L IP卷烟纸的优化设计及在烤烟型卷烟中的应用

丁丽婷 王 笛 张 瑞 牟定荣

(1.红塔烟草 (集团)有限责任公司,云南玉溪,653100;2.昆明理工大学化学工程学院,云南昆明,650224)

L IP卷烟纸的优化设计及在烤烟型卷烟中的应用

丁丽婷1,2王 笛1张 瑞1,2牟定荣1

(1.红塔烟草 (集团)有限责任公司,云南玉溪,653100;2.昆明理工大学化学工程学院,云南昆明,650224)

低引燃倾向 (L IP)卷烟能减少卷烟引发火灾的风险,为了将L IP卷烟纸应用到烤烟型卷烟上,对L IP卷烟纸的原纸透气度、助燃剂含量和阻燃带扩散率进行优化,并将 L IP卷烟纸初步应用到烤烟型卷烟上;测定了L IP卷烟的引燃性能、自由燃烧熄灭率及 CO、焦油、烟碱含量,并进行感官质量评吸。结果表明,经过优化后,L IP卷烟纸的原纸透气度为 95 CU,助燃剂含量为 1.0%,阻燃带扩散率为 0.115 cm/s;制备的L IP卷烟符合AST ME2187-04的要求,能有效减少火灾的发生,CO、烟碱、焦油含量变化不大,抽吸品质也没有明显差别。

低引燃倾向;卷烟纸;引燃性能;抽吸品质

近年来,由卷烟引起的火灾问题越来越受人们的重视。美国消防协会多年的火灾统计资料表明,在美国,吸烟是造成火灾的最主要原因之一。为了减少火灾的发生,美国纽约州早在 1984年就已经颁布了卷烟安全法案,在 2004年实施卷烟防火安全标准后,要求该州出售的卷烟必须用低引燃倾向 (Low Ignition Propensity,L IP)的卷烟纸卷制。该法案很快普及到其他一些州,加拿大和欧洲的一些国家也颁布了类似的法律条文,生产和销售 L IP卷烟已经成为烟草行业的一个发展趋势。

理想的L IP卷烟要求卷烟在空气中自由燃烧时不会熄灭,将 L IP卷烟放置在纺织品或滤纸上会自动熄灭,其外观和口感能被烟民接受。目前,国际上对L IP卷烟的评价测定方法包括 AST M测试和水平自由燃烧测试,AST M测试是指由美国材料与试验协会(American Society for Testing and Materials,AST M)制定的 AST ME2187-04[1]标准,即在一组测试中(40支卷烟),放置在 10层滤纸上的卷烟自熄率 (用AST M表示)≥75%;水平自由燃烧熄灭测试 (Free Air Self Extinguish,FASE)是将卷烟水平放置,测试其在空气中自由燃烧的熄灭率,通常熄灭率 (用FASE表示)≤10%。我国对 L IP卷烟的研究还处于起步阶段,相关的报道也较少[2-4]。本实验通过对L IP卷烟纸的原纸透气度、助燃剂含量和阻燃带扩散率 3个设计参数进行优化,将优化后的 L IP卷烟纸应用到烤烟型卷烟上,并进行 AST M和 FASE测试,考察了主流烟气中的 CO、焦油和烟碱含量,并对其进行感官质量评吸。

1 实 验

1.1 仪器与材料

卷烟引燃性能测试装置 (自制);S M450型 20孔道直线型吸烟机 (英国 FI LTRONA公司生产);L IP卷烟纸 (法国摩迪提供);对照卷烟纸 (云南红塔蓝鹰卷烟纸厂提供);Whatman 2#滤纸 (英国Whatman公司生产)。

1.2 实验方法

1.2.1 L IP卷烟的引燃性能测试

AST M测试：挑选 (9.00±0.02)g的烟样,采用AST ME2187-04的标准方法,将烟样在温度(23±3)℃、相对湿度 (55±5)%的条件下平衡至少48 h,Whatman 2#滤纸在相同条件下平衡至少 8 h,测定前在距卷烟燃烧端标注 5 mm和 15 mm的距离,卷烟点燃后水平放置在卷烟夹持器上,待燃烧到15 mm时将卷烟放在滤纸夹持器上,每次测试放置10层滤纸,每组测试 40支卷烟。

FASE测试：卷烟挑选和平衡方法同上,将点燃的卷烟水平放在卷烟夹持器上引燃,测试在空气中自由燃烧时的熄灭率。

1.2.2 主流烟气中 CO、焦油、烟碱的测定[5-7]

按照 YC/T30—1996测定卷烟样中的 CO;按照YC/T29—1996测定卷烟样中的焦油;按照YC/T156—2001测定卷烟样中的烟碱。

2 结果与讨论

2.1 L IP卷烟纸设计参数的优化

2.1.1 原纸透气度

选择 L IP卷烟纸原纸透气度时需要考虑：①L IP卷烟自由燃烧熄灭率;②常规烟气成分 (CO、焦油、烟碱)。适宜的原纸透气度既要保证 L IP卷烟自由燃烧的熄灭率较低,又不能增加常规烟气成分含量。正常卷烟的卷烟纸透气度一般在 30～60 CU。有关研究表明,透气度在 60 CU以下时,随着卷烟纸透气度的提高,卷烟静燃速率增加,抽吸口数减少,烟气中的焦油、CO和烟碱明显减少;当卷烟纸透气度超过 80 CU时,烟支静燃速率趋于稳定,从卷烟燃烧锥进入的空气量减少,燃吸速度减慢,抽吸口数增加,焦油含量下降并趋于平缓[8-10]。由于添加了阻燃剂,为了保证正常的燃烧,L IP卷烟纸原纸的透气度要高于常规卷烟纸。为了达到降焦减害的目的,选择的卷烟纸原纸透气度不能高于 95 CU。本实验分别采用 60 CU、80 CU、95 CU的卷烟纸作原纸,其他参数和辅料均相同,制成 L IP卷烟,测试添加阻燃剂后 3种 L IP卷烟纸的平均透气度。利用 1.2的方法对 L IP卷烟燃烧性能和烟气中 CO、焦油、烟碱含量进行测定,结果如表 1所示。从表 1可以看出,在保证卷烟引燃性能通过率 (AST M)的前提下,随着卷烟纸原纸透气度增加,卷烟自由燃烧熄灭率 (FASE)大幅降低,CO、焦油、烟碱的含量也有所减少,因此选择透气度为 95 CU的卷烟纸作为原纸。

表1 不同原纸透气度对 L IP卷烟的影响

2.1.2 助燃剂含量

助燃剂作为一种重要的燃烧调节剂,虽然含量只有卷烟纸质量的 0.5%～2.0%,但其种类和用量将影响卷烟纸的燃烧特性和灰分,从而影响卷烟的吸味[10]。常用的助燃剂是碱金属盐,如柠檬酸钾、柠檬酸钠等,钾盐作为助燃剂加入卷烟纸中,能减少卷烟燃烧时产生的焦油[11],因此本实验选用钾盐作为助燃剂。本实验在卷烟纸中分别添加 1.0%、1.4%、1.8%的钾盐,其他参数都相同,制成 L IP卷烟,然后进行引燃性能和自由燃烧测试,结果如表 2所示。表 2数据显示,助燃剂对 L IP卷烟 AST M和 FASE的影响不是很明显,焦油含量也没有明显变化。但评吸后各位评委一致认为,添加 1.0%助燃剂的卷烟口感最佳,因此本实验选择助燃剂的添加量为 1.0%。

表2 助燃剂含量对 L IP卷烟的影响

2.1.3 阻燃带扩散率

阻燃带扩散率是指单位时间内氧气经过阻燃带由外向内的扩散距离,即扩散速率,单位 cm/s。阻燃带扩散率反映了卷烟在引燃时的真实情况,在引燃性能测试中,比透气度更具有指导性。阻燃带扩散率的选择要综合引燃性能测试和烟气常规成分,本实验分别采用扩散率为 0.065、0.095、0.115、0.135 cm/s的阻燃带,对制成的L IP卷烟进行 FASE和烟气常规成分测定,结果如表 3所示。由图 3可知,阻燃带扩散率为 0.065 cm/s时,L IP卷烟 FASE和烟气常规成分都较高,随着阻燃带扩散率的增加,烟气中的常规成分先降低而后基本不变;但当阻燃带扩散率增加到0.115 cm/s时,L IP卷烟 AST M、FASE及烟气常规成分释放量趋于最佳效果,因此选择阻燃带扩散率为0.115 cm/s。

表3 阻燃带扩散率对 L IP卷烟的影响

2.2 L IP卷烟纸在烤烟型卷烟的应用

2.2.1 L IP卷烟引燃性能测试结果

将优化后的 L IP卷烟纸 (原纸透气度为 95 CU,助燃剂含量为 1.0%,阻燃带扩散率为 0.115 cm/s)应用到烤烟型卷烟上,利用自制的引燃性能测试装置进行测试,结果如表 4所示。由表 4可知,经过优化后,L IP卷烟的 AST M和 FASE都符合 AST ME2187-04标准测试要求,说明该卷烟在一定程度上可以降低卷烟引发火灾的风险。

表4 L IP卷烟引燃性能测试结果

2.2.2 L IP卷烟主流烟气中 CO、焦油、烟碱的含量

优化后的L IP卷烟烟气中的 CO、焦油和烟碱含量见表 5。由表 5可知,相比对照卷烟,添加阻燃剂后,L IP卷烟烟气中的常规烟气成分基本没有变化,说明制备的 L IP卷烟具有一定的安全性,不会对人体产生更大危害。

表5 L IP卷烟中 CO、焦油、烟碱含量 mg

2.2.3 L IP卷烟感官质量评吸

评吸按照 GB5606.4—2005[12]进行,样品的感官质量评吸结果如表 6所示。评委们一致认为,相比于对照卷烟,L IP卷烟清甜韵味略佳,香气较丰富饱满,自然流畅,柔和绵长,协调性较好,稍有杂气,烟气湿润醇和,刺激性小,余味较干净舒适,阻燃带外香明显。

表6 L IP卷烟感官质量评吸结果

3 结 论

对低引燃倾向 (L IP)卷烟纸的原纸透气度、助燃剂含量和阻燃带扩散率进行了优化。在优化条件下制备的L IP卷烟符合引燃性能和自由燃烧熄灭测试标准,能有效降低卷烟引发火灾的风险;与对照卷烟相比,L IP卷烟烟气中 CO、焦油、烟碱含量变化不大,感官品质也没有明显差异,开发的 L IP卷烟纸可应用到烤烟型卷烟上。

[1] AST ME2187-04 Standard Test Method for Measuring the Ignition Performance of Cigarettes[S].2001.

[2] 许日鹏,苏文强.低引燃倾向卷烟纸的制备技术[J].上海造纸,2008,39(2)：31.

[3] 邢 军,荆 熠,刘 峰,等.低引燃倾向 (L IP)卷烟纸对卷烟引燃性能的影响[J/OL].http：//www.tobacco.org.cn/Inc.

[4] 沈兴楠.能降低点燃其他物品倾向的卷烟用纸——安全型卷烟纸[J].上海造纸,2006,37(2)：33.

[5] YC/T30—1996卷烟烟气气相中一氧化碳的测定非散射红外法[S].1996.

[6] YC/T29—1996卷烟用常规分析用吸烟机测定总粒相物和焦油[S].1996.

[7] YC/T156—2001卷烟总粒相物中烟碱的测定 气相色谱法[S].2001.

[8] 谢兰英,刘 淇,吴名剑,等.卷烟纸降低卷烟烟气有害成分的研究进展[J].纸和造纸,2008,27(4)：33.

[9] 王世刚.应用卷烟纸降低香烟焦油量的工艺措施[J].黑龙江造纸,2005,33(3)：53.

[10] 左 建.卷烟纸用填料和添加剂的研究[J].中国造纸学报,2003(增刊)：308.

[11] 刘志华,崔 凌,缪明明,等.柠檬酸钾钠混合盐助燃剂对卷烟主流烟气的影响[J].烟草科技,2008(12)：10.

[12] GB5606.4—2005卷烟感官技术要求[S].2005.

(责任编辑：陈丽卿)

Optimization Design and Preliminary Application of Low Ignition Propensity Cigarette Paper

D ING Li-ting1,2WANGDi1,＊ZHANG Rui1,2MOU Ding-rong1
(1.Hongta(Group)Co.,Ltd.,Yuxi,Yunnan Province,653100;2.School of Chemical Engineering,Kunming University Science and Technology,Kunming,Yunnan Province,650224)
( ＊ E-mail：wangdi@hongta.com)

Low ignition propensity(LIP)cigarette can reduce the risk of fire ignited by cigarette.In order to apply LIP paper to flue-cured tobacco cigarette,base paper porosity,content of burning agent and diffusion rate of retardant belt were optimized.Then optimized paper was applied to flue-cured tobacco cigarette.The ignition performance,free air self extinguish and content of CO,tar and nicotine in new LIP cigarette were determined,besides,smoking quality was evaluated.The result showed that：(1)after optimization,base paper porosity was 95 CU,content of burning agent was 1.0%with diffusion rate of retardant belt for 0.115 cm/s;(2)The ignition performance and free air self extinguish test of LIP cigarette met the requirement of AST ME2187-04.Content of CO,tar and nicotine in mainstream smoke of LIP cigarette had no change.There was no significant difference in smoking quality between ordinary and LIP cigarette.

low ignition propensity;cigarette paper;ignition performance;smoking quality

TS761.2

A

0254-508X(2011)01-0015-03

丁丽婷女士,在读硕士研究生;主要研究方向：烟草辅料。

2010-07-29

云南中烟工业公司科技计划项目 2010CP01。