沈靖軒 陳 婉 劉潤(rùn)昌 馬 濤 堯珍玉 溫光和

(云南瑞升煙草技術(shù)集團(tuán)有限公司，云南昆明，650106)

煙稈作為煙草種植中大量的副產(chǎn)物，一直沒(méi)有被有效地利用。煙稈皮部和芯部均含有一定木質(zhì)化程度的纖維，其化學(xué)組成主要為綜纖維素、木素、抽出物以及灰分等，但其含量可能因原料產(chǎn)地不同而有較大差異［1-2］。在制漿造紙工業(yè)中，煙稈作為制漿造紙?jiān)系难芯勘砻?，采用化學(xué)法進(jìn)行煙稈制漿是可行的，能獲得質(zhì)量較高、易漂的紙漿［2］，而采用煙稈纖維化學(xué)漿制備的包裝用紙也具有較優(yōu)的性能［3］。針對(duì)煙稈化學(xué)漿得率較低的問(wèn)題，高得率制漿方法被用于其制漿性能的研究，如爆破法制漿［4］、APMP制漿［5］，所得紙漿可用于各種不同的場(chǎng)合，拓寬了煙稈纖維作為造紙?jiān)蠎?yīng)用的范圍。

在煙草工業(yè)中，煙稈還被用于煙草薄片中以代替木漿纖維，起到增加紙張強(qiáng)度［6］、減少卷煙木質(zhì)氣的作用［7］。此外，有學(xué)者進(jìn)行了煙稈機(jī)械漿制備煙草薄片原紙的研究，在特定的應(yīng)用場(chǎng)合取得了一定的成果［8］;安瑞等人［9］采用白腐菌粗酶處理煙梗 RMP以提高煙草薄片的可用性，并進(jìn)行了煙草薄片型卷煙紙的制備及性能研究，通過(guò)工藝優(yōu)化減輕了卷煙紙的木質(zhì)雜氣［10］;為了制備雪茄煙紙，王鳳蘭等人［11］進(jìn)行了煙梗制漿漂白和配抄工藝的研究，取得了較為理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

然而，由于作物的特殊性，煙稈原料化學(xué)組成成分較為復(fù)雜，抽出物含量較高，化學(xué)制漿廢水難處理，環(huán)境壓力大，同時(shí)制漿得率較低，經(jīng)濟(jì)成本高。在煙稈漿應(yīng)用研究方面，也相對(duì)不足。因此，本實(shí)驗(yàn)采用化學(xué)機(jī)械法 (CMP)對(duì)煙稈全稈進(jìn)行制漿研究，并評(píng)價(jià)用其配抄包裝用薄頁(yè)紙 (如內(nèi)襯原紙)的可行性。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

新鮮煙稈取自云南石林板橋鎮(zhèn)。除去碎葉、泥土等雜物，人工劈開(kāi)并除髓、削片，獲得20～30 mm左右的片狀原料，經(jīng)自然風(fēng)干后用密封袋保存。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 纖維形態(tài)

采用光學(xué)顯微鏡法 (GB/T10336—1989)測(cè)定煙稈全稈纖維的長(zhǎng)度、寬度及長(zhǎng)寬比。

1.2.2 化學(xué)組成

分 別 采 用 GB/T2677.3—1993、GB/T2677.4—1993、 GB/T2677.5—1993、 GB/T2677.6—1994、GB/T2677.10—1995、GB/T2677.8—1994 測(cè)定煙稈原料的灰分、熱水抽出物、1%NaOH抽出物、苯-醇抽出物、綜纖維素、酸不溶木素的含量。

1.2.3 CMP制漿工藝

通過(guò)備料、預(yù)汽蒸、化學(xué)預(yù)浸漬、機(jī)械磨漿以及洗滌、篩選制備CMP漿，并通過(guò)制漿得率、白度(GB/T8940.2—1988，白度測(cè)定儀，DN-48B，杭州品享科技有限公司)，以及所抄紙張抗張強(qiáng)度的測(cè)定來(lái)考察煙稈采用CMP制漿工藝的優(yōu)劣。具體流程如圖1所示。

圖1 煙稈CMP制漿工藝流程

1.2.4 配抄實(shí)驗(yàn)

將濃縮得到的漿料采用立式磨漿機(jī) (ZQS7-PFI，陜西科技大學(xué)機(jī)械廠)進(jìn)行精磨，并與漂白闊葉木漿進(jìn)行配抄，得到CMP漿添加量不同的低定量紙張。分 別 采 用 GB/T451.2、GB/451.3、GB/T453、GB/T457檢測(cè)紙張定量、厚度 (紙與紙板厚度儀，PNPT6，杭州品享科技有限公司)、抗張強(qiáng)度 (PNTT300電腦抗張實(shí)驗(yàn)機(jī)，杭州品享科技有限公司)和伸長(zhǎng)率、耐折度 (MIT耐折度儀，PN-NZ135，杭州品享科技有限公司)。

2 結(jié)果與討論

2.1 纖維形態(tài)

通過(guò)偏光顯微鏡 (LEICA DM2500P，德國(guó))測(cè)定煙稈全稈的纖維形態(tài)，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 煙稈全稈纖維平均長(zhǎng)度、寬度和長(zhǎng)寬比

從表1可以看出，煙稈全稈纖維的平均長(zhǎng)度相對(duì)較長(zhǎng)，一方面因皮部纖維長(zhǎng)度較長(zhǎng)，帶來(lái)全稈纖維平均長(zhǎng)度略高;另一方面可能因?yàn)闊煵萜贩N和產(chǎn)地的關(guān)系。纖維長(zhǎng)度和長(zhǎng)寬比均顯示此種煙稈是一種比較好的造紙用原料。

2.2 化學(xué)組成

煙稈CMP漿化學(xué)組成測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 煙稈CMP漿化學(xué)組成 %

從表2的結(jié)果可以看出，煙稈全稈漿的灰分含量較木材高很多，甚至高于草類原料，表明如果用化學(xué)法制漿可能帶來(lái)一些潛在的問(wèn)題，比如堿回收時(shí)造成硅干擾;抽出物含量，尤其是1%NaOH抽出物含量較高，表明采用化學(xué)法 (堿法)制漿時(shí)制漿得率將較低，從而降低經(jīng)濟(jì)效益;苯-醇抽出物含量比較高，化學(xué)制漿時(shí)可能消耗較多的化學(xué)藥品，以及產(chǎn)生一些其他的影響;綜纖維素含量處于較低水平，同樣可預(yù)見(jiàn)化學(xué)法制漿時(shí)得率將較低;木素含量和其他草類原料相仿，低于木材的木素含量。

此種煙稈原料化學(xué)成分和一些文獻(xiàn)記載的數(shù)據(jù)有一些差異，灰分較高，綜纖維素含量相對(duì)更低，最大的原因應(yīng)該是煙草品種不同而帶來(lái)的差異，如同各種竹類原料、木材原料之間化學(xué)成分也差別較大一樣。同時(shí)，煙稈生長(zhǎng)環(huán)境，如土壤、氣候等同樣是影響化學(xué)成分分布的因素。由此，系統(tǒng)分析各產(chǎn)地、各煙草品種的化學(xué)成分含量，并以此來(lái)指導(dǎo)具體的制漿方法和工藝是值得進(jìn)行的?；谝陨戏治?，本實(shí)驗(yàn)采用CMP法進(jìn)行煙稈漿的制備。

2.3 CMP制漿工藝

根據(jù)化學(xué)成分分析，實(shí)驗(yàn)室模擬CMP制漿工藝進(jìn)行煙稈漿的制備，以此探討該工藝用于制備煙稈漿以及抄造卷煙包裝用薄頁(yè)紙的可行性。

影響CMP漿質(zhì)量的因素較多，如預(yù)浸漬時(shí)間、溫度、藥品用量、磨漿濃度、磨漿壓力等。本實(shí)驗(yàn)采用統(tǒng)一的磨漿條件而重點(diǎn)對(duì)預(yù)浸漬條件進(jìn)行初步探索。

實(shí)驗(yàn)中采用高濃盤磨機(jī) (ZSP-300)進(jìn)行三段磨漿，一段磨漿濃度40%，間隙0.5 mm;二段磨漿濃度30%，間隙0.3 mm;消潛濃度3%，溫度70℃，時(shí)間20 min;三段磨漿濃度20%，間隙0.2 mm。

實(shí)驗(yàn)室采用電熱蒸煮鍋 (ZQS1-15型，15 L，陜西科技大學(xué)機(jī)械廠)對(duì)備料后的煙稈進(jìn)行水預(yù)浸來(lái)代替預(yù)汽蒸，常壓下浸漬10 min，溫度90℃，對(duì)煙稈進(jìn)行除氣、軟化，并起一定的潤(rùn)脹作用。

化學(xué)浸漬同樣采用電熱蒸煮鍋進(jìn)行，浸漬條件見(jiàn)表3，不同工藝條件下的漿料性能見(jiàn)表4。

表3 CMP預(yù)浸漬工藝條件

表4 不同工藝條件下漿料的性能

從表3和表4可以看出，A漿白度低于B漿和C漿，原因可能是浸漬液濃度相同下藥品用量少，也即液比較低，藥品較少進(jìn)入煙稈內(nèi)部，與表面成分反應(yīng)較多，產(chǎn)生較多的有色基團(tuán);而A漿得率相對(duì)較高，歸因于處理時(shí)間、溫度和藥品用量均較為溫和。B漿和C漿白度相仿，而得率相對(duì)較高，源于其較溫和的處理?xiàng)l件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)置預(yù)浸漬條件時(shí)，為提高紙漿白度，在保證用藥量情況下，可適當(dāng)?shù)奶岣咭罕?，使藥液更易進(jìn)入原料內(nèi)部，更充分地與煙稈原料接觸，從而使原料浸漬更均勻，但較長(zhǎng)的浸漬時(shí)間和較高的溫度會(huì)導(dǎo)致煙稈漿料得率下降明顯。整體上，3個(gè)樣品漿料的白度均不高，得率相比于木材等原料的CMP制漿低，可能由于原料中抽出物含量較高，影響浸漬過(guò)程，導(dǎo)致漿料顏色較暗，而抽出物和灰分等的脫除，導(dǎo)致了漿得率偏低。本實(shí)驗(yàn)條件下，綜合上述結(jié)果，B制漿工藝優(yōu)于A和C制漿工藝。

2.4 配抄實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)室采用B制漿工藝制備煙稈CMP漿，濃縮后進(jìn)行精磨和抄紙。實(shí)驗(yàn)室采用PFI立式磨漿機(jī)對(duì)3個(gè)樣品漿進(jìn)行磨漿，漿濃10%，絕干漿30 g，磨漿間隙0.16 mm，打漿度60°SR，抄片評(píng)價(jià)其強(qiáng)度;同時(shí)以B漿與漂白闊葉木漿進(jìn)行配比抄造紙張，評(píng)價(jià)配抄后紙張的強(qiáng)度。抄造采用凱塞快速紙張成形法(BBS型，德國(guó))進(jìn)行，紙張定量32 g/m2，每個(gè)紙樣30張。紙張性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 煙稈CMP漿不同添加比例時(shí)紙張性能

由表5可知，B漿與闊葉木漿配抄，隨著煙稈CMP漿比例的升高，抗張強(qiáng)度下降比較明顯。說(shuō)明雖然煙稈纖維的長(zhǎng)度與闊葉木相仿，但因煙稈CMP漿中非纖維物質(zhì)的存在，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。添加比例為20%時(shí)，抗張強(qiáng)度達(dá)到1.24 kN/m，在未進(jìn)行施膠等工藝情形下，接近內(nèi)襯原紙所需的抗張強(qiáng)度，表明該比例下煙稈CMP漿可用于內(nèi)襯原紙的抄造;耐折度隨著煙稈CMP漿比例升高也呈下降趨勢(shì)，但不如抗張強(qiáng)度下降的明顯，因歸功于磨漿 (打漿)的作用，通過(guò)適當(dāng)?shù)哪{ (打漿)工藝，可以提高煙稈纖維性能，達(dá)到更高的使用要求;A、B和C 3種漿單獨(dú)抄紙，所得紙張抗張強(qiáng)度遠(yuǎn)不如配抄紙張，一定程度上表明，煙稈化機(jī)漿單獨(dú)制備包裝用薄頁(yè)紙時(shí)強(qiáng)度上稍欠;3種紙漿相互比較，除A漿抗張強(qiáng)度稍差外，其他指標(biāo)差異并不大。因此，對(duì)于預(yù)處理工藝和磨漿工藝對(duì)煙稈化機(jī)漿強(qiáng)度的影響，需要在后續(xù)工作中進(jìn)行更充分的研究。

4 結(jié)論

對(duì)煙稈全稈的纖維形態(tài)，化學(xué)組成進(jìn)行了分析，探討了煙稈CMP漿的制漿工藝，并將煙稈CMP漿與闊葉木漿進(jìn)行配抄。

4.1 煙稈全稈纖維相對(duì)較長(zhǎng)，平均纖維長(zhǎng)度達(dá)1223.4 μm，長(zhǎng)寬比為41，比較適中，為一種較好的造紙?jiān)稀?/p>

4.2 煙稈全稈化學(xué)組成中，灰分10.4%，熱水抽出物15.2%，1%NaOH抽出物 37.4%，苯-醇抽出物4.1%，綜纖維素65.4%，木素18.7%。其中灰分含量較高，堿法制漿時(shí)或在堿回收中會(huì)帶來(lái)問(wèn)題;3種抽出物含量均較高，在化學(xué)制漿時(shí)或產(chǎn)生不同程度的影響，如藥品量增加、樹(shù)脂障礙以及漿白度低等問(wèn)題。

4.3 經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬CMP制漿工藝和抄紙實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)用煙桿可采用CMP法進(jìn)行制漿，制漿得率接近80%，白度超過(guò)40%(B漿)，所抄紙張的抗張強(qiáng)度0.56 kN/m。采用全煙稈CMP漿抄造包裝用薄頁(yè)紙，如煙包內(nèi)襯原紙，紙張強(qiáng)度上稍差。與漂白闊葉木漿配抄，煙稈CMP漿添加比例20%時(shí)，紙張抗張強(qiáng)度達(dá)1.24 kN/m，伸長(zhǎng)率達(dá)1.2%，接近卷煙包裝用內(nèi)襯原紙的要求。而預(yù)處理工藝以及磨漿工藝對(duì)煙稈化機(jī)漿強(qiáng)度等指標(biāo)的影響，則需要設(shè)計(jì)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入研究，以獲得更合理的制漿工藝條件。

4.4 與化學(xué)制漿相比，CMP制漿將減少煙稈制漿廢水的排放，減輕了環(huán)保壓力。作為煙草同宗同源的原料，煙稈CMP漿可用于卷煙包裝用內(nèi)襯原紙的抄造，進(jìn)一步的研究可以延伸到煙包卡紙等方面，為煙稈廢棄物利用提供更廣闊的思路。

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