卷烟包灰性能的研究现状分析

郑晗，詹建波，王浩，张莹，余振华，谢姣，王旭，李利伟，余婷婷，岳保山，丁海燕，余耀

（云南中烟工业有限责任公司技术中心，云南 昆明 650231）

0 引言

随着卷烟技术的发展及消费者对卷烟要求的提高，卷烟燃烧后的包灰效果已经越来越受到人们的重视。卷烟包灰性能好，烟柱美观；卷烟包灰性能差，抽吸时叶片不能很好包裹在烟丝上，造成烟灰掉落严重，不仅污染环境，而且会影响消费者对于卷烟品牌的忠诚度。目前，虽然烟草学术界普遍认为卷烟纸、卷烟配方和切丝宽度对于卷烟包灰性能都有较大影响，但是，针对如何评价卷烟包灰能力，如何优化卷烟包灰性能，至今还没有一个具体的解决方案与评价体系，国内外对卷烟包灰能力的研究相对较少。

1 卷烟包灰性能影响因素的研究进展

1.1 卷烟包灰性能的影响因素研究

王道宽等人研究了卷烟包灰性能的影响因素，利用数码相机拍照，利用图像分析软件测定包灰性能[1]，结果表明：① 卷烟纸中添加包灰助剂在改善卷烟包灰性能方面作用明显；② 建立了膨胀烟丝、梗丝和再造烟叶与卷烟包灰性能的多因素影响模型，正交试验及方差分析结果表明：三丝对卷烟包灰性能的影响程度为：膨胀烟丝<再造烟叶丝<梗丝；③ 烟丝切丝宽度为0.8 mm的卷烟，其包灰性能优于切丝宽度为0.9 mm的卷烟。邹中亮等人研究了卷烟纸定量、透气度对卷烟包灰及燃烧速度的影响[2]，研究结果表明：卷烟纸的定量、透气度只是影响卷烟包灰及燃烧速度的两个因素，还有助燃剂、钾钠离子及烟丝匹配度能等影响因素，定量、透气度不能完全决定卷烟包灰的好坏及燃烧速度的快慢。张莹等研究了卷烟纸对卷烟凝灰性能的影响[3]，依据自主研发的卷烟凝灰分析软件，通过凝灰指数这一参数的计算，对不同品牌卷烟的凝灰能力进行了评价，同时分析卷烟纸凝灰性能对卷烟燃烧性能的影响。结果表明：卷烟凝灰指数的计算简单，凝灰分析软件的响应迅速，同一品牌不批次卷烟的凝灰指数间的变异系数较小，不同品牌卷烟的凝灰指数区分度明显；卷烟凝灰指数可以作为衡量卷烟凝灰性能的重要指标和有效手段，该指数可以应用于卷烟综合性能的评定；卷烟纸对卷烟的凝灰性能起重要作用。

陈慧斌等研究了影响卷烟包灰能力的因素[4]，研究结果表明：再造烟叶掺兑丝对卷烟包灰能力有重要影响，卷烟工艺对卷烟包灰也有重要影响。

程占刚等人研究了影响卷烟包灰能力的因素[5]，研究结果表明：卷烟纸透气度增加，定量增加，凝灰剂含量增加，柠檬酸盐助燃剂含量减少，卷烟燃烧后的灰分包灰变紧，卷烟纸的包灰能力增强；利用25 mm长的普通醋酸纤维滤嘴卷制的烟支，当单支重量控制在0.89～0.93 g/支之间时，卷烟包灰较好。

1.2 通过添加包灰助剂改善卷烟包灰性能的研究

云南中烟李赓等研究表明磷系包灰助剂中磷酸盐具有一定的包灰效果[6]，但是包灰灰分颜色略偏灰；成膜性助剂在包灰灰片大小方面作用显著；K01(一种盐)同G01(多糖类物质)、K01同M01(改性纤维素)复配具有较好的包灰效果，在一定程度上能够改善包灰性能。王平军等人对改善卷烟纸包灰性能的助剂开发进行了研究[7]，研究结果表明：当烟灰调节剂MFA添加浓度达到3.0%时，从包灰分析测试结果显示该助剂能明显改善卷烟纸的静态和动态包灰效果，灰柱美观，烟灰不散落，无明显出角现象。李桂珍等研究了卷烟纸添加剂对卷烟包灰性能的影响[8]，通过分析卷烟纸对卷烟包灰性能的影响因素，优选了一种烟灰调节剂作为研究对象。研究结果表明，当添加烟灰调节剂的质量分数达到1.5%时，卷烟纸的包灰效果明显改善，灰柱美观，烟灰不散落，无明显出角现象，烟气指标受控，在吸味方面无明显差异。于国龙研究了卷烟纸相关因素对卷烟包灰性影响分析[9]，主要是采用数码相机拍照、利用图像分析软件对选取部分卷烟纸样品的各相关因素进行包灰效果分析。结果表明：卷烟纸定量、罗纹方式、助燃剂种类与含量及钾/钠比等相关因素对卷烟的包灰质量有较大影响。

宋微等研究了卷烟纸主要性能的影响因素和控制方法[10]，指出影响卷烟纸燃烧性能的主要因素包括透气度、填料、灰分和助燃剂等。曾晓鹰等发明了一种包灰卷烟纸的制备方法[11]，主要是按照一定比例添加晶须材料与碳酸钙填料，再通过制浆工艺的控制制备包灰卷烟纸。该纸张可以明显改善在燃吸过程中卷烟烟灰的包灰性能，解决卷烟纸灰散、飘、掉的现象，并提高卷烟燃吸时烟支的持灰长度，提升了使用安全性。范红梅等发明了一种改善卷烟燃烧后包灰的方法[12]，该方法利用晶须类物质作为填料添加到卷烟纸中，主要包括金属氧化物晶须、金属氢氧化物晶须、盐类晶须和其它晶须，平均长度不低于5微米，使用该方法制备的卷烟纸生产出的卷烟，烟灰连续性较好，持灰能力较强，无大片掉灰现象。沈靖轩等研究了助剂对卷烟纸包灰效果的影响[13]，实验结果表明：磷系包灰助剂具有一定的包灰效果，但是包灰灰分颜色略偏灰，在一定程度上能够改善包灰性能。Vladimir Hampl, Jr.等人发明了新型的包灰改善型卷烟纸[14]，当在纸中加入中等粒径从大约0.15微米到大约0.5微米的碳酸钙填料时，纸包装的灰分特性显著改善。与采用更大或更小尺寸的碳酸钙颗粒的纸包装相比，用本发明的碳酸钙颗粒制成的纸包装具有优越的灰分特性。此外，纸张的灰分特性得到改善，而不必改变纸中的总填料水平。

1.3 致密包灰卷烟纸制备方法的研究

付瑜锋等发明了一种保润包灰卷烟纸的制备方法[15]，该卷烟纸具有一定的保润功能，且具有很好的包灰性能，改善卷烟吸味，提高卷烟燃吸时的持灰能力。陈泽亮等人提出了一种改善包灰卷烟纸及其制备方法[16]，主要通过填料配比，卷烟纸定量控制，钾盐/钠盐的质量比控制，实现了卷烟纸与烟丝的燃烧速度合理匹配，保证烟支包灰效果好，灰白且持灰能力强，开发的包灰卷烟纸灰白度高，裂口少，不落灰且灰柱挺直，同时适用于多种规格的卷烟。胡永明等发明了一种燃烟少包灰紧灰色淡黑圈细的卷烟纸的制备方法[17]，该方法主要通过纤维配比控制、填料搭配及制浆工艺的控制实现包灰、色白、燃烟小等特点。余耀等发明了一种致密包灰型全麻卷烟纸及其制备方法[18]，该型卷烟纸可以提升卷烟的抽吸品质，同时可以是卷烟燃烧外观即包灰效果得到明显提升。Vladimir Hampl, Jr.还发明了一种改善卷烟纸的灰分特性的方法[19]。当平均长度小于约0.75英寸的碳纤维以高达约60%重量的量加入到纸中时，纸包装的灰分粘合性显著提高。与仅包含亚麻或其他纤维素纤维的纸包装相比，发明的碳纤维制成的卷烟纸具有优越的持灰特性。此外，纸张的灰分粘结性得到改善，而不会导致其他灰分特性的质量下降。

2 卷烟包灰相关检测参数与方法研究现状

黄启志等人发明了一种卷烟持灰力的测定方法[20]，该方法的主要步骤有：① 选用外观整齐正常的卷烟；② 把卷烟平放于有刻度的刻度平台上并与直尺水平对齐，在烟支搭口的柱面上，从燃烧端起5 mm处用铅笔划上碳线标记；③ 将卷烟搭口朝上水平置于卷烟包灰检测仪内在标准温度气压条件下进行静态燃烧；④ 静态燃烧直至卷烟灰柱断裂脱落，测量已燃烟条长度L2表示卷烟持灰力。该测定方法能够简单有效地表示卷烟燃烧后的持灰能力，简单易行，能够实现卷烟持灰力指标数据化。但该方法中用铅笔划线标记，且烟支放置平台、测量烟条长度等环节中不可避免地存在误差，且该方法无法避免烟灰偏离、燃烧端缩头等现象进行准确的纠偏。

冯亚婕等人别从卷烟燃烧面选择、燃烧灰柱高度及图像选择区域宽度三方面对基于ImageJ的卷烟包灰值定量测定方法进行了优化[21]：① 当烟支燃烧至距离接装纸1 cm处时进行拍照；② 采用高度25 mm、宽度6.46 mm的矩形选择框以灰柱底部为起点选择图片区域进行分析；③ 取3支卷烟、3个燃烧面的平均值为一次测量结果。该方案较好控制了卷烟纸搭口、灰柱弯曲、外翻灰片等对测量结果的影响。但该方法仍不能全面准确反映一直卷烟燃烧后的裂纹情况，重复性也有待提高。

李桂珍等人发明了一种卷烟包灰性能的测定方法[22]，主要是在良好且固定成像照明条件下，对卷烟烟灰进行拍照，制作不同状态下的烟灰柱。利用图像分析软件分析裂口面积占总面积的比值，实现包灰性能的定量分析。该方法虽能测量裂口率，但只能测量烟支一个侧面的裂口率，测试范围有限，且不能完整反映烟支的包灰性能。穆林等人建立一种卷烟烟灰灰度值测定方法[23]，主要是利用Photoshop 图像分析技术，以所选的8 种烟灰灰白程度不一的卷烟为样本，建立了一种基于平均灰度值的卷烟灰分颜色定量测定方法，并测定了50 种国内不同品牌卷烟烟灰灰度值。结果表明：① 该方法主要步骤为样品准备、拍照采集图像、图像处理及数据分析；考虑不同燃烧面对卷烟烟灰灰度值的影响差异，建议采用“三支三面”测定方式，以更加全面地反映整体卷烟烟灰颜色；② 8种卷烟烟灰灰度值差异性极显著，多重比较结果显示的灰度值分组情况与实际观测结果基本一致；③ 表明不同牌号卷烟烟灰灰度值波动较大，部分卷烟烟灰灰白程度有较大改进空间。该方法虽然能测定烟灰灰度，但基础数据与样本量选择关系密切，在测定方法上也不能完全反应不同烟支间的差异，仍有很大的改进空间。

张健等人发明了一种测定卷烟燃烧后包灰状况的方法[24]，该方法将照相技术与ImageJ软件结合，将卷烟在模拟人工抽吸及阴燃状态下的包灰状况按面积比例数值化，该数值有利于直观进行包灰指标的客观评定，但仅限于对裂缝比例进行计算，不能反映其它指标。

王亮等人发明了一种测试卷烟包灰结构的方法[25]，该方法将产生包灰后的卷烟样品放入密闭容器中，使其熄灭后对其进行冷冻处理，再对冷冻样品通过CT扫描仪对包灰的内部结构进行扫描，可以获取真实燃烧状态下成灰后内部结构的变化，为卷烟燃烧过程提供可视化依据。但该方法操作复杂，要求精度高，不利于批量测量。

黄启志等发明了一种卷烟缩灰率的测定方法[26]，数值越大表明缩灰率越高，该指标是可重复的标准化方法，但对于偏离角度及拍摄角度及其代表性未做阐述，仍有改进空间。

余耀等开发了致密包灰全麻卷烟纸[27]，首创分批打浆后再混合成浆技术制备了致密包灰的全麻卷烟纸，分析了制备工艺的优点，将包灰全麻卷烟纸创造性地应用于细支烟制备，并验证细支烟在燃吸过程中的包灰效果及对白度的影响，对新型卷烟纸的制备技术及造纸行业的节能减排有重要意义。

综上所述，虽然部分学者提出了卷烟纸包灰性能的指标与测试方法，但大多集中在裂缝率及灰度等指标，并无统一标准与规范，所检测指标不能完整体现出烟支包灰性能的优劣，关于卷烟的包灰性能评价体系不够完善。

3 卷烟包灰检测设备开发现状

云南中烟张健等人开发了一种多功能卷烟纸包灰性能测试装置[28]，可以测试烟支阴燃或抽吸状态下的卷烟纸包灰性能。该设备主要是对点光源与拍照效果进行改进，但并未提及具体的测试方法与准确性。河南中烟万永华等人开发了一种卷烟纸包灰测试装置[29]，该装置包括透明箱体、照相机及计算机，结构简单，但功能较为单一，不能实现对卷烟包灰性能的准确测量。王平军等发明了一种卷烟纸包灰性能测试试验箱，主要包括箱体、照相口、相机台、烟支架、烟气排出装置、光源等，该装置在烟气排出等环节加以改进，但未详述拍照及对烟支燃烧图片进行处理的细节与方法。马金栋等人发明了一种卷烟包灰检测仪装置[30]，该装置作为一种模拟人工吸烟的设备，达到模拟人吸烟的效果，可以从不同角度观察香烟燃烧的弊端，但无法精确表征与评价卷烟包灰能力。

综上所述，现有卷烟纸包灰检测设备仍十分简单，不能全面客观反映卷烟包灰性能，检测手段单一，自动化与检测结果结果分析基本空白。

4 结语

综合三方面国内外研究成果，研究主要集中在卷烟包灰性能影响因素的研究，主要包括卷烟纸的纤维类型与结构、添加晶须材料与碳酸钙填料等可以改善卷烟纸的包灰性能，但对于卷烟包灰相关检测参数与方法研究仅局限于裂口率等指标，对于卷烟包灰性能的指标不完善、不具体，检测方法不规范，不系统；对于卷烟包灰检测设备的开发，测试条件无统一标准，测试设备简陋且自动化程度较低，缺乏测试的准确性和客观性。系统客观的检测指标与对应检测方法的开发与标准化亟待深入研究、基于检测技术的高度自动化、智能化的卷烟包灰评价设备亟待开发。