 8942—2016［3］的方法測試柔軟度。

2 結(jié)果與討論

2.1 煙草漿對再造煙葉基片柔軟度的影響

2.1.1 煙草漿中煙末漿占比

煙草漿是用于抄造再造煙葉基片的主體原料，一般由煙梗漿以及由煙碎片、煙末等制成的煙末漿組成［24］。采用不同絕干質(zhì)量比例的煙末漿和煙梗漿（表1中實(shí)驗(yàn)方案1）配制成煙草漿后抄造基片，檢測得到基片的松厚度和柔軟度值如圖1所示。

圖1 煙末漿添加比例對再造煙葉基片松厚度和柔軟度值的影響Fig.1 Effects of addition rate of tobacco powder pulp on bulk thickness and softness of reconstituted tobacco base sheet material

基片松厚度主要受纖維之間的結(jié)合力影響，纖維之間結(jié)合力越大，基片越緊密，松厚度也越低。細(xì)小的煙末纖維本身結(jié)合力較差，同時還會影響外加纖維之間的結(jié)合，因此隨著煙末漿在煙草漿中的占比由10%提升到90%，基片松厚度由1.983 cm3/g 逐漸提高到2.125 cm3/g，上升幅度達(dá)7.16%。

基片柔軟度主要受兩方面因素的影響，一是纖維之間的結(jié)合力，纖維結(jié)合力高，基片便會偏硬；二是纖維本身的特性，纖維細(xì)胞壁厚，結(jié)構(gòu)完整緊致，也會影響基片的柔軟度。由圖1 可知，隨著煙末漿在煙草漿中的占比從10%提升到90%，基片纖維間結(jié)合力減弱，另一方面煙末漿纖維本身比煙梗纖維更加細(xì)小柔軟，因此，基片柔軟度值從613.3 mN 下降到237.1 mN，降幅達(dá)61.34%。

2.1.2 煙草漿打漿度

采用不同打漿度的煙草漿（表1 中實(shí)驗(yàn)方案2）抄造基片，檢測得到基片的松厚度和柔軟度值如圖2所示。由圖2可知，隨著煙草漿打漿度由23°SR提升到71°SR，再造煙葉基片松厚度由2.059 cm3/g 下降到1.444 cm3/g，降幅達(dá)29.87%。同時基片柔軟度值由468.8 mN上升到588.3 mN，增幅達(dá)25.49%。這是由于經(jīng)過打漿過程中的剪切和分絲帚化作用，煙草漿纖維比表面積越來越大，同時表面暴露的分支增多，增加了能夠產(chǎn)生吸附作用的點(diǎn)，煙草漿纖維與外加纖維骨架之間的結(jié)合作用也越來越強(qiáng)，因此基片更加緊密，表現(xiàn)為松厚度逐漸下降，而柔軟度值逐漸提高。

圖2 煙草漿打漿度對再造煙葉基片松厚度和柔軟度值的影響Fig.2 Effects of beating degree of tobacco pulp on bulk thickness and softness of reconstituted tobacco base sheet material

2.2 外加纖維對再造煙葉基片柔軟度的影響

煙草漿自身雜細(xì)胞含量多，纖維含量少，難以滿足再造煙葉生產(chǎn)所需的強(qiáng)度，而基片抄造過程中添加一定量的外加纖維，既能保證生產(chǎn)過程的連續(xù)性，也有利于改善再造煙葉產(chǎn)品的物理性能。

2.2.1 外加纖維種類

采用不同種類外加纖維（表1 中實(shí)驗(yàn)方案3）抄造基片，檢測得到基片的松厚度和柔軟度值如圖3所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，亞麻漿抄造的基片松厚度最高，達(dá)到了2.114 cm3/g，比松厚度最低的漂白針葉漿基片高9.99%。本色針葉漿和漂白針葉漿基片松厚度明顯低于漂白闊葉漿和亞麻漿，同時柔軟度值也較高，其中本色針葉漿抄造基片的柔軟度值高達(dá)530.8 mN，比漂白闊葉漿基片的柔軟度值增加了22.11%，表明其基片結(jié)合緊密，柔軟性較差。漂白針葉漿與漂白闊葉漿混合后（絕干比例6∶4）抄造的基片的松厚度和柔軟性能較僅使用針葉漿顯著提升。

圖3 不同種類外加纖維對再造煙葉基片松厚度和柔軟度值的影響Fig.3 Effects of varieties of added fibers on bulk thickness and softness of reconstituted tobacco base sheet material

2.2.2 外加纖維打漿度

采用不同打漿度的外加纖維（表1 中實(shí)驗(yàn)方案4）抄造基片，檢測得到基片的松厚度和柔軟度值如圖4所示。由圖4可知，隨著外加纖維打漿度由26°SR 升高到56°SR，基片松厚度由2.059 cm3/g 緩慢上升到2.090 cm3/g，同時柔軟度值由468.8 mN 下降到453.5 mN。但當(dāng)外加纖維打漿度由56 °SR 繼續(xù)上升后，基片松厚度和柔軟度值突然分別轉(zhuǎn)為顯著下降和上升的趨勢，外加纖維打漿度提升到76°SR 之后，基片松厚度下降到1.987 cm3/g，而柔軟度值上升到502.2 mN。這是由于提高外加纖維打漿度會對基片帶來兩方面的影響，一是外加纖維之間的結(jié)合力逐漸提升，使得基片纖維骨架更致密，因此基片松厚度降低而柔軟度值升高；二是隨著外加纖維的打漿，其與碳酸鈣顆粒和其他細(xì)小組分間的吸附作用增加，越來越多的細(xì)小組分吸附到外加纖維表面從而影響了外加纖維之間的作用力，因此基片松厚度和柔軟度值可能會分別隨之升高和下降。對于本研究中提高外加纖維打漿度，起初顯著提升了碳酸鈣和其他細(xì)小組分在基片中的留著，基片外加纖維骨架的結(jié)合受到了一定影響，因此基片松厚度稍有提升而柔軟度值略有下降；但隨著外加纖維打漿度進(jìn)一步提升，碳酸鈣等細(xì)小組分在基片中的留著無法進(jìn)一步得到明顯提升，而外加纖維間的結(jié)合力卻明顯增強(qiáng)，因此基片松厚度又會下降而柔軟度值則相應(yīng)增加。總體看來，外加纖維在較低的添加量（絕干漿比例10%）下，僅為基片提供必要的纖維骨架，因此其打漿度對基片松厚度和柔軟度的影響較小，松厚度最低值較最高值下降了4.93%，柔軟度最高值較最低值增加了10.74%。

圖4 外加纖維打漿度對再造煙葉基片松厚度和柔軟度值的影響Fig.4 Effects of beating degrees of added fibers on bulk thickness and softness of reconstituted tobacco base sheet material

2.2.3 外加纖維添加比例

固定碳酸鈣添加比例，采用不同外加纖維和煙草漿配比（表1中實(shí)驗(yàn)方案5）抄造基片，檢測得到基片的松厚度和柔軟度值，結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，隨著外加纖維添加比例由0 增加到20%，基片纖維結(jié)合力增加，松厚度由2.035 cm3/g 緩慢下降到1.983 cm3/g，下降幅度為2.56%；同時，基片柔軟度值由416.5 mN 提高到492.3 mN，上升幅度為18.2%?？偟膩砜?，由于外加纖維在抄造過程中添加比例較低（本研究中不高于20%），因此對基片松厚度和柔軟度的影響較為有限。

圖5 外加纖維添加比例對再造煙葉基片松厚度和柔軟度值的影響Fig.5 Effects of addition rates of added fibers on bulk thickness and softness of reconstituted tobacco base sheet material

2.3 碳酸鈣對再造煙葉基片柔軟度的影響

再造煙葉生產(chǎn)中添加填料可以降低企業(yè)生產(chǎn)成本，還能改善基片的物理結(jié)構(gòu)，提高基片吸收液體的性能。

固定外加纖維添加比例，采用不同碳酸鈣和煙草漿配比（表1中實(shí)驗(yàn)方案6）抄造基片，檢測得到基片的松厚度和柔軟度值如圖6所示。由圖6可知，隨著碳酸鈣添加比例由0 增加到20%，松厚度由1.923 cm3/g逐漸上升到2.062 cm3/g，上升幅度為7.23%；柔軟度值也由755 mN 下降到452.3 mN，下降幅度達(dá)40.09%。這是由于基片中碳酸鈣的含量逐漸增加影響了纖維之間的結(jié)合力，同時使得纖維結(jié)構(gòu)趨于松散。

圖6 碳酸鈣添加比例對再造煙葉基片松厚度和柔軟度值的影響Fig.6 Effects of addition rate of calcium carbonate on bulk thickness and softness of reconstituted tobacco base sheet material

2.4 瓜爾膠對再造煙葉基片柔軟度的影響

為了提高碳酸鈣等細(xì)小組分在基片中的保留效果，漿料中會添加一定量的瓜爾膠作為助留劑使用［25］。煙草漿、外加纖維、碳酸鈣配比不變，改變瓜爾膠添加比例（表1中實(shí)驗(yàn)方案7）抄造基片，檢測得到基片樣品的松厚度和柔軟度值如圖7所示。由圖7 可知，隨著瓜爾膠添加比例由0 提高到0.3%，基片中碳酸鈣等細(xì)小組分含量增加，纖維之間結(jié)合力減弱，但同時，瓜爾膠的膠黏性也會使基片中纖維本身強(qiáng)度有增加的趨勢。綜合這兩個方面的作用，基片松厚度有所下降，而柔軟度值則在瓜爾膠添加比例超過0.2%之后稍稍上升?？偟膩砜矗蠣柲z添加的影響較小，隨著其添加比例的提升，基片松厚度僅下降了5.67%，而柔軟度值也只上升了7.56%。

圖7 瓜爾膠添加比例對再造煙葉基片松厚度和柔軟度值的影響Fig.7 Effects of addition rate of guar gum on bulk thickness and softness of reconstituted tobacco base sheet material

3 結(jié)論

在實(shí)驗(yàn)選擇的工藝條件范圍內(nèi)，各因素對基片松厚度的影響：煙草漿打漿度>外加纖維品種>碳酸鈣添加比例>煙末漿添加比例>瓜爾膠添加比例>外加纖維打漿度>外加纖維添加比例；對基片柔軟度的影響：煙末漿添加比例>碳酸鈣添加比例>煙草漿打漿度>外加纖維品種>外加纖維添加比例>外加纖維打漿度>瓜爾膠添加比例。煙草漿打漿度的變化對基片柔軟度影響較大，隨著煙草漿中煙末漿添加比例由10%提升到90%，基片柔軟度值下降61.34%；隨著碳酸鈣添加比例由0 增加到20%，基片柔軟度值下降40.09%；隨著煙草漿打漿度由23°SR 提升到71°SR，基片柔軟度值增加25.49%。

各抄造工藝條件對基片松厚度和柔軟度的影響趨勢相反，同時工藝條件發(fā)生調(diào)整時基片柔軟度值的變化幅度普遍較基片松厚度的變化更大，各工藝條件中僅有煙草漿打漿度對基片松厚度波動的影響超過10%，而煙末漿添加比例、碳酸鈣添加比例、煙草漿打漿度、外加纖維品種、外加纖維添加比例以及外加纖維打漿度對基片柔軟度波動的影響都超過了10%。