壓榨對煙業紙基影響研究

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本文作者：曾健1,2陳克復2謝劍平3許光1李軍2饒國華1楊飛2高文花2作者單位：1.廣東中煙工業有限責任公司技術中心2.華南理工大學3.鄭州煙草研究院

在煙葉復烤及卷煙生產過程中，會產生約占原煙料總量1/3的煙梗、煙末等［1－2］，煙草薄片是利用煙草加工過程中產生的煙梗、煙末等煙草廢料通過一定的加工工藝生產的再造煙葉［3］。造紙法所生產的煙草薄片具有密度小、填充值大、機械性能好、焦油量低等優點，是目前煙草薄片的主要生產技術［4－6］。因此，造紙法的加工工藝對煙草薄片的吸食品質和物理性能起到了關鍵的作用。壓榨是煙草薄片紙基成型必不可少的生產工序，煙草薄片生產線壓榨部對薄片紙基進行機械脫水，有效地改善薄片紙基的表面性能和內部結構，增加濕薄片紙基的強度，提高煙草薄片生產線的運行性能和有效性［7］。因此，壓榨對煙草薄片的性能有非常重要的影響。目前，國內外對壓榨影響煙草薄片紙基的研究相關報道較少，本實驗對不同壓榨壓力條件下對薄片紙基的性能進行研究，以期對壓榨壓力影響薄片紙基的性能進行全面的了解，更好地發揮煙草薄片降焦減害的作用，為提高煙草薄片的品質提供理論指導和技術支持。

1實驗

1．1原料

實驗用煙梗、煙末由廣東中煙工業有限責任公司提供，取回后在4℃條件下冷藏，裝袋平衡水分備用。

1．2浸漬提取

煙梗、煙末單段浸漬提取實驗是在電熱蒸煮鍋(普通型)ZT1－00/15L(興平市中通試驗裝備有限公司生產)中進行的。煙梗裝鍋量為1500g，煙末的裝鍋量為1200g，先將按液比計算好的提取用水加入到蒸煮鍋中進行預熱到指定溫度，加入物料，蓋好鍋蓋進行旋轉蒸煮，保溫至規定的時間。煙梗、煙末單段浸漬提取完成后采用脫水機進行甩干脫水，平衡水分，供磨漿用。煙梗浸漬提取的實驗條件如下:液比1∶7(g∶mL)，溫度60℃，時間100min。煙末浸漬提取的實驗條件如下:液比1∶10(g∶mL)，溫度70℃，時間60min。

1．3磨漿

經浸漬處理后的煙梗、煙末在日本KRK公司產的KRK－2500Ⅱ高濃磨漿機中進行三段磨漿，磨漿濃度為20%。

1．4壓榨

在實驗室條件下，采用KRK－2570方形壓榨機(圖1，日本KRK公司)進行壓榨，改變不同的壓榨壓力，分別為0．1、0．2、0．3和0．4MPa，分兩段進行壓榨，第一段為5min，第二段為2min，壓榨按照GB/T24324－2009紙漿物理試驗用實驗室紙頁的制備常規紙頁成型器法標準進行。

1．5抄片

磨漿后的漿料采用奧地利產PTI快速抄片器抄定量為70g/m2煙用薄片紙基(煙梗與煙末的質量比為7∶3)，壓榨后進行干燥(溫度105℃)。紙片在ISO標準恒溫恒濕條件(相對濕度(50±2)%和溫度(23±1)℃)下處理24h，然后測其物理性能指標。

1．6煙草薄片紙基液體滲透性能的測定［8］

動態滲透特性采用德國EMTEC公司生產的PenetrationDynamicsAnalyzer滲透動態分析儀來檢測，PDA可快速可靠地測量液體滲透進入吸收性物體的動態過程。潤濕性Max值是指煙草薄片紙基被完全潤濕且信號強度達到最高時的時間，它隨著液體在紙張表面停留時間的增加而增加。本實驗以水為測試液體，tW，max越大，表示薄片紙基的抗水性能越好。特征值(t95)是紙樣被液體滲透且信號強度達到95%時所經歷的時間，它是以水溶液作為測試液體，此時紙樣的滲透性只受紙面孔隙結構的影響，孔隙越大或越開放時，水溶液滲透越快，t95值越大，表示薄片紙基的表面孔隙度越小，則抗滲透性能越好。

1．7纖維分析及掃描電子顯微鏡(SEM)觀察

將手抄煙用薄片紙基裁剪后進行噴金處理，然后使用掃描電子顯微鏡(HitachiS－3700N)進行觀察。1．8分析測定薄片紙基絲填充值采用DD－60填充值測定儀(德國BORGWALDT公司)進行檢測，測定根據Y/CT152－2001進行。其余各項目分析測定均按相應國家標準進行［9］。

2結果與討論

2．1壓榨對薄片紙基物理性能的影響

不同壓榨條件下所得的煙用薄片紙基物理性能如表1所示。由表1可見，當壓榨壓力從0增加到0．4MPa時，煙用薄片紙基的抗張強度從1．10kN/m增加到1．51kN/m。在磨漿時由于增加了煙梗和煙末纖維的細纖維化，不但增進了纖維之間的結合，而且在磨漿時生成的細小纖維在濕紙頁壓榨脫水的時候，因為表面張力的關系，更加容易接觸產生氫鍵結合。壓榨壓力增加，薄片紙基在壓榨時可增加紙基中纖維間的接觸，增加纖維間的結合面積，從而能夠提高薄片紙基的抗張強度和抗張指數。從表1中還可以看出，提高壓榨壓力，可降低薄片紙基的松厚度，提高其緊度，使薄片紙基的透氣度下降。當薄片紙基壓榨壓力從0增加到0．1MPa時，薄片紙基的松厚度從2．43cm3/g下降到1．99cm3/g，松厚度下降了0．44cm3/g。當壓榨壓力從0．1MPa提高到0．4MPa時，薄片紙基的松厚度下降變得比較緩慢。這一點對于撕裂指數也有很大的影響，因為提高壓榨壓力時，纖維間的結合力會增加，但松厚度會下降，所以撕裂指數的變化取決于兩者的綜合作用。增加壓榨壓力可以促進煙梗和煙末纖維間的結合，但壓力增加到一定程度使紙頁的松厚度下降較多時，薄片紙基在撕裂時就會有更多的纖維被拉斷而不是從薄片紙基中拉出，從而降低薄片紙基的撕裂指數。填充值的高低會對卷煙的硬度、卷煙的癟陷性和卷煙的吸食品質等產生影響。不同壓榨壓力條件下所得的煙草薄片紙基絲的填充值如表1所示。由表1可見，煙草薄片紙基絲的填充值比煙絲的填充值要高出許多，填充值隨著壓榨壓力的增加而降低。壓榨壓力為0MPa時，薄片紙基在未受壓力的條件下，成紙的松厚度高，薄片紙基的填充值最大(7．23cm3/g)，隨著壓榨壓力的增加，纖維與纖維之間的結合變強，薄片紙基的松厚度下降，填充值降低，當壓榨壓力為0．4MPa時，填充值已降至6．08cm3/g。從表1還可以看出，薄片紙基對照樣的抗張強度指數、撕裂指數和濕抗張強度分別為7．59N•m/g、4．14mN•m2/g和0．064kN/m。壓榨壓力為0．1MPa時，薄片紙基的抗張強度指數、撕裂指數和濕抗張強度分別為20．48N•m/g、1．33mN•m2/g和0．053kN/m，薄片紙基的抗張指數比薄片紙基對照樣高出很多，撕裂指數比薄片紙基對照樣稍低，薄片紙基與薄片紙基對照樣的濕抗張強度相差不大，因此，在較低的壓榨壓力條件下，能夠滿足薄片紙基抄造時濕強度的要求。

2．2壓榨對薄片紙基滲透性能的影響

薄片紙基的表面結構、滲透性能與吸液性能對薄片紙基后續涂布工序有著非常重要的影響。不同壓榨壓力條件下所得的煙草薄片紙基的滲透性能如表2所示。t95值表征了薄片紙基的表面孔隙結構，由表2可見，當壓榨壓力為0MPa時，t95值最小(0．442s)，說明此時薄片紙基的表面孔隙度最大，在沒有壓力的條件下纖維與纖維之間的結合比較疏松，再加上纖維本身所具有的彈性，使薄片紙基的表面出現較多的自然孔隙;t95值隨著壓榨壓力的增大而逐漸增加，薄片紙基的表面孔隙逐漸減少，當壓榨壓力為0．4MPa時，t95值最大(3．165s)，說明此時薄片紙基的表面孔隙度最小，這是因為壓榨壓力增大到0．4MPa，增進了紙中纖維與纖維之間的結合，獲得了比較封閉的薄片紙基表面結構，不利于液體從薄片紙基表面滲透到內部。從表2可以看出，tW，max與t95值呈現出相近的變化規律，都隨著壓榨壓力的增加而呈增加趨勢。壓榨壓力為0MPa時，tW，max最小(0．097s)，表示薄片紙基的滲透性能最好;當壓榨壓力增大到0．4MPa時，tW，max最大(0．401s)，壓榨壓力增大，纖維與纖維之間的結合變得緊密，薄片紙基的滲透性能也相應變差。不同壓榨壓力條件下薄片紙基的Cobb30值與Cobb60值如表2所示。Cobb30值與Cobb60值呈現出相近的變化規律，都隨著壓榨壓力的增加而呈現出降低趨勢。當壓榨壓力為0MPa時，薄片紙基的吸水性能最大，Cobb30值與Cobb60值分別為26．7與29．0g/m2;當壓榨壓力為0．4MPa時，薄片紙基的Cobb30值與Cobb60值分別下降至9．7與14．3g/m2，薄片紙基的吸水性能明顯下降。綜上所述，壓榨壓力增加，薄片紙基表面的孔隙逐漸減少，薄片紙基內部纖維與纖維之間的結合變得緊密，不利于液體從薄片紙基的表面孔隙滲透，滲透性能變差，薄片紙基的整體吸液性能隨著壓榨壓力的增加而明顯下降。

2．3不同壓榨條件下煙草薄片紙基的掃描電鏡分析

圖2為不同壓榨壓力條件下煙用薄片紙基的橫切面SEM圖。由圖2可見，當壓榨壓力為0MPa時，薄片紙基的內部結構比較疏松，纖維與纖維之間的距離比較大，并形成了比較多的大孔隙，有利于空氣通過和液體的滲透;壓榨壓力為0．1MPa時，薄片紙基纖維與纖維的結合逐漸變得緊密，薄片紙基的孔隙變小;當壓榨壓力為0．2MPa時，薄片紙基纖維間的結合已經變得比較緊密，但是仍然存在一些明顯的孔隙;當壓榨壓力為0．3MPa時，薄片紙基內部的孔隙已經變得非常少，纖維與纖維之間的結合已經變得非常緊密，透氣性變得比較差，并且非常不利于液體在紙基內部的滲透。因此，在低壓榨壓力(＜0．2MPa)條件下，能夠明顯提高薄片紙基的的松厚度和孔隙率，有利于改善薄片紙基的填充值和透氣度，并且可以提高薄片紙基的滲透性能。

3結論

3．1采用造紙法對煙梗和煙末制煙草薄片紙基進行了實驗研究，薄片紙基的物理性能研究結果表明，隨著壓榨壓力增大，從0MPa增至0．4MPa，薄片紙基的抗張指數由17．27N•m/g逐漸增加到23．69N•m/g，撕裂指數由2．00mN•m2/g下降至1．69mN•m2/g，松厚度從2．43cm3/g下降到1．80cm3/g，緊度由0．41g/cm3上升0．56g/cm3，薄片紙基的透氣度由1．20μm/(Pa•s)下降到0．04μm/(Pa•s)，薄片紙基的填充值由7．23cm3/g逐漸下降到6．08cm3/g。

3．2壓榨壓力為0MPa時，潤濕性Max值(tW，max)最小(0．097s)，t95值最小(0．442s)，薄片紙基的親液性能和滲透性能最好，有利于對薄片紙基進行涂布操作，tW，max與t95值隨著壓榨壓力的增加而增大，薄片紙基的抗水性能和抗滲透能力增加。

3．3掃描電鏡分析結果表明，在低壓榨壓力(＜0．2MPa)條件下，能夠顯著提高薄片紙基的松厚度和內部的孔隙率，有利于改善薄片紙基的填充值和透氣度，并且可以提高薄片紙基的親液性能和滲透性能。