醋纤沟槽滤棒沟槽长度及位置分布对卷烟烟气的影响

段良勇，顾永圣*，张映，盛培秀，闫新可，徐兴华，王春玲

1.江苏中烟工业有限责任公司技术研发中心，南京市建邺区梦都路30号 210019

2.南通烟滤嘴有限责任公司，江苏省南通市崇川区孩儿巷北路73号 226001

醋纤沟槽滤棒沟槽长度及位置分布对卷烟烟气的影响

段良勇1，顾永圣*1，张映1，盛培秀2，闫新可1，徐兴华2，王春玲1

1.江苏中烟工业有限责任公司技术研发中心，南京市建邺区梦都路30号 210019

2.南通烟滤嘴有限责任公司，江苏省南通市崇川区孩儿巷北路73号 226001

为研究醋纤沟槽滤棒不同沟槽长度及位置分布对卷烟烟气的影响，共制备35个沟槽滤棒并进行样品卷烟的卷制及烟气分析。结果表明：①单段沟槽卷烟样品中沟槽长度对主流烟气总粒相物、焦油量、烟气烟碱量及水分有明显影响，沟槽长度与上述指标均呈现二次曲线关系，而沟槽位置对上述指标没有显著影响；沟槽长度和沟槽位置对CO无明显影响。②两段沟槽卷烟样品中，沟槽总长度相同时，沟槽位置变化对主流烟气指标影响较小；而两组不同沟槽总长度样品间差异明显。③随着沟槽长度的增加，滤嘴对总粒相物和烟碱的过滤效率呈先增大后减小的趋势，沟槽长度为20 mm时过滤效率最高。

醋纤沟槽滤棒；沟槽位置；沟槽长度；卷烟烟气；过滤效率

醋纤沟槽滤棒是用二醋酸纤维素丝束、专用纤维素纸和滤棒成型纸制成的滤棒［1］，作为一种开发较早、应用较为成熟，且具有明显降焦效果的滤棒，它是目前国内卷烟产品中应用广泛的特种滤棒品种之一。醋纤沟槽滤棒具有较好的卷烟烟气过滤性能，能够显著降低气溶胶粒子的质量和数量［2］，与普通醋纤滤棒相比，同等条件下焦油释放量可减少2～3 mg/支，烟气烟碱量也有一定幅度的降低［3-5］。随着沟槽滤棒接装纸透气度或压降的增加，卷烟常规烟气成分、危害性评价指数均呈下降趋势［6］；在不同压降下醋纤沟槽滤棒和普通醋纤滤棒对氨、酚类物质和烟草特有亚硝胺的截留效果存在差异［7］，由涂布改性后的纤维素纸制成的沟槽滤棒具有选择性降低卷烟烟气中苯酚释放量的作用［8］。盛培秀［2］对5种不同沟槽间断分布比例的沟槽滤棒研究表明，沟槽长度占总滤嘴长度50%的间段式沟槽滤棒对卷烟主流烟气中总粒相物的降幅最大。而关于间段式醋纤沟槽滤棒不同沟槽分布对卷烟烟气影响的研究未见报道。因此，研究了醋纤沟槽滤棒不同沟槽长度、不同位置分布对卷烟烟气的影响，旨在掌握沟槽滤棒卷烟烟气变化规律，为卷烟产品设计开发中的滤棒选型提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

二醋酸纤维素丝束（南通醋酸纤维有限公司），共4种规格，分别为5.8 Y/26000，3.9 Y/31000，3.0 Y/30000，2.4 Y/32000；纤维素纸（宽度22.5 mm，定量80 g/m2，韩国国一制纸株式会社）；成型纸（宽度27 mm，定量32 g/m2，牡丹江恒丰纸业股份有限公司）。

RM20H转盘型吸烟机、DT综合测试台（德国Borgwaldt KC公司）。

1.2 方法

1.2.1 沟槽滤棒及卷烟样品的制备

由于沟槽长度增加，使用同一规格醋纤丝束成型会出现滤棒压降降低、稳定性较差的情况，因此样品制备过程中以2600 Pa为目标压降，选择合适规格的丝束进行成型。将制备的沟槽滤棒在同一卷接机组上，采用同一牌号同一批次的烟丝、相同规格的接装纸及卷烟纸，进行卷制得到试验卷烟样品。35个沟槽滤棒样品压降、丝束规格和卷烟样品沟槽长度、位置分布见表1、表2。其中，沟槽滤棒样品长度均为120 mm、圆周为24.2 mm，沟槽形状为圆弧形。从滤棒压降实测值看，大部分样品压降指标检测值为2416～2680 Pa，而分切后沟槽长度为25，30 mm的滤棒样品压降值出现一定下降，这与沟槽长度占滤棒长度比例较高有关。

1.2.2 卷烟烟气分析

卷烟样品在GB/T 16447—1996［9］规定条件下平衡48 h，采用转盘式吸烟机在标准条件下抽吸；按文献［10-13］的方法分别测定烟气总粒相物、焦油、烟碱、CO和水分。

1.2.3 沟槽滤棒过滤效率分析

表1 单段沟槽滤棒卷烟样品①

表2 两段沟槽滤棒卷烟样品

选择A1，A7，A12，A16，A19，A21，A22共7个不同沟槽长度的卷烟样品，在GB/T 16447—1996［9］规定条件下平衡48 h。

（1）挑选（平均质量±0.02）g、（平均吸阻±49）Pa的上述卷烟样品各80支，各分为两组。其中40支按GB/T 19609—2004［10］的方法测定烟气总粒相物的量，抽吸完毕后取下滤嘴，避免污染。将未抽吸及抽吸后的两组样品去除烟丝段，保留30 mm滤嘴，分离丝束及纸质部分（包含接装纸、成型纸和纤维素纸）后，分别称重。以抽吸后丝束或纸质部分的质量减去未抽吸的同一样品对应部分的质量，得到相应的截留总粒相物量。

（2）挑选（平均质量±0.02）g、（平均吸阻±49）Pa的烟支各40支，采用转盘式吸烟机在标准条件下抽吸。抽吸完毕后取下滤嘴，避免污染，将剩余烟丝段去除后保留30 mm滤嘴，分离丝束及纸质部分（包含接装纸、成型纸和纤维素纸）后，按GB/T 23355—2009［11］的方法分别测定剑桥滤片、丝束及纸质部分截留的烟碱量。

沟槽滤棒过滤效率E按如下公式计算：

式中：W1——滤嘴吸附总粒相物（烟碱）总量，为丝束及纸质部分截留的总粒相物（烟碱）量之和；W2——主流烟气总粒相物（烟碱）量。

1.2.4 统计分析

采用SPSS统计软件对沟槽长度、沟槽位置与烟气总粒相物、焦油、烟碱和水分值进行统计分析。

2 结果与讨论

2.1 沟槽长度及位置对卷烟烟气的影响

2.1.1 单段沟槽不同长度及位置的影响

单段沟槽卷烟样品主流烟气检测结果见表3。从表3可知：①不同沟槽长度的卷烟样品抽吸口数变化不大。②沟槽长度的变化对总粒相物、焦油、烟碱及水分有明显影响，且趋势一致。随着沟槽长度增加以上指标均呈下降趋势，在沟槽长度为20 mm或25 mm时降低幅度最大，而沟槽长度为30 mm时又有所上升，这是由于全沟槽滤嘴前后贯通，从而增加了烟气的通过性能，降低了滤嘴的过滤性能。同一沟槽长度下不同沟槽位置的变化对以上指标影响不明显。③沟槽长度变化以及同一沟槽长度下不同沟槽位置的变化对CO量影响不明显。

由沟槽长度与烟气总粒相物、焦油、烟碱和水分值的二次曲线拟合结果（图1）可见，总粒相物、焦油及烟碱与沟槽长度间的二次曲线拟合度较高；水分与沟槽长度间的二次曲线拟合度较差。对方程求极值可得，总粒相物、焦油、烟碱在沟槽长度分别为20.5，21.3，25.4 mm时达到最低。

表3 单段沟槽卷烟样品主流烟气检测结果

综上可知，本试验中沟槽长度在20 mm（即占总滤棒长度2/3处）时，对卷烟主流烟气中总粒相物的降幅最大。这一结果与盛培秀［2］以20 mm长的间段式沟槽滤嘴为研究对象，提出的沟槽长度占总滤嘴长度50%时对卷烟主流烟气总粒相物降幅最大的结论存在差异。两者结论不一致的原因：一是由滤嘴长度不同引起的过滤性能差异；二是由沟槽形状不同引起的过滤性能差异，盛培秀［2］试验的沟槽形状为梯形，而本试验为目前沟槽滤棒常用的圆弧型。

2.1.2 两段沟槽不同长度及位置的影响

两段沟槽卷烟样品主流烟气检测结果见表4。从表4可知：①沟槽总长度分别为10和20 mm的两组卷烟样品，沟槽总长度相同时，沟槽位置变化对主流烟气的检测结果影响较小；而两组不同沟槽总长度样品间差异明显。②与表3中沟槽长度为10，20 mm的单段沟槽卷烟样品相比，同一沟槽长度下两种卷烟样品的主流烟气检测结果相近，对其分别进行独立样本T检验，结果表明，除沟槽长度10 mm两组样品间的口数P值小于0.05外，其他指标均大于0.05，说明同一沟槽长度不同沟槽组合方式的烟气指标无显著差异。

图1 沟槽长度与烟气粒相部分的二次曲线拟合结果

表4 两段沟槽卷烟样品主流烟气检测结果

2.2 沟槽滤棒过滤效率

以上分析表明，总粒相物、焦油及烟碱与沟槽长度间均具有相近的变化趋势。选择总粒相物、烟碱为表征指标，对7个不同沟槽长度单段沟槽滤棒样品中滤嘴截留的及主流烟气中的总粒相物、烟碱量进行测试，并计算沟槽滤棒过滤效率，结果见表5、表6。从表中可见：①沟槽长度0～25 mm时，丝束对总粒相物及烟碱的截留量波动较小，说明滤嘴在沟槽封闭状态下丝束部分的截留性能差异不明显，而沟槽长度30 mm时，由于滤嘴的沟槽贯通导致部分烟气直接从沟槽空隙通过，减少了与丝束的充分接触，使得截留量下降。②纸质部分主要是纤维素纸对于总粒相物、烟碱起截留作用，当烟气通过沟槽滤嘴时，由于沟槽部分的纤维素纸呈瓦楞状结构，内部由丝束填充而外部则被压制成相对规则的空腔，从而形成一定压差，导致烟气在纵向过滤的同时会穿过纤维素纸，产生横流过滤机制，发挥纤维素纸对总粒相物、烟碱的机械截留效应。在沟槽长度为0时，总粒相物截留量仅为0.9 mg/支、烟碱截留量未检出，说明此时纤维素纸与烟气仅为表面接触，未能发挥明显的截留作用；而随沟槽长度增加，参与过滤的纤维素纸面积增大，过滤功能逐渐显现，截留量逐渐增加；在沟槽长度为30 mm时，同样由于滤嘴沟槽贯通后烟气通过性能增加，不能完全发挥纤维素纸的截留作用，因此截留能力下降。③综合丝束与纸质部分的总粒相物、烟碱截留量得到滤嘴吸附总粒相物、烟碱总量，结果显示随沟槽长度增加滤嘴吸附总量逐渐增加，分别至沟槽长度20，25 mm时达到最大，沟槽长度30 mm时均出现下降，而主流烟气中总粒相物、烟碱量的变化趋势则相反。④滤嘴过滤效率计算结果与滤嘴吸附总粒相物、烟碱的变化趋势基本一致，沟槽长度20 mm时过滤效率最高，沟槽长度15，25 mm时次之。

表5 不同沟槽长度滤嘴对总粒相物的过滤效率

表6 不同沟槽长度滤嘴对烟碱的过滤效率

3 结论

①醋纤沟槽滤棒的沟槽长度对主流烟气中的总粒相物、焦油量、烟气烟碱量、水分有明显影响，沟槽长度与上述指标均呈二次曲线关系。长度30 mm的滤嘴，当沟槽长度为20 mm（即占总滤嘴长度2/3）时，对以上指标降幅最大。同一沟槽长度下不同沟槽位置的变化对上述指标没有显著影响。②沟槽长度及沟槽位置不同对卷烟抽吸口数、烟气CO没有显著影响。③沟槽滤棒具有降低主流烟气总粒相物、烟碱等功能，并与压制沟槽的纤维素纸发挥过滤作用直接相关，而丝束本身的截留性能对其没有明显影响。

［1］YC/T 223.1—2007特种滤棒第1部分：醋纤沟槽滤棒［S］.

［2］盛培秀.沟槽醋酸纤维滤棒的开发［J］.烟草科技，2004（4）：17-19，22.

［3］余振华.新型沟槽滤嘴的开发与应用［C］//中国烟草学会“企业技术创新理论与方法”学术研讨会论文集.杭州：中国烟草学会，2003.

［4］吴君章，孔浩辉，沈光林，等.“三纸一棒”对卷烟烟气气溶胶粒度分布的影响［J］.烟草科技，2013（9）：58-62，67.

［5］李艳平，文建辉，彭斌，等.不同结构滤嘴的烟碱截留效率和空间分布模式［J］.烟草科技，2013（2）：57-61.

［6］李海峰，汤德芳，王辉.沟槽滤嘴对中式低焦油卷烟主流烟气的影响［J］.安徽农业科学，2012，40（28）：14022-14024，14027.

［7］韩敏.卷烟滤棒对卷烟主流烟气有害成分截留效率研究［D］.长沙：中南大学，2010.

［8］黄富，金勇，钟科军，等.改性纤维素纸沟槽滤棒选择性降低卷烟烟气中的苯酚［J］.烟草科技，2012（7）：54-60.

［9］GB/T 16447—1996烟草和烟草制品调节和测试的大气环境［S］.

［10］GB/T 19609—2004卷烟用常规分析用吸烟机测定总粒相物和焦油［S］.

［11］GB/T 23355—2009卷烟总粒相物中烟碱的测定气相色谱法［S］.

［12］GB/T 23356—2009卷烟烟气气相中一氧化碳的测定非散射红外法［S］.

［13］GB/T 23203.1—2008卷烟总粒相物中水分的测定第1部分：气相色谱法［S］.

Effects of Length and Position of Grooved Section in Grooved Acetate Filter on Yield of Cigarette Smoke

DUAN Liangyong1，GU Yongsheng*1，ZHANG Ying1，SHENG Peixiu2，YAN Xinke1，XU Xinghua2，and WANG Chunling1
1.Technology R&D Centre，China Tobacco Jiangsu Industrial Co.，Ltd.，Nanjing 210019，China
2.Nantong Cigarette Filter Co.，Ltd.，Nantong 226001，Jiangsu，China

In order to investigate the effects of length and position of grooved section in grooved acetate filter on cigarette smoke，35 kinds of grooved filter were prepared to make cigarette samples，and cigarette smoke was analyzed.The results showed that：1）For cigarette with a filter containing one grooved section，the length of grooved section obviously affected the total particulate matter（TPM），tar，nicotine，and moisture contents in mainstream cigarette smoke with quadratic relationships；while the position of grooved section did not.CO delivery was not obviously affected by the length or the position of grooved section.2）In the cigarette samples with a filter containing two grooved sections，the total length of the two grooved sections obviously affected the yields of mainstream cigarette smoke，while the effects of positions of grooved sections were slight when the total length of grooved sections was fixed.3）With the increase of length of grooved section，the filtration efficiency of filter to TPM and nicotine increased first then decreased，it peaked at the length of 20 mm.

Grooved acetate filter rod；Position of grooved section；Length of grooved section；Cigarette smoke；Filtration efficiency

TS457；TS411.2

B

1002-0861（2014）11-0005-05

江苏中烟工业有限责任公司科技项目“醋纤沟槽滤棒不同沟槽分布对卷烟烟气及感官的影响”（2012-04）。

段良勇（1978—），本科，工程师，主要从事烟用材料研究工作。E-mail：duanly@jszygs.com；*

顾永圣E-mail：guys@jszygs.com

2014-05-02

责任编辑：周雅宁E-mail：zyn0626@126.com

电话：0371-67672778