改善造纸法烟草基片松厚度的研究

温洋兵 罗 冲 胡惠仁 王 亮 孙德平 姚元军

(1．天津科技大学天津市制浆造纸重点实验室，天津，300457;2．湖北中烟技术研发中心黄鹤楼薄片应用研究所，湖北武汉，430056)

改善造纸法烟草基片松厚度的研究

温洋兵1罗 冲1胡惠仁1王 亮2孙德平2姚元军2

(1．天津科技大学天津市制浆造纸重点实验室，天津，300457;2．湖北中烟技术研发中心黄鹤楼薄片应用研究所，湖北武汉，430056)

研究了造纸法烟草基片生产过程中，烟梗浆与烟末浆比例、木浆和沉淀碳酸钙 (PCC)用量对烟草基片松厚度和抗张强度的影响。结果表明，适宜的木浆添加比例约为20%;增加烟草浆中烟末浆的比例对基片的松厚度有利，但是对烟草基片的强度性能具有负面影响，烟草浆中适宜的烟末浆比例约为50%。

烟草基片;松厚度;木浆;烟梗浆;烟末浆;PCC

两步法加工工艺是目前使用最为广泛的造纸法烟草薄片生产技术，其方法为:先将烟梗、烟末、碎烟叶等烟草原料经一定温度的清水萃取后，将可溶萃取物与不溶物分离，抽提后的固形物经造纸磨浆设备(盘磨机、高浓磨浆机等)磨制成烟草浆料，与部分木浆和填料等混合均匀后，由纸机抄造成烟草基片，可溶物萃取液经加热、真空浓缩后加料调制，利用表面施胶或涂布装置回涂到烟草基片的表面上，经过干燥、打片后制成烟草薄片。

松厚度是评价造纸法烟草基片质量的重要技术指标。烟草基片松厚度高，能够改善烟草薄片在卷烟时的填充性以及卷烟燃烧时的燃烧性能，对降低一氧化碳等有害物质的生成有利［1］。本实验主要对造纸法烟草基片生产中添加木浆用量、烟草浆中烟末浆的比例和沉淀碳酸钙 (PCC)用量对烟草基片松厚度和抗张强度的影响进行了研究，探索影响造纸法烟草基片松厚度的因素，为改善造纸法烟草薄片的质量提供一定的技术支持。

1 实验

1.1 原料

烟梗、烟末、针叶木漂白硫酸盐浆、PCC均由湖北中烟责任有限公司提供。

1.2 方法

1.2.1 烟草浆的制备

烟梗原料在水温为 (45±5)℃的条件下萃取1 h，固液分离后，固相物质经高浓磨浆机磨浆至打浆度为(25±2)°SR的烟梗浆备用;烟末原料在水温为 (45±5)℃的条件下萃取1 h，固液分离后，固相物质经磨浆至打浆度为 (15±2)°SR的烟末浆备用。

1.2.2 烟草基片的抄造

将制好的烟草浆与一定比例的木浆、PCC混合，使用快速纸页成形器抄造成定量为65 g/m2的烟草基片手抄片。

2 结果与讨论

2.1 烟梗浆与烟末浆比例对烟草基片松厚度的影响

2.1.1 烟梗浆和烟末浆的纤维分析

卷烟下脚料烟梗、烟末是造纸法烟草基片的主要组成部分。烟梗浆和烟末浆的显微镜分析如图1和图2所示。从图1可以看出，烟梗浆的纤维短而粗，细小组分和表皮细胞含量较多。烟梗作为卷烟企业的废弃物，其主要成分是细胞壁物质，包括纤维素、半纤维素、多糖、木素及少量的萜类和含N杂环等物质，纤维含量少，杂细胞等含量较高［2-4］，采用机械法制浆后保留了大量的木素，烟梗浆纤维分丝帚化少，使得烟梗浆纤维粗度和宽度较大，如表1所示。

表1 烟梗浆与烟末浆的纤维性能分析

烟末是烟叶在卷烟切丝过程中的下脚料，其主要成分为水溶性糖、还原糖、烟碱、蛋白质、钾、氯等［5-7］。从图2可以看出，烟末浆主要由碎烟末、表皮细胞和细小组分等组成，其浆料中几乎没有纤维，因此增加烟末在烟草浆中所占比例会阻碍成纸时纤维间的结合。

2.1.2 烟草浆中烟末浆比例对烟草基片松厚度的影响

烟梗浆与烟末浆由于在纤维性质、形态方面存在巨大的差异，使得烟梗浆与烟末浆的比例对烟草基片物理性能具有重要的影响。烟末浆在烟草浆中所占比例对烟草基片松厚度的影响如图3所示。从图3可以看出，增加烟末浆比例可以明显改善烟草基片的松厚度。当只使用烟梗浆与外加木浆配抄时 (烟末浆在烟草浆中所占比例为0时)，烟草基片的松厚度为2．11 cm3/g，烟末浆所占比例为50%时，烟草基片的松厚度为2．23 cm3/g，松厚度增加了0．12 cm3/g。烟末主要成分为非纤维物质，表皮细胞含量较高，添加烟末浆会阻碍纤维间的结合，使得纸张变得疏松，如图4所示。

2.1.3 烟草浆中烟末浆所占比例对烟草基片抗张强度的影响

烟末是卷烟过程中产生的碎烟叶，是烟草薄片产生香味的主要来源，但是增加烟末浆在烟草浆中所占比例会明显降低烟草基片的抗张指数，如图5所示。与烟草浆中烟末浆所占比例为0时的11．4 N·m/g相比，烟草浆中烟末浆所占比例为50%时，烟草基片的抗张指数为6．30 N·m/g，下降了43%。烟末浆所占比例过高时，烟草基片的强度性能下降幅度较大，会影响到纸机的正常运行。纸张的抗张强度主要取决于纤维间的结合程度，较好地结合有利于纸张结合力的提高。烟末原料磨浆后，其浆料主要由非纤维状的烟末碎片组成，纤维含量非常少，长宽比小、表面无分丝帚化、羟基含量少，添加烟末浆会阻碍烟梗浆、外加木浆之间的氢键结合，从而降低烟草基片的抗张强度［8］。

图3 烟草浆中烟末浆所占比例对烟草基片松厚度的影响

图4 烟草基片横截面扫描电镜图

图5 烟草浆中烟末浆所占比例对烟草基片抗张指数的影响

图6 木浆用量对烟草基片松厚度的影响

图7 不同木浆用量烟草基片横截面扫描电镜图

2.2 木浆用量对烟草基片物理性能的影响

2.2.1 木浆用量对烟草基片松厚度的影响

造纸法烟草基片生产过程中，为了保证纸机的顺利运行，通常通过添加部分木浆等来形成烟草基片的骨架，并使烟草基片具有一定的强度性能。

图6所示为木浆用量对烟草基片松厚度的影响。从图6可以明显看出，随着木浆用量的增加，烟草基片的松厚度明显降低，当木浆用量为20%时，烟草基片的松厚度为2．21 cm3/g，较不加木浆时 (2．29 cm3/g)下降了0．07 cm3/g。烟草浆纤维的导管粗大、挺硬，成纸时不易被压扁，成纸松厚度较高，而漂白硫酸盐木浆纤维粗度、宽度均较小，纤维表面羟基较多成纸时更易结合，成纸紧度较大，如图7所示。

2.2.2 木浆用量对烟草基片抗张强度的影响

烟草薄片成品的质量指标，要求其干抗张强度≤1．00 kN/m(参照烟草行业标准 YC/T 16．3—2003)，过高的强度会使烟草薄片的后续加工性能及柔软性、口感等品质下降，但过低的强度会影响纸机的正常运行。

目前国内外的造纸法烟草薄片的生产过程中，都是通过添加部分木浆使烟草基片获得一定的强度，从而使纸机顺利运行。木浆用量对烟草基片抗张强度的影响如图8所示。从图8可以看出，随着木浆用量的增加，烟草基片的抗张指数明显增加。当木浆用量为20%时，烟草基片的抗张指数为6．30 N·m/g，较木浆用量为0时增加了138%;当木浆用量大于20%时，烟草基片的抗张强度增加幅度更大，但是过多的木浆含量对烟草薄片的卷烟吸味具有负面影响。

图8 木浆用量对烟草基片抗张指数的影响

2.3 PCC用量对烟草基片物理性能的影响

2.3.1 PCC用量对烟草基片松厚度的影响

碳酸钙填料在卷烟纸中的应用很普遍。造纸法烟草薄片的生产中，添加PCC不仅可以增加填充值，而且可以调节烟草薄片的燃烧速度［9］。PCC用量对烟草基片松厚度的影响如图9所示。由图9可见，添加PCC能够改善烟草基片的松厚度，随着PCC用量的增加，烟草基片的松厚度有所增加。当PCC用量为15%时，烟草基片的松厚度较PCC用量为0时增加1．92%。卷烟纸填料常用的PCC晶形呈纺锤状、菊花瓣状、针状［10］，添加的PCC粒子填充于烟草纤维、木浆纤维之间，使得松厚度增加，如图10所示。

图9 PCC用量对烟草基片松厚度的影响

图10 添加和不添加PCC烟草基片的扫描电镜图

图11 PCC用量对烟草基片抗张指数的影响

2.3.2 PCC用量对烟草基片抗张强度的影响

PCC用量对烟草基片抗张强度的影响如图11所示。由图11可见，随着PCC用量的增加，烟草基片的抗张强度明显下降。当PCC用量为15%时，抗张强度为7．11 N·m/g，较PCC 用量为0时 (8．77 N·m/g)下降了18．9%。当 PCC用量较高，如20%、30%时，烟草基片的抗张强度下降较大，对纸机的运行具有负面影响。在造纸过程中，填料颗粒在成纸的过程中填充于纤维间，由图10可以看出，添加PCC后其主要填充于纤维之间，减少了纤维与纤维之间的接触面积，阻碍纤维间氢键的结合，致使纸张的机械强度下降［11］。

3 结论

3.1 烟末原料磨浆后其浆料组分主要由细小烟末，以及碎烟片组成，浆料中几乎没有纤维物质。增加烟末浆在烟草浆中所占比例，可以明显改善烟草基片的松厚度。烟末浆在烟草浆中所占的比例大于40%时，烟草基片松厚度增加较为明显;添加烟末浆会阻碍烟草基片成形时纤维间的结合，对烟草基片的抗张强度具有负面影响;为了确保纸机能够顺利运行，烟末浆在烟草浆中所占比例应小于50%。

3.2 添加木浆对烟草基片的松厚度具有负面影响，从松厚度方面考虑，木浆的添加比例应为20%左右。

3.3 增加沉淀碳酸钙 (PCC)的用量能使松厚度略有所改善，但是添加PCC会阻碍纤维间的结合，降低烟草基片的强度性能，适宜的PCC用量为15%左右。

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Bulk Improvement of Uncoated Reconstituted Tobacco Sheet Produced by Papermaking Process

WEN Yang-bing1，*LUO Chong1HU Hui-ren1WANG Liang2SUN De-ping2YAO Yuan-jun2
(1．Tianjin Key Lab of Pulp and Paper，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin，300457;2．Tobacco Sheet Research Institute，R＆D Centre of Hubei Tobacco Company，Wuhan，Hubei Province，430056)

The bulk of uncoated reconstituted tobacco sheet is a very important property．In this paper，the effects of the production of tobacco stem pulp and scrap pulp，the amount of wood pulp and precipitated calcium carbonate on the bulk of the reconstituted tobacco sheet were investigated．The experiment result showed that tobacco scrap pulp and PCC dosage increase could improve the bulk of the reconstituted tobacco sheet，but the amount of wood pulp increase had a negative effect on the bulk of the reconstituted tobacco sheet．

reconstituted tobacco sheet;bulk;wood pulp;tobacco pulp;PCC

TS761．2

A

0254-508X(2012)04-0030-04

温洋兵先生，助教;主要研究方向:造纸助剂与湿部化学。

(*E-mail:yangbingwen@tust．edu．cn)

2011-12-22(修改稿)

(责任编辑:郭彩云)