硅藻土在造纸法烟草薄片生产中的应用研究

张克娟　张大坤　李新生

(上海烟草集团太仓海烟烟草薄片有限公司,江苏太仓,215433)



硅藻土在造纸法烟草薄片生产中的应用研究

张克娟张大坤李新生

(上海烟草集团太仓海烟烟草薄片有限公司,江苏太仓,215433)

摘要：在造纸法烟草薄片生产抄造或涂布工序加填硅藻土,以改善烟草薄片产品品质。结果表明，与抄造工序加填轻质碳酸钙(PCC)的烟草片基和烟草薄片成品相比,加填硅藻土的烟草片基定量、厚度、涂布率及吸液性增加,加填硅藻土的烟草薄片定量、厚度、抗张强度及吸味评分增大；在抄造工序加填PCC-硅藻土,随硅藻土比例增加,烟草片基的定量和灰分增大；在涂布工序涂布液中加填硅藻土,随硅藻土用量增加,烟草薄片的涂布率、厚度、灰分增大。

关键词：硅藻土；造纸法烟草薄片；涂布； 物理性能；轻质碳酸钙

造纸法烟草薄片因具有填充值高、耐机械加工性能好、焦油释放量仅为烟叶的50%左右等优势被行业内公认为目前制备烟草薄片的主要工艺方法[1]。造纸法烟草薄片的生产工艺主要是将卷烟生产、加工过程中产生的碎烟末、烟梗、烟片以不同比例混合后加热水萃取,萃取完成后的物料经机械挤压实现固液分离,固相物质经造纸工艺制得烟草片基,液相萃取液经处理制得涂布液,烟草片基经涂布、干燥、分切最终制得造纸法烟草薄片产品[2-3]。

因为烟草薄片的食用特殊性,对生产中选用的填料要求很高,目前大部分造纸法烟草薄片生产厂家均采用轻质碳酸钙(PCC)作为填料,但其在纸机网部流失严重,影响产品性能如松厚度、涂布率、吸液性能、吸味等,同时带来成本增大问题。再加上目前造纸法烟草薄片生产厂家大多采用传统的单层成形网,这使得以上问题变得更加严重。

硅藻土是一种类似白垩的软质状粉末,因具有特殊的孔隙结构而具有吸附性,被广泛应用于不同行业[4]。在卷烟中硅藻土常被用于卷烟纸和滤嘴棒成型纸中,以提高卷烟纸透气度和降低卷烟中焦油释放量,如专利CN1393185A、CN201403495Y中介绍的滤嘴棒成型纸中加填硅藻土可显著降低卷烟焦油释放量[5-6]。造纸行业中常使用硅藻土来改善留着率和净化废水,如专利CN101133212A中介绍的在造纸中加入缔合聚合物-无机填料-硅藻土的复合物能吸附细小物质,实现留着和滤水的改进[7]；专利CN101343843A中介绍了使用硅藻土能提高废纸制浆封闭生产用水的质量[8]；专利CN102276093A中介绍了使用硅藻土复合物可以有效地处理造纸法烟草薄片生产中产生的废水[9]。

本实验在造纸法烟草薄片生产抄造或涂布工序中加填硅藻土,探讨了加填硅藻土后对烟草片基和烟草薄片各项物理性能的影响,并对加填硅藻土的烟草薄片进行了吸味评价。

1实验

1.1实验原料

烟草浆、漂白针叶木浆均取自生产车间现场。

PCC、GCC均来源于某公司生产的产品；硅藻土代号CY-100、 CY-200、 CY-300、CY-400、CY-WX3#,均由长白川一硅藻土有限公司提供。

1.2实验仪器

RKZ-KW-T纸页成型器,奥地利PTI有限公司；GSP 3030A涂布机,韩国 Gist公司；VENTICELL数显真空烘箱,德国MMMGrop公司；TMI 4961厚度测定仪,美国TMI公司；INSTRON 2519 104T拉伸试验机,美国Instron公司；T/A 211 300柔软度测定仪,美国THWING-ALBERT公司；KRK可列姆吸收性测定仪,日本KRK 公司；B180马弗炉,德国Nabertherm公司；Borgwaldt kc D51填充值测定仪,美国博瓦特凯希有限公司；阴燃速率测定仪,南京雷烔仪器设备有限公司；METTLER TOLEDO XP603S电子分析天平,梅特勒-托利多仪器有限公司；Regmed SR/P打浆度测定仪,巴西Regmed 公司；DDJ动态滤水性测定仪,德国Muetek公司。

1.3实验方法

抄造工序添加硅藻土：从生产车间现场取已打好的烟草浆、木浆在实验室按规定配料比混合后,再按照生产中配料比规定加填相同质量的碳酸钙或硅藻土。物料混合均匀后用纸页成型器制备烟草片基,取生产中涂布液用实验室涂布机对烟草片基涂布、烘箱干燥后得到烟草薄片成品。

涂布工序添加硅藻土：从生产现场取制备好的烟草片基和涂布液,在涂布液中添加不同质量比的硅藻土混合均匀后,用涂布机对烟草片基完成涂布实验,最后经烘箱干燥得到烟草薄片成品。

1.4烟草片基和烟草薄片成品物理性能检测

将制备好的烟草片基或烟草薄片样品在温度(22±1)℃、相对湿度(60±5)%条件下,恒温恒湿处理48 h,然后再进行各项性能的测定。

抗张强度按照GB/T 12914进行测定；厚度按照GB/T 451.3进行测定；柔软度按照GB/T 8942进行测定；定量按照GB/T 451.2进行测定；填充值按照GB/T 152进行测定；灰分含量按照GB/T 463进行测定；吸收性按照GB/T 461进行测定。

2结果与讨论

2.1在造纸法烟草薄片抄造工序加填硅藻土对烟草片基物理性能影响

2.1.1对烟草片基单程留着率影响

实验选用的用于抄造工序加填的4种型号硅藻土的性能参数具体见表1。4种型号硅藻土的孔径分布、粒径分布不同,相应的留着性及吸附性不同。

表1　在抄造工序加填的硅藻土性能参数

抄造烟草片基的设定定量为70 g/m2,则烟草片基单程总留着率计算见式(1)。

(1)

图1　加填PCC与不同型号硅藻土烟草片基定量比较

填料定量/g·m-2单程总留着率/%较使用PCC提高的留着率/%PCC57.181.6-CY-10062.188.78.79CY-20063.891.211.8CY-30063.690.811.3CY-40064.291.612.4

由图1和表2可知,硅藻土作为填料在抄造时加入可显著提高烟草片基的定量和单程总留着率。目前理论上认为硅藻土作为助留剂主要通过筛分作用、深度效应及吸附作用3种作用协同从而达到助留的作用。

2.1.2对浆料品质的影响

表3所示为抄造时加填不同填料对浆料品质的影响。

表3　抄造时加填PCC和不同型号硅藻土对浆料品质的影响

从表3可知，加填不同型号硅藻土浆料打浆度、滤水时间均增大,湿重减小,对此可能的原因分析是：硅藻土在水中分散性好,不易沉淀,且其多孔吸附性可能会吸附浆料中细小物质和一些亲水性大分子黏性物质,这样使滤水更加困难。

2.1.3对烟草片基厚度和松厚度的影响

图2所示为加填PCC和不同型号硅藻土对烟草片基厚度的影响。

图2　加填PCC和不同型号硅藻土烟草片基厚度比较

从图2可看出,抄造时加填不同型号的硅藻土能显著提高烟草片基的厚度,其中加填CY-300硅藻土的烟草片基的厚度较加填PCC烟草片基增大33.33%。

表4　加填PCC和不同型号硅藻土烟草片基松厚度比较

表4所示为加填PCC和不同型号硅藻土对烟草片基松厚度的影响。由表4可看出,加填硅藻土后烟草片基的松厚度普遍增大,其中加填CY-300硅藻土烟草片基松厚度较加填PCC的烟草片基增大19.46%。

2.1.4对烟草片基抗张强度的影响

图3所示为加填PCC和不同型号硅藻土对烟草片基抗张强度的影响。

图3　加填PCC和不同型号硅藻土烟草片基抗张强度比较

由图3可看出，与加填PCC相比，加填不同型号硅藻土烟草片基的抗张强度均有所降低。结合表2可知，抄造时硅藻土留着率很高,在烟草片基成形时妨碍了纤维的相互交织,相应的抗张强度较加填PCC烟草片基均下降,其中加填CY-400硅藻土烟草片基单程总留着率最大,相应的加填CY-400硅藻土烟草片基的抗张强度最小,比加填PCC的烟草片基减小10.08%。

2.1.5对烟草片基吸收性影响

采用可列姆吸收测定仪检测加填PCC的烟草片基和加填CY-400硅藻土的烟草片基对清水和涂布液吸收性,实验结果见图4。

图4　加填PCC和硅藻土烟草片基吸收性能比较

由图4可看出,在相同时间内加填CY-400硅藻土的烟草片基对涂布液和清水的吸收能力均好于加填PCC的烟草片基的。

2.1.6对烟草片基涂布率的影响

对加填不同型号硅藻土和PCC的烟草片基用涂布机在相同操作参数下涂布，并对其涂布率进行比较,实验结果见图5。

图5　加填PCC和不同型号硅藻土烟草片基涂布率比较

由图5可看出,加填不同型号硅藻土的烟草片基的涂布率均大于加填PCC的烟草片基的,其中加填CY-400硅藻土的烟草片基涂布率最大,比加填PCC烟草片基的增大35.19%。理论分析主要原因为：①加填硅藻土烟草片基的松厚度大于加填PCC烟草片基的，烟草片基内纤维交织疏松；②烟草片基中留着的硅藻土因多孔可吸收多倍于自身体积的液体,涂布时利于吸收涂布液。

2.2在造纸法烟草薄片抄造中加填不同型号硅藻土对烟草薄片物理性能的影响

2.2.1对厚度及定量的影响

图6和图7分别为加填不同填料对烟草薄片定量和厚度的影响。由图6和图7可看出,加填不同型号硅藻土烟草薄片的定量和厚度较加填PCC的烟草薄片均增大,主要是因为加填不同型号硅藻土烟草片基的定量、厚度、吸收性、涂布率均大于加填PCC的烟草片基的。

图6　加填PCC和不同型号硅藻土烟草薄片定量比较

图7　加填PCC和不同型号硅藻土烟草薄片厚度比较

2.2.2对抗张强度的影响

图8所示为加填不同填料对烟草薄片抗张强度的影响。由图8可看出，加填的烟草片基经涂布后，影响烟草薄片抗张强度的因素很多,其中最重要的是纤维间的交织情况,加填不同型号硅藻土烟草片基因留着率高,妨碍纤维间交织,导致烟草片基抗张强度普遍减小,涂布后涂布液中一些大分子黏性物质在一定程度上可赋予烟草薄片强度,因为加填硅藻土烟草薄片的涂布率较加填PCC的烟草薄片大,在一定程度上弥补因硅藻土导致烟草片基抗张强度下降的现象。

图8　加填PCC和不同型号硅藻土烟草薄片抗张强度比较

2.2.3对烟草薄片填充值的影响

图9所示为加填不同填料对烟草薄片填充值的影响。由图9可看出,加填不同型号硅藻土的烟草薄片填充值较加填PCC烟草薄片均下降,原因可能是：加填硅藻土烟草薄片的涂布率均大于加填PCC烟草薄片的,烟草薄片涂布率升高,在一定程度上造成烟草薄片成品表面及内部结构疏松度下降,导致填充值减小。

图9　加填PCC和不同型号硅藻土烟草薄片填充值比较

2.2.4对烟草薄片阴燃速率的影响

图10　加填PCC与不同型号硅藻土烟草薄片阴燃速率比较

图10所示为加填PCC与不同型号硅藻土烟草薄片阴燃速率比较。由图10可看出,加填不同型号硅藻土烟草薄片的阴燃速率较加填PCC烟草薄片的下降。对此现象原因分析为：①加填硅藻土的烟草薄片中有机成分下降、无机盐含量增大,影响烟草薄片的燃烧性；②加填硅藻土烟草薄片的涂布率较加填PCC的烟草薄片高很多,使两种样品的水分、纤维交织状态都有所差异,在一定程度上也可能会影响阴燃性。

2.2.5对烟草薄片吸味的影响

表5所示为加填不同填料对烟草薄片吸味的影响。

表5　加填PCC和不同型号硅藻土烟草薄片吸味比较

由表5可见，经过卷烟评吸组对加填PCC和不同型号硅藻土的烟草薄片评吸比较后,一致认为添加不同型号硅藻土的烟草薄片的吸味好于加填PCC的烟草薄片。

2.3在造纸法烟草薄片抄造中加填不同比例PCC和硅藻土的混合物对烟草片基的影响

对加填不同填料的烟草片基的定量和灰分进行比较,结果见图11～图14,图11和图13中的数据由两次实验测得,因生产现场浆浓误差会引起实验结果偏差,因此不进行批间比较,只进行同批内的比较。

由图11和图12可看出,加填CY-300和 CY-400硅藻土的烟草片基的定量和灰分大于加填PCC、GCC及不同比例GCC和PCC的烟草片基的,即加填硅藻土的烟草片基物料总留着率好于加填PCC、GCC及不同比例GCC和PCC烟草片基的。

图13和图14比较了加填不同比例PCC和CY-400硅藻土烟草片基的定量和灰分,从图13和图14可看出,随CY-400硅藻土比例增加,烟草片基的定量和灰分都增大,即物料的单程总留着率增加。

图11　加填不同填料烟草片基定量比较

图12　加填不同填料烟草片基灰分比较

图13　加填不同PCC∶硅藻土烟草片基定量比较

图14　加填不同PCC∶硅藻土烟草片基灰分比较

2.4在造纸法烟草薄片涂布过程中添加硅藻土对烟草薄片的影响

2.4.1对烟草薄片涂布率的影响

在涂布工序添加的硅藻土为CY-WX3#，其性能参数见表6。图15所示为涂布液中添加不同用量硅藻土对烟草薄片涂布率的影响。由图15可看出,随涂布液中硅藻土用量的增加,烟草薄片的涂布率呈增大趋势。

表6　涂布工序加填的硅藻土性能参数

图15　涂布液中添加不同用量硅藻土对烟草薄片涂布率的影响

2.4.2对烟草薄片厚度的影响

图16所示为涂布液中添加不同用量硅藻土对烟草薄片厚度的影响。由图16可看出,随涂布液中硅藻土用量的增加,烟草薄片的厚度呈增加趋势。

图16　涂布液中添加不同用量硅藻土对烟草薄片厚度的影响

2.4.3对烟草薄片抗张强度的影响

图17所示为涂布液中添加不同用量硅藻土对烟草薄片抗张强度影响。由图17可看出,随涂布液中硅藻土用量的增加,烟草薄片的抗张强度呈降低趋势。

图17　涂布液中添加不同用量硅藻土对烟草薄片抗张强度的影响

2.4.4对烟草薄片填充值的影响

图18所示涂布液中添加不同用量硅藻土对烟草薄片填充值的影响。由图18可看出,随涂布液中硅藻土用量增加,烟草薄片的填充值变化很小,可视为对填充值几乎无影响。

图18　涂布液中加填不同用量硅藻土对烟草薄片填充值的影响

2.4.5对烟草薄片灰分的影响

图19所示为涂布液中添加不同用量硅藻土对烟草薄片灰分的影响。由图19可看出,随涂布液中硅藻土用量的增加,烟草薄片的灰分呈增加趋势。

图19　涂布液中添加不同用量硅藻土对烟草薄片灰分的影响

2.4.6对烟草薄片阴燃速率的影响

图20所示为涂布液中添加不同用量硅藻土对烟草薄片阴燃速率的影响。由图20可看出,随涂布液中硅藻土用量增加,烟草薄片的阴燃速率变化很小,可视为对阴燃速率几乎无影响。

图20　涂布液中添加不同用量硅藻土对烟草薄片阴燃速率的影响

3结论

在造纸法烟草薄片生产抄造或涂布工序添加硅藻土，以改善烟草薄片产品品质。

3.1与抄造工序加填PCC的烟草片基相比,加填不同型号硅藻土的烟草片基定量、厚度、松厚度、涂布率、吸液性能、打浆度增大,浆料滤水时间延长、湿重减小。

3.2与抄造工序加填PCC的烟草薄片相比,加填不同型号硅藻土的烟草薄片定量、厚度、抗张强度增大,填充值和阴燃速率减小,吸味变好。

3.3在抄造工序加填不同比例PCC-硅藻土,随硅藻土比例增加,烟草片基的定量和灰分增大。

3.4在涂布工序涂布液中添加硅藻土,随硅藻土用量增加,烟草薄片的涂布率、厚度、灰分增大,抗张强度减小,填充值和阴燃速率几乎不受影响。

参考文献

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(责任编辑：马忻)

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“2015 CIPTE国际造纸技术报告会”精彩继续

由中国造纸协会、中国造纸学会和中国制浆造纸研究院共同主办的“2015中国国际造纸科技展览会及会议”将于2015年9月16—18日在北京全国农业展览馆举行。展会期间的9月17日，主办单位仍将举办国际造纸技术报告会，为国内外造纸行业的专家、学者及技术人员提供造纸行业最新的技术发展和市场动态。

此前在2014年9月上海造纸科技展览会期间，由中国造纸学会、中国制浆造纸研究院和芬兰造纸工程师协会合作举办的为期一天的“2014 CIPTE国际造纸技术报告会”，邀请了来自中国、芬兰、德国的专家对涂布、生物质、节能降耗等造纸工业领域的先进技术进行了演讲，吸引了来自国内外造纸及相关企业、高等院校、研究院所的近260名听众。特别是在报告会讨论交流环节，听众与演讲嘉宾就报告中所介绍的新技术、新设备以及我国造纸工业发展前景等问题进行了热烈的讨论和交流。与会代表纷纷表示，此次技术报告会的内容抓住了当前造纸行业的技术热点，针对性强，对制浆造纸工业可持续发展、可能的新技术等有了新的了解，受益匪浅，报告会取得了圆满成功。

2015年，中国造纸学会和中国制浆造纸研究院将再度与芬兰造纸工程师协会合作，共同举办“2015 CIPTE国际造纸技术报告会”，报告会为期一天。鉴于目前造纸行业正处于发展的低谷期，因此如何走出困境，寻求行业持续发展的新路，成为广大造纸行业工作者普遍关注的问题。本届会议的亮点将是在上午时段邀请国内外专家就造纸行业的现状及发展前景展开讨论，内容主要涉及制浆造纸近期国内技术进步回顾、包装纸和纸板国内外市场概况和展望、商品浆供需现状和展望、废纸供需现状和展望等，希望能够帮助造纸企业摆脱困境、平稳发展；下午则着重在行业的热点问题及最新的前沿技术方面与大家进行探讨。相信这一行业盛会将为热心造纸行业发展的业内人士提供很好的沟通和交流平台，为促进造纸行业的可持续发展做出贡献。·香精微胶囊·

Application of Diatomite in the Production of Reconstituted Tobacco

ZHANG Ke-juan*ZHANG Da-kunLI Xin-sheng

(TaicangHaiyanReconstitudedTobaccoCo.,Ltd.,ShanghaiTobaccoGroup,Taicang,JiangsuProvince, 215433)

(*E-mail: zhangkejuan123@163.com)

Abstract：The application of diatomite as filler in papermaking or coating processes of reconstituted tobacco production was studied in order to improve the quality of reconstituted tobacco. The results showed that compared with PCC filler,the application of diatomite could obviously improve the basis weight, thickness, coating amount and liquid absorption characteristic of the base sheet, the reconstituted tobacco filling with diatomite could obviously improve the basis weight, thickness, tensile strength and smoke flavor. As the proportion of diatomite to PCC increased in papermaking process, the basis weight and ash content of base sheet increased. As the proportion of diatomite increased in coating slurry,the coating amount, thickness and ash content of reconstituted tobacco increased.

Key words：diatomite; reconstituted tobacco; coating; physical properties; PCC

收稿日期：2014- 12- 01(修改稿)

中图分类号：TS727+.6; TS761.2

文献标识码：A

文章编号：0254- 508X(2015)04- 0026- 07

作者简介：张克娟女士,硕士；主要从事造纸法烟草薄片的研发工作。