功能性纤维在纸质滤棒中的应用研究

尹 嵩，燕宁宁，沈靖轩，尧珍玉，肖维毅，孙 军

(1.四川三联卷烟材料有限公司，四川 成都 610041； 2.云南瑞升烟草技术(集团)有限公司，云南 昆明 650106)



功能性纤维在纸质滤棒中的应用研究

尹 嵩1，燕宁宁2*，沈靖轩2，尧珍玉2，肖维毅2，孙 军2

(1.四川三联卷烟材料有限公司，四川 成都 610041； 2.云南瑞升烟草技术(集团)有限公司，云南 昆明 650106)

选取麻类纤维、竹类纤维、罗布麻纤维和水溶性维纶4种功能性纤维，按质量分数为30%的比例分别添加至100%木浆中制成纸质滤棒，将其应用到红塔山卷烟(经典1956)中，研究了添加4种功能性纤维的纸质滤棒对卷烟常规烟气、致香成分的影响，并进行了感官质量评价。结果表明：4种功能性纤维卷制成的纸质滤棒满足现有纯纸质滤棒的指标要求；麻类纤维的纸质滤棒使卷烟烟气中的焦油和水分含量分别降低了26.97%,36.88%，含竹类纤维和罗布麻纤维的纸质滤棒分别使卷烟烟气中的水分含量提升了43.75%和26.25%；添加水溶性维纶的纸质滤棒对卷烟的烟气指标影响较小；分别添加4种功能性纤维的纸质滤棒并未改变烟气中的致香单体成分，只影响了各类致香单体成分的相对含量，竹类纤维和罗布麻纤维的焦油持水分能力较强；添加竹类纤维的纸质滤棒可降低纸质滤棒的刺激性，丰富卷烟香气，改善卷烟抽吸品质。

功能性纤维 纸质滤棒 竹类纤维 麻类纤维 罗布麻纤维 聚乙烯醇缩甲醛纤维 应用 卷烟

目前的卷烟滤材种类有醋酸纤维丝束、聚丙烯纤维和纸质滤棒，其主要作用是过滤烟气中的有害成分[1]。随着人们对吸烟与健康问题的不断关注，高截留效果、低成本、易降解的滤棒材料成为行业关注的热点，而以纯木浆为原料的纸质滤棒符合行业这一发展需求，但其抽吸品质差限制了纸质滤棒在卷烟中的应用[2-3]。国内外关于纸质滤棒改性的研究报道仍以纯木浆为主题的滤材研究为主，纸质滤材的缺陷并未得到本质的改善[4]。因此，在传统纸质滤棒中引入功能性纤维是非常有必要的，一方面利于其降低烟气中的有害物质，另一方面可有效提升卷烟抽吸品质。

麻类纤维是一种天然纤维，属于多年生草本植物，将其应用在卷烟材料中，能够改善卷烟抽吸品质[5]；竹类纤维也是一种天然纤维，是从自然生长的竹子中提取出的纤维素纤维，具有良好的透气性，结合高透气度的接装纸应用在卷烟上，可增加滤棒对烟气中气溶胶粒子的吸附过滤效果[6-7]；罗布麻纤维是一种野生植物韧皮纤维，添加罗布麻纤维可提高纸张的撕裂度和裂断长，对卷烟抽吸品质具有积极的影响[8-9]；水溶性维纶是一种合成纤维，能在水中溶解或者遇水缓慢水解成水溶性分子(或化合物)的纤维，在纸浆中添加水溶性维纶后可以提高纸张的强度，使成纸的裂断长、撕裂指数、环压强度都有一定程度的提高[10]。因此，作者选取上述4种功能性纤维，应用在纸质滤嘴中以减少烟气中的有害成分，改善卷烟抽吸品质。

1 实验

1.1 材料及仪器

红塔山卷烟：经典1956，市售；麻类纤维：江西思创麻业有限公司产；竹类纤维：扬州天伦纤维有限公司产；罗布麻纤维：东莞市住友塑料有限公司产；水溶性维纶：上海衡元高分子材料有限公司产。

Ernst BBS-2手抄片抄纸器：德国Ernst haag公司制；RM200A20孔道转盘型吸烟机：德国Borgwaldt公司制；HP6890气相色谱仪：美国Agilent公司制； AG204电子天平：梅特勒-托利多仪器有限公司制；SVRG-C烟用通风率·吸阻仪：成都瑞拓实业有限公司制。

1.2 实验方法

1.2.1 卷烟试样制备

(1)分别将麻类纤维、竹类纤维、罗布麻纤维和水溶性维纶粉碎成一定的长度，并按质量分数为30%的比例与木浆掺配进行打浆抄纸，对照纸样为100%木浆。

(2)将步骤(1)中抄造的纸张进行离线压纹处理，压纹宽度为2 mm。

(3)将压纹处理后的纸张卷制成滤棒，并将其置于靠近烟丝端(滤棒复合比设计为10 mm纸质滤棒和14 mm醋酸纤维滤棒)，靠近唇端为醋酸纤维滤棒，将制备的烟支作为感官评价和烟气指标送检试样。

1.2.2 卷烟试样的常规烟气检测

采用GB/T 23356—2009《卷烟烟气气相中一氧化碳的测定 非散射红外法》，GB/T 23203.1—2008《卷烟总粒相物中水分的测定第一部分：气相色谱法》，GB/T 23355—2009《卷烟总粒相物中烟碱的测定》，GB/T 19609—2004《卷烟常规分析用吸烟机测定总粒相物和焦油》等标准，对滤棒中分别添加4种纤维的红塔山卷烟进行常规烟气检测。

1.2.3 卷烟试样的感官质量评价

按照GB5606.4—2005《卷烟第4部分：感官技术要求》对试样进行评吸。

2 结果与讨论

2.1 纸张成棒性能分析

从表1可看出，添加4种功能性纤维所制成的滤棒硬度均大于82%，圆周误差为±0.2 mm，滤棒质量和吸阻也均满足现有滤棒参数要求，这说明在纸张中添加功能性纤维是可行的。

表1 添加不同功能性纤维的滤棒的物理参数指标Tab.1 Physical index of filter rods of different functional fibers

2.2 常规烟气

对100%木浆滤棒及添加4种功能性纤维的纸质滤棒进行常规烟气检测，其结果如表2所示。

表2 添加不同功能性纤维的滤棒的卷烟常规烟气指标Tab.2 Smoke index of cigarette with filter rods of different functional fibers

从表2可看出：(1)纸质滤棒中功能性纤维的添加对红塔山卷烟常规烟气具有一定的影响，且纤维种类不同其影响也不同。添加麻类纤维滤棒可有效降低红塔山卷烟烟气中的焦油2.80 mg，降幅为26.97%，同时降低烟气中的水分36.88%；添加水溶性维纶滤棒对红塔山卷烟各烟气指标的影响较小；添加竹类纤维和罗布麻纤维的滤棒可有效提升红塔山卷烟烟气中的水分，其增幅分别为43.75%和26.25%。而烟气中水分的升高会一定程度上提升卷烟抽吸的舒适性[11]。(2)烟碱含量主要与感官评吸时烟气劲头相关，焦油含量主要与感官评吸时卷烟香气量有关。烟碱与焦油之比值和水分与焦油之比值分别用来表征烟气中具有的焦油持烟碱能力和焦油持水分能力。从表2可看出，水溶性维纶的焦油持烟碱能力与对照试样(100%木浆)差异相对较大，其他3种功能性纤维的焦油持烟碱能力与对照试样相差不大；而麻类纤维和水溶性维纶的焦油持水分能力低于对照试样，但差异不大，竹类纤维和罗布麻纤维焦油持水分能力优于对照试样，尤以竹类纤维提升效果明显。(3)4种功能性纤维对红塔山卷烟常规烟气成分的影响不同，可根据实际需求将以上4种纤维进行复配添加至纸张中进行滤棒成型，以丰富产品的差异化需求。

2.3 挥发性物质

实验结果发现，100%木浆、麻类纤维、竹类纤维、罗布麻纤维、水溶性维纶滤棒的主流烟气成分相同，分别为：酸类8种、醇类8种、酚类10种、酯类5种、醛类7种、苯类3种、烯烃类8种、生物碱5种、酮类17种，共71种致香成分(烟碱和三甘酯除外)，这说明4种功能性纤维的添加并未改变红塔山卷烟的主流烟气成分，只影响了各致香成分的相对含量，这也进一步说明在纸质滤棒中应用功能性纤维是可行的。从表3可以看出：麻类纤维的致香成分总量较对照试样(100%木浆)有所降低，这是由于含麻类纤维滤棒具有的较高透气度和比表面积增强了其对烟气中气溶胶粒子的吸附效果所致；竹类纤维、罗布麻纤维和水溶性维纶较对照试样其致香成分总量有所升高，这也是改善纸质滤棒感官抽吸品质的原因；与对照试样相比，添加麻类纤维的试样对卷烟烟气中的酯类物质相对含量有明显的提升，而对醇类、醛类、苯类、酚类、生物碱类物质相对含量有所降低；添加竹类纤维的试样对烟气中的酯类物质相对含量有所提升，而对酮类、酸类、生物碱类物质相对含量则有所降低；添加罗布麻纤维的试样对酯类、醇类物质相对含量有所提升，而对酮类、生物碱类物质的相对含量有所降低；添加水溶性维纶的试样对酯类、醇类、烯烃类物质相对含量有所提升，而对酮类、苯类物质相对含量有所降低。这说明不同的纤维应用在纸质滤棒中对红塔山卷烟烟气中致香成分的影响不同。

表3 添加不同功能性纤维的滤棒的卷烟致香物质种类及含量Tab.3 Type and content of flavor substances in cigarette smoke using filter rods of different functional fibers

2.4 感官质量评价

从表4可以看出，分别添加4种功能性纤维的纸质滤棒均在一定程度上改善卷烟抽吸品质，其中添加竹类纤维的滤棒试样可明显降低纸质滤棒的刺激性，丰富卷烟香气，提升卷烟抽吸品质，这也进一步说明纸质滤棒中添加功能性纤维是可行且有必要的。

表4 添加不同功能性纤维的滤棒在卷烟上的感官质量评价Tab.4 Sensory quality assessment of cigarette with filter rods of different functional fibers

3 结论

a. 在纸质滤棒中添加4种功能性纤维是可行的，其卷制而成的滤棒硬度均大于82%，圆周误差在±0.2 mm范围内，质量和吸阻均满足现有滤棒参数要求。

b. 4种功能性纤维在纸质滤棒中的添加对红塔山卷烟常规烟气的影响不同。麻类纤维使红塔山卷烟烟气中的焦油和水分含量分别降低了26.97%，36.88%；竹类纤维和罗布麻纤维分别使红塔山卷烟烟气中的水分含量提高了43.75%和26.25%，且竹类纤维和罗布麻纤维焦油持水分能力较强，尤以竹类纤维提升效果明显；水溶性维纶对卷烟的烟气指标影响较小。

c. 4种功能性纤维的添加并未改变红塔山卷烟烟气中的致香单体成分，只影响了各种致香成分的相对含量。

d. 添加竹类纤维的滤棒试样可降低纸质滤棒的刺激性，丰富卷烟香气，改善卷烟抽吸品质；将麻类、竹类纤维进行复配应用在纸质滤棒中，可降低烟气中焦油的含量且改善卷烟抽吸品质。

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Application of functional fiber in paper filter rods

Yin Song1, Yan Ningning2, Shen Jingxuan2, Yao Zhenyu2, Xiao Weiyi2, Sun Jun2

(1.SichuanSanlianCigaretteMaterialCo.,Ltd.,Chengdu610041; 2.YunnanReascendTobaccoTechnology(Group)Co.,Ltd.,Kunming650106)

Paper filter rods used in Hongtashan classical (1956) cigarette were prepared from 100% wood pulp incorporated with four kinds of functional fibers, i.e. hemp fiber, bamboo fiber, apocynum fiber and water-soluble vinylon at the mass fraction of 30%. The effects of paper filter rods incorporated with four kinds of functional fibers on the index and flavor substance of cigarette smoke were studied. And the sensory quality assessment was conducted. The results showed that the paper filter rods of four different functional fibers satisfied the standard of traditional paper filter rods; the paper filter rod of hemp fiber could make the contents of tar and water decrease by 26.97% and 36.88%, respectively, in cigarette smoke; the paper filter rods of bamboo fiber and apocynum fiber could increase the water content by 43.75% and 26.25%, respectively, in cigarette smoke; the incorporation of water-soluble vinylon would have less impact on the cigarette smoke index; the incorporation of these four functional fibers into the paper filter rods did not change the flavor substances in cigarette smoke, but affected the relative content of flavor substances by sorts; bamboo fiber and apocynum fiber provided the higher water retaining capacity of tar; and bamboo fiber could moderate the irritancy of filter rod, enrich the tobacco aroma and improve the smoke sensory quality.

functional fiber; paper filter rod; bamboo fiber; hemp fiber; apocynum fiber；poly(vinyl formal) fiber； application; cigarette

2015- 06-19； 修改稿收到日期：2015-11-20。

尹嵩(1985—)，男，工程师，主要从事滤棒成型工艺研究工作。E-mail：45027283@qq.com。

*通讯联系人。E-mail：YanNingning@reascend.com。

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1001- 0041(2016)01- 0039- 03