再造烟叶片基加香涂布技术在卷烟包装中的应用

2019-09-19王佳珺饶国华姚平章方细玲

烟草科技 2019年8期

王佳珺，文俊，曾健，饶国华，姚平章，方细玲

广东中烟工业有限责任公司技术中心，广州市荔湾区东沙环翠南路88 号 510385

烟梗和烟末作为再造烟叶的重要组成部分，也是再造烟叶的主要原料。再造烟叶在理化调控能力方面有很强的可塑性，赋予再造烟叶产品更多的功能，使其在卷烟生产领域的使用范围不断得到拓宽[1-2]，也使得烟梗和烟末的使用范围越来越广。目前，关于不同定量对再造烟叶的物理性能、烟气性能和渗透性能方面有一定的研究[3-5]，但再造烟叶片基定量对片基相关性能的影响研究，以及片基作为加香载体在卷烟包装中的应用研究鲜见报道。因此，探讨再造烟叶片基在不同定量条件下的物理性能、渗透性能和微观结构，掌握不同定量对片基性能的影响情况，优选出适宜的加香涂布量，经激光雕刻后应用于卷烟包装中，旨在为提高再造烟叶原料的利用率，拓宽烟梗和烟末的使用途径，提高卷烟的包装品质提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

烟梗、烟末、木浆、植物纤维等再造烟叶原料（广东省金叶科技开发有限公司提供）。

ZT1-00 型电热蒸煮锅（兴平市中通恒泰装备有限公司）；KRK-2500Ⅱ高浓磨浆机（日本KRK 株式会社）；PFI 磨浆机、PTI 快速抄片器、S81502 卧式拉力机、S16502 多功能厚度仪（德国Frank-PTI 公司）；EST12 渗透动态分析仪（德国Emtec 公司）；LDA02 高精度纤维质量分析仪（北京丹贝尔仪器有限公司）；Quintix124-1CN 分析天平[感量：0.000 1 g，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司]。

1.2 方法

单段浸渍提取：提取实验在电热蒸煮锅中进行，具体的实验条件为：①烟梗：固液比为1∶7，温度60 ℃，时间100 min；②烟末：固液比为1∶10，温度70 ℃，时间60 min。

磨浆：在高浓磨浆机中对浸渍提取后的烟梗、烟末进行磨浆，磨浆浓度为20%。烟梗采用三段磨浆，磨盘间隙分别为0.40、0.20 和0.15；烟末采用两段磨浆，磨浆间隙分别为0.20 和0.15 mm。磨浆之后烟梗和烟末的打浆度分别为24和47 °SR；木浆和植物纤维采用PFI 磨浆机进行磨浆，磨浆浓度为10%，磨浆之后木浆和植物纤维的打浆度分别为34 和39 °SR。

抄片：磨浆后的浆料按照烟梗、烟末、木浆和植物纤维的比例40∶40∶7∶13 进行配浆，采用PTI快速抄片器抄造再造烟叶片基。

按照文献[6-7]中的方法采用渗透动态分析仪PDA 检测片基的动态渗透特性。再造烟叶浆料纤维质量的分析检测以及片基的物理性能（定量、厚度、抗张指数、抗张强度、松厚度、紧度、挺度）检测根据文献[8]中的相应标准进行。

2 结果与讨论

2.1 再造烟叶浆料纤维质量分析

浆料按照烟梗、烟末、木浆和植物纤维的比例40∶40∶7∶13 进行配浆后的再造烟叶纸浆的纤维质量分析结果如表1 所示。由表1 可见，再造烟叶纸浆的纤维重均长度（Lw）为0.63 mm，打浆度为39 °SR，湿质量为3.0 g。

表1 再造烟叶浆料纤维分析结果Tab.1 Analysis results of reconstituted tobacco pulp fiber

2.2 定量对再造烟叶片基物理性能的影响

不同定量再造烟叶片基的物理性能如表2 所示。由表2 可知，定量为60 g/m2时再造烟叶片基的抗张强度和抗张指数分别为1.17 kN/m 和19.57 N·m/g，定量为240 g/m2时再造烟叶片基的抗张强度和抗张指数分别为6.22 kN/m 和25.92 N·m/g，片基的抗张强度和抗张指数均随着再造烟叶片基定量的增加而快速增加。

只要能增强原纸中纤维间的交织强度，就可以提高原纸的弹性模量，增强抗应变、抗变形和抗弯曲的能力，纸板的挺度就越好[9]；对纸和纸板而言，影响挺度的主要因素是厚度和弹性模量[10]。由表2 可知，再造烟叶片基定量的增加使得片基的厚度相应增加，片基的挺度也随之上升。从实验结果看，当定量增加至180 g/m2，再造烟叶片基的挺度为92.00 mN·m，能满足片基后续加香、雕刻、包装的强度要求。

2.3 定量对再造烟叶片基渗透性能的影响

定量对再造烟叶片基渗透性能的影响如表3所示。特征值t95是纸样被液体渗透且信号强度达到95%时所经历的时间，它是以水溶液作为测试液体，此时纸样的渗透性只受纸面孔隙结构的影响，孔隙越大或越开放时，水溶液渗透越快。因此t95值越大，表示片基的表面孔隙度越小，则抗渗透性能越好。由表3 可见，定量为60 g/m2的t95值最大（0.144 s）；定量为240 g/m2的t95值较小（0.024 s），说明此时再造烟叶片基表面的孔隙率较高，有利于液体渗透至片基内部。随着片基定量的逐渐增大，片基的t95值呈下降趋势，表明片基定量增大，纤维在片基表面的交织会形成更多的孔隙，从而有利于液体从片基表面到片基内部的吸收。

表2 不同定量对再造烟叶片基物理性能的影响Tab.2 Effects of grammage on physical properties of base-sheet of reconstituted tobacco

润湿性WMax是指片基被完全润湿且信号强度达到最高之后的时间，它随着液体在纸张表面停留时间的增加而增加。本实验中以水为测试液体，WMax值越大，表示片基的抗水性能越好。由表3可见，随着片基定量的增大，WMax值逐渐变小，WMax值与t95值的变化规律基本一致。定量为60 g/m2的片基WMax值最大（0.129 s），片基的表面渗透性能最差；当片基定量为240 g/m2时，WMax值最小（0.028 s）。片基定量的增加使得纤维与纤维之间能形成较多的疏松孔隙，有利于液体在片基表面的吸收，进而使片基的渗透性能得到改善。

表3 定量对再造烟叶片基渗透性能的影响Tab.3 Effect of grammage on permeability of base-sheet of reconstituted tobacco

从表3 可以看出，片基的定量为60 g/m2，此时Cobb30值与Cobb60值最小，分别为27.1 g/m2和29.0 g/m2，片基吸液性能最差。随着定量的增加，Cobb30值与Cobb60值都呈大幅增加的趋势，当定量为240 g/m2时，片基的Cobb30值与Cobb60值分别升至98.7 g/m2和103.6 g/m2。

综上可知，随着片基定量的增加，由于片基中纤维与纤维之间的交织会更多，使片基表面和片基内部形成更多孔，从而有利于改善片基对液体的吸收与渗透。

2.4 不同定量再造烟叶片基的扫描电镜分析

图1 不同定量片基的表面SEM 图（100 倍）Fig.1 SEM of surface of base-sheet at different grammages（×100）

图1 为不同定量的再造烟叶片基表面SEM图。由图1a～g 可见，定量为60 g/m2的片基表面表现出比较封闭的状态，片基表面纤维交织所形成的孔隙相对较少；随着片基定量的逐渐增加，相互交错的纤维在片基表面营造出更多的孔隙，表面孔隙的增加有利于液体对片基的渗透。

图2 不同定量片基的横切面SEM 图（500 倍）Fig.2 SEM of cross section of base-sheet at different grammages（×500）

定量不同的片基横切面SEM 图如图2 所示。由图2a 可见，定量为60 g/m2的片基的厚度较小，纤维与纤维交织所形成的孔隙数量较少；逐渐增加片基的定量，片基的厚度也相应增加，同时，由于纤维的弹性和柔韧性，片基内部会形成更多的孔隙，从而使片基的渗透性能得到提高。

2.5 加香涂布对再造烟叶片基的影响

由于涂布的是香精（密度0.980 9 g/cm3，相对密度0.982 7，折光指数1.391 3，挥发性成分总量84.11%，酸值2.9 mg KOH/g），为确保涂布后香精最大程度地保留在片基中，采用风干的形式进行干燥，同时涂布之后片基的表面不能出现形变，以免影响后续的雕刻加工与包装。因此，采用180 g/m2的再造烟叶片基对香精涂布量进行梯度筛选实验，涂布量分别为20、30、40、50、60 g/m2，涂布后香精在再造烟叶片基中的涂布效果和香韵表现如表4 所示。由表4 可见，涂布量为40 g/m2时，香精的涂布量适中，涂布均匀，且香气丰满细腻、自然透发。因此选定香精的涂布量为40 g/m2。

2.6 再造烟叶片基激光雕刻及在卷烟包装中的应用

将涂布好香精的再造烟叶片基采用激光雕刻成图3 中的图案，通过插入的方式，置于罐装卷烟的盖板纸上（如图4 所示）。在打开包装罐后，片基细腻、透发的自然香韵会第一时间被消费者捕捉到，实现对卷烟特征香韵的有效补充；另一方面，通过植物纤维和雕刻的图案带来的视觉冲击，可以提升包装的档次，使卷烟包装具有自然、纯朴的包装理念，迎合消费者的口味。