摘 要：隨著卷煙設(shè)備的不斷升級(jí)換代以及卷接包速度的不斷提升，特別是在目前超高速卷接包設(shè)備、濾棒成型機(jī)組及新型卷煙輔材廣泛應(yīng)用的情況下，對(duì)煙用水基膠檢驗(yàn)表征指標(biāo)與上機(jī)適用性的關(guān)聯(lián)提出更高更新的要求，為解決目前大部分卷煙生產(chǎn)企業(yè)常出現(xiàn)煙用水基膠“檢驗(yàn)合格但不好用”的現(xiàn)象，研究采用旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)試不同配方煙用水基膠的穩(wěn)態(tài)變剪切黏度曲線、三段階躍破壞與恢復(fù)、粘觸性等流變性能，并考察流變性能與上機(jī)應(yīng)用的相關(guān)性，確定其對(duì)上機(jī)適用性能的影響，以指導(dǎo)卷煙生產(chǎn)實(shí)際質(zhì)量控制。

關(guān)鍵詞：煙用水基膠;黏度曲線;三段階躍觸變性;粘觸性

中圖分類號(hào)：

TQ433.4+33

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

A文章編號(hào)：

1001-5922（2024）01-0040-04

Adhesion performance and quality control of cigarette water-based adhesive through rotational rheology testing

CHU Wei1，ZHONG Lin1，PANG Quanli2，WANG Hui2，ZHAN Ni1

（1.Wuhan Cigarette Factory of Hubei China Tobacco Industry Co.，Ltd.，Wuhan 430048，China；

2.Hubei Tobacco Industry Co.，Ltd.，Wuhan 430040，China）

Abstract：With the continuous upgrading of cigarette equipment and improvement of rolling and wrapping speed，especially in the current situation that ultra-high speed rolling and wrapping equipment，filter rod molding units and new cigarette auxiliary materials are widely used，higher and updated requirements are put forward for the correlation between the test characterization indicators of cigarette water-based adhesive and its suitability for use on machines.In order to solve the problem that water-based adhesives used in tobacco are \"qualified but not easy to use\" in most cigarette manufacturers，a rotary rheometer was used in this paper to test rheological properties such as steady-state variable shear viscosity curve，three-stage step failure and recovery，and viscidity of water-based adhesives in different formulations，investigate the correlation between rheological properties and machine application，determine the impact on machine applicability，and guide the actual quality control of cigarette production.

Key words：cigarette water-based adhesive;viscosity curve;three-step thixotropy;adhesive

目前國(guó)內(nèi)外主流的煙用水基膠為醋酸乙烯酯-乙烯共聚乳液（VAE）膠粘劑體系。該體系的表觀黏度呈現(xiàn)出隨剪切速率（涂輥轉(zhuǎn)速）增大而降低的趨勢(shì)，即俗稱的剪切變稀現(xiàn)象，因此煙用水基膠為假塑性流體。在涂膠輥的高速剪切作用下，剪切變稀現(xiàn)象在輥涂型卷煙設(shè)備上表現(xiàn)尤為明顯。為表征該現(xiàn)象，國(guó)外菲利普·莫里斯已建立用博勒飛旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)試膠粘劑流變黏度曲線測(cè)試方法，并已推廣應(yīng)用。國(guó)內(nèi)關(guān)于煙用水基膠流變黏度曲線相關(guān)測(cè)試方法報(bào)道較少，如采用非牛頓流體的Ostwald-de Wale 冪律方程模型，對(duì)HAUNI Protos 2-2 適用輥涂型接嘴膠的動(dòng)態(tài)流變檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合［1-2］。貴州中煙在對(duì)煙用水基膠性能研究中，提出結(jié)構(gòu)黏度指數(shù)的概念用于判斷煙用水基膠上機(jī)性能。研究采用穩(wěn)態(tài)變剪切黏度曲線、三階段觸變性及粘觸性等方法表征煙用水基膠的流變性能，并通過(guò)配制不同流變性能的煙用水基膠，確定其對(duì)上機(jī)適用性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

采用Thermo Fisher Scientific公司的HAAKE MARS60流變性能測(cè)試儀檢測(cè)樣品的流變性能，檢測(cè)模式包括穩(wěn)態(tài)變剪切黏度曲線、三段階躍觸變性、粘觸性。

測(cè)試轉(zhuǎn)子為35 mm的1度錐板和35 mm直徑平行板，測(cè)試溫度為室溫25 ℃。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 穩(wěn)態(tài)變剪切黏度曲線

旋轉(zhuǎn)流變儀可測(cè)試不同剪切速率下煙用水基膠的剪切變稀性質(zhì)。模擬不同應(yīng)用場(chǎng)景（如儲(chǔ)存或輥涂）下煙用水基膠的黏度。使用35 mm的1度錐板，旋轉(zhuǎn)模式控制剪切速率1～5 000 s-1，當(dāng)剪切達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后取黏度值。

1.2.2 三段階躍觸變性

結(jié)構(gòu)破壞與恢復(fù)實(shí)驗(yàn)，可以研究煙用水基膠在輥涂前后的黏度變化。使用35 mm的1度錐板，第1段模擬初始態(tài)，恒定旋轉(zhuǎn)剪切速率1 s-1，持續(xù)60 s；第2段模擬輥涂，恒定旋轉(zhuǎn)剪切速率5 000 s-1，持續(xù)30 s；第3段模擬涂后，恒定旋轉(zhuǎn)剪切速率1 s-1，持續(xù)120 s。

1.2.3 粘觸性

在5 s內(nèi)，把樣品從0.5 mm厚度，使用35 mm平行板轉(zhuǎn)子拉伸至4 mm高度。以最大的法向力反映煙用水基膠的粘性，法向力越大，粘性越大［5-6］。

不同配方的煙用水基膠樣品理化指標(biāo)；煙用水基膠5個(gè)樣品：A、E、F、G、H，按照YC/T 188—2004標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定方法檢測(cè)數(shù)據(jù)，具體如表1所示。

上機(jī)實(shí)驗(yàn)條件：試驗(yàn)地為武漢卷煙廠，試驗(yàn)牌號(hào)01103黃鶴樓（軟藍(lán)）M。試機(jī)材料批次：A、B、C、D、E樣品；選用R207（ZJ118機(jī)型），機(jī)速為8 000支/min，時(shí)間8 h。

2 結(jié)果與討論

2.1 穩(wěn)態(tài)變剪切黏度變化

表2為樣品穩(wěn)態(tài)變剪切實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果。

由表2可知，樣品的零剪切黏度大小順序依次為：H樣品、F樣品、G樣品、A樣品、E樣品。

在1～5 000 s-1剪切速率內(nèi)采用Cross模型擬合得出樣品的指數(shù)因子（n），n值用于表征樣品黏度隨剪切速率變化的程度。n值越大表明樣品的黏度隨剪切速率下降越快；n為0時(shí)，樣品為牛頓流體；由表2還可知，樣品n值大小順序依次為：H、A、F、G、E，說(shuō)明樣品H隨剪切速率變化下降速度最快［7-8］。

同初始黏度比較，A樣品剪切變稀程度比E樣品大，在高速輥涂時(shí)，呈現(xiàn)為涂膠量E比A樣大；H樣品比F樣品剪切變稀程度大，在輥涂時(shí)表現(xiàn)為F樣品膠量比H樣品膠量大，在1 000 s-1和5 000 s-1高剪切時(shí)，樣品H的黏度最小，樣品E的黏度最大。樣品的剪切變稀程度越小，切刀、吸紙輪、搓接鼓輪、搓板等部位粘附的膠垢越多，被動(dòng)停機(jī)保養(yǎng)次數(shù)增加，生產(chǎn)效率受到影響［9-10］。

2.2 第1法向應(yīng)力差

從穩(wěn)態(tài)變剪切實(shí)驗(yàn)得到第1法向力應(yīng)力差（N1）隨剪切速率變化情況，結(jié)果如圖1所示。法向應(yīng)力是彈性流體被剪切時(shí)產(chǎn)生的垂直于剪切方向的應(yīng)力，產(chǎn)生的法向應(yīng)力大小通常還與聚合物溶液或凝膠成膜的能力密切相關(guān)，表現(xiàn)出高法向應(yīng)力增長(zhǎng)的剪切稀化材料往往表現(xiàn)出更大的彈性［11-13］。

從樣品穩(wěn)態(tài)變剪切可以判斷出第1法向應(yīng)力差在高剪切時(shí)第1法向應(yīng)力差大小順序依次表現(xiàn)為：E樣品、 G樣品、 F樣品、A樣品、H樣品。N1越大，樣品在高速輥涂運(yùn)行時(shí)，彈性越強(qiáng)，越容易成膜，甚至產(chǎn)生拉絲行為。

2.3 三段階躍觸變性

表3為樣品的三段階躍觸變性實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)。為了研究煙用水基膠樣品在高速輥涂前后的黏度變化，第1段模擬初始態(tài)恒定旋轉(zhuǎn)剪切速率1 s-1，持續(xù)剪切時(shí)間60 s；第2段模擬高速輥恒定旋轉(zhuǎn)剪切速率5 000 s-1，持續(xù)剪切時(shí)間30 s；第3段模擬涂膠后恒定旋轉(zhuǎn)剪切速率1 s-1，持續(xù)剪切時(shí)間120 s。

從測(cè)試數(shù)據(jù)可知，樣品經(jīng)過(guò)高速剪切破壞，1 s后黏度恢復(fù)速度樣品大小依次為：F、E、G、A、H，過(guò)快的黏度恢復(fù)速率造成剪切后樣品沒(méi)足夠時(shí)間輥涂平整［14］。

2.4 粘觸性

表4為樣品的粘觸性實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，將樣品在5 s內(nèi)從0.5 mm高度勻速拉伸至4 mm高度，測(cè)試法向力隨拉伸高度的變化，以最大法向力表征煙用水基膠的濕粘性，樣品的法向力越大，表明濕粘性越強(qiáng)，高速輥涂時(shí)粘膠輥的風(fēng)險(xiǎn)越大［15-16］。由表4可知，樣品的濕粘力大小排序依次為：A樣品、E樣品、G樣品、H樣品、F樣品。

2.5 上機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

將各煙用水基膠樣品在武漢卷煙廠ZJ118機(jī)型上機(jī)實(shí)驗(yàn)，生產(chǎn)牌號(hào)為01103黃鶴樓（軟藍(lán)）M的產(chǎn)品，連續(xù)運(yùn)行8 h，停機(jī)后觀察搓板、切紙刀及膠后加熱器等表面的積膠情況和外觀缺陷，同時(shí)測(cè)試漏氣剔除支數(shù)［17］，綜合判斷上機(jī)效果，結(jié)果如表5所示。

由表5可知，H樣品上機(jī)綜合效果最好，F(xiàn)樣品上機(jī)綜合效果最差；保養(yǎng)間隔時(shí)間大小順序依次為：H樣品、G樣品、A樣品=E樣品、F樣品，保養(yǎng)間隔時(shí)間越長(zhǎng)，實(shí)際生產(chǎn)效率越高，上機(jī)適用性越好；漏氣剔除支數(shù)由小到大順序依次為：H樣品、G樣品、F樣品、A樣品、E樣品，漏氣剔除支數(shù)越少表明煙支質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)越小，膠水的應(yīng)用效果越好［18-20］；積膠順序由小到大順序依次為：H樣品、G樣品、A樣品＝E樣品，積膠越少說(shuō)明樣品上機(jī)時(shí)保養(yǎng)頻次越少，上機(jī)時(shí)出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷越少。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）從穩(wěn)態(tài)變剪切實(shí)驗(yàn)測(cè)試可知，高速輥涂時(shí)樣品的零切黏度或特征剪切速率下的黏度大小順序依次為：E樣品、A樣品、G樣品、F樣品、H樣品。設(shè)備上機(jī)運(yùn)行時(shí)，樣品的膠垢多少順序依次為：E樣品、A樣品、G樣品、H樣品，穩(wěn)態(tài)變剪切實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果推測(cè)涂膠量大小與上機(jī)試驗(yàn)結(jié)果呈對(duì)應(yīng)關(guān)系;

（2）從樣品穩(wěn)態(tài)變剪切可判斷第1法向應(yīng)力差（N1）在高剪切時(shí)N1大小順序依次為：E樣品、G樣品、F樣品、A樣品H樣品，N1越大，樣品在高速輥涂運(yùn)行時(shí)，越容易成膜，說(shuō)明積膠風(fēng)險(xiǎn)越大，這與上機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致;

（3）根據(jù)三段階躍破壞與恢復(fù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，經(jīng)過(guò)高速剪切破壞后，樣品的黏度恢復(fù)程度由小到大順序依次為：F樣品、E樣品、G樣品、A樣品、H樣品；結(jié)合上機(jī)結(jié)果，若樣品恢復(fù)性較強(qiáng)，在高速輥涂剪切后黏度會(huì)快速增大，容易出現(xiàn)不流平甚至過(guò)多在輥上。為此，在研發(fā)輥涂型煙用接嘴膠時(shí)該項(xiàng)性能應(yīng)設(shè)計(jì)在合理范圍內(nèi);

（4）根據(jù)粘觸性測(cè)試結(jié)果，得出樣品的濕粘力大小排序依次為：A樣品、E樣品、G樣品、H樣品、F樣品，濕粘力越大，說(shuō)明高速輥涂時(shí)粘膠輥的風(fēng)險(xiǎn)越大，越容易出現(xiàn)積膠。所以，在配方設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以降低膠的粘觸性為一種方向，但若粘性降低太多，如F樣品，粘觸性最小，也會(huì)出現(xiàn)煙支產(chǎn)品粘接不牢問(wèn)題。因此，在設(shè)計(jì)產(chǎn)品配方時(shí)應(yīng)在合理范圍內(nèi)。

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