接装胶及接装纸种类对胶水渗透性的影响

张 晶马晓伟冯 欣曲国福王东飞王建民

(1. 郑州轻工业学院食品与生物工程学院，河南 郑州 450000；2. 云南中烟红塔集团，云南 昆明 653100)

总通风率是卷烟的一项重要卷接质量指标，其波动是导致卷烟主流烟气中焦油、烟碱、一氧化碳量波动的主要因素之一，因此控制总通风率稳定性问题日益受到关注。对于预打孔通风滤嘴卷烟而言，已知接装胶渗透导致通风区域面积改变、甚至堵塞通风孔是总通风率波动的重要诱因，学者们围绕该问题也开展了许多控制技术方面的研究。如：欧阳斌等[1-4]通过改进仪器涂胶装置中控胶辊有胶区分布来控制涂胶量，从而避免接装纸通风孔受堵；姚二民等[5]研究了接装纸涂胶量与接装机运转速度和接装纸包角的关系，结果表明接装纸涂胶量随接装机运转速度提高而减少，随接装纸包角的增大而增大，并建立了涂胶量控制模型。这些研究的着重点在涂胶量控制方面，而针对胶水自身性质导致接装过程中渗透程度差异等方面的研究则少见报道。

关于胶水自身渗透性研究方面，陈岱峰[6]采用Emtec动态渗透分析仪对接装胶渗透特性进行了表征，主要包括接装胶吸收性即液体渗透速度，但不能测定接装胶涂胶后的渗透面积。本试验拟在建立接嘴胶自然渗透率测定方法的基础上，研究不同接装胶在同种接装纸上、以及同种接装胶在不同接装纸上自然渗透率的差异性，希望能够为接装胶的选用、接装胶与接装纸的配合以及依据接装胶性质合理控制涂胶量等研究提供借鉴。

1 试验部分

1.1 试验材料

12种不同牌号的卷烟纸、2种卷烟接装胶A、B：云南中烟工业有限责任公司；

着色剂(Col)：贵州博士化工有限公司；

佳能相机：70D型，佳能(中国)有限公司；

28.5 mm×5.5 mm的矩形孔PVC压片：自制。

1.2 试验方法

1.2.1 制备着色胶 精确称取接装胶A、B样品各10 g，分别置于2个烧杯中，按质量分数1%的添加量加入着色剂(Col)并充分搅拌均匀，使接装胶呈均匀明显的蓝色。将其在温度(22±2) ℃，相对湿度(60±5)%的环境下平衡48 h备用[7]。

1.2.2 制备接装纸样品 将12种不同牌号的接装纸裁切成长度为60 mm的纸片，每个牌号分2组，每组20片。将切好的接装纸纸片在温度(22±2) ℃，相对湿度(60±5)%的环境下平衡48 h备用。

1.2.3 制备测试样品 将接装纸纸片平铺在光滑平整的平板上，将厚度为0.5 mm、中间开有28.5 mm×5.5 mm的矩形孔PVC压片压在纸片上，并使其矩形孔处于纸片中心位置，用夹子固定。用玻璃棒蘸取着色后的接装胶A均匀涂抹在PVC压片矩形框内的涂胶区，充分填满，用刮板刮去矩形框凹槽外多余的着色接装胶A，此时取下PVC压片，将涂胶后的接装纸纸片放置在样品板上。按照此方法制作20个平行样品，共12组。用相同方法制作涂抹接装胶B的样品，共12组，每组20个样品平行。将制作好的样品同样在温度(22±2) ℃，相对湿度(60±5)%的环境下静置2 h，使接装胶自然固化。

1.2.4 渗透性测定及计算

(1) 渗透性测定：将开有矩形孔PVC压片压在纸片上，将凹槽涂胶区域用铅笔充分涂满作为初始涂胶面积，记为对照样品，用相机对将自然固化好的涂有接装胶的接装纸样品与对照样品拍照。利用像素法[8-9]，将图片导入Photoshop软件，设置羽化值为0，去掉消除锯齿选项，利用磁力套索工具选取接装纸中蓝色接装胶区域，保持蚂蚁线浮动状态，选择“窗口”-“直方图”命令，弹出直方图对话框，读出选取中所包含的像素数，记为接装胶固化后胶区像素数。对照样品做同样处理，并记录初始涂胶区域像素数。

(2) 渗透性计算：将接装胶固化后胶区像素数减去初始涂胶区域像素数即为接装胶渗透面积的像素数，渗透面积像素数与初始涂胶区域像素数的比值即为接装胶的渗透率k。接装胶参透率按式(1)计算：

(1)

式中：

k——接装胶渗透率，%；

N1——初始涂胶区域像素数；

N2——接装胶固化后像素数。

将2组涂有接装胶A、B的接装纸样品分别按上述方法测定并计算每个样品中接装胶渗透率，记录数据结果。

2 结果与分析

2.1 测量方法的灵敏度及重复性评价

A、B 2种接装胶在12种不同接装纸上的自然渗透率测定结果见表1，接装胶A在不同接装纸上的自然渗透率为0.024 5%～0.138 0%、RSD为6.56%～9.46%；接装胶B在不同接装纸上的自然渗透率为0.011 8%～0.112 0%、RSD为7.49%～9.98%。本方法测量结果反映的是涂胶区边缘部分的胶水在无外力作用条件下向周边自然渗透的程度，且是以涂胶区面积为基准计算渗透率的，因此测量结果的量级较小。由表1可以看出，测量结果能够较好地区分不同接装胶以及相同接装胶在不同接装纸上自然渗透率的差异性。在测量结果量级较小的情况下RSD>10%，说明所建立的接装胶自然渗透率测定方法的重复性较好，这为研究接装胶及接装纸对自然渗透率的影响奠定了基础。

2.2 接装胶及接装纸对自然渗透率的影响

2.2.1 接装胶的影响 分别对A、B 2种接装胶在同一种接装纸上的自然渗透率测定结果进行T检验[10]，结果见表2。2种接装胶在12种接装纸上的自然渗透率均存在极显著差异性，说明接装胶种类(自身性质)是影响其自然渗透性的重要因素。

2.2.2 接装纸的影响 单因素方差分析结果表明，接装胶A、B在不同接装纸上的自然渗透率差异性均为极显著(P值均为0.000)；LSD多重比较结果(表3)表明同一种接装胶在大多数接装纸上的自然渗透率存在显著差异性。说明接装胶的自然渗透率与接装纸种类也有关系，换言之，不同接装纸的抗胶水渗透能力不同。

表1 2组接装胶渗透率均值及变异系数

表2 独立样本T检验

2.3 接装纸抗胶水渗透能力分类

采用K-means聚类法[11]将2种接装胶在12种接装纸上的自然渗透率分为3组，结果如表4所示，其中第1组的自然渗透率最低(≤0.038 8%)、第2组的自然渗透率中等(0.040 7%～0.086 9%)、第3组的自然渗透率最高(≥0.112%)。通过分析各组接装纸和接装胶的组合可以看出，接装纸7、9、11对应的2种胶的自然渗透率均处于第1组，接装纸5、10、12对应的2种胶的自然渗透率均处于第2组，接装纸2、3对应的2种胶的自然渗透率分处于第2、3组，接装纸1、4、6、8对应的2种胶的自然渗透率分别处于第1、2组，说明某些接装纸的抗胶水渗透能力与胶水种类无关，某些接装纸的抗胶水渗透能力则因胶水种类而异，即存在接装纸与胶水间的配合问题。

表3 LSD法多重比较结果†

† 小写字母表示在0.05水平显著；大写字母表示在0.01水平显著。

本研究按照抗胶水渗透能力的强弱可以将12种接装纸分成4类(表4)，即抗胶水渗透能力强且与胶水种类无关，如接装纸7、9、11；因胶水种类不同抗胶水渗透能力介于强至中等，如接装纸1、4、6、8；抗胶水渗透能力中等且与胶水种类无关，如接装纸5、10、12；因胶水种类不同抗胶水渗透能力介于中等至弱，如接装纸2、3。

3 结论

(1) 建立了一种基于图片处理技术的测定接装胶自然渗透率的方法。与文献[6]的方法相比，该方法的主要优势是可以直接评价接装胶在接装纸上的渗透程度。

表4 K-means聚类分析结果

(2) 接装胶、接装纸种类对自然渗透率的影响研究表明，接装胶的自然渗透率除了与其自身性质有关外，与不同接装纸的抗胶水渗透能力也有关系。因此，为了减少接装胶渗透对滤嘴通风率造成的影响，除了控制涂胶量之外，通过接装胶与接装纸间的合理匹配，降低胶水渗透率也十分重要。

本试验所研究的是接装胶的自然渗透率，即在无外力作用条件下涂胶区边缘处胶水向周边扩散的程度，这与接装滤嘴过程中接装胶的实际渗透程度之间肯定存在差异性。但在无法准确测定接装胶实际渗透程度的情况下，本试验的研究方法及结论仍然是有意义的，为通过接装胶及接装纸的合理组合来降低接装胶在接装过程中的渗透程度，进而提高滤嘴通风率的稳定性提供了理论依据。