提高造纸法再造烟叶松厚度及吸收性能的策略

李美灿 陈岭峰 郭 辉 武士杰，* 刘 忠 温洋兵 刘洪斌，*

(1.天津科技大学天津市制浆造纸重点实验室，天津，300457；2.中国制浆造纸 研究院，北京，100102；3.云南中烟再造烟叶有限责任公司，云南昆明，650106)

·造纸法再造烟叶·

李美灿女士，在读硕士研究生；主要研究方向：造纸湿部化学。

提高造纸法再造烟叶松厚度及吸收性能的策略

李美灿1，2陈岭峰3郭 辉3武士杰3，*刘 忠1温洋兵1刘洪斌1，*

(1.天津科技大学天津市制浆造纸重点实验室，天津，300457；2.中国制浆造纸 研究院，北京，100102；3.云南中烟再造烟叶有限责任公司，云南昆明，650106)

松厚度和吸收性能是评价造纸法再造烟叶质量的重要依据，具有高的松厚度和吸收性能意味着可提高填充值，提高卷烟烟支饱满度，减少烟丝耗用量；高吸收性不仅可使烟丝充分燃烧，降低有害物质，也可使片基在涂布过程中充分吸收涂布液，保证良好的涂布效果。本文主要论述了松厚度和吸收性能对造纸法再造烟叶质量的重要意义，并从原料、打浆工艺、抄造配比、加填助留、涂布等方面提出了相关策略，用以改善产品的吸收性能。

造纸法再造烟叶；吸收性能；松厚度

1 造纸法再造烟叶的吸收性能

近年来，以卷烟过程中废弃的烟梗、烟末和烟棒等为原料，利用造纸法制得的产品称为造纸法再造烟叶(也称烟草薄片)。再造烟叶既有疏松多孔、燃烧性好，柔软耐折、机械加工性能好，填充值高等物理性能，也拥有特殊的化学性质，例如其焦油含量仅为天然烟叶含量的50%[1]，生产过程中可人为控制烟碱成分及赋香含量。因此在卷烟中添加适量的再造烟叶，一方面可最大限度地节省烟叶原料，有效降低生产成本；另一方面可有效提高低档次烟叶的使用价值，生产出满足市场需求的多样化产品。

两步法加工工艺[2]利用现代制浆造纸技术和设备发展而成，已成为目前广泛使用的再造烟叶制造技术。第一步是将烟草原料浸泡后进行固液分离，不溶物经打浆后抄造成片基，萃取液经浓缩调配后制成涂布液，第二步是将固液结合，将涂布液施涂于片基上，经干燥分切制得再造烟叶。

吸收性能是评价造纸法再造烟叶质量的重要依据。造纸法再造烟叶与纸张一样具有多孔性结构[3]，其吸收性能一方面与再造烟叶的孔隙率即透气度有密切联系，另一方面也与再造烟叶的吸液能力直接相关。再造烟叶的吸收性能意味着纤维疏松多孔、填充值高，这样不仅可提高卷烟烟支饱满度，减少烟丝耗用量也可充分燃烧烟丝，降低有害物质量；使片基在涂布过程中充分吸收涂布液，保证良好的涂布效果。因此，如何提高再造烟叶的吸收性能是学术研究领域和再造烟叶制造业界共同关心的课题，本论文综述了提高造纸法再造烟叶吸收性能的策略。

图1 再造烟叶原料纤维光学显微镜图[4]

2 提高吸收性能的相关策略

2.1原料分析

造纸法再造烟叶原料的纤维形态如图1所示，图1中显示出烟梗、烟末和烟棒均含有大量的杂细胞，其中烟梗和烟末的杂细胞中薄壁细胞占主导地位，而烟棒的杂细胞导管细胞更多，烟梗原料的纤维含量比烟末和烟棒纤维多[4]。刘晓峰等人[4]使用FS300纤维质量分析仪对3种化学离析后的烟草原料纤维进行了纤维形态测定，结果表明，烟梗的质均纤维长度为0.76 mm，烟末的质均纤维长度为0.53 mm。此外，3 种原料中重均长度低于 0.2 mm 的细小组分都高于20%，烟梗的细小组分含量为20.6%，烟末中细小组分含量为 38.4%。

由于烟草浆组成成分的特殊性，在片基抄造过程中不能保证纸机运行的稳定性，传统生产上通过添加植物纤维来提高再造烟叶的物理强度，但其在保证纸机运行稳定的同时，不可避免的会对再造烟叶质量产生一定的影响。当再造烟叶的木素含量较高时，卷烟燃烧时生成的苯、苯酚、稠环芳烃等有害物质含量也会提高，且片基的柔软性变差[5]。罗冲等人[6]的相关实验证明，添加木素含量较低的漂白化学浆(漂白针叶木硫酸盐浆∶漂白阔叶木硫酸盐浆=1∶1)作为外加纤维(简称外混浆)，有利于提高烟草片基的吸收性、柔软性、抗张强度以及降低再造烟叶卷烟有害物质的含量，且外混浆的添加量为20%左右较为合适。

外混浆通常先经过打浆处理，然后与烟草浆混抄，图2为片基的松厚度和吸收性能随外混浆打浆度的变化。从图2可以看出，随着外混浆打浆度的上升，片基的松厚度和相对吸收性均减小，打浆度由30°SR增大到62°SR，片基的松厚度下降了6.4%，相对吸收性下降了6.1%。外混浆的加入会给再造烟叶的吸收性能带来不良影响，因此外混浆量要控制在适宜的范围。

图2 片基松厚度和相对吸收性随外混浆打浆度的变化[7]

图3为片基松厚度和相对吸收性随烟草浆和外混浆不同配比的变化。从图3可以看出，片基的松厚度随着烟草浆比例的上升稍有降低；相对吸收性则随着烟混浆比例的上升而有较大的提升，表明松厚度和相对吸收性并不一定成正比关系。王凤兰等人[7]的研究指出，烟草浆和外混浆最佳浆料配比为6∶1，烟草浆中烟末浆和烟梗浆的最佳比例为1∶1，在此浆料配比下既能保证再造烟叶的质量，又能适当提高片基的吸收性能、抗张指数和湿抗张指数。

2.2预处理

王凤兰等人[8]采用铵碱法对烟梗纤维进行预处理，可显著改善烟梗纤维的吸收性能。卷烟感官评吸表明，与采用普通造纸法再造烟叶卷制的卷烟相比，经上述铵碱预处理后的造纸法再造烟叶卷制的卷烟，感官评吸得分最高，比普通卷烟高 1.9分。李正勇等人[9]发明了一种在造纸法再造烟叶制备过程中采用较柔和的碱试剂对萃取后的固形物纤维进行处理的方法，选用浓度为0.04%～0.16%的澄清石灰水溶液，在固液比为1∶4～1∶8、温度25～60℃、时间25～45 min条件下处理打浆后的浆料得到的再造烟叶，与未用澄清石灰水溶液进行碱处理制得的再造烟叶相比，再造烟叶的柔软度和吸收性分别提高了29.8%和75.0%。由于再造烟叶的吸收性和松厚度有关，毛耀等人[10]发明了一种采用碳酸氢钠提高片基松厚度的方法，浆料在送抄前池前，依次加入食品级乙酸和碳酸氢钠溶液，纯乙酸的加入量为浆料绝干质量的1%～20%，纯碳酸氢钠的质量为纯乙酸的0.5～1.4倍。碳酸氢钠反应产生的二氧化碳气体能够扩大纤维间的距离，使纤维在之后的网部成形过程中继续保持了较大间距[11]，因此制得的片基松厚度从1.4～1.5 cm3/g提高到1.6～1.9 cm3/g。

图3 片基松厚度和相对吸收性随烟草浆和 外混浆不同配比的变化[7]

制浆方式定量/g·m-2厚度/mm抗张强度/kN·m-1抗张指数/N·m·g-1灰分/%吸水速率/s混合制浆57.30.2810.5679.907.577分开制浆57.60.2630.60310.468.577

图4 添加和未添加PCC的片基电镜扫描图[15]

图5 加填不同填料的 片基灰分比较[17]

图6 加填PCC和不同型号 硅藻土片基涂布率比较[18]

2.3打浆

烟梗纤维呈细长带状，腔大壁薄，易分丝帚化，不宜对其进行过度打浆。过度打浆会导致烟梗组分粗度和卷曲率的大幅降低，会影响抄造过程中片基的松厚度和透气度。王亮等人[13]研究发现烟梗经过低浓磨浆后，可增加片基的松厚度。烟末纤维粗且短，表面难分丝帚化，易破碎，细小组分含量特别高，适宜轻度打浆。相对于烟末的其他制浆方式，采用预处理后40～80目的烟末，能更好地改善片基的吸收性能[14]。表1为两种制浆方式下片基的物理性能比较。从表1可以看出，分开制浆较混合制浆片基的抗张指数提高5.7%，灰分提高11.9%。与混合制浆片基相比，分开制浆片基的灰分明显提高。灰分提高有利于改善再造烟叶的吸收性能及产品的柔软性，也有利于降低生产成本。因此采用烟梗、烟末和外混浆在不同打浆条件下分开制浆，各自控制磨浆浓度及打浆度，可制得吸收性能良好的低定量再造烟叶。

2.4填料

在满足成纸强度指标要求的前提下，添加填料不仅可以增加填充值，还可以改善片基的松厚度和柔软性能[15]。目前造纸法再造烟叶的片基生产中常用填料为轻质碳酸钙(PCC)、重质碳酸钙(GCC)和硅藻土(CY)。图4为添加和未添加PCC的片基电镜扫描图。图5为加填不同填料的片基灰分比较。图6为加填PCC和不同型号硅藻土的片基涂布率比较。

PCC填料的晶形呈纺锤状、菊花瓣状、针状[17]，能提供给片基较高的松厚度。PCC粒子能够填充于烟草纤维、木浆纤维之间，使得松厚度增加。虽然增加 PCC填料的用量能使松厚度有所改善，但是添加 PCC会阻碍纤维间的结合，降低片基的强度性能。罗冲等人[15]研究发现当PCC的添加量为15%左右时，片基的性能最佳。另外，PCC的粒径很小，在纸机网部流失严重，导致灰分偏低，因此片基灰分偏低又带来吸液性能、外观性能、抽吸性能变差以及原料成本增大等诸多问题，PCC在网部的留着是片基生产中的一个技术难题[16]。

GCC是一种在造纸上常用的填料，因其是由矿石研磨而成，粒度要大于PCC，因此，GCC在纸机成形网上的自留着效果要优于PCC。另外，由于GCC粒径较大，其用于造纸加填还可以提高纸张的松厚度，改善片基吸液性能。GCC在中试应用中，纸机运行良好，片基灰分和涂布量得到明显提高，抗张强度和亮度则稍有下降，片基抗张强度的降低不影响纸机的正常运行。

硅藻土作为填料在抄造时加入可显著提高片基的定量和单程总留着率。与加填PCC的片基相比，加填硅藻土后片基的涂布率及吸液性得到提高。在抄造工序加填 PCC-硅藻土，随硅藻土比例增加，片基的定量和灰分增大；在涂布液中加填硅藻土，随硅藻土用量增加，再造烟叶的涂布率、厚度、灰分都增大。原因在于加填硅藻土片基的松厚度大于加填PCC片基的，片基内纤维交织疏松，并且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，涂布时更利于吸收涂布液。

2.5助留助滤剂

在造纸法再造烟叶片基的生产中，常加入助留剂来提高填料和细小组分的留着，随着助留剂用量的增加，更多的填料和细小纤维被留着在再造烟叶内[19]。鉴于再造烟叶在吸食安全方面的特殊要求，所选助留剂必须无毒无害，且不影响抽吸质量。

壳聚糖是自然界存在的碱性天然多糖，胡惠仁等人[20]利用壳聚糖与膨润土组成微粒助留助滤体系，研究其对烟草浆料的助留助滤性能的影响。结果表明，用量为0.1%的壳聚糖与用量为 0.4%的膨润土组成的微粒助留助滤体系与只添加 0.1%的壳聚糖相比，浆料的单程留着率、填料留着率、20 s内的滤水量分别提高了 14%、12%和190 g。瓜尔胶作为一种天然的半乳甘露聚糖类植物胶，阳离子改性后能够显著地提高细小组分的留着率，李新生等人[21]利用动态滤水分析仪在实验室中模拟生产条件，研究了阳离子瓜尔胶用量以及剪切力对其在片基的助留效果的影响，确定最佳用量为0.3%，添加点选择在压力筛后，避免了抄造段短流程中的过多剪切；纸料的网部单程留着最高可以提高8%，片基灰分最多可以提高3%。孙德平等人[22]对木浆进行打浆，以碳酸钙为填料，瓜尔胶或壳聚糖为助留助滤剂，将烟草浆与木浆配抄成片基，结果表明，浆料(烟草浆和木浆)完全一样的情况下，添加助留剂的片基比不加助留剂片基的松厚度高，柔软性更好，而抗张强度较低。这是因为添加助留剂，提高PCC填料的留着率，因而增加了片基的松厚度，但同时也降低了片基的结合强度。在浆料相同、瓜尔胶和壳聚糖用量也相同(0.6%)时，添加壳聚糖的片基比添加瓜尔胶的松厚度更高，抗张强度更低，滤水性更好，说明壳聚糖的助留助滤效果要优于瓜尔胶。

2.6涂布

涂布是造纸法再造烟叶生产中较为关键的一环，涂布液是再造烟叶可溶性成分及香气成分的主要载体，主要来源于烟草原料的浓缩萃取液，高萃取液得率是制备高品质涂料的前提[23]。涂布率[24]指涂到片基上的物质质量占片基总质量的质量分数，它是再造烟叶生产中最为关键的参数之一，其值的高低直接决定着再造烟叶卷烟的抽吸品质、物理指标及烟气指标。根据Ryu等人[25]的结论，一个质量良好的再造烟叶涂层应具有多孔结构，这种粗糙的表面可提高纸张的透气度和吸收性。Roberts等人[26]研究了不同剂量(0.1%、0.3%和0.5%)羧甲基纤维素(CMC)和阳离子瓜尔胶(CGG)对涂层流变性能的影响。分别使CMC、CGG用量从0.1%提高到0.5%，前者涂层黏度提高到200.0 mPa·s以上，后者黏度约提高100.0 mPa·s，因此CMC具有更好的增黏性能，且当流变剂(CMC)用量为0.1%时，再造烟叶具有较好的涂层表面结构(见图7)。由图7可见，涂料均匀填充于片基内部，而且涂层表面没有明显的片状结构生成，故片基的吸收性较好。

图7 添加0.1%CMC再造烟叶的涂层表面结构[26]

国内造纸法再造烟叶多采用浸涂法进行涂布，涂布液的浸透性决定了产品的内在品质，特别是碳酸钙加至涂布液，碳酸钙基本被涂覆于片基的表面，其原因很可能与涂布液体系内碳酸钙的浸透性不佳有关。涂布液内添加碳酸钙使原涂布液的物理指标发生了变化，如组分扩散性、组分均一性变差，直接影响了片基的吸收性。李山等人[27]针对涂布段添加碳酸钙的渗透性及分散性进行了研究，探究出了涂布液内添加碳酸钙的最佳实验条件为涂布液浓度60.79%，涂布温度70℃，助剂CP～4#、KLD～1及DAP2所占比例均为2.52%，碳酸钙占12.61%。在此条件下制得的涂布液黏度适中，既可以使填料最大限度黏附在片基上，又不会因涂布液黏度过大而造成断纸。

李涵等人[28]在保证片基、涂布液、涂布工艺等一致的情况下，通过制备不同涂布率的样品，并对各样品进行理化指标、感官质量等方面的综合评价。结果表明，片基紧度随涂布率的升高呈现“升高-降低-升高”的趋势，片基透气度随涂布率的升高呈较明显下降，为保证片基主要物理性能处于较适宜的水平，涂布率的最佳范围在55%～65% 之间。

周新贵等人[29]发明了一种提高再造烟叶松厚度的组合涂布液，包括纳米碳酸钙微胶囊10～30份，微晶纤维素6～12份，分散剂1～3份，烟草萃取液90～120份，该涂布液使片基在涂布时对烟草萃取液的吸收性得以提高。该方法以纳米碳酸钙微胶囊作为涂布填料代替PCC，由于其是纳米级别，在涂布液制备过程中分散不均匀会造成团聚。因此，将其做成微胶囊结构不仅利于分散，还能有效提高留着率。另外，通过超声波作用能使囊壁破裂，释放出纳米碳酸钙，起到提高纸张表面匀度的效果。Gao等人[30]在涂布液中加入柠檬酸钠和柠檬酸钾，虽然对再造烟叶的主要化学成分和表面微观结构没有太大影响，但可以显著降低再造烟叶的焦油和CO释放量。陈克复等人[31]在涂布液中加入微晶纤维素，加强了片基成分间的相互结合，增加片基强度；且微晶纤维素的多孔结构有利于对萃取液成分的吸收和保留。

3 结 语

松厚度和吸收性能是评价造纸法再造烟叶质量的重要依据，高的松厚度和吸收性能可提高卷烟烟支饱满度，减少烟丝耗用量；降低有害物质；改善片基的涂布效果。

提高造纸法再造烟叶吸收性能的可行技术包括原料的选择、分开打浆技术、使用外混浆优化抄造配比、加填填料提高留着、提高涂布性能等。目前，进一步提高造纸法再造烟叶的吸收性能仍是再造烟叶生产中的关键问题，需要进行更多的基础研究和技术开发。

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TheStrategiesforImprovingBulkandAbsorbabilityofReconstitutedTobaccoSheetProducedbyPapermakingProcess

LI Mei-can1,2CHEN Ling-feng3GUO Hui3WU Shi-jie3,*LIU Zhong1WEN Yang-bing1LIU Hong-bin1,*

(1.TianjinKeyLabofPulp&Paper,TianjinUniversityofScience&Technology,Tianjin, 300457; 2.ChinaNationalPulpandPaperResearchInstitute,Beijing, 100102; 3.YunnanReconstitutedTobaccoCo.,Ltd.,Kunming,YunnanProvince, 650106) (*E-mail: wushi20082009@163.com; hongbin@tust.edu.cn)

Absorbability is an important property of reconstituted tobacco products. High absorption performance with high filling value can increase the fullness of cigarettes, reduce the amount of tobacco consumption and make tobacco completely burned to reduce harmful substances. It also allows the coating substrate fully absorbing in coating process. In this paper, the importance of absorption performance of the quality of reconstituted tobacco was summarized, and the related strategies for improving the absorption performance of reconstituted tobacco sheet were reviewed from the aspects of raw material, beating process, furnish composition, filler and retention aids and coating．

reconstituted tobacco by papermaking process; absorbability; bulk

TS761.2

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.10.013

2017- 05- 31(修改稿)

国家自然基金(31670589)，云南中烟再造烟叶科技项目(XM-J201602)。

*通信作者：武士杰，硕士，工程师；主要研究方向：再造烟叶工艺技术。刘洪斌，博士，教授；主要研究方向：造纸技术。

(责任编辑：常 青)