丁麗婷 王 笛 張 瑞 牟定榮

(1.紅塔煙草 (集團(tuán))有限責(zé)任公司,云南玉溪,653100;2.昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院,云南昆明,650224)

L IP卷煙紙的優(yōu)化設(shè)計(jì)及在烤煙型卷煙中的應(yīng)用

丁麗婷1,2王 笛1張 瑞1,2牟定榮1

(1.紅塔煙草 (集團(tuán))有限責(zé)任公司,云南玉溪,653100;2.昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院,云南昆明,650224)

低引燃傾向 (L IP)卷煙能減少卷煙引發(fā)火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn),為了將L IP卷煙紙應(yīng)用到烤煙型卷煙上,對(duì)L IP卷煙紙的原紙透氣度、助燃劑含量和阻燃帶擴(kuò)散率進(jìn)行優(yōu)化,并將 L IP卷煙紙初步應(yīng)用到烤煙型卷煙上;測(cè)定了L IP卷煙的引燃性能、自由燃燒熄滅率及 CO、焦油、煙堿含量,并進(jìn)行感官質(zhì)量評(píng)吸。結(jié)果表明,經(jīng)過(guò)優(yōu)化后,L IP卷煙紙的原紙透氣度為 95 CU,助燃劑含量為 1.0%,阻燃帶擴(kuò)散率為 0.115 cm/s;制備的L IP卷煙符合AST ME2187-04的要求,能有效減少火災(zāi)的發(fā)生,CO、煙堿、焦油含量變化不大,抽吸品質(zhì)也沒(méi)有明顯差別。

低引燃傾向;卷煙紙;引燃性能;抽吸品質(zhì)

近年來(lái),由卷煙引起的火災(zāi)問(wèn)題越來(lái)越受人們的重視。美國(guó)消防協(xié)會(huì)多年的火災(zāi)統(tǒng)計(jì)資料表明,在美國(guó),吸煙是造成火災(zāi)的最主要原因之一。為了減少火災(zāi)的發(fā)生,美國(guó)紐約州早在 1984年就已經(jīng)頒布了卷煙安全法案,在 2004年實(shí)施卷煙防火安全標(biāo)準(zhǔn)后,要求該州出售的卷煙必須用低引燃傾向 (Low Ignition Propensity,L IP)的卷煙紙卷制。該法案很快普及到其他一些州,加拿大和歐洲的一些國(guó)家也頒布了類似的法律條文,生產(chǎn)和銷售 L IP卷煙已經(jīng)成為煙草行業(yè)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

理想的L IP卷煙要求卷煙在空氣中自由燃燒時(shí)不會(huì)熄滅,將 L IP卷煙放置在紡織品或?yàn)V紙上會(huì)自動(dòng)熄滅,其外觀和口感能被煙民接受。目前,國(guó)際上對(duì)L IP卷煙的評(píng)價(jià)測(cè)定方法包括 AST M測(cè)試和水平自由燃燒測(cè)試,AST M測(cè)試是指由美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(American Society for Testing and Materials,AST M)制定的 AST ME2187-04[1]標(biāo)準(zhǔn),即在一組測(cè)試中(40支卷煙),放置在 10層濾紙上的卷煙自熄率 (用AST M表示)≥75%;水平自由燃燒熄滅測(cè)試 (Free Air Self Extinguish,FASE)是將卷煙水平放置,測(cè)試其在空氣中自由燃燒的熄滅率,通常熄滅率 (用FASE表示)≤10%。我國(guó)對(duì) L IP卷煙的研究還處于起步階段,相關(guān)的報(bào)道也較少[2-4]。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)L IP卷煙紙的原紙透氣度、助燃劑含量和阻燃帶擴(kuò)散率 3個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,將優(yōu)化后的 L IP卷煙紙應(yīng)用到烤煙型卷煙上,并進(jìn)行 AST M和 FASE測(cè)試,考察了主流煙氣中的 CO、焦油和煙堿含量,并對(duì)其進(jìn)行感官質(zhì)量評(píng)吸。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 儀器與材料

卷煙引燃性能測(cè)試裝置 (自制);S M450型 20孔道直線型吸煙機(jī) (英國(guó) FI LTRONA公司生產(chǎn));L IP卷煙紙 (法國(guó)摩迪提供);對(duì)照卷煙紙 (云南紅塔藍(lán)鷹卷煙紙廠提供);Whatman 2#濾紙 (英國(guó)Whatman公司生產(chǎn))。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 L IP卷煙的引燃性能測(cè)試

AST M測(cè)試：挑選 (9.00±0.02)g的煙樣,采用AST ME2187-04的標(biāo)準(zhǔn)方法,將煙樣在溫度(23±3)℃、相對(duì)濕度 (55±5)%的條件下平衡至少48 h,Whatman 2#濾紙?jiān)谙嗤瑮l件下平衡至少 8 h,測(cè)定前在距卷煙燃燒端標(biāo)注 5 mm和 15 mm的距離,卷煙點(diǎn)燃后水平放置在卷煙夾持器上,待燃燒到15 mm時(shí)將卷煙放在濾紙夾持器上,每次測(cè)試放置10層濾紙,每組測(cè)試 40支卷煙。

FASE測(cè)試：卷煙挑選和平衡方法同上,將點(diǎn)燃的卷煙水平放在卷煙夾持器上引燃,測(cè)試在空氣中自由燃燒時(shí)的熄滅率。

1.2.2 主流煙氣中 CO、焦油、煙堿的測(cè)定[5-7]

按照 YC/T30—1996測(cè)定卷煙樣中的 CO;按照YC/T29—1996測(cè)定卷煙樣中的焦油;按照YC/T156—2001測(cè)定卷煙樣中的煙堿。

2 結(jié)果與討論

2.1 L IP卷煙紙?jiān)O(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化

2.1.1 原紙透氣度

選擇 L IP卷煙紙?jiān)埻笟舛葧r(shí)需要考慮：①L IP卷煙自由燃燒熄滅率;②常規(guī)煙氣成分 (CO、焦油、煙堿)。適宜的原紙透氣度既要保證 L IP卷煙自由燃燒的熄滅率較低,又不能增加常規(guī)煙氣成分含量。正常卷煙的卷煙紙透氣度一般在 30～60 CU。有關(guān)研究表明,透氣度在 60 CU以下時(shí),隨著卷煙紙透氣度的提高,卷煙靜燃速率增加,抽吸口數(shù)減少,煙氣中的焦油、CO和煙堿明顯減少;當(dāng)卷煙紙透氣度超過(guò) 80 CU時(shí),煙支靜燃速率趨于穩(wěn)定,從卷煙燃燒錐進(jìn)入的空氣量減少,燃吸速度減慢,抽吸口數(shù)增加,焦油含量下降并趨于平緩[8-10]。由于添加了阻燃劑,為了保證正常的燃燒,L IP卷煙紙?jiān)埖耐笟舛纫哂诔Ｒ?guī)卷煙紙。為了達(dá)到降焦減害的目的,選擇的卷煙紙?jiān)埻笟舛炔荒芨哂?95 CU。本實(shí)驗(yàn)分別采用 60 CU、80 CU、95 CU的卷煙紙作原紙,其他參數(shù)和輔料均相同,制成 L IP卷煙,測(cè)試添加阻燃劑后 3種 L IP卷煙紙的平均透氣度。利用 1.2的方法對(duì) L IP卷煙燃燒性能和煙氣中 CO、焦油、煙堿含量進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果如表 1所示。從表 1可以看出,在保證卷煙引燃性能通過(guò)率 (AST M)的前提下,隨著卷煙紙?jiān)埻笟舛仍黾?卷煙自由燃燒熄滅率 (FASE)大幅降低,CO、焦油、煙堿的含量也有所減少,因此選擇透氣度為 95 CU的卷煙紙作為原紙。

表1 不同原紙透氣度對(duì) L IP卷煙的影響

2.1.2 助燃劑含量

助燃劑作為一種重要的燃燒調(diào)節(jié)劑,雖然含量只有卷煙紙質(zhì)量的 0.5%～2.0%,但其種類和用量將影響卷煙紙的燃燒特性和灰分,從而影響卷煙的吸味[10]。常用的助燃劑是堿金屬鹽,如檸檬酸鉀、檸檬酸鈉等,鉀鹽作為助燃劑加入卷煙紙中,能減少卷煙燃燒時(shí)產(chǎn)生的焦油[11],因此本實(shí)驗(yàn)選用鉀鹽作為助燃劑。本實(shí)驗(yàn)在卷煙紙中分別添加 1.0%、1.4%、1.8%的鉀鹽,其他參數(shù)都相同,制成 L IP卷煙,然后進(jìn)行引燃性能和自由燃燒測(cè)試,結(jié)果如表 2所示。表 2數(shù)據(jù)顯示,助燃劑對(duì) L IP卷煙 AST M和 FASE的影響不是很明顯,焦油含量也沒(méi)有明顯變化。但評(píng)吸后各位評(píng)委一致認(rèn)為,添加 1.0%助燃劑的卷煙口感最佳,因此本實(shí)驗(yàn)選擇助燃劑的添加量為 1.0%。

表2 助燃劑含量對(duì) L IP卷煙的影響

2.1.3 阻燃帶擴(kuò)散率

阻燃帶擴(kuò)散率是指單位時(shí)間內(nèi)氧氣經(jīng)過(guò)阻燃帶由外向內(nèi)的擴(kuò)散距離,即擴(kuò)散速率,單位 cm/s。阻燃帶擴(kuò)散率反映了卷煙在引燃時(shí)的真實(shí)情況,在引燃性能測(cè)試中,比透氣度更具有指導(dǎo)性。阻燃帶擴(kuò)散率的選擇要綜合引燃性能測(cè)試和煙氣常規(guī)成分,本實(shí)驗(yàn)分別采用擴(kuò)散率為 0.065、0.095、0.115、0.135 cm/s的阻燃帶,對(duì)制成的L IP卷煙進(jìn)行 FASE和煙氣常規(guī)成分測(cè)定,結(jié)果如表 3所示。由圖 3可知,阻燃帶擴(kuò)散率為 0.065 cm/s時(shí),L IP卷煙 FASE和煙氣常規(guī)成分都較高,隨著阻燃帶擴(kuò)散率的增加,煙氣中的常規(guī)成分先降低而后基本不變;但當(dāng)阻燃帶擴(kuò)散率增加到0.115 cm/s時(shí),L IP卷煙 AST M、FASE及煙氣常規(guī)成分釋放量趨于最佳效果,因此選擇阻燃帶擴(kuò)散率為0.115 cm/s。

表3 阻燃帶擴(kuò)散率對(duì) L IP卷煙的影響

2.2 L IP卷煙紙?jiān)诳緹熜途頍煹膽?yīng)用

2.2.1 L IP卷煙引燃性能測(cè)試結(jié)果

將優(yōu)化后的 L IP卷煙紙 (原紙透氣度為 95 CU,助燃劑含量為 1.0%,阻燃帶擴(kuò)散率為 0.115 cm/s)應(yīng)用到烤煙型卷煙上,利用自制的引燃性能測(cè)試裝置進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果如表 4所示。由表 4可知,經(jīng)過(guò)優(yōu)化后,L IP卷煙的 AST M和 FASE都符合 AST ME2187-04標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試要求,說(shuō)明該卷煙在一定程度上可以降低卷煙引發(fā)火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。

表4 L IP卷煙引燃性能測(cè)試結(jié)果

2.2.2 L IP卷煙主流煙氣中 CO、焦油、煙堿的含量

優(yōu)化后的L IP卷煙煙氣中的 CO、焦油和煙堿含量見(jiàn)表 5。由表 5可知,相比對(duì)照卷煙,添加阻燃劑后,L IP卷煙煙氣中的常規(guī)煙氣成分基本沒(méi)有變化,說(shuō)明制備的 L IP卷煙具有一定的安全性,不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生更大危害。

表5 L IP卷煙中 CO、焦油、煙堿含量 mg

2.2.3 L IP卷煙感官質(zhì)量評(píng)吸

評(píng)吸按照 GB5606.4—2005[12]進(jìn)行,樣品的感官質(zhì)量評(píng)吸結(jié)果如表 6所示。評(píng)委們一致認(rèn)為,相比于對(duì)照卷煙,L IP卷煙清甜韻味略佳,香氣較豐富飽滿,自然流暢,柔和綿長(zhǎng),協(xié)調(diào)性較好,稍有雜氣,煙氣濕潤(rùn)醇和,刺激性小,余味較干凈舒適,阻燃帶外香明顯。

表6 L IP卷煙感官質(zhì)量評(píng)吸結(jié)果

3 結(jié) 論

對(duì)低引燃傾向 (L IP)卷煙紙的原紙透氣度、助燃劑含量和阻燃帶擴(kuò)散率進(jìn)行了優(yōu)化。在優(yōu)化條件下制備的L IP卷煙符合引燃性能和自由燃燒熄滅測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),能有效降低卷煙引發(fā)火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn);與對(duì)照卷煙相比,L IP卷煙煙氣中 CO、焦油、煙堿含量變化不大,感官品質(zhì)也沒(méi)有明顯差異,開發(fā)的 L IP卷煙紙可應(yīng)用到烤煙型卷煙上。

[1] AST ME2187-04 Standard Test Method for Measuring the Ignition Performance of Cigarettes[S].2001.

[2] 許日鵬,蘇文強(qiáng).低引燃傾向卷煙紙的制備技術(shù)[J].上海造紙,2008,39(2)：31.

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[12] GB5606.4—2005卷煙感官技術(shù)要求[S].2005.

(責(zé)任編輯：陳麗卿)

Optimization Design and Preliminary Application of Low Ignition Propensity Cigarette Paper

D ING Li-ting1,2WANGDi1,＊ZHANG Rui1,2MOU Ding-rong1
(1.Hongta(Group)Co.,Ltd.,Yuxi,Yunnan Province,653100;2.School of Chemical Engineering,Kunming University Science and Technology,Kunming,Yunnan Province,650224)
( ＊ E-mail：wangdi@hongta.com)

Low ignition propensity(LIP)cigarette can reduce the risk of fire ignited by cigarette.In order to apply LIP paper to flue-cured tobacco cigarette,base paper porosity,content of burning agent and diffusion rate of retardant belt were optimized.Then optimized paper was applied to flue-cured tobacco cigarette.The ignition performance,free air self extinguish and content of CO,tar and nicotine in new LIP cigarette were determined,besides,smoking quality was evaluated.The result showed that：(1)after optimization,base paper porosity was 95 CU,content of burning agent was 1.0%with diffusion rate of retardant belt for 0.115 cm/s;(2)The ignition performance and free air self extinguish test of LIP cigarette met the requirement of AST ME2187-04.Content of CO,tar and nicotine in mainstream smoke of LIP cigarette had no change.There was no significant difference in smoking quality between ordinary and LIP cigarette.

low ignition propensity;cigarette paper;ignition performance;smoking quality

TS761.2

A

0254-508X(2011)01-0015-03

丁麗婷女士,在讀碩士研究生;主要研究方向：煙草輔料。

2010-07-29

云南中煙工業(yè)公司科技計(jì)劃項(xiàng)目 2010CP01。