胶乳涂布对烟梗浆与麻浆配抄滤嘴棒用纸性能的影响

殷沛沛， 刘莹莹， 赵梦醒， 杜 宏， 王 成， 夏明凤， 银玲玉， 刘洪斌， 周桂园

（1.云南中烟工业有限责任公司技术中心， 昆明 650106； 2.天津市制浆造纸重点实验室，生物源纤维制造技术国家重点实验室， 天津科技大学轻工科学与工程学院， 天津 300457）

卷烟滤嘴棒材料种类繁多， 已经报道的滤嘴棒添加剂主要有活性炭类、天然材料类、矿物材料类、生物材料类、聚合物类等[1]。 纸质滤材以其良好的复合效果也得到了研究和应用。 纸质复合滤嘴棒通常以木浆纤维为原材料，具有成本低的优点，还有较强的去除焦油和尼古丁的能力， 而且材料本身安全健康、降解性能好[2]。 然而，由于纸质滤材材质较软、受潮后易软化等缺点影响了卷烟的吸食体验[3-4]。

造纸法生产的滤嘴棒用纸作为一种新型的纸质复合材料，不仅保留了传统纸质滤材的优点[5]，而且由于其原料及加工工艺特点， 相比于常规木质纤维制得的纸质滤材， 其在提高卷烟抽吸品质方面具有明显的优越性[6-8]。 但是，造纸法生产的滤嘴棒用纸存在强度差、伸长率低等问题，限制了其在不同品类卷烟产品及加热不燃烧卷烟中的应用[9-11]。

本文针对造纸法生产烟梗浆与麻浆配抄滤嘴棒用纸， 开展了对滤嘴棒用纸强度和伸长率调控技术的研究，考察胶乳涂布量对滤嘴棒用纸性能的影响。

1 实验

1.1 实验原料

烟梗浆，云南中烟再造烟叶有限公司；马尼拉麻浆浆板，山东龙德复合材料科技股份有限公司。两种浆料的打浆度、保水值、灰分等性能指标见表1。 改性胶乳固含量为50%，pH=5.5， 粒径为150 nm，黏度＜300 Pa·s。

表1 原料的基本性能

1.2 实验设备

BAO-150A 型烘箱，施都凯仪器设备（上海）有限公司；2505 型瓦利打浆机，日本KRK 公司；TDL-60C 型高速离心机， 上海安亭科学仪器厂；VF 型马弗炉， 英国Vecsta 公司；ESTANIT 型打浆度仪、066型抗张强度仪、Micrometer 251 型厚度仪、166 型透气度仪，瑞典L&W 公司；CCCP 型吸水性能测定仪，德国Macrepackar 公司；SU1510 型扫描电子显微镜，日本日立株式会社；FDA-0813 型动态纸页成型器，法国Techpap 公司。

1.3 实验方法

采用麻浆与烟梗浆进行复配， 烟梗浆比例为10%和30%，片基的定量控制在（38±2）g/m2，在动态纸页成型器上抄片， 其中助剂阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）的添加量为0.5%。

将干燥后的纸页在温度为（23±1）℃、相对湿度为（50±2）%的条件下处理一定时间，称其质量。 然后，在涂布机上进行涂布，通过控制涂布液的滴加量获得不同涂布量的滤嘴棒用纸。 将纸页放到恒温恒湿条件下再次进行平衡， 最后根据相应标准方法分别测定纸页的定量、厚度、抗张指数、伸长率等性能指标。

2 结果与讨论

2.1 胶乳涂布量对滤嘴棒用纸松厚度的影响

图1为胶乳涂布量对滤嘴棒用纸松厚度的影响。 由图1 可以看出：随着涂布量的增加，两种配比所得滤嘴棒用纸的松厚度均呈现下降的趋势。 这主要是因为随着胶乳涂布量的增加，纸张的紧度增加，故松厚度不断下降。 对于烟梗浆配比为10%的滤嘴棒用纸，未涂布时滤嘴棒用纸的松厚度为2.56 cm3/g；当涂布量为10 g/m2时， 滤嘴棒用纸的松厚度为2.5 cm3/g，比未涂布时下降了2.3%。 对于烟梗浆配比为30%的滤嘴棒用纸，未涂布时滤嘴棒用纸的松厚度为2.86 cm3/g；当涂布量为10 g/m2时，滤嘴棒用纸的松厚度为2.7 cm3/g， 比未涂布时下降了5.6%。由此可见，烟梗浆配比为30%的滤嘴棒用纸经过涂布后的松厚度下降程度更大。

图1 涂布量对滤嘴棒用纸松厚度的影响

2.2 胶乳涂布量对滤嘴棒用纸强度的影响

抗张指数是指单位宽度、 单位定量样品的抗张力， 表示纸的抗张性能。 图2 为胶乳涂布量对滤嘴棒用纸抗张指数的影响。 由图2 可以看出： 随着胶乳涂布量的增加， 两种配比所得滤嘴棒用纸的抗张指数均呈现增加的趋势。 这可能是因为纸张表面形成一层涂层， 增加了材料的韧性和强度。 对于烟梗浆配比为10%的滤嘴棒用纸， 当涂布量为10 g/m2时，滤嘴棒用纸的抗张指数为54.89 N·m/g，比未涂布时增加了7.6%。 另外，对于烟梗浆配比为30%的滤嘴棒用纸，当涂布量为10 g/m2时，滤嘴棒用纸的抗张指数为45.11 N·m/g，比未涂布时增加了66.3%。可见，烟梗浆配比为30%的滤嘴棒用纸经涂布后抗张强度提高程度更大。

图2 涂布量对滤嘴棒用纸抗张指数的影响

2.3 胶乳涂布量对滤嘴棒用纸伸长率的影响

伸长率是指纸或纸板试样因承受拉力而变形伸长，当试样裂断时即伸长达到极限时，其伸长的长度与试样原长度的百分比值。 伸长率可以反映纸张的坚韧性能， 是滤嘴棒用纸的重要性能指标。 由图3可以看出：随着胶乳涂布量的增加，两种配比所得滤嘴棒用纸的伸长率均呈现明显增加的趋势。 对于烟梗浆配比为10%的滤嘴棒用纸， 未涂布时滤嘴棒用纸的伸长率为4%；当涂布量为10 g/m2时，滤嘴棒用纸的伸长率为9.88%。 对于烟梗浆配比为30%的滤嘴棒用纸， 未涂布时滤嘴棒用纸的伸长率为4%；当涂布量为10 g/m2时，滤嘴棒用纸的伸长率为9.08%。 可见，经过胶乳涂布之后，滤嘴棒用纸具有较好的弹性性能，伸长率有很大幅度的提升。

图3 涂布量对滤嘴棒用纸伸长率的影响

2.4 胶乳涂布量对滤嘴棒用纸其他性能的影响

表2和表3 为胶乳涂布量对滤嘴棒用纸其他物理指标的影响。 由表2 可以看出： 对于烟梗浆配比为10%的滤嘴棒用纸， 随着不同涂布量的增加，滤嘴棒用纸的透气度呈现降低的趋势， 这可能是因为胶乳涂层使滤嘴棒用纸的紧度增加所导致。 此外，由于滤嘴棒用纸紧度的增加， 降低了材料的吸水性能，使其吸收性能下降。 同样的，对于烟梗浆配比为30%的滤嘴棒用纸， 其各个指标随着涂布量的增加也呈现出相似的变化规律。

表2 涂布量对滤嘴棒用纸其他物理指标的影响（烟梗浆配比为10%）

表3 涂布量对滤嘴棒用纸其他物理指标的影响（烟梗浆配比为30%）

2.5 涂布前后滤嘴棒用纸的电镜分析

图4为不同涂布量时滤嘴棒用纸的SEM 图。由图4 可以看出：未涂布时，纸中的纤维交织在一起；涂布之后，在纤维表面形成一层膜。因此，滤嘴棒用纸伸长率的增加可能主要来源于涂层膜状结构的形成。

图4 滤嘴棒用纸在不同涂布量下的SEM 图

3 结论

本文采用动态纸页成型器抄造滤嘴棒用纸，研究了胶乳涂布量对其物理指标的影响，得到以下结论：

（1）随着胶乳涂布量的增加，两种配比滤嘴棒用纸的松厚度均呈现下降的趋势， 抗张指数和伸长率均呈现增加的趋势。 因此， 胶乳涂布有助于滤嘴棒用纸强度和弹性性能的提升。

（2）当烟梗浆配比为10%、涂布量为10 g/m2时，滤嘴棒用纸的定量为46.30 g/m2，厚度为116 μm，抗张指数为54.89 N·m/g，伸长率为9.88%。 当烟梗浆配比为30%、涂布量为10 g/m2时，滤嘴棒用纸的定量为45.44 g/m2， 厚度为120 μm， 抗张指数为45.11 N·m/g，伸长率为9.08%。 因此，烟梗浆配比为10%的滤嘴棒用纸经过胶乳涂布后具有较好的强度和拉伸性能。