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        卷煙紙組分和羅紋對(duì)卷煙主流煙氣常規(guī)成分的影響

        2020-04-27 07:09:00黃朝章張國強(qiáng)黃勝翰龔安達(dá)李華杰張廷貴黃華發(fā)張建平錢繼春
        中國造紙 2020年2期
        關(guān)鍵詞:羅紋卷煙紙助燃劑

        黃朝章 張國強(qiáng) 黃勝翰 龔安達(dá) 李華杰張廷貴 黃華發(fā) 張建平 錢繼春

        (1.福建中煙工業(yè)有限責(zé)任公司,福建廈門,361022;2.龍巖煙草工業(yè)有限責(zé)任公司,福建龍巖,364000)

        卷煙紙作為卷煙生產(chǎn)的基本輔材,盡管所占比例很小,但它對(duì)卷煙的燃燒速率、通風(fēng)度、抽吸口數(shù)、主(側(cè))流煙氣和灰分等都有較大影響,這些指標(biāo)都直接影響到卷煙的煙氣成分、燃燒、包灰效果和卷煙的吸味[1-3]。許多科研工作者都致力于卷煙紙對(duì)卷煙質(zhì)量的影響研究,但絕大部分側(cè)重于考察卷煙紙物理參數(shù)變化(如透氣度、定量、灰分等指標(biāo))對(duì)卷煙質(zhì)量的影響,極少涉及到卷煙紙?zhí)盍吓浞胶土_紋設(shè)計(jì)變化產(chǎn)生的影響。近年來,一些學(xué)者開始對(duì)卷煙紙的纖維[4-8]、填料[9]、助劑[10-15]進(jìn)行了摸索,但是缺乏系統(tǒng)研究。因此,本研究擬從碳酸鈣性狀及用量、助燃劑類型、助留劑用量、羅紋類型等方面探討卷煙紙?zhí)匦詤?shù)對(duì)卷煙常規(guī)煙氣成分的影響,旨為卷煙生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量控制提供新的思路。

        1 材料與方法

        1.1 卷煙樣品制備

        卷煙紙由杭州華豐紙業(yè)有限公司制備;濾棒由龍巖煙草工業(yè)有限責(zé)任公司制備。采用同一配方的卷煙煙絲、同一參數(shù)接裝紙(不打孔)和濾棒、同樣加工工藝參數(shù)以及同一卷煙設(shè)備,按照每次只變化一個(gè)卷煙紙?jiān)O(shè)計(jì)因素、其他輔材設(shè)計(jì)參數(shù)固定的原則,在龍巖煙草工業(yè)有限責(zé)任公司完成卷煙樣品的制備。其中,卷煙紙透氣度設(shè)為60 CU,定量設(shè)為30 g/m2;碳酸鈣為輕質(zhì)碳酸鈣;助燃劑為檸檬酸鉀(除助燃劑類型實(shí)驗(yàn)外),助燃劑含量設(shè)定為0.9%(以鉀計(jì));實(shí)驗(yàn)卷煙紙樣品信息如表1 所示。其他輔材設(shè)計(jì)參數(shù):成型紙透氣度6000 CU、接裝紙透氣度0、絲束規(guī)格為3.0 Y/35000、濾棒長度為144 mm、濾棒吸阻為4200 Pa、增塑劑施加量為9.0%。試制卷煙煙支長度為84 mm、圓周為24.1 mm、煙支質(zhì)量為0.89 g。

        表1 卷煙紙樣品信息

        1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

        RM200全自動(dòng)吸煙機(jī)(德國Borgwaldt公司);非散射紅外分析儀(與全自動(dòng)吸煙機(jī)配套);KBF720恒溫恒濕箱(德國Binder公司);SSL1數(shù)控圓周震蕩搖床(英國Stuart公司);6890氣相色譜儀(美國安捷倫公司)。

        1.3 分析方法

        依據(jù)GB/T 19609—2004《卷煙用常規(guī)分析用吸煙機(jī)測定總粒相物和焦油》對(duì)卷煙樣品氣相中的總粒相物和焦油進(jìn)行測定;依據(jù)GB/T 23356—2009《卷煙煙氣氣相中一氧化碳的測定非散射紅外法》對(duì)卷煙煙氣氣相中的一氧化碳進(jìn)行測定;依據(jù)YC/T156—2001《卷煙總粒相物中煙堿的測定氣相色譜法》對(duì)卷煙煙氣氣相中的煙堿進(jìn)行測定;依據(jù)YC/T157—2001《卷煙總粒相物中水分的測定氣相色譜法》對(duì)卷煙煙氣氣相中的水分進(jìn)行測定。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 碳酸鈣變化對(duì)卷煙主流煙氣常規(guī)成分的影響

        碳酸鈣是卷煙紙中第二大組分,應(yīng)用于卷煙紙中可有效提高卷煙紙的透氣度、不透明度、白度,改善燃燒性能,同時(shí)也影響著卷煙紙羅紋的清晰程度;其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著成紙質(zhì)量,進(jìn)而影響卷煙燃燒時(shí)主流煙氣常規(guī)成分的釋放量[16]。實(shí)驗(yàn)考察了不同碳酸鈣形態(tài)、碳酸鈣粒徑和碳酸鈣用量對(duì)卷煙主流煙氣常規(guī)成分的影響情況,結(jié)果如圖1 所示。從圖1 可以看出,①碳酸鈣形態(tài)對(duì)主流煙氣常規(guī)成分有一定影響,與固態(tài)碳酸鈣卷煙紙相比,采用液態(tài)碳酸鈣卷煙紙的卷煙樣品煙氣中焦油、煙堿、水分和CO 分別降低0.2、0.05、0.04 和0.1 mg/支。②碳酸鈣粒徑對(duì)主流煙氣常規(guī)成分影響較小,采用大粒徑碳酸鈣可降低主流煙氣中焦油和CO 0.1 mg/支左右。③碳酸鈣用量對(duì)焦油、水分和CO 的影響規(guī)律一致,采用高用量的碳酸鈣一定程度上可以降低主流煙氣中的焦油、水分和CO釋放量,降低范圍為0.1~0.4 mg/支。

        碳酸鈣在卷煙紙中的用量一般為26.0%~36.0%,目前,固態(tài)碳酸鈣和液態(tài)碳酸鈣在國內(nèi)各卷煙紙廠均有使用。其中固態(tài)碳酸鈣運(yùn)輸成本低;而液態(tài)碳酸鈣由于沒有經(jīng)過干燥工序、機(jī)械摩擦和撞擊,充分保留了自然形成的晶型,其形態(tài)和大小更趨于一致,因此成紙更加柔軟、松厚、燃燒性能提高[16];有助于氣相物的擴(kuò)散和降低卷煙抽吸口數(shù),因此相應(yīng)卷煙主流煙氣常規(guī)成分的釋放量下降。大粒徑碳酸鈣的比表面積較小,在紙中形成的自然孔隙大,有利于提高氣相物和粒相物的擴(kuò)散;小粒徑碳酸鈣的比表面積較大,覆蓋能力強(qiáng),容易阻塞自然孔隙,不利于煙氣成分的擴(kuò)散[8]。卷煙紙中碳酸鈣用量增大,會(huì)增加炭化線附近卷煙紙微孔的孔容,使完全裂解區(qū)域與未完全裂解區(qū)域內(nèi)卷煙紙的微孔數(shù)目均明顯增多,因此可促進(jìn)主流煙氣常規(guī)成分向側(cè)流煙氣中擴(kuò)散[17]。

        圖1 碳酸鈣變化對(duì)主流煙氣常規(guī)成分的影響

        2.2 羅紋變化對(duì)卷煙主流煙氣常規(guī)成分的影響

        卷煙紙羅紋參數(shù)包括了羅紋形式、羅紋深淺和壓紋方式。常見的卷煙紙羅紋形式主要有縱向紋(豎羅紋)和橫向紋(橫羅紋),還有斜紋、波浪紋、寬羅紋等;羅紋深淺是雕印機(jī)在卷煙紙表面所壓印痕凹凸程度的立體表現(xiàn),卷煙紙羅紋的深度已由淺羅紋逐步發(fā)展成為中等深度羅紋、深羅紋和超深羅紋;壓紋方式分為正面壓紋和反面壓紋兩種,正面壓紋是紙幅的正面接觸絲紋輥,而反面壓紋是紙幅的反面接觸絲紋輥。實(shí)驗(yàn)考察了不同羅紋形式、羅紋深淺和壓紋方式對(duì)卷煙主流煙氣常規(guī)成分的影響情況,結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出,①羅紋形式對(duì)卷煙煙氣中的焦油、煙堿和CO 是有一定影響;采用豎羅紋卷煙紙,焦油、煙堿和CO 較高,采用無羅紋卷煙紙,焦油、煙堿和CO 較低,其中二者CO 的差異達(dá)到8.7%;煙氣水分基本不變。②羅紋深淺對(duì)卷煙煙氣中的焦油、水分和CO 是有一定影響,與深羅紋卷煙紙相比,采用淺羅紋卷煙紙的卷煙煙氣中的焦油、水分和CO 分別降低2.5%、7.6%和5.8%。③羅紋深淺對(duì)卷煙煙氣中的焦油和CO 有小幅影響;采用正壓的卷煙紙,煙氣中的焦油和CO較低。

        卷煙紙的羅紋是通過機(jī)械作用使紙面形成清晰、美觀的細(xì)條紋。在卷煙紙生產(chǎn)過程中,卷煙紙的羅紋參數(shù)設(shè)置不同,卷煙紙受到壓紋輥的壓力不同,卷煙紙厚度或緊度等方面會(huì)發(fā)生改變。因此,在卷煙燃燒時(shí)煙氣透過卷煙紙與空氣進(jìn)行交換過程中路徑會(huì)發(fā)生改變,緊度小時(shí),煙氣透過卷煙紙可能走直線;而緊度大時(shí),煙氣透過卷煙紙可能走曲線。所以造成煙氣擴(kuò)散及時(shí)性有差異,最終造成卷煙主流煙氣常規(guī)成分釋放量存在差異。采用無羅紋卷煙紙/淺羅紋卷煙紙/正壓羅紋卷煙紙,煙氣中焦油和CO 較低,可能是因?yàn)?種類型卷煙紙表面經(jīng)過機(jī)械擠壓強(qiáng)度低,紙張中的自然空隙保留較多,有利于煙氣成分的擴(kuò)散,因此相應(yīng)的卷煙煙氣氣相物和粒相物釋放量較低。

        2.3 助燃劑類型對(duì)卷煙主流煙氣常規(guī)成分的影響

        檸檬酸鹽、蘋果酸鹽、乳酸鹽和酒石酸鹽是卷煙紙企業(yè)常用的助燃劑,不同的卷煙紙助劑的助燃效果各異,因此會(huì)對(duì)煙氣有害成分釋放量產(chǎn)生影響。比較了4種鉀鹽型卷煙紙?zhí)砑觿?duì)煙氣有害成分釋放量的影響,結(jié)果如圖3 所示。從圖3 可以看出,①卷煙紙助燃劑酸根種類對(duì)卷煙常規(guī)煙氣成分有影響,其中對(duì)水分和CO 的釋放量有較顯著影響。②卷煙紙助燃劑酸根種類對(duì)焦油、煙堿、水分和CO 的影響規(guī)律不一致;相比常用的檸檬酸卷煙紙,蘋果酸卷煙紙的焦油、煙堿和CO 上升;酒石酸卷煙紙的焦油、煙堿、水分和CO 下降;乳酸卷煙紙的水分下降,但其他指標(biāo)相當(dāng)。

        助燃劑主要是改變卷煙紙的燃燒性能,不僅影響卷煙紙的擴(kuò)散率[18],對(duì)卷煙的燃燒速率也有影響[19],不同助燃劑的酸根種類、陽離子種類、含量變化都會(huì)對(duì)卷煙的煙氣成分釋放量造成較大影響,進(jìn)而影響到卷煙的感官質(zhì)量。

        2.4 助留劑用量對(duì)卷煙主流煙氣常規(guī)成分的影響

        圖2 羅紋變化對(duì)主流煙氣常規(guī)成分的影響

        圖3 助燃劑類型對(duì)主流煙氣常規(guī)成分的影響

        由于卷煙紙的厚度較小,需要加入一定量的助留劑和增強(qiáng)劑,以減少纖維、填料的流失并提高成紙強(qiáng)度。本實(shí)驗(yàn)采用瓜爾膠作為助留劑,比較了兩種助留劑用量(0.5%和0.8%)對(duì)卷煙主流煙氣常規(guī)成分釋放量的影響,結(jié)果如表2所示。從表2可以看出,助留劑用量對(duì)主流煙氣常規(guī)成分無明顯影響,兩種助留劑用量下,焦油、煙堿、水分和CO 的釋放量偏差<4%。卷煙紙助留劑主要是起到助留、助濾和增強(qiáng)效果,本試驗(yàn)采用的助留劑瓜爾膠是碳水化合物,其化學(xué)組分為聚半乳糖甘露糖,不會(huì)改變卷煙燃燒狀態(tài);且其占卷煙紙成品的含量低,自身熱解產(chǎn)物對(duì)煙氣成分的貢獻(xiàn)度極小。因此在考察的范圍內(nèi),瓜爾膠用量對(duì)煙氣常規(guī)成分無影響。

        表2 卷煙紙助留劑用量對(duì)卷煙主流煙氣常規(guī)成分的影響

        3 結(jié) 論

        本研究制備了8 種不同參數(shù)卷煙紙并制成卷煙,考察卷煙紙中的碳酸鈣參數(shù)、羅紋參數(shù)和助劑參數(shù)對(duì)卷煙主流煙氣常規(guī)成分的影響。

        3.1 采用液態(tài)碳酸鈣、大粒徑碳酸鈣、高用量的碳酸鈣有利于降低卷煙常規(guī)煙氣中的焦油和CO,煙氣焦油和CO降低量為0.1~0.4 mg/支。

        3.2 采用無羅紋、淺羅紋和正壓羅紋的卷煙紙,均有助于降低卷煙常規(guī)煙氣中的焦油和CO,其中CO降幅最高可達(dá)8.7%。

        3.3 使用酒石酸鉀作為助燃劑的卷煙紙,卷煙常規(guī)煙氣中焦油和CO 較低;助留劑含量對(duì)卷煙主流煙氣常規(guī)成分無顯著影響。

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