低引燃倾向卷烟纸的研究与应用

郑 晗 张 莹 王 浩 余振华 程 量 谢 姣 余婷婷 李利伟 丁海燕 余 耀 詹建波

(云南中烟工业有限责任公司技术中心，云南昆明，650231)

·低引燃倾向卷烟纸·

低引燃倾向卷烟纸的研究与应用

郑 晗 张 莹 王 浩 余振华 程 量 谢 姣 余婷婷 李利伟 丁海燕 余 耀 詹建波*

(云南中烟工业有限责任公司技术中心，云南昆明，650231)

随着人们安全意识的不断提高，卷烟的防火安全问题日益引起人们的重视。低引燃倾向(LIP)卷烟纸的开发对减少由于吸烟不慎引起的火灾有着重要的意义，因此LIP卷烟纸有着广阔的发展前景。本文从LIP卷烟纸的开发背景出发，总结了LIP卷烟纸的结构与测试方法，梳理了现有阻燃卷烟纸的阻燃方式及其影响因素，总结了LIP卷烟纸的优点与缺点，并展望了LIP卷烟纸的未来发展趋势。

低引燃倾向卷烟纸；阻燃；制备工艺；透气度；化学添加剂

世界各国对烟草产品危害的关注度日益提高，目前关注的热点已不仅仅是卷烟产品对人体所产生的直接危害，而且还越来越关注对人类生活的间接影响，如乱扔烟蒂所引发的火灾，已经引起了越来越多国家的重视，部分国家还采取立法措施解决这个问题[1]。

美国纽约州在2003年12月31日率先通过法律，要求该州出售的卷烟必须用低引燃倾向(Low Ignition Propensity， LIP)卷烟纸卷制，从2004年6月28日起，所有在市场上销售的卷烟，其烟支自动燃烧长度比例不能超过烟支长度的 25%，成为世界上第一个强制施行该项法律的地区。稍后，加利福尼亚州等也相继公布了相同的卷烟低引燃性标准。目前美国已有约30%～40%的州政府通过了相关法律，预计其他州在未来几年内将全部完成LIP卷烟相关的立法工作。

2005年10月，加拿大强制执行新的卷烟燃烧标准，成为世界上首个要求烟草公司必须出售LIP卷烟的国家。从2006年起，更多的国家和地区开始追随这个趋势，纷纷要求销售LIP卷烟。如澳大利亚已通过相关LIP卷烟法律，要求从2010年3月开始实施，过渡期半年；英国政府也在考虑推行LIP卷烟，并且一直推动在整个欧盟内实施LIP卷烟的新标准。欧盟卫生与安全指导委员会已经计划就制订LIP卷烟标准展开讨论。澳大利亚、新西兰、南非等国也正在酝酿尽快完成对LIP卷烟的立法，以期减少由于吸烟不慎引起的火灾。

2008年11月20日，世界卫生组织召开的会议上共讨论了4个议题，其中一个议题就是“安全防火”卷烟：如何降低燃烧倾向。世界卫生组织烟草制品管制研究小组建议各会员国采用诸如美国试验与材料学会所制定的标准，开展降低卷烟燃烧倾向的研究，以便减少由于吸烟不慎引起的火灾。

LIP卷烟纸即在不改变卷烟设计及卷烟工艺的前提下，采用在卷烟纸上添加阻燃带的方法，控制卷烟的自动燃烧倾向，进而降低因吸烟不小心引发火灾的可能性。采用LIP卷烟纸生产的卷烟也常被称作以下名称：低引燃倾向卷烟(Low Ignition Propensity Cigarettes)，防火安全卷烟(Fire Safe Cigarettes， FSC)，减少火灾风险卷烟(Reduced Fire Risk Cigarettes)，减少引燃倾向卷烟(Reduced Ignition Propensity Cigarettes)，自熄灭卷烟(Self-extinguishing Cigarettes)等。

1 LIP卷烟纸的结构与测试方法

加阻燃带卷烟纸应用于LIP卷烟的基本原理为卷烟纸阻燃带区域扩散率(或透气度)极低，以阻止氧气向烟丝区域扩散，使卷烟因缺少氧气而熄灭，一般设计阻燃带区域宽度为5～8 mm，间隔区域宽度为18～21 mm。阻燃带区域一般施加成膜性较好的物质来使扩散率达到预定的设计标准范围。常用的LIP卷烟纸结构示意图如图1所示[2-3]。

图1 LIP卷烟示意图

全长燃烧百分比法是LIP卷烟测试比较通用的方法。该测试将点着的卷烟放在数层(如3层、10 层或15层)具有吸热作用的实验用滤纸上。实验表明，一旦卷烟燃烧灰烬冷却到一定程度就会自动熄灭，使用越多层数的滤纸，卷烟越快熄灭。普通卷烟可以燃烧到卷烟标准长度的 90%以上，而测试时要求LIP卷烟燃烧到整个烟支长度的25%时就自动熄灭，出于概率统计考虑，该程序需重复40次验证，才能确保其可靠性。该方法又被称为“全长燃烧百分比法”[4]。

2 LIP卷烟纸的阻燃原理及阻燃效果

LIP卷烟纸按照阻燃方式可以分为两种：改变透气度和改变纸浆中的化学添加剂。常用的方法是通过在纸张表面涂布阻燃材料形成阻燃带，降低卷烟纸透气度实现燃烧速率的减缓。透气度表征了氧气从卷烟纸外侧到内侧的扩散，因此它是引燃倾向的一个决定性因素。一些文献中也报道了用调整微粒尺寸的方法，来达到特定纸透气度的设计[5- 6]。

卷烟全长燃烧比例的主要影响因素为阻燃带的扩散率和助燃剂含量；而卷烟主流烟气释放物的主要影响因素为助燃剂含量，同时根据经验，卷烟纸的透气度也是重要的影响因素。因此在进行LIP卷烟设计时，应综合考虑各个因素的作用，合理进行搭配，以使卷烟同时满足LIP及合适的主流烟气释放物的要求[7]。降低引燃倾向的众多设计中，也包括改变纸浆中的化学添加剂来加快或减慢燃烧速率，从而改变纸的燃烧性能。降低卷烟引燃倾向的早期设计主要集中在卷烟纸上加入不同量的柠檬酸钾，即通过调整CaCO3的含量和提高麻浆的纯度降低纸张的燃烧性能。柠檬酸钾在较低的温度下可以引起纤维素降解，增加纸张燃烧的宽度，从而使更多的氧气到达锥体以保持阴燃[8]。

表面涂布的阻燃带技术通过选择合适的带间距、带宽及阻燃剂用量可实现理想的阻燃效果[9-10]。阻燃带一般可达到如下的效果：①逐渐燃烧遇到阻燃带时，继续抽吸，香烟保持燃烧状态；②逐渐燃烧到阻燃带时，如果不抽吸，香烟会自动熄火，呈现“降低着火倾向”效果。

3 LIP卷烟纸对卷烟性能的影响

邢军等人[12]研究了LIP卷烟纸对卷烟引燃性能的影响，在其他条件相同的情况下，卷烟纸的助燃剂含量及阻燃带宽度、间距均对卷烟的阴燃性能有影响。助燃剂含量高，则卷烟燃烧相对充分，全长燃烧比例就高，阴燃性能就强。且在助燃剂含量高的情况下，卷烟纸阻燃带宽度、间距对卷烟阴燃性能的影响较大；而在助燃剂含量较低的情况下，卷烟纸阻燃带宽度、间距的影响不明显。对于普通卷烟，助燃剂含量对阴燃性能无明显影响[13-14]。同时，卷烟的全长燃烧比例较高，阴燃性能较强，则相应的卷烟阴燃至阻燃带处所得燃烧锥表面固相的平均温度也较高。LIP卷烟燃烧锥表面固相的平均温度要明显低于相应的普通卷烟。

丁丽婷等人[15]研究了LIP卷烟纸热失重和热裂解产物，研究表明卷烟纸中的阻燃剂会吸收部分热量，LIP卷烟纸起始裂解温度向低温方向偏移；而LIP卷烟纸的裂解产物和对照卷烟纸相比，物质和含量不同，但产物种类相同，主要是酮类、酯类、醛类、酸类物质，在LIP卷烟纸中还检测到21种致香成分，明显多于对照卷烟纸的7种，且致香成分的含量随裂解温度的升高而降低。该研究还表明LIP卷烟烟气中CO、焦油、烟碱含量变化略高于对照卷烟，感官品质并没有明显差异，开发的LIP卷烟纸可应用到烤烟型卷烟上。庞永强和荆熠等人[16-17]通过对主流烟气中CO的变化分析发现：卷烟的全长燃烧比例较高，则相应的卷烟主流烟气中CO 释放量较低。LIP卷烟的CO 释放量明显高于相应的普通卷烟。如何在保证LIP卷烟防火性能的前提下降低其主流烟气中CO 的释放量是需要进一步研究的问题。

徐玮杰等人[18]对LIP卷烟的感官品质进行了评价，并指出同一牌号烤烟型LIP卷烟与其正常卷烟相比较感官差异明显，主要变化为刺激增大，余味欠舒适，谐调略降，杂气明显，香气量减少，烟气浓度降低，风格有差异，同时LIP卷烟评吸得分均低于正常牌号卷烟。申玉军等人[19]研究了LIP卷烟纸对卷烟感官特性的影响，通过研究表明LIP卷烟纸对卷烟样品感官特性的各项评价指标均有影响，各指标均向差的方向变化，且木浆抄造的LIP卷烟纸对卷烟样品感官特性指标的影响小于麻浆抄造的LIP卷烟纸。

4 结 语

随着功能性卷烟纸研发的日益深入，不同研究机构对低引燃倾向(LIP)卷烟的关注也日益升温。自2002年以来，国际烟草科学研究合作中心(CORESTA)历年的会议都有关于LIP卷烟方面的研究。不难看出，国外对LIP卷烟纸的研究焦点已从其评价方法、测试方法研究逐步转向其对卷烟燃烧性能、化学成分等更加深入的领域。未来对于LIP卷烟纸的研究主要集中在以下几方面。

(1)探讨材料燃烧的机理，从材料燃烧机理着手选择或合成合适的阻燃剂。采用原位红外、TG-MS、XRD、SEM 等表征技术，探索阻燃材料在燃烧过程的阻燃机理。这对于开发新的高效阻燃剂具有重要的指导作用。

(2)选择合适的复合型阻燃剂用于材料的阻燃，复合型阻燃剂往往具有较好的阻燃效率。

(3)采用多糖类物质作为阻燃带材料，应用印刷涂布方式生产LIP卷烟纸时，涂料固含量和配方黏度及性质等多方面影响因素的分析。

(4)阻燃段中添加的阻燃剂所引起的LIP卷烟感官评价指标发生变化的原因还需要进行深入研究，阻燃剂参与烟支燃烧所导致烟气化学成分发生变化的原因，阻燃带对燃烧锥温度及裂解产物发生变化的影响。

(5)我国对LIP卷烟的研究尚处于起步阶段，目前还没有出台有关LIP卷烟的政策。尽快开展LIP卷烟研究，并建立适合中式卷烟特点的产品设计技术已成为一个不容忽视的问题。我国是否需要进行LIP卷烟的立法，一方面需开展LIP卷烟相关政策的研究，另一方面继续加强技术研究，建立适合中式卷烟特点的技术储备。

虽然LIP卷烟是一种安全防火卷烟，但非绝对的消防安全卷烟。即LIP标准的卷烟，如若不正当处理，也一样的存在安全隐患，任何点燃的卷烟被疏忽丢弃都会引起火灾，LIP卷烟处置不当同样会引起火灾，导致不必要的损失。如何进一步提升LIP卷烟的安全性也是未来的改进方向之一。

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(责任编辑：董凤霞)

ResearchProgressandApplicationofLowIgnitionPropensityCigarettePaper

ZHENG Han ZHANG Ying WANG Hao YU Zhen-hua CHENG Liang XIE Jiao YU Ting-ting LI Li-wei DING Hai-yan YU Yao ZHAN Jian-bo*

(R&DCenter,ChinaTobaccoYunnanIndustrialCo.,Ltd.,Kunming,YunnanProvince, 650231)

With the continuous enhancement of people’s safety consciousness, the fire safety of cigarettes has been paid more and more attention. Development of low ignition propensity cigarette paper is significant to reduce the fire risks caused by combustion of cigarette smoking, therefore, the low ignition propensity(LIP) cigarette paper has broad developing prospects.The developing background of low ignite propensity cigarette paper was introduced, and the structure and testing method of LIP cigarette paper were summarized in this paper.Realization of flaming retarding and its influence factorswere concluded, and the advantages and disadvantages of the LIP cigarette paper were summarized, and the future developing trends were also analyzed in this paper．

low ignition propensity cigarette paper; flaming retarding; preparation technology; permeability; chemical additives

郑 晗先生，硕士，工程师；主要从事烟用材料研究及应用工作。

TS761.2

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.09.015

2017- 05- 12(修改稿)

云南中烟工业有限责任公司重大专项(2017CP01、2016CL01)；云南中烟工业有限责任公司重点项目(2017CP03)。

*通信作者：詹建波，高级工程师；主要从事卷烟材料研究及产品开发工作。

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