胡夢巖,宋成劍,李德貴,雷 龍
上海煙草集團(tuán)太倉海煙煙草薄片有限公司,江蘇省太倉市港口開發(fā)區(qū)東方東路19號 215433
造紙法再造煙葉一方面可以綜合利用煙草原料,另一方面有利于卷煙降焦減害,改善卷煙的內(nèi)在品質(zhì)[1-4]。造紙法再造煙葉的評價(jià)指標(biāo)多引用卷煙行業(yè)和造紙行業(yè)的指標(biāo)[5-7],但是隨著卷煙對再造煙葉質(zhì)量的要求升級,現(xiàn)有的再造煙葉質(zhì)量指標(biāo)已經(jīng)不能完全滿足產(chǎn)品的質(zhì)量需要[8-9]。近年來,產(chǎn)品的可加工性,即產(chǎn)品滿足卷煙生產(chǎn)線正常運(yùn)轉(zhuǎn)的能力,已成為煙草行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。結(jié)塊是行業(yè)加工方面普遍存在的一個(gè)問題。再造煙葉涂布后表面有一定的黏性,如果黏性過大會導(dǎo)致再造煙葉在裝箱過程中產(chǎn)生粘連,受壓后容易出現(xiàn)結(jié)塊。粘連的再造煙葉會在制絲過程出現(xiàn)跑片、并絲等情況,結(jié)塊的再造煙葉會影響到產(chǎn)品配方的穩(wěn)定性以及加香加料均勻性,嚴(yán)重時(shí)會堵塞設(shè)備,導(dǎo)致非正常停機(jī)。
張玉海等[10]開發(fā)了天然煙葉黏附力的檢測方法,表征天然煙葉受外力作用溢出分泌物后的黏附性,但是再造煙葉表面黏性的表征或評價(jià)方法目前還未見相關(guān)報(bào)道。因此,利用質(zhì)構(gòu)儀建立了再造煙葉表面黏附力的檢測方法,并對結(jié)果重復(fù)性進(jìn)行了驗(yàn)證,旨在為改善再造煙葉的加工性問題提供基礎(chǔ)檢測方法。
T-1再造煙葉為上海煙草集團(tuán)太倉海煙煙草薄片有限公司生產(chǎn);國產(chǎn)-1至國產(chǎn)-9為國內(nèi)不同廠家生產(chǎn)的再造煙葉;進(jìn)口-1為某進(jìn)口再造煙葉。
TA.XT plus質(zhì)構(gòu)儀(英國Stable Micro Systems公司);Climacell 404恒溫恒濕箱、Venticell 111烘箱(德國MMM公司);定距切紙刀(長春市月明小型實(shí)驗(yàn)機(jī)有限責(zé)任公司)。
1.2.1 樣品的選取
選取無明顯孔洞的再造煙葉作為待測試樣品,使用定距切紙刀,將待測試樣品裁切成5 cm×5 cm的正方形小片15張,在一定環(huán)境內(nèi)平衡后,放入多層密封袋內(nèi)密封保存,在溫度為(22±2)℃,相對濕度為(60±5)%的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境內(nèi)待檢測。
1.2.2 樣品的測試
①啟動儀器并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置;②儀器空載運(yùn)行,獲取黏附力空白值M0;③將樣品固定于測試平臺上,啟動測試,每個(gè)樣品測試15次,獲取平均值M1;④樣品的表面黏附力值為M=M1-M0。
再造煙葉在溫度為(22±2)℃,相對濕度為(60±5)%的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境內(nèi)[11]平衡24 h后,其表面黏附力過小,儀器無法檢測出數(shù)值,因此對樣品制備條件進(jìn)行了試驗(yàn),考察了平衡溫度、平衡相對濕度及平衡時(shí)間對再造煙葉表面黏附力的影響。
2.1.1 平衡溫度的設(shè)定
設(shè)定平衡相對濕度為75%,平衡時(shí)間為24 h,改變平衡溫度,考察了不同平衡溫度對再造煙葉表面黏附力的影響,結(jié)果見圖1。從圖1可以看出,平衡溫度對再造煙葉表面黏附力有一定的影響,對變異系數(shù)影響較小,當(dāng)平衡溫度為20~25℃時(shí),表面黏附力值過低,基本檢測不出;當(dāng)平衡溫度超過30℃時(shí),其表面黏附力值快速升高,但隨著溫度的繼續(xù)升高,表面黏附力值基本不變。因此,選擇平衡溫度為30℃。
圖1 平衡溫度對再造煙葉表面黏附力的影響Fig.1 Effect of equilibrium temperature on surface adhesive force of reconstituted tobacco
2.1.2 平衡相對濕度的設(shè)定
設(shè)定平衡溫度為30℃,平衡時(shí)間為24 h,改變平衡相對濕度,考察了不同相對濕度對再造煙葉表面黏附力的影響,結(jié)果見圖2??梢钥闯?,相對濕度對再造煙葉表面黏附力及變異系數(shù)的影響較大,當(dāng)相對濕度≤80%時(shí),表面黏附力值較低,其變異系數(shù)也較?。划?dāng)相對濕度達(dá)到85%時(shí),表面黏附力明顯增大,隨著相對濕度的繼續(xù)升高,表面黏附力值基本保持不變;當(dāng)相對濕度為90%時(shí),變異系數(shù)略增大??紤]到表面黏附力值過小時(shí),檢測誤差的影響會變大,因此選擇平衡相對濕度為85%。
圖2 相對濕度對再造煙葉表面黏附力的影響Fig.2 Effect of relative humidity on surface adhesive force of reconstituted tobacco
2.1.3 平衡時(shí)間的設(shè)定
設(shè)定平衡溫度為30℃,平衡相對濕度為85%,改變平衡時(shí)間,考察了不同平衡時(shí)間對再造煙葉表面黏附力的影響,結(jié)果見圖3。從圖3可以看出,平衡時(shí)間對再造煙葉的表面黏附力及其變異系數(shù)有一定的影響,平衡時(shí)間為8 h時(shí),表面黏附力值略低,變異系數(shù)略高;當(dāng)平衡時(shí)間≥24 h時(shí),表面黏附力檢測值略高于平衡時(shí)間8 h的檢測值,其變異系數(shù)略低于平衡時(shí)間8 h的變異系數(shù),且表面黏附力值及變異系數(shù)均較為穩(wěn)定。因此,為縮短樣品制備的時(shí)間,選擇平衡時(shí)間為24 h。
圖3 平衡時(shí)間對再造煙葉表面黏附力的影響Fig.3 Effect of equilibrium duration on surface adhesive force of reconstituted tobacco
2.2.1 探頭的選型
黏性檢測探頭主要包括球形探頭和圓柱形探頭,考察了兩種探頭對再造煙葉表面黏附力值的影響,結(jié)果見表1。從表1可以看出,球形探頭檢測的表面黏附力較圓柱形探頭低,球形探頭的變異系數(shù)高于圓柱形探頭,其原因是因?yàn)榍蛐翁筋^與樣品為點(diǎn)接觸,而圓柱形探頭與樣品為面接觸,面接觸時(shí),探頭與樣品的接觸面積較大,因而實(shí)驗(yàn)誤差較點(diǎn)接觸時(shí)低。因此,選擇圓柱形探頭作為再造煙葉表面黏附力測定探頭。
表1 探頭選型對表面黏附力的影響Tab.1 Effect of probe shape on surface adhesive force
2.2.2 感應(yīng)力的設(shè)定
感應(yīng)力是指待測樣品在被擠壓過程中探頭施加給樣品的力??疾炝瞬煌袘?yīng)力對表面黏附力值的影響,結(jié)果見圖4。從圖4可以看出,感應(yīng)力對表面黏附力及其變異系數(shù)的影響不明顯,感應(yīng)力為4.90 N和感應(yīng)力為19.6 N的表面黏附力測量結(jié)果及變異系數(shù)基本相近。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),感應(yīng)力較大時(shí),壓力波動也較大。因此,選擇感應(yīng)力為4.90 N。
2.2.3 擠壓時(shí)間的設(shè)定
圖4 感應(yīng)力對再造煙葉表面黏附力的影響Fig.4 Effect of induction force on surface adhesive force of reconstituted tobacco
考察了不同擠壓時(shí)間對表面黏附力值的影響,數(shù)據(jù)結(jié)果見圖5。從圖5可以看出,擠壓時(shí)間對表面黏附力值及變異系數(shù)影響較小,擠壓時(shí)間為30 s和擠壓時(shí)間為120 s時(shí)的表面黏附力值相近,且變異系數(shù)也較為相近??紤]到檢測時(shí)間越長,樣品的水分散失越多,影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性,因此選擇擠壓時(shí)間為30 s。
圖5 擠壓時(shí)間對再造煙葉表面黏附力值的影響Fig.5 Effect of compression duration on surface adhesive force of reconstituted tobacco
2.2.4 上拉速度的設(shè)定
上拉速度是指樣品被擠壓結(jié)束后探頭上拉返回時(shí)的速度,考察了不同上拉速度對表面黏附力的影響,結(jié)果見圖6。從圖6可以看出,上拉速度對表面黏附力值及其變異系數(shù)的影響均較為明顯,當(dāng)上拉速度為5 mm/s時(shí),表面黏附力值和變異系數(shù)均較低;當(dāng)上拉速度為10和20 mm/s時(shí),表面黏附力值接近。但上拉速度為20 mm/s時(shí),其變異系數(shù)低于上拉速度為10 mm/s時(shí)的變異系數(shù)。因此,綜合考慮表面黏附力值及其變異系數(shù)、樣品測試總時(shí)間,選擇上拉速度為20 mm/s。
綜合2.1和2.2部分,建立了再造煙葉表面黏附力的檢測方法。其中,樣品的制備條件為:在溫度為30℃,相對濕度為85%的恒溫恒濕箱內(nèi)平衡24 h;儀器的參數(shù)設(shè)置為:探頭為圓柱形探頭,感應(yīng)力為4.90 N,擠壓時(shí)間為30 s,上拉速度為20 mm/s。
圖6 上拉速度對再造煙葉表面黏附力值的影響Fig.6 Effect of lifting speed on surface adhesive force of reconstituted tobacco
為驗(yàn)證再造煙葉表面黏附力檢測方法的可行性,安排不同的操作人員,使用同一臺實(shí)驗(yàn)儀器,使用第2小節(jié)建立的檢測方法,對同一種樣品進(jìn)行為期5 d的日間重復(fù)性實(shí)驗(yàn),對結(jié)果的重復(fù)性進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果見表2。從表2可以計(jì)算得出,5組表面黏附力的RSD值為4.72%,說明此檢測方法的結(jié)果重復(fù)性較好。
表2 表面黏附力的日間重復(fù)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Results of intraday repeatability tests of surface adhesive force
在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過控制有效煙草物質(zhì)涂布率制得不同黏性的T-1再造煙葉,研究其表面黏附力的差異性,數(shù)據(jù)結(jié)果見圖7。從圖7可以看出,隨著涂布率的增加,表面黏附力增加;當(dāng)涂布率從35.6%增加到43.8%時(shí),其表面黏附力增長了145.55%。說明此檢測方法可以檢測出不同黏性再造煙葉表面黏附力的差異性。
圖7 不同涂布率的再造煙葉表面黏附力的差異性Fig.7 Difference of surface adhesive force between reconstituted tobacco samples at different coating rates
圖8 不同廠家再造煙葉的表面黏附力Fig.8 Surface adhesive force of reconstituted tobacco samples from different manufacturers
根據(jù)第2小節(jié)建立的再造煙葉表面黏附力的檢測方法,對不同廠家再造煙葉的表面黏附力進(jìn)行了檢測,結(jié)果見圖8。從圖8中可以看出,不同廠家再造煙葉的表面黏附力存在明顯差異,國產(chǎn)-1和進(jìn)口-1再造煙葉的表面黏附力較低,國產(chǎn)-7、國產(chǎn)-8、國產(chǎn)-9再造煙葉的表面黏附力較高,其余廠家再造煙葉的表面黏附力均處于中等水平;國產(chǎn)-9的再造煙葉的表面黏附力最高,為120.491 mN。
(1)通過對樣品的制備條件及儀器參數(shù)的優(yōu)化,建立了利用質(zhì)構(gòu)儀檢測造紙法再造煙葉表面黏附力的方法,其樣品制備條件為:平衡溫度為30℃,平衡相對濕度為85%,平衡時(shí)間為24 h;儀器的參數(shù)設(shè)置為:探頭選用圓柱形探頭,感應(yīng)力為4.90 N,擠壓時(shí)間為30 s,上拉速度為20 mm/s。
(2)對表面黏附力檢測方法的結(jié)果重復(fù)性進(jìn)行了驗(yàn)證,并以不同黏性的再造煙葉進(jìn)行了檢測范圍驗(yàn)證。結(jié)果表明,日間重復(fù)性實(shí)驗(yàn)的RSD為4.72%,可以應(yīng)用于不同黏性再造煙葉表面黏附力的檢測。
(3)對9個(gè)廠家再造煙葉的表面黏附力進(jìn)行檢測可知,國產(chǎn)-1和進(jìn)口-1再造煙葉的表面黏附力較低,國產(chǎn)-9再造煙葉的表面黏附力最高,國產(chǎn)-9再造煙葉的表面黏附力比國產(chǎn)-1高359.92%。此方法可以用于再造煙葉表面黏附力的檢測及評價(jià)。