烟梗纤维制浆与抄造工艺的研究

丁晓丽杨斌王磊

1日照职业技术学院现代汽车学院 山东日照 (276826)

2日照港集团有限公司铁路运输公司 山东日照 (276826)

3湖北工业大学化学与环境工程学院 湖北 武汉(430068)

烟梗纤维制浆与抄造工艺的研究

丁晓丽1杨斌2王磊3

1日照职业技术学院现代汽车学院 山东日照 (276826)

2日照港集团有限公司铁路运输公司 山东日照 (276826)

3湖北工业大学化学与环境工程学院 湖北 武汉(430068)

烟梗原料经过测定其化学组分和烟梗纤维形态后，进行打浆实验和SEM观察表明：烟梗纤维长度较短，需与外加纤维配合才能抄造重组烟叶基片；通过SEM观察，经优化打浆工艺处理后的烟梗纤维表面变得粗糙不平，有明显分丝帚化现象，纤维比表面积增大，促进了纤维间的氢键结合，提高了基片的抗张强度，同时相应地降低了透气度；打浆工艺优化后，烟梗的最佳打浆度为35°SR，在此条件下，基片的抗张强度为0.63kN/m。

烟梗原料；打浆；扫描电镜；抗张强度；透气度

烟草薄片又名重组烟草，其理化特性与烟草相似，与辊压法和稠浆法薄片相比，造纸法薄片在降低薄片中有害物质和改善薄片各项质量指标方面具有优势，因此，在卷烟工业中得到越来越广泛的应用。与此同时，我国烟草的种植面积和产量均居世界首位，每年烟叶产量450～500万吨，其中约25%的烟叶、烟末等下脚料被废弃，不能用于卷烟生产[1]。烟草废弃物的利用主要体现在以下几个方面：如烟草多种有效物质提取后，剩余的纤维残渣，可用作造纸原料[2-3]；其次，烟草废弃物中含有大量的果胶、果胶酶和树脂，可制作涂料和塑料；另外，烟梗可以制备纤维板等。因此，加强对烟草废料的“资源化”利用，可以使烟梗废弃物变为宝贵的烟草资源[4-8]。

烟梗是属于原烟在打叶复烤过程中的产物，在原烟中的含量约为25%－30%，它在造纸法重组烟叶原料中的利用率直接影响到卷烟的配方成本。因此，本论文主要针对现有造纸法重组烟叶在外观色泽、薄片强度、透气率、伸长率等方面存在的问题，对重组烟叶主要原料的烟梗的打浆工艺进行系统的研究，以最大限度地保留烟草的自然香味和燃烧时产生醇厚丰满的香气，市场应用前景广阔。

1 实验原料与方法

1.1 实验原料与仪器

烟碎与烟梗（湖北中烟工业有限责任公司）提供，CaCO3等。

RK-3A凯塞法抄片器（奥地利，PTI-Flank），KRK2500-II高浓盘磨（日本KRK公司），L&W062抗张强度测试仪（Lorentzen&Wettre公司），J-TQY10透气度测定仪(四川长江造纸仪器有限公司)，Morfi Compact纤维形态分析仪 (法国Techpap公司)，Quanta200环境扫描电子显微镜（荷兰飞利浦公司），恒温水浴锅等。

1.2 实验方法

首先，将烟梗进行解纤处理，然后在温度为65±5℃，原料液比1:3.75，时间为40min的条件下，萃取一次，随后进行不同打浆度的磨浆处理实验。

在此磨浆工艺中，对萃取后的烟梗纤维设定不同的打浆度进行磨浆实验（25oSR、30oSR、35oSR、40oSR等）。通过测定基片的抗张强度和透气度物理力学指标，确定最佳的处理工艺条件。

1.3 烟梗浆料纤维形态分析

按照国家标准(GB/T 10336-1989)的方法对烟梗原料样品预处理，采用L&W纤维形态分析仪对烟梗原料的纤维长度、宽度和细小纤维含量等指标进行测定与分析。其中，纤维长度可以用三种不同的平均长度的数值来表示，这三种数值分别是：数量平均长度(Ln)、质量平均长度(Lw)和质量加权平均长度(Lww)。

1.4 基片物理力学性能检测

1）抗张强度的测定。抗张强度的测定按照GB／T12914纸和纸板抗张强度的测定方法检测。

2）透气度的测定。透气度的测定按照GB/T 458-1989纸和纸板透气度的测定方法进行检测。

2 实验结果与讨论

2.1 烟梗浆料纤维形态分析

表1 烟梗浆料纤维形态分析

从表1可以看出，随着打浆度的提高，烟梗纤维的长度（Lw）和宽度呈现下降的趋势，而细小纤维的含量呈现上升的趋势。这是由于打浆度的提高，纤维分丝帚化和切断增加，导致纤维长度和宽度的下降，而细小纤维的含量增加；同时，研究发现，烟梗纤维1.0mm以上占30%，0.5-1 mm占30%，0.5 mm以下占40%，表明烟梗纤维长度较短。因此，烟梗适合制备机械浆或化机浆，同时与外加纤维配合抄造重组烟叶基片。

2.2 烟梗打浆工艺优化

表2 烟梗打浆实验数据

图1 烟梗打浆度对抗张强度和透气度的影响

由表2和图1可以看出，烟梗抄造的基片的抗张强度随着打浆度的升高，呈现先上升后下降的趋势，在打浆度35oSR时，抗张强度为最高，达到0.63kN/m，相比25oSR，提高了16.7%；而其透气度随着打浆度上升，一直呈现下降的趋势，这与打浆度的增加，增大了纤维间的结合力，减少了纸页中气孔的大小和数量有关。因此烟梗浆的打浆度选择35oSR为宜。

2.3 烟梗纤维表面的SEM分析

为进一步证明打浆对烟梗纤维的影响，将打浆处理后的纤维样品切片（规格：5mm×5mm×2mm），然后冷冻干燥，最后进行喷金处理后，将样品放在飞利浦Quanta200型环境扫描电子显微镜下观察纤维表面的形态，见图2。

图2 烟梗纤维表面形态

根据打浆对植物纤维的作用机理，同时结合烟梗植物纤维的化学结构可知，烟梗纤维受打浆作用细胞壁产生位移和变形，P层和S1层的部分破除以及纤维的吸水润胀和细纤维化。通过SEM观察，对比图2A与2B可以看出，经优化打浆工艺处理后的烟梗纤维表面变得粗糙不平，有明显分丝帚化现象，纤维比表面积增大，促进纤维间的氢键结合，使纤维间的结合力增加，提高了基片的抗张强度，同时相应地降低了透气度。

3 结论

1)烟梗纤维形态表明：烟梗纤维1.0mm以上占30%，0.5-1 mm占30%，0.5 mm以下占40%，表明烟梗纤维长度较短。因此，烟梗适合制备机械浆或化机浆，同时与外加纤维配合抄造重组烟叶基片。

2)通过打浆实验，结合SEM观察，确定了烟梗的最佳打浆度为35oSR，在此条件下，基片的抗张强度为0.63kN/m。

3)通过SEM观察，经优化打浆工艺处理后的烟梗纤维表面变得粗糙不平，有明显分丝帚化现象，纤维比表面积增大，促进纤维间的氢键结合，使纤维间的结合力增加，提高了基片的抗张强度，同时相应地降低了透气度。

[1]彭靖里,马敏象,吴绍情,等.论烟草废弃物的综合利用技术及其发展前景[J].中国资源综合利用,2001(8):18-20.

[2]史霖.烟梗多糖化合物的提取及结构的初步表征 [D].河南农业大学,2008.

[3]郑奎玲,余丹梅.废弃烟叶的综合利用现状[J].重庆大学学报,2004,27(3):61-64.

[4]白聚川,董占能,张皓东.烟草废弃物的综合利用[J].中国野生植物资源,2007,26(5):41-43.

[5]鲁蕾,付敏,郭宝星.烟梗成分提取及其应用研究 [J].四川化工,2004(1):9-12.

[6]Coskun Gülser,Nazlh Kutluk Yilmaz and Feride Candemir.Accumulation of Tobacco mosaic virus(TMV)at different depths clay and loamy sand textural soils due to tobacco waste application[J].Environmental Monitoring and Assessment,2008,146(1)：235-242.

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2013-01-10