压榨对烟业纸基影响研究

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本文作者：曾健1,2陈克复2谢剑平3许光1李军2饶国华1杨飞2高文花2作者单位：1.广东中烟工业有限责任公司技术中心2.华南理工大学3.郑州烟草研究院

在烟叶复烤及卷烟生产过程中，会产生约占原烟料总量1/3的烟梗、烟末等［1－2］，烟草薄片是利用烟草加工过程中产生的烟梗、烟末等烟草废料通过一定的加工工艺生产的再造烟叶［3］。造纸法所生产的烟草薄片具有密度小、填充值大、机械性能好、焦油量低等优点，是目前烟草薄片的主要生产技术［4－6］。因此，造纸法的加工工艺对烟草薄片的吸食品质和物理性能起到了关键的作用。压榨是烟草薄片纸基成型必不可少的生产工序，烟草薄片生产线压榨部对薄片纸基进行机械脱水，有效地改善薄片纸基的表面性能和内部结构，增加湿薄片纸基的强度，提高烟草薄片生产线的运行性能和有效性［7］。因此，压榨对烟草薄片的性能有非常重要的影响。目前，国内外对压榨影响烟草薄片纸基的研究相关报道较少，本实验对不同压榨压力条件下对薄片纸基的性能进行研究，以期对压榨压力影响薄片纸基的性能进行全面的了解，更好地发挥烟草薄片降焦减害的作用，为提高烟草薄片的品质提供理论指导和技术支持。

1实验

1．1原料

实验用烟梗、烟末由广东中烟工业有限责任公司提供，取回后在4℃条件下冷藏，装袋平衡水分备用。

1．2浸渍提取

烟梗、烟末单段浸渍提取实验是在电热蒸煮锅(普通型)ZT1－00/15L(兴平市中通试验装备有限公司生产)中进行的。烟梗装锅量为1500g，烟末的装锅量为1200g，先将按液比计算好的提取用水加入到蒸煮锅中进行预热到指定温度，加入物料，盖好锅盖进行旋转蒸煮，保温至规定的时间。烟梗、烟末单段浸渍提取完成后采用脱水机进行甩干脱水，平衡水分，供磨浆用。烟梗浸渍提取的实验条件如下:液比1∶7(g∶mL)，温度60℃，时间100min。烟末浸渍提取的实验条件如下:液比1∶10(g∶mL)，温度70℃，时间60min。

1．3磨浆

经浸渍处理后的烟梗、烟末在日本KRK公司产的KRK－2500Ⅱ高浓磨浆机中进行三段磨浆，磨浆浓度为20%。

1．4压榨

在实验室条件下，采用KRK－2570方形压榨机(图1，日本KRK公司)进行压榨，改变不同的压榨压力，分别为0．1、0．2、0．3和0．4MPa，分两段进行压榨，第一段为5min，第二段为2min，压榨按照GB/T24324－2009纸浆物理试验用实验室纸页的制备常规纸页成型器法标准进行。

1．5抄片

磨浆后的浆料采用奥地利产PTI快速抄片器抄定量为70g/m2烟用薄片纸基(烟梗与烟末的质量比为7∶3)，压榨后进行干燥(温度105℃)。纸片在ISO标准恒温恒湿条件(相对湿度(50±2)%和温度(23±1)℃)下处理24h，然后测其物理性能指标。

1．6烟草薄片纸基液体渗透性能的测定［8］

动态渗透特性采用德国EMTEC公司生产的PenetrationDynamicsAnalyzer渗透动态分析仪来检测，PDA可快速可靠地测量液体渗透进入吸收性物体的动态过程。润湿性Max值是指烟草薄片纸基被完全润湿且信号强度达到最高时的时间，它随着液体在纸张表面停留时间的增加而增加。本实验以水为测试液体，tW，max越大，表示薄片纸基的抗水性能越好。特征值(t95)是纸样被液体渗透且信号强度达到95%时所经历的时间，它是以水溶液作为测试液体，此时纸样的渗透性只受纸面孔隙结构的影响，孔隙越大或越开放时，水溶液渗透越快，t95值越大，表示薄片纸基的表面孔隙度越小，则抗渗透性能越好。

1．7纤维分析及扫描电子显微镜(SEM)观察

将手抄烟用薄片纸基裁剪后进行喷金处理，然后使用扫描电子显微镜(HitachiS－3700N)进行观察。1．8分析测定薄片纸基丝填充值采用DD－60填充值测定仪(德国BORGWALDT公司)进行检测，测定根据Y/CT152－2001进行。其余各项目分析测定均按相应国家标准进行［9］。

2结果与讨论

2．1压榨对薄片纸基物理性能的影响

不同压榨条件下所得的烟用薄片纸基物理性能如表1所示。由表1可见，当压榨压力从0增加到0．4MPa时，烟用薄片纸基的抗张强度从1．10kN/m增加到1．51kN/m。在磨浆时由于增加了烟梗和烟末纤维的细纤维化，不但增进了纤维之间的结合，而且在磨浆时生成的细小纤维在湿纸页压榨脱水的时候，因为表面张力的关系，更加容易接触产生氢键结合。压榨压力增加，薄片纸基在压榨时可增加纸基中纤维间的接触，增加纤维间的结合面积，从而能够提高薄片纸基的抗张强度和抗张指数。从表1中还可以看出，提高压榨压力，可降低薄片纸基的松厚度，提高其紧度，使薄片纸基的透气度下降。当薄片纸基压榨压力从0增加到0．1MPa时，薄片纸基的松厚度从2．43cm3/g下降到1．99cm3/g，松厚度下降了0．44cm3/g。当压榨压力从0．1MPa提高到0．4MPa时，薄片纸基的松厚度下降变得比较缓慢。这一点对于撕裂指数也有很大的影响，因为提高压榨压力时，纤维间的结合力会增加，但松厚度会下降，所以撕裂指数的变化取决于两者的综合作用。增加压榨压力可以促进烟梗和烟末纤维间的结合，但压力增加到一定程度使纸页的松厚度下降较多时，薄片纸基在撕裂时就会有更多的纤维被拉断而不是从薄片纸基中拉出，从而降低薄片纸基的撕裂指数。填充值的高低会对卷烟的硬度、卷烟的瘪陷性和卷烟的吸食品质等产生影响。不同压榨压力条件下所得的烟草薄片纸基丝的填充值如表1所示。由表1可见，烟草薄片纸基丝的填充值比烟丝的填充值要高出许多，填充值随着压榨压力的增加而降低。压榨压力为0MPa时，薄片纸基在未受压力的条件下，成纸的松厚度高，薄片纸基的填充值最大(7．23cm3/g)，随着压榨压力的增加，纤维与纤维之间的结合变强，薄片纸基的松厚度下降，填充值降低，当压榨压力为0．4MPa时，填充值已降至6．08cm3/g。从表1还可以看出，薄片纸基对照样的抗张强度指数、撕裂指数和湿抗张强度分别为7．59N•m/g、4．14mN•m2/g和0．064kN/m。压榨压力为0．1MPa时，薄片纸基的抗张强度指数、撕裂指数和湿抗张强度分别为20．48N•m/g、1．33mN•m2/g和0．053kN/m，薄片纸基的抗张指数比薄片纸基对照样高出很多，撕裂指数比薄片纸基对照样稍低，薄片纸基与薄片纸基对照样的湿抗张强度相差不大，因此，在较低的压榨压力条件下，能够满足薄片纸基抄造时湿强度的要求。

2．2压榨对薄片纸基渗透性能的影响

薄片纸基的表面结构、渗透性能与吸液性能对薄片纸基后续涂布工序有着非常重要的影响。不同压榨压力条件下所得的烟草薄片纸基的渗透性能如表2所示。t95值表征了薄片纸基的表面孔隙结构，由表2可见，当压榨压力为0MPa时，t95值最小(0．442s)，说明此时薄片纸基的表面孔隙度最大，在没有压力的条件下纤维与纤维之间的结合比较疏松，再加上纤维本身所具有的弹性，使薄片纸基的表面出现较多的自然孔隙;t95值随着压榨压力的增大而逐渐增加，薄片纸基的表面孔隙逐渐减少，当压榨压力为0．4MPa时，t95值最大(3．165s)，说明此时薄片纸基的表面孔隙度最小，这是因为压榨压力增大到0．4MPa，增进了纸中纤维与纤维之间的结合，获得了比较封闭的薄片纸基表面结构，不利于液体从薄片纸基表面渗透到内部。从表2可以看出，tW，max与t95值呈现出相近的变化规律，都随着压榨压力的增加而呈增加趋势。压榨压力为0MPa时，tW，max最小(0．097s)，表示薄片纸基的渗透性能最好;当压榨压力增大到0．4MPa时，tW，max最大(0．401s)，压榨压力增大，纤维与纤维之间的结合变得紧密，薄片纸基的渗透性能也相应变差。不同压榨压力条件下薄片纸基的Cobb30值与Cobb60值如表2所示。Cobb30值与Cobb60值呈现出相近的变化规律，都随着压榨压力的增加而呈现出降低趋势。当压榨压力为0MPa时，薄片纸基的吸水性能最大，Cobb30值与Cobb60值分别为26．7与29．0g/m2;当压榨压力为0．4MPa时，薄片纸基的Cobb30值与Cobb60值分别下降至9．7与14．3g/m2，薄片纸基的吸水性能明显下降。综上所述，压榨压力增加，薄片纸基表面的孔隙逐渐减少，薄片纸基内部纤维与纤维之间的结合变得紧密，不利于液体从薄片纸基的表面孔隙渗透，渗透性能变差，薄片纸基的整体吸液性能随着压榨压力的增加而明显下降。

2．3不同压榨条件下烟草薄片纸基的扫描电镜分析

图2为不同压榨压力条件下烟用薄片纸基的横切面SEM图。由图2可见，当压榨压力为0MPa时，薄片纸基的内部结构比较疏松，纤维与纤维之间的距离比较大，并形成了比较多的大孔隙，有利于空气通过和液体的渗透;压榨压力为0．1MPa时，薄片纸基纤维与纤维的结合逐渐变得紧密，薄片纸基的孔隙变小;当压榨压力为0．2MPa时，薄片纸基纤维间的结合已经变得比较紧密，但是仍然存在一些明显的孔隙;当压榨压力为0．3MPa时，薄片纸基内部的孔隙已经变得非常少，纤维与纤维之间的结合已经变得非常紧密，透气性变得比较差，并且非常不利于液体在纸基内部的渗透。因此，在低压榨压力(＜0．2MPa)条件下，能够明显提高薄片纸基的的松厚度和孔隙率，有利于改善薄片纸基的填充值和透气度，并且可以提高薄片纸基的渗透性能。

3结论

3．1采用造纸法对烟梗和烟末制烟草薄片纸基进行了实验研究，薄片纸基的物理性能研究结果表明，随着压榨压力增大，从0MPa增至0．4MPa，薄片纸基的抗张指数由17．27N•m/g逐渐增加到23．69N•m/g，撕裂指数由2．00mN•m2/g下降至1．69mN•m2/g，松厚度从2．43cm3/g下降到1．80cm3/g，紧度由0．41g/cm3上升0．56g/cm3，薄片纸基的透气度由1．20μm/(Pa•s)下降到0．04μm/(Pa•s)，薄片纸基的填充值由7．23cm3/g逐渐下降到6．08cm3/g。

3．2压榨压力为0MPa时，润湿性Max值(tW，max)最小(0．097s)，t95值最小(0．442s)，薄片纸基的亲液性能和渗透性能最好，有利于对薄片纸基进行涂布操作，tW，max与t95值随着压榨压力的增加而增大，薄片纸基的抗水性能和抗渗透能力增加。

3．3扫描电镜分析结果表明，在低压榨压力(＜0．2MPa)条件下，能够显著提高薄片纸基的松厚度和内部的孔隙率，有利于改善薄片纸基的填充值和透气度，并且可以提高薄片纸基的亲液性能和渗透性能。