羧甲基纤维素和瓜尔胶对造纸法再造烟叶片基的影响

朱红琴，刘维涓，肖选虎，余磊，卫青

（云南瑞升烟草技术集团有限公司，云南昆明650106）

羧甲基纤维素和瓜尔胶对造纸法再造烟叶片基的影响

朱红琴，刘维涓，肖选虎，余磊，卫青

（云南瑞升烟草技术集团有限公司，云南昆明650106）

研究了羧甲基纤维素（CMC）和瓜尔胶2种助剂对再造烟叶片基吸收性的影响。结果表明：随着助剂用量的增加，再造烟叶片基的吸收性先增大、后减小：当瓜尔胶用量为0.2%～0.3%（以绝干浆质量为基数计，下同），CMC的用量为0.1%～0.2%时，造纸法再造烟叶片基各性能达到最佳。

再造烟叶；瓜尔胶；羧甲基纤维素；吸收性

造纸法再造烟叶以烟末、烟梗和烟碎片等烟草物质为原料，用水作为溶剂进行萃取，将烟草原料中的糖、烟碱等致香成分提取出来，分离不溶物和可溶的萃取液，不溶物通过磨（打）浆制得烟草浆，并添加木浆纤维和填料等抄造成再造烟叶片基；可溶物萃取液经过浓缩之后调制成涂布液经浸渍涂布在片基上而制得[1-3]。由于食品安全指标的特殊要求，使得造纸法再造烟叶生产中所用助剂的选择受到限制。所用助剂必须要天然、无毒，同时具有良好的助留助滤和增强等性能。常用的造纸法再造烟叶助剂主要有瓜尔胶（guar gum）、壳聚糖和羧甲基纤维素（CMC）等[4-8]。

瓜尔胶，是从瓜尔豆中提取的一种高纯化天然的半乳甘露聚糖类植物胶[9]。瓜尔胶的分子结构以聚甘露糖为分子主链，D-吡喃甘露糖单元之间以β（1-4）苷键连接，D-吡喃半乳糖则以α（1-6）键连接在聚甘露糖主链上，是一种非离子多糖。由此可见，瓜尔胶分子结构与纤维素结构非常相似，由于瓜尔胶分子结构的独特性，对纤维素有很强的亲和性，再加上其天然性，是造纸法再造烟叶生产中最常用助留助滤剂。CMC，由羧甲基取代基的纤维素衍生物，用氢氧化钠处理纤维素形成碱纤维素，是无毒无味的白色絮状粉末，性能稳定，易溶于水，属阴离子纤维素醚类，可用作黏合剂、分散剂和上浆剂，是纤维素醚类中产量最大、用途最广、使用最方便的产品。

传统的造纸法再造烟叶生产多以瓜尔胶作为湿部助剂。陈冬海等研究了瓜尔胶及其衍生物对造纸法再造烟叶浆料的助留助滤性能影响，研究表明瓜尔胶及其衍生物能够改善浆料的助留助滤性能。实验室自制的阳离子羟丙基瓜尔胶的助留助滤性能较好，当其用量为0.08%时，浆料中总细小组分首程留着率较未添加时提高了44.0%[10]；胡惠仁等研究了壳聚糖和瓜尔胶对再造烟叶浆料的助留助滤性能以及对再造烟叶片基物理性能的影响，研究结果表明，与瓜尔胶相比，壳聚糖能够显著提高再造烟叶浆料的滤水性能和留着率，还能改善再造烟叶片基的湿强度，而且对烟草基片的柔软性影响很小[11]36。

本实验以瓜尔胶和CMC作为助剂，研究不同种类助剂和添加量对造纸法再造烟叶片基吸收性和留着率的影响，同时得出了合适的助剂添加量，为其在造纸法再造烟叶中的应用提供实践依据。

1 实验

1.1 原料

初级烟草浆料，打浆度为20°SR，云南昆明某薄片厂提供；商品针叶木浆板，国内某浆厂提供；碳酸钙，食品级瓜尔胶，CMC。

1.2 设备和仪器

ZZ-100型纸张表面吸收重量测定仪，长春市纸张试验机厂；J-DJY-100型纸浆打浆度测定仪，四川长江造纸仪器有限责任公司；MS 204S型电子天平，瑞典；ZBJ-1型纸浆标准解离机，长春市纸张试验机厂；“快速凯塞法”纸页成形器（ERNST-HAAGE BBS-2），德国；PN-TT30型电脑抗张试验机，杭州品亨科技有限公司；KXX-4-10型箱式电阻炉，上海东星建材试验设备有限公司；DCP-HDY04型电脑测控厚度测试仪，四川长江造纸仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 再造烟叶片基的制备

按88%∶12%质量比称取烟草浆和木浆纤维，并与填料（填料添加量为浆料质量的20%）混合配制成1%质量分数的溶液于纸浆标准解离机分散解离，并分别按绝干浆料质量的0.0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%加入助剂（助剂先配制成一定浓度、再按添加量折算成体积加入到浆料溶液中）混匀，静置2 min后在快速纸页成形器上抄造成定量为60 g/m2的再造烟叶片基。1.3.2片基的物理性能测定

再造烟叶片基在纸页成形器上抄造好之后，于温度为（22±2）℃、相对湿度为（60±2）%的恒温恒湿间放置48 h以上，测定其物理性能。

（1）定量、厚度、抗张强度、裂断长、灰分和可勃值分别参照国家标准GB/T 451.2—2002、GB/T 451.3—2002、GB/T 22898—2008、GB/T 24328.3—2009、GB/ T 742—2003和GB/T 1540—1989进行测定[12]。

（2）紧度和松厚度的测定

紧度为单位体积再造烟叶片基的质量，单位为g/cm3。松厚度为一定质量再造烟叶片基的体积，即为紧度的倒数，单位为cm3/g。紧度和松厚度可由试样的定量和厚度计算而得出，计算方法分别见公式（1）和（2）：

式（1）和式（2）中：V为试样松厚度，cm3/g；ρ为试样紧度，g/cm3；δ为试样的厚度，mm；g为试样定量，g/m2。

（3）吸液量的测定

吸液量为试样吸收液体的质量与未吸收液体前试样的质量之比，单位为g/g。吸液量按GB/T 1540—2002测定，计算方法见公式（3）：

式中：A为吸液量，g/g；m1为试样吸收液体前的质量，g；m2为试样吸收液体后的质量，g。

（4）填料留着率的测定

填料留着率指保留在再造烟叶片基中的填料质量占加入浆料中填料质量的百分率，计算方法见公式（4）：

式中：R为填料总留着率，%；Wa、Wb分别为纸及浆中灰分，%；Wc为浆料中纤维灰分，%；Wd为填料的灼烧损失，%；K为纸页抄造过程纤维流失校正系数，可近似取0.94。

2 结果与讨论

2.1 瓜尔胶对再造烟叶片基吸收性的影响

本实验以瓜尔胶作为助剂，研究不同瓜尔胶用量分别在加填了填料和未加填填料时对造纸法再造烟叶片基吸收性和留着率的影响；同时给出了合适的助剂添加量，为其在造纸法再造烟叶中的应用提供实践依据。

表1是瓜尔胶用量对加填了填料的再造烟叶片基物理性质的影响。

表1 瓜尔胶用量对加填了填料的再造烟叶片基物理性质的影响

从表1可以看出，随着瓜尔胶用量增加，再造烟叶片基的定量逐渐增大，初步可以说明，随着助剂用量的增加，浆料的留着率增大。从表1还可以看出，随着助剂用量的增加，片基的松厚度减小，紧度有增大趋势。主要是因为助剂用量的增加，使得浆料体系中的细小组分和填料的留着率增加，细小的填料填充于再造烟叶片基之中，增大了片基的紧度，使得松厚度下降。由于细小填料含量的增加，再造烟叶片基中的细小组分和填料阻碍纤维与纤维之间的氢键结合，从而降低了再造烟叶片基的结合强度，就会使再造烟叶片基的抗张强度和裂断长明显下降。

表2为瓜尔胶用量对未加填填料的再造烟叶片基物理性质的影响。

表2 瓜尔胶用量对未加填填料的再造烟叶片基物理性质的影响

从表2可以看出，随着瓜尔胶用量的增大，再造烟叶片基的定量、紧度有所上升，但是上升的幅度较加填了填料的再造烟叶片基要小。与加填了填料的再造烟叶片基相反，助剂用量的增加，未加填填料的再造烟叶片基的抗张强度和裂断长有上升的趋势。这主要因为，加填了填料的再造烟叶片基中填料的存在阻碍了纤维之间的结合，填料对再造烟叶片基的强度有很大的负面影响[13-14]。

从表1还可以看出，当瓜尔胶用量从0.0%增加到0.5%时，加填了填料的再造烟叶片基的定量从55.05 g/m2增加到60.78 g/m2，增加了10.41%，而未加填填料的再造烟叶片基定量从64.23 g/m2增加到66.05 g/m2，仅增加了2.83%，比加填了填料的再造烟叶片基少7.58百分点。这说明，瓜尔胶对填料的留着作用远远大于对细小纤维的留着。

图1是瓜尔胶用量对再造烟叶片基灰分的影响。

图1 瓜尔胶用量对再造烟叶片基灰分的影响

由图1可以看出，随着瓜尔胶用量的增大，加填了填料和未加填填料的再造烟叶片基的灰分均相应提高。加填了填料的再造烟叶片基灰分从未添加瓜尔胶时的10.35%提高到15.16%（瓜尔胶用量为0.5%时），增加了将近5百分点；而未加填填料的再造烟叶片基的灰分从6.13%提高到6.94%，仅仅增加了不到1百分点。这说明添加瓜尔胶助剂更有利于填料等细小物质的留着。从图1还可以看出，瓜尔胶0.3%的用量和0.4%、0.5%的用量时再造烟叶片基灰分的含量相差不是很大。

另外，相同瓜尔胶用量下，加填了填料的再造烟叶片基的灰分远远大于未加填填料的再造烟叶片基灰分。主要原因是，再造烟叶片基的灰分包含纤维的灰分和填料的灰分，实验中所加填的填料为碳酸钙，碳酸钙填料的灰分远远大于纤维的灰分，在固形物不加填的情况下，加填了填料的片基的灰分大于未加填填料片基的灰分。

图2是瓜尔胶用量对加填了碳酸钙的再造烟叶片基填料留着率和灰分的影响。

图2 瓜尔胶用量对加填了碳酸钙的再造烟叶片基填料留着率和灰分的影响

由图2可以看出，随着瓜尔胶用量的增加，加填了碳酸钙的再造烟叶片基的灰分含量和填料留着率有所提高。当瓜尔胶用量从0.0%上升至0.2%时，片基填料留着率从21.53%，上升至45.27%，增加了23百分点以上；而当瓜尔胶用量从0.2%增加至0.5%，填料留着率从45.27%提高到54.33%，只增加了9百分点。这说明，当瓜尔胶助剂用量从0.2%增加到0.5%时，片基的灰分和填料留着率变化量不大。

图3是瓜尔胶用量对再造烟叶片基吸液量的影响。

图3 瓜尔胶用量对再造烟叶片基吸液量的影响

由图3可以看出，相同瓜尔胶用量下，加填了填料的再造烟叶片基的吸液量远远大于未加填填料的吸液量。这主要是因为未加填料的再造烟叶片基对液体的吸收主要靠的是纤维的表面张力，而加填了填料的再造烟叶片基因为碳酸钙粒子的大量存在，吸附面积增加，故加填料的再造烟叶片基的吸收性大于未加填料的再造烟叶片基的吸收性。由图3还可以看出，随着瓜尔胶用量的增加，再造烟叶片基的吸液量先增大、后减小。这主要是因为瓜尔胶用量的增加，增加了填料的留着率，再造烟叶片基里的填料粒子数目增多，比表面积增大，但是填料粒子数目过多，填料在片基里的匀度会受到影响，大量填料粒子堆积在纤维之间，填料与纤维之间的结合力大大减弱，片基与涂布液接触时，游离颗粒易转移到涂布液中，导致片基的吸液量降低。

综上所述，在保证造纸法再造烟叶片基较好的强度和吸收性的基础上，瓜尔胶助剂的用量应控制在0.2%左右。

2.2 CMC和瓜尔胶对再造烟叶片基吸收性影响的比较

本实验以现在广泛使用的CMC作为湿部助剂，研究了其对再造烟叶片基吸收性能的影响，并与瓜尔胶做了比较。表3为不同CMC用量下再造烟叶片基的物理性质。

表3 不同CMC用量下再造烟叶的物理性质

从表3可以看出：随着CMC用量的增大，再造烟叶片基的定量和厚度略有提高，但总体变化趋势较缓慢；片基的松厚度略有减小；片基的抗张强度和裂断长先增大、后降低。

图4 瓜尔胶和CMC用量对片基灰分的影响

图4和图5分别为瓜尔胶和CMC用量对再造烟叶片基的灰分和填料留着率的影响。图6为添加了不同用量的瓜尔胶和CMC助剂的再造烟叶片基表面SEM照片。

图5 瓜尔胶和CMC用量对填料留着率的影响

图6 添加不同用量的瓜尔胶和CMC的片基表面SEM照片（×500倍）

从图4～6可以看出，再造烟叶片基的灰分和填料留着率随着助剂用量的增加而增大。助剂用量相同时，添加瓜尔胶的再造烟叶片基的灰分含量和填料留着率比添加CMC的片基要高。这说明，瓜尔胶的助留效果明显优于CMC。有研究发现瓜尔胶具有最大的氢键结合面积，因为瓜尔胶分子的直链上没有非极性基团，大部分羟基都处在直链的外侧，活性较强的醇羟基也在半乳糖支链的外侧[11]35。而通过改性的阳离子瓜尔胶，分子链上被引入阳离子基团，获得一定的正电性，可以与带负电的纤维和填料粒子相互作用，提高了纤维和填料的留着率，使得添加瓜尔胶助剂的再造烟叶片基的灰分含量和填料留着率较高。从图4和图5还可以看出，CMC用量小于0.1%时，再造烟叶片基灰分和填料留着率上升速度较快，与对照样相比，CMC用量为0.1%时，填料留着率增加了51.42%；用量超过0.1%后，填料的留着率缓慢上升，CMC用量每增加0.1%，填料留着率分别增加4.11%、4.18%、4.61%和6.08%，说明当CMC用量超过0.1%后，随着CMC助剂用量的增加，其对纤维和填料的助留效果基本保持不变；而瓜尔胶的用量在0.3%内，再造烟叶片基的灰分和填料留着率一直呈上升趋势，当瓜尔胶用量超过0.3%时，再造烟叶片基灰分和填料留着率上升趋势趋于平缓。

图7是瓜尔胶和CMC用量对再造烟叶片基吸液量的影响。

图7 瓜尔胶和CMC用量对再造烟叶片基吸液量的影响

由图7可以看出，随着助剂用量的增大，再造烟叶片基吸液量先增大、后减小。CMC的用量从0.0%增至0.1%，再造烟叶片基的吸液量从2.2 g/g上升至2.29 g/g，增加了4%；用量从0.1%上升至0.2%时，片基的吸收性基本不变；当CMC用量超过0.2%时，再造烟叶片基的吸液量呈下降趋势。故对于CMC助剂来说，合适的添加量为0.1%～0.2%。

3 结论

（1）随着助剂用量的增加，再造烟叶片基的定量、紧度和抗张强度等有所上升，助剂用量相同时，添加瓜尔胶的再造烟叶片基的灰分含量和填料留着率比添加CMC的片基要高，即瓜尔胶助留助滤效果较CMC好。

（2）随着助剂用量的增大，再造烟叶片基的吸收性先增大、后减小。瓜尔胶助剂的用量在0.2%～0.3%的范围内，CMC助剂的用量为0.1%～0.2%内，造纸法再造烟叶片基各性能达到最佳。

［1］韩文佳，赵传山.造纸法烟草薄片发展状况［J］.黑龙江造纸，2007，35（4）：47-49.

［2］缪应菊，刘维涓，刘刚，等.烟草薄片制备工艺的现状［J］.中国造纸，2009，28（7）：55-60.

［3］戴路，陶丰，袁凯龙，等.造纸法再造烟叶的研究进展［J］.中国造纸学报，2013，28（1）：65-68.

［4］孙德平，徐建峰，刘良才，等.造纸法烟草薄片打浆工艺和助留助滤剂的研究［J］.中华纸业，2010，31（22）：43-46.

［5］李新生，严新龙，张广清，等.阳离子瓜尔胶在造纸法烟草薄片中的应用［J］.造纸化学品，2008，20（6）：41-42.

［6］王亮，胡念武.壳聚糖预处理PCC工艺用于造纸法再造烟叶的生产［J］.纸和造纸，2013，32（11）：51-54

［7］徐利，孙伟，李刚，等.壳聚糖在造纸法再造烟叶中的应用［J］.中国造纸，2011，30（9）：35-36.

［8］冯兵孝.辊压法再造烟叶中CMC湿加法的研究［J］.安徽农学通报，2009，15（24）：134-136

［9］万小芳，李友明.瓜尔胶改性及其衍生物在造纸工业的应用［J］.化工进展，2006，25（3）：271-274.

［10］陈冬海，李友明，夏正林，等.瓜尔胶及其衍生物在造纸法再造烟叶中的应用［J］.造纸科学与技术，2012，31（6）：78-82.

［11］胡惠仁，温洋兵，石淑兰，等.壳聚糖和瓜尔胶在造纸法烟草薄片中应用效果的比较［J］.中国造纸，2010，29（7）.

［12］石淑兰，何福望.制浆造纸分析与检测［M］.北京：中国轻工业出版社，2003：174-180.

［13］戴路，吴志宏，沈凯，等.不同类型碳酸钙填料在造纸法再造烟叶基片生产中的应用［J］.中华纸业，2014，35（18）：34-37.

［14］Marcus Petersson.The effect of pre-flocculation of fillers on paper strength［D］.Chalmers University of Technology，Göteborg，Sweden，2011.

The Effects of the Guar Gum and CMC on the Papermaking Reconstituted Tobacco Substrate

ZHU Hong-qin，LIUWei-juan，XIAO Xuan-hu，YU Lei，WEIQing
（Yunnan Reascend Tobacco Technology（Group）Co.，Ltd.，Kunming 650106，China）

The guar gum and CMC were added to the reconstituted tobacco as retention agent，the experimental results showed that with the increase of the amount of retention agents，the absorbability of reconstituted tobacco substrate increased firstthen decreased.The amount of the guar gum and CMC should be respectively controlled within 0.2%～0.3%and 0.1%～0.2%.At the same addition dosage，the absorbability of reconstituted tobacco substrate which was added guar gum was better than the reconstituted tobacco substrate which was added CMC.

reconstituted tobacco；guar gum；CMC；absorbability

TS761.2

A

1007-2225（2017）02-0014-06

朱红琴女士（1988-），助理工程师；工作研究方向：再造烟叶工艺技术；E-mail：zhuhongqin@reascend. com。

卫青先生（1979-），高级工程师；主要研究方向：烟草化学、烟草加工；E-mail：weiqing@reascend.com。

2017-03-17（修回）

本文文献格式：朱红琴，刘维涓，肖选虎，等．羧甲基纤维素和瓜尔胶对造纸法再造烟叶片基的影响[J]．造纸化学品，2017，29（2）∶14-19．