抄造工艺条件对再造烟叶基片柔软度的影响

袁广翔，李晓平，盛世杰，张合川，朱亚峰*，周 艳，陆苗苗，蒋同康，刘玉坤，窦昆鹏，庄海涛，俞 京，梁瑞海

1. 江苏鑫源烟草薄片有限公司，江苏省淮安市清江浦区浦发大道66 号 223002

2. 江苏中烟工业有限责任公司技术中心，南京市建邺区兴隆大街29 号 210011

再造烟叶因其具有提高烟草原料利用率和降焦减害等方面的作用［1-2］，在卷烟中有着广泛的应用。在再造烟叶的诸多物理特性中，柔软度直接影响了再造烟叶产品的填充值、手感舒适性及打包性能，同时也与再造烟叶在卷烟制丝过程中的应用效果密切相关。国标中规定了纸张柔软度检测方法，即在标准条件下，将一定宽度和长度的试样用一板状测头压入狭缝中一定深度时，检测得到试样所受的力即为柔软度，柔软度值越小表明试样越柔软［3］。柔软度值较高的再造烟叶产品会增加切片机和切丝机刀头磨损程度，还会引起切丝跑片、造碎以及烟丝掺配均匀性下降等质量问题［4-5］，从而影响了卷烟企业的原料利用率和生产效率。一些学者也在探索通过物理、化学、生物等技术改善再造烟叶的柔软度［6-8］。再造烟叶产品的物理性能很大程度上受其基片的影响，在再造烟叶行业，对改善基片物理性能的研究主要集中在提升松厚度上［9-16］，而对于改善柔软度的研究却鲜有报道。因此，对烟草浆、外加纤维、碳酸钙和瓜尔胶添加工艺影响再造烟叶基片柔软度的规律进行研究，并与其对再造烟叶基片松厚度的影响进行比较，旨在为提升再造烟叶产品的适用性提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

烟草浆（江苏鑫源烟草薄片有限公司）；本色针叶木浆（智利Arauco 公司）；漂白阔叶木浆（巴西Fibria Celulose SA 公司）；漂白针叶木浆（加拿大Domtar公司）；亚麻浆（西班牙CELTA公司）；轻质碳酸钙（四川益帮科技有限公司）；瓜尔胶（昆山京昆油田化学科技开发公司）。

ML204 电子天平（感量0.000 1 g，瑞士Metteler Toledo 公司）；FD115 烘箱（德国Binder 公司）；XQSM30 离心脱水机（青岛海尔电器有限公司）；P95568 浆料疏解器、M-PTB508A PFI 磨、P95587 打浆度测定仪、P95854.2A 快速凯赛法抄片器（奥地利PTI 公司）；F16502 厚度仪（德国FRANK 公司）；PN-RT1000柔软度仪（杭州品享科技有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 PFI磨打浆

取自生产线的打浆前烟草浆经固液分离后按照GB/T 29285—2012［17］方法进行疏解，以1 400 r/min转速离心甩干5 min，用封口袋密封后置于冰箱（4 ℃）内保存12 h 以平衡水分，之后按照GB/T 5399—2004［18］的方法检测其绝干物质含量（质量浓度）。外加纤维采用相同的方法进行疏解并甩干、平衡，检测其绝干物质含量。

根据测得烟草浆或外加纤维的绝干物质含量，用清水稀释浆料为300 g，10%质量浓度，按照GB/T 29287—2012［19］的方法进行打浆，磨齿间距为1 mm，通过调节转数得到不同打浆度的浆料。

将打好的烟草浆离心甩干，平衡水分后检测其绝干物质含量，并采用GB/T 3332—2004［20］的方法测定打浆度和湿重。

1.2.2 基片抄造

经过PFI 磨打浆分别得到一定打浆度的烟草浆和外加纤维，再将一定配比（绝干质量比例，下同）的烟草浆、外加纤维以及碳酸钙配制成混合浆料，每张基片使用绝干质量为2 g的浆料，疏解之后调节到0.2%质量浓度，再添加相对绝干浆质量一定比例的瓜尔胶以提高碳酸钙等细小组分的留着效果，用快速凯赛法抄片器抄造出基片。按照GB/T 16447—2004［21］的要求平衡基片水分之后，检测其定量、柔软度和松厚度等物理指标。具体基片抄造实验方案如表1所示。

表1 基片抄造方案Tab.1 Paper-making parameters of the base sheet

1.2.3 基片物理性能的测定

试样的定量、厚度分别按照GB/T 451.2—2002［22］和GB/T 451.3—2002［23］的方法进行测试。松厚度按式（1）计算得出：

式中：B为试样松厚度（cm3/g）；T为单张试样厚度（cm）；g为试样定量（g/m2）。

按照GB/T 8942—2016［3］的方法测试柔软度。

2 结果与讨论

2.1 烟草浆对再造烟叶基片柔软度的影响

2.1.1 烟草浆中烟末浆占比

烟草浆是用于抄造再造烟叶基片的主体原料，一般由烟梗浆以及由烟碎片、烟末等制成的烟末浆组成［24］。采用不同绝干质量比例的烟末浆和烟梗浆（表1中实验方案1）配制成烟草浆后抄造基片，检测得到基片的松厚度和柔软度值如图1所示。

图1 烟末浆添加比例对再造烟叶基片松厚度和柔软度值的影响Fig.1 Effects of addition rate of tobacco powder pulp on bulk thickness and softness of reconstituted tobacco base sheet material

基片松厚度主要受纤维之间的结合力影响，纤维之间结合力越大，基片越紧密，松厚度也越低。细小的烟末纤维本身结合力较差，同时还会影响外加纤维之间的结合，因此随着烟末浆在烟草浆中的占比由10%提升到90%，基片松厚度由1.983 cm3/g 逐渐提高到2.125 cm3/g，上升幅度达7.16%。

基片柔软度主要受两方面因素的影响，一是纤维之间的结合力，纤维结合力高，基片便会偏硬；二是纤维本身的特性，纤维细胞壁厚，结构完整紧致，也会影响基片的柔软度。由图1 可知，随着烟末浆在烟草浆中的占比从10%提升到90%，基片纤维间结合力减弱，另一方面烟末浆纤维本身比烟梗纤维更加细小柔软，因此，基片柔软度值从613.3 mN 下降到237.1 mN，降幅达61.34%。

2.1.2 烟草浆打浆度

采用不同打浆度的烟草浆（表1 中实验方案2）抄造基片，检测得到基片的松厚度和柔软度值如图2所示。由图2可知，随着烟草浆打浆度由23°SR提升到71°SR，再造烟叶基片松厚度由2.059 cm3/g 下降到1.444 cm3/g，降幅达29.87%。同时基片柔软度值由468.8 mN上升到588.3 mN，增幅达25.49%。这是由于经过打浆过程中的剪切和分丝帚化作用，烟草浆纤维比表面积越来越大，同时表面暴露的分支增多，增加了能够产生吸附作用的点，烟草浆纤维与外加纤维骨架之间的结合作用也越来越强，因此基片更加紧密，表现为松厚度逐渐下降，而柔软度值逐渐提高。

图2 烟草浆打浆度对再造烟叶基片松厚度和柔软度值的影响Fig.2 Effects of beating degree of tobacco pulp on bulk thickness and softness of reconstituted tobacco base sheet material

2.2 外加纤维对再造烟叶基片柔软度的影响

烟草浆自身杂细胞含量多，纤维含量少，难以满足再造烟叶生产所需的强度，而基片抄造过程中添加一定量的外加纤维，既能保证生产过程的连续性，也有利于改善再造烟叶产品的物理性能。

2.2.1 外加纤维种类

采用不同种类外加纤维（表1 中实验方案3）抄造基片，检测得到基片的松厚度和柔软度值如图3所示。实验结果表明，亚麻浆抄造的基片松厚度最高，达到了2.114 cm3/g，比松厚度最低的漂白针叶浆基片高9.99%。本色针叶浆和漂白针叶浆基片松厚度明显低于漂白阔叶浆和亚麻浆，同时柔软度值也较高，其中本色针叶浆抄造基片的柔软度值高达530.8 mN，比漂白阔叶浆基片的柔软度值增加了22.11%，表明其基片结合紧密，柔软性较差。漂白针叶浆与漂白阔叶浆混合后（绝干比例6∶4）抄造的基片的松厚度和柔软性能较仅使用针叶浆显著提升。

图3 不同种类外加纤维对再造烟叶基片松厚度和柔软度值的影响Fig.3 Effects of varieties of added fibers on bulk thickness and softness of reconstituted tobacco base sheet material

2.2.2 外加纤维打浆度

采用不同打浆度的外加纤维（表1 中实验方案4）抄造基片，检测得到基片的松厚度和柔软度值如图4所示。由图4可知，随着外加纤维打浆度由26°SR 升高到56°SR，基片松厚度由2.059 cm3/g 缓慢上升到2.090 cm3/g，同时柔软度值由468.8 mN 下降到453.5 mN。但当外加纤维打浆度由56 °SR 继续上升后，基片松厚度和柔软度值突然分别转为显著下降和上升的趋势，外加纤维打浆度提升到76°SR 之后，基片松厚度下降到1.987 cm3/g，而柔软度值上升到502.2 mN。这是由于提高外加纤维打浆度会对基片带来两方面的影响，一是外加纤维之间的结合力逐渐提升，使得基片纤维骨架更致密，因此基片松厚度降低而柔软度值升高；二是随着外加纤维的打浆，其与碳酸钙颗粒和其他细小组分间的吸附作用增加，越来越多的细小组分吸附到外加纤维表面从而影响了外加纤维之间的作用力，因此基片松厚度和柔软度值可能会分别随之升高和下降。对于本研究中提高外加纤维打浆度，起初显著提升了碳酸钙和其他细小组分在基片中的留着，基片外加纤维骨架的结合受到了一定影响，因此基片松厚度稍有提升而柔软度值略有下降；但随着外加纤维打浆度进一步提升，碳酸钙等细小组分在基片中的留着无法进一步得到明显提升，而外加纤维间的结合力却明显增强，因此基片松厚度又会下降而柔软度值则相应增加。总体看来，外加纤维在较低的添加量（绝干浆比例10%）下，仅为基片提供必要的纤维骨架，因此其打浆度对基片松厚度和柔软度的影响较小，松厚度最低值较最高值下降了4.93%，柔软度最高值较最低值增加了10.74%。

图4 外加纤维打浆度对再造烟叶基片松厚度和柔软度值的影响Fig.4 Effects of beating degrees of added fibers on bulk thickness and softness of reconstituted tobacco base sheet material

2.2.3 外加纤维添加比例

固定碳酸钙添加比例，采用不同外加纤维和烟草浆配比（表1中实验方案5）抄造基片，检测得到基片的松厚度和柔软度值，结果如图5所示。由图5可知，随着外加纤维添加比例由0 增加到20%，基片纤维结合力增加，松厚度由2.035 cm3/g 缓慢下降到1.983 cm3/g，下降幅度为2.56%；同时，基片柔软度值由416.5 mN 提高到492.3 mN，上升幅度为18.2%。总的来看，由于外加纤维在抄造过程中添加比例较低（本研究中不高于20%），因此对基片松厚度和柔软度的影响较为有限。

图5 外加纤维添加比例对再造烟叶基片松厚度和柔软度值的影响Fig.5 Effects of addition rates of added fibers on bulk thickness and softness of reconstituted tobacco base sheet material

2.3 碳酸钙对再造烟叶基片柔软度的影响

再造烟叶生产中添加填料可以降低企业生产成本，还能改善基片的物理结构，提高基片吸收液体的性能。

固定外加纤维添加比例，采用不同碳酸钙和烟草浆配比（表1中实验方案6）抄造基片，检测得到基片的松厚度和柔软度值如图6所示。由图6可知，随着碳酸钙添加比例由0 增加到20%，松厚度由1.923 cm3/g逐渐上升到2.062 cm3/g，上升幅度为7.23%；柔软度值也由755 mN 下降到452.3 mN，下降幅度达40.09%。这是由于基片中碳酸钙的含量逐渐增加影响了纤维之间的结合力，同时使得纤维结构趋于松散。

图6 碳酸钙添加比例对再造烟叶基片松厚度和柔软度值的影响Fig.6 Effects of addition rate of calcium carbonate on bulk thickness and softness of reconstituted tobacco base sheet material

2.4 瓜尔胶对再造烟叶基片柔软度的影响

为了提高碳酸钙等细小组分在基片中的保留效果，浆料中会添加一定量的瓜尔胶作为助留剂使用［25］。烟草浆、外加纤维、碳酸钙配比不变，改变瓜尔胶添加比例（表1中实验方案7）抄造基片，检测得到基片样品的松厚度和柔软度值如图7所示。由图7 可知，随着瓜尔胶添加比例由0 提高到0.3%，基片中碳酸钙等细小组分含量增加，纤维之间结合力减弱，但同时，瓜尔胶的胶黏性也会使基片中纤维本身强度有增加的趋势。综合这两个方面的作用，基片松厚度有所下降，而柔软度值则在瓜尔胶添加比例超过0.2%之后稍稍上升。总的来看，瓜尔胶添加的影响较小，随着其添加比例的提升，基片松厚度仅下降了5.67%，而柔软度值也只上升了7.56%。

图7 瓜尔胶添加比例对再造烟叶基片松厚度和柔软度值的影响Fig.7 Effects of addition rate of guar gum on bulk thickness and softness of reconstituted tobacco base sheet material

3 结论

在实验选择的工艺条件范围内，各因素对基片松厚度的影响：烟草浆打浆度>外加纤维品种>碳酸钙添加比例>烟末浆添加比例>瓜尔胶添加比例>外加纤维打浆度>外加纤维添加比例；对基片柔软度的影响：烟末浆添加比例>碳酸钙添加比例>烟草浆打浆度>外加纤维品种>外加纤维添加比例>外加纤维打浆度>瓜尔胶添加比例。烟草浆打浆度的变化对基片柔软度影响较大，随着烟草浆中烟末浆添加比例由10%提升到90%，基片柔软度值下降61.34%；随着碳酸钙添加比例由0 增加到20%，基片柔软度值下降40.09%；随着烟草浆打浆度由23°SR 提升到71°SR，基片柔软度值增加25.49%。

各抄造工艺条件对基片松厚度和柔软度的影响趋势相反，同时工艺条件发生调整时基片柔软度值的变化幅度普遍较基片松厚度的变化更大，各工艺条件中仅有烟草浆打浆度对基片松厚度波动的影响超过10%，而烟末浆添加比例、碳酸钙添加比例、烟草浆打浆度、外加纤维品种、外加纤维添加比例以及外加纤维打浆度对基片柔软度波动的影响都超过了10%。