烟梗制浆及其抄造特性的研究

王 亮 唐向兵 王 磊 谢益民 瞿 方 梅秦源

(1. 湖北中烟技术中心重组烟叶应用技术研究湖北省重点实验室，湖北武汉，430040;2. 湖北工业大学化学与环境工程学院，湖北武汉，430068)

重组烟叶又名烟草薄片，是以烟末、烟梗、碎烟片等烟草物质为原料，采用各种方法制成片状(基片)再用烟草提取液浸渍或涂布制成的再生产品，其理化特性与烟草相似，一般用作卷烟的填充料。在卷烟工业中越来越广泛地得到应用［1-3］。与此同时，烟梗作为烟草薄片的重要烟草原料，其制浆与抄造特性(如打浆性能、助留助滤性能等［4-9］)对于提高烟草薄片产品的物理性能和感官质量有着重要的意义。

本实验中，首先将烟梗进行解纤和磨浆处理，通过纤维形态分析仪分析不同打浆度下烟梗浆的纤维形态，通过动态滤水仪测定助留助滤性能。然后抄造基片并测定其抗张强度、柔软度、透气度、填充值和吸水高度等物理指标，为优化烟梗浆的打浆工艺和造纸法制备烟草薄片提供理论基础。

1 实验原料与方法

1.1 实验原料与仪器

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 高浓盘磨机(日本KRK 公司);L＆W 抗张强度测试仪(Lorentzen ＆ Wettre 公司);L＆W 透气度测定仪(Lorentzen ＆ Wettre 公司);动态滤水仪(DDJ);动态滤水分析仪 (DFR04，BTG 公司);L＆W 纤维形态分析仪(Lorentzen ＆ Wettre 公司);恒温水浴锅等。

1.2 实验方法

将烟梗进行解纤处理(在温度(40 ±5)℃、料液比1∶6 的条件下浸渍60 min，用KRK 高浓盘磨机在间距为0.5 mm 下磨浆);然后在温度(65 ±5)℃、料液比1∶3.75、时间40 min 条件下，萃取1 次;进行不同打浆度的磨浆处理(10°SR 、20°SR、30°SR、40°SR);通过L＆W 纤维形态分析仪分析不同打浆度的纤维形态，通过DDJ、抄片器和DFR 测定烟梗浆的助留助滤性能。

抄造成定量为60 g/m2的基片，检测其抗张强度、柔软度、透气度、填充值和吸水高度等物理指标。

1.3 烟梗浆纤维形态分析

按照国家标准GB/T 10336—1989 的方法对烟梗浆进行预处理，采用L＆W 纤维形态分析仪对烟梗浆的纤维长度、宽度和细小纤维含量等指标进行测定与分析。纤维长度用数量平均长度(Ln)、质量平均长度(Lw)和质量加权平均长度(Lww)来表示。

1.4 烟梗基片物理性能检测

抗张强度按照GB/T 453—2002 进行测定;透气度按照YC/T 172—2002 进行测定;柔软度按照GB/T 8942—2002 进行测定;松厚度按照 GB/T 451.3—2002 进行测定;吸收性按照GB/T 461.1—1989 进行测定;填充值按照YC/T 152—2001 进行测定。

1.5 单程留着率的测定

1.5.1 DDJ 法

取相当于2.5 g 绝干烟梗浆的浆料，用自来水配成浆浓0.5%的浆料，取500 mL 这种浆浓的浆料倒入动态滤水仪，添加助剂后，开动搅拌器在750 r/min 的转速下搅拌60 s，打开排水阀，取最初的100 mL 滤液，用已恒质量的滤纸过滤，烘干称量质量。

单程留着率R (%)按公式(1)进行计算。

式中，S0为500 mL 浆料中固形物质量，g;S 为100 mL 滤液中固形物质量，g;c0为浆料浓度，%;c为滤液浓度，%。

1.5.2 抄片法

按照30 g/m2的基片定量来抄造，通过检测其干燥后的基片与加入质量的比值，即为静态留着率。

按公式(2)来计算单程留着率R0(%)。

式中，A 为抄造单张基片所取浆料的绝干质量，g;B 为单张基片绝干质量，g。

1.6 DFR 动态滤水量测定

量取相当于2 g 绝干烟梗浆的浆料，用自来水配成0.5% 浆浓，取1000 mL 这种浆料，添加助剂后倒入DFR-04 型动态滤水分析仪中，开动搅拌器搅拌30 s 后打开阀门，测定20 s 时间内的滤液量。

2 结果与讨论

2.1 烟梗浆纤维形态分析

表1 所示为不同打浆度下烟梗浆纤维形态测试结果。

从表1 可以看出，随着打浆度的提高，烟梗浆纤维的长度(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。这是由于随着打浆度的提高，纤维分丝帚化和切断增加，导致纤维长度和宽度下降，细小纤维含量增加;同时，实验发现，烟梗浆纤维长度为1.0 mm 以上的占30%，长度为0.5 ～1 mm 的占30%，长度为0. 5 mm 以下占40%，说明烟梗浆纤维长度较短。

2.2 烟梗浆打浆工艺优化

根据烟梗浆的纤维形态分析，制定合理的打浆工艺进行打浆并抄造基片、进行物理性能的测试，测试结果如表2 所示。

2.2.1 打浆对基片松厚度的影响

由表2 可知，随着烟梗浆打浆度的提高，基片的松厚度总体呈现下降的趋势，这是由于随着打浆度的提高，纤维间的结合力增加，紧度增加，但打浆度的进一步提高(＞30°SR)，纤维切断也急剧增加(由纤维形态分析可知)，纤维间结合力相应地降低，导致基片的松厚度整体变化不大。

2.2.2 打浆对基片抗张指数的影响

由表2 可知，随着烟梗浆打浆度的提高，基片的抗张指数呈现先上升后下降的趋势，在30°SR 时，基片的抗张指数最高，达到23.3 N·m/g，这是由于打浆度的提高，纤维间的结合力增加，同时，随着打浆度的进一步提高，纤维切断也相应增加，而抗张强度是纤维长度与纤维间结合力共同影响的结果。

表2 不同打浆度下基片物理性能测试结果

2.2.3 打浆对基片柔软度的影响

由表2 可知，随着烟梗浆打浆度的提高，基片的柔软度数值呈现上升的趋势，这是由于随着打浆度的提高，基片的柔软度受纤维间结合力、松厚度和纤维长度等综合因素的影响。

2.2.4 打浆对基片填充值的影响

由表2 可知，随着烟梗浆打浆度的提高，基片的填充值呈现先下降后略微上升的趋势，这是由于随着打浆度的提高，基片填充值主要受松厚度和弹性系数(抗张强度、柔软度)的共同影响。

2.2.5 打浆对基片吸水性的影响

由表2 可知，随着烟梗浆打浆度的提高，基片吸水高度值呈现下降的趋势，这是由于随着打浆度的提高，基片的细小纤维增多、长纤维减少、紧度增加使得纤维间毛细作用减弱。

2.2.6 打浆对基片透气度的影响

由表2 可知，随着烟梗浆打浆度的提高，基片的透气度值呈现下降的趋势，这是由于随着打浆度的提高，基片的纤维被切断、细小纤维增多、长纤维减少，纤维间孔隙变小。

2.3 烟梗浆助留分析

2.3.1 DDJ 法助留分析

表3 所示为不同打浆度下采用DDJ 法测试的烟梗浆单程留着率。

表3 不同打浆度下烟梗浆DDJ 法留着率测试结果

由表3 可知，随着烟梗浆打浆度的提高，其留着率呈现上升的趋势，可能是由于纤维经过打浆处理后，纤维细纤维化和细小纤维含量增加，同时在机械力的搅拌作用下，形成比较稳定的共絮体所致;与空白样品相比，分别添加0.06%的瓜尔胶和壳聚糖助剂后，留着率有一定程度的提高，且壳聚糖比瓜尔胶的助留效果略有提高，在打浆度30°SR 时，与空白样和瓜尔胶相比，添加壳聚糖的单程留着率分别提高了1.78%和0.33%。

2.3.2 抄片法助留分析

表4 所示为不同打浆度下采用抄片法测试的烟梗浆的单程留着率。

表4 不同打浆度下烟梗浆抄片法留着率测试结果

由表4 可知，采用静态抄片法，随着烟梗浆打浆度的提高，烟梗浆的留着率一直呈现下降的趋势;与空白样品相比，分别添加0.06%的瓜尔胶和壳聚糖助剂后，静态留着率有一定程度的提高，且壳聚糖比瓜尔胶的助留效果要好，在打浆度30°SR 时，壳聚糖与空白样和瓜尔胶相比，单程留着率分别提高了5.32%和1.18%。

另外，实验发现静态留着与动态留着的变化规律是不一致的，可能是由于静态抄片法存在较强烈的抽真空作用，使细小纤维流失严重造成的(随着打浆度的提高，细小纤维含量增加，由纤维形态分析数据可知)。

2.4 助滤分析(DFR 动态滤水分析法)

表5 和图1 所示为不同打浆度下采用DFR 动态滤水分析法测得的10 s 内的滤水量。

从表5 和图1 可以看出，壳聚糖和瓜尔胶对烟梗浆的助滤效果比空白样略有提高，且壳聚糖助滤体系比瓜尔胶的助滤效果要好;同时随着打浆度的升高，浆料的滤水性能呈下降趋势，主要是由于打浆度的提高，烟梗浆细纤维化程度增加，细小纤维含量增加，滤水困难造成的。

图1 不同打浆度下烟梗浆的滤水性能

3 结 论

3.1 烟梗浆纤维形态观察结果表明，烟梗浆纤维长度为1.0 mm 以上的占30%，长度为0.5 ～1.0 mm 的占30%，长度为0.5 mm 以下的占40%，表明烟梗浆纤维长度较短。

3.2 随着烟梗浆打浆度的提高:烟梗浆基片的抗张指数呈现先上升后下降的趋势;烟梗浆基片的松厚度、吸水性、透气度呈现下降的趋势;烟梗浆基片的填充值呈现先下降后上升的趋势;烟梗浆基片的柔软度值呈现上升的趋势。

3.3 烟梗浆助留助滤的实验结果表明:①DDJ 法测试的留着性能，随着打浆度的提高，烟梗浆的留着率呈现上升的趋势，在打浆度30°SR 时，壳聚糖作为助留剂与空白样和瓜尔胶相比，单程留着率分别提高了1.78%和0.33%;②抄片法测试的留着性能，随着打浆度的提高，烟梗浆的留着率一直呈现下降的趋势，在打浆度30°SR 时，壳聚糖作为助留剂与空白样品和瓜尔胶作为助留剂相比，单程留着率分别提高了5.32%和1.18%;③DFR 动态滤水分析法测试的滤水性能，随着打浆度的升高，浆料的滤水性能呈下降趋势，壳聚糖和瓜尔胶对烟梗浆的助滤效果比空白样略有提高，且壳聚糖助留助滤体系比瓜尔胶的助留助滤效果要好。

［1］ MIAO Ying-ju，LIU Wei-juan LIU Gang，et al. Present Status of Preparation Technology of Reconstituted Tobacco［J］. China Pulp ＆Paper，2009，28(2):55.缪应菊，刘维涓，刘 刚，等. 烟草薄片制备工艺的现状［J］. 中国造纸，2009，28(2):55.

［2］ FANG De-sheng. Research on Tobacco Sheet Manufacture by Papermaking Process［J］. Paper and Paper Making，2001(4):62.方得胜. 造纸法生产烟草薄片工艺探讨［J］. 纸和造纸，2001(4):62.

［3］ TANG Xing-ping，CHEN Xue-rong，DAI Da-song，et al. Preparation of Tobacco Slice from Tobacco Leaf Offal by Papermaking［J］. Journal of Fujian Agriculture and Forestry University(Natural Science Edition)，2007，36(2):205.唐兴平，陈学榕，戴达松，等. 烟草废弃物造纸法制烟草薄片［J］. 福建农林大学学报(自然科学版)，2007，36(2):205.

［4］ LI Jie-hui，HU Hui-ren，LIU Wen. Retention and Drainage Performance in Tobacco Sheet Manufacture by Using Papermaking Technology［J］. China Pulp ＆ Paper，2008，27(4):35.李杰辉，胡惠仁，刘 文. 造纸法抄造烟草薄片助留助滤性能的研究［J］. 中国造纸，2008，27(4):35.

［5］ Zhang Guang-hua. Principle and Application of Wet-end Chemistry［M］. Beijing:China Light Industry Press，1998.张光华，译. 造纸湿部化学原理及其应用［M］. 北京:中国轻工业出版社，1998.

［6］ LIU Wen-xia. Cationic Polymer/Polymeric Aluminum Microparticle Retention and Drainage System［J］. Paper and Paper Making，2000(6):47.刘温霞. 阳离子聚合物/聚铝类微粒子助留助滤体系. 纸和造纸，2000(6):47.

［7］ XU Xiang. Characteristics of Guar Gum and Its Application in Cigarette Paper Making［J］. China Pulp ＆ Paper，2003，22(2):34.徐 祥. 瓜尔胶的性质及其在卷烟纸生产中的应用［J］. 中国造纸，2003，22(2):34.

［8］ DU Min，WANG Zhi-jie. Natural Vegetable Gums and Their Use in Papermaking［J］. Paper and Paper Making，2003，(6):63.杜 敏，王志杰. 植物胶在造纸工业中的应用［J］. 纸和造纸，2003(6):63.

［9］ WANG Jun-li，CHEN Fu-shan，LIU Zhong. Study on the Application of Guar Gum［J］. Tianjin Paper Making，2002(3):10.王军利，陈夫山，刘 忠. 瓜尔胶的应用研究［J］. 天津造纸，2002(3):10.