打漿工藝對造紙法再造煙葉基片松厚度的影響

袁廣翔 薛 冬 袁益來 蔡文高 朱亞峰 眭 凱

(江蘇中煙工業有限責任公司再造煙葉研究所，江蘇淮安，223002)

·再造煙葉打漿工藝·

袁廣翔先生，博士；研究方向：造紙法再造煙葉技術研究。

打漿工藝對造紙法再造煙葉基片松厚度的影響

袁廣翔 薛 冬*袁益來 蔡文高 朱亞峰 眭 凱

(江蘇中煙工業有限責任公司再造煙葉研究所，江蘇淮安，223002)

采用PFI磨對煙草漿進行打漿，分別研究了磨漿轉數、磨齒間隙和打漿濃度對造紙法再造煙葉基片松厚度的影響，同時通過對不同打漿參數條件下得到的煙草漿纖維形態的對比，探討了打漿工藝對造紙法再造煙葉基片松厚度的影響。結果表明，煙草漿打漿過程中，隨著磨漿轉數的減少，磨齒間隙的增加以及打漿濃度的提高，纖維數量下降、平均長度上升、粗度增加，與木漿、輕質碳酸鈣混合抄造出的基片松厚度提高；在本實驗打漿工藝范圍內，磨漿轉數和磨齒間隙對煙草漿纖維形態以及抄造出的基片松厚度的影響大于打漿濃度的影響；由于煙草漿纖維本身的特點，不同的打漿工藝對其帚化效果影響很??；適宜的PFI磨打漿工藝為：磨漿轉數10000～15000轉，磨齒間隙0～0.5 mm，打漿濃度10.0%～11.7%。

造紙法再造煙葉；PFI磨；打漿；松厚度；纖維形態

松厚度是評價造紙法再造煙葉基片質量的重要指標。提高基片的松厚度不僅能增加涂布時涂布液在基片中的滲透性能，還能改善造紙法再造煙葉成品的填充以及燃燒性能，對降低一氧化碳等有害物質的生成有利[1]。目前，對改善基片松厚度的研究主要集中在原煙草纖維、外加纖維以及填料的選擇上[2- 4]，有關生產工藝條件對基片松厚度影響的相關報道較少。

作為造紙法再造煙葉生產過程中關鍵的工序，打漿對包括松厚度在內的產品物理特性有很大的影響[5]。煙草漿料是由煙梗和煙末原料經提取后的料渣經混合組成的，其中纖維含量少，而大量存在煙草表皮細胞、雜細胞等物質，與木漿打漿性能存在很大區別。本實驗以PFI磨為打漿設備，分別研究了磨漿轉數、磨齒間隙和打漿濃度對造紙法再造煙葉基片松厚度的影響，同時通過對不同打漿工藝條件下得到的煙草漿的纖維形態進行對比，分析了打漿工藝影響造紙法再造煙葉基片松厚度的原因，為提高造紙法再造煙葉產品品質提供理論支持。

1 材料與方法

1.1材料、設備與儀器

選擇某牌號造紙法再造煙葉配方原料作為實驗原料，煙梗原料和煙末原料的質量之比為1∶1；木漿(巴西鸚鵡牌闊葉木漿、加拿大虹魚牌針葉木漿)；輕質碳酸鈣(800目，四川漢旺)；瓜爾膠(昆山京昆)。

ML204電子天平(感量：0.0001 g，瑞士Metteler Toledo公司)；HWS-24水浴鍋(上?；厶﹥x器制造有限公司)；FD115烘箱(德國Binder公司)；XQSM30離心脫水機(青島海爾電器有限公司)；P95568標準煙草漿疏解器、M-PTB508A PFI磨、P95587打漿度測定儀、P95854.2A快速凱賽法抄片器、F16502厚度儀，奧地利PTI公司；Morfi Compact纖維形態分析儀(法國Techpap公司)。

1.2方法

1.2.1煙草漿準備

按實驗配方分別稱取一定量煙梗和煙末原料，分別在燒杯中以固液比1∶6用清水浸泡，燒杯置于60℃水浴中保溫30 min后，將固液分離，料渣以1400 r/min轉速離心甩干5 min，干度約30%；以同樣的條件再次進行浸泡，重復以上步驟3次，得到充分提取后的料渣用于疏解和打漿[6]。

1.2.2疏解

按照Tappi T-205sp- 02標準方法對煙末和煙梗提取后的料渣進行疏解。疏解后的煙草漿以1400 r/min轉速離心甩干5 min，干度約30%。

用封口袋密封后置于冰箱(4℃)內保存12 h以平衡水分，之后按照ISO4119—1995標準方法檢測煙草漿絕干物質含量。

1.2.3PFI磨打漿

根據測得煙草漿絕干物質含量，把煙梗漿和煙末漿按照絕干質量1∶1的比例進行混合，調整好磨漿轉數、磨齒間隙和漿濃，按照Tappi T-248sp- 00標準方法進行打漿。

將打漿完的煙草漿擠干，用封口袋密封后置于冰箱(4℃)內保存12 h以平衡水分，之后按照ISO4119—1995標準方法檢測煙草漿絕干物質含量。

1.2.4纖維分析

精確稱取煙草漿，配制成0.2 g/L的煙草漿懸浮液，用纖維形態分析儀進行纖維特性及纖維圖像檢測分析。

1.2.5抄片

按照(絕干)煙草漿∶木漿∶輕質碳酸鈣=75∶10∶15的比例稱取2 g絕干漿料，其中木漿中針葉木漿和闊葉木漿比例為60∶40。將配好的漿料疏解，之后添加相對于絕干漿0.2%的瓜爾膠，以提高碳酸鈣等細小組分的留著率，然后用快速凱賽法抄片器抄造出基片?；凑誈B/T 16447—2004的要求平衡水分之后，檢測其定量和厚度等物理指標。

1.2.6基片松厚度以及抗張強度的測定

試樣的定量、厚度分別按照GB/T 451.2—2002和GB/T 451.3—2002標準方法進行測試。松厚度按式(1)計算：

(1)

式中，B為試樣松厚度，cm3/g：T為單張試樣厚度，μm；g為試樣定量，g/m2。

試樣的抗張強度按照GB/T 12914—2008標準方法進行測試。

2 結果與分析

2.1磨漿轉數的影響

固定磨齒間隙和打漿濃度分別為0和10%，用不同的磨漿轉數進行煙草漿打漿，然后與木漿和碳酸鈣混合抄片。

2.1.1對纖維形態的影響

表1為不同磨漿轉數的煙草漿纖維形態分析。從表1中的數據可以看出，隨著磨漿轉數的增加，煙草漿中纖維數量逐漸增多，磨漿轉數從5000轉提高到30000轉，煙草漿中的纖維數量增加了278%。磨漿轉數增加后，煙草漿的纖維長度雖然稍有下降，但變化幅度并不大。

表1 不同磨漿轉數的煙草漿纖維特性分析

圖1 不同磨漿轉數的煙草漿纖維圖像

采用Morfi compact纖維分析儀可得到纖維端頭有破損的纖維占纖維總數的比例，即纖維的帚化率[7]。打漿過程中產生的纖維帚化有利于增加纖維之間的結合力，從而提高基片強度，同時由于纖維之間結合緊密，松厚度會隨著纖維分絲帚化程度的提高而下降。從分析數據可看出，不同的磨漿轉數下纖維帚化率沒有明顯變化。

檢測數據表明，纖維粗度呈現顯著的下降趨勢。粗度是纖維分析儀測算出的單位長度纖維的重量，纖維粗度大，基片滲透性大，松厚度高，但同時強度會有所下降[8-9]。磨漿轉數從5000轉提高到30000轉時，煙草漿中的纖維粗度降低了64.2%。因此可以得知，隨著打漿作用的持續進行，煙草漿纖維及纖維束逐漸被縱向解離，從而使得煙草漿中纖維總數大大增加；相比之下增加磨漿轉數對煙草漿纖維的橫向切斷作用有限。

圖1為不同磨漿轉數的煙草漿纖維圖像。從圖1可以看出，在磨漿轉數為5000轉時，煙草漿中還有大量未充分疏解的煙梗纖維束，除此以外則主要是細小的煙末組分，其中基本不含細長的單根纖維。隨著磨漿轉數的增加，煙草漿中的煙梗纖維束在打漿作用下逐漸解離。磨漿轉數達到30000轉時，纖維束被解離成了一些短小的絲狀纖維和少量的雜細胞碎片，同時其中還散布著大量的打漿過程中形成的細小組分。從圖1中還可以看出，磨漿轉數增加后，纖維粗度的變化非常明顯，而纖維長度下降幅度有限，尤其是磨漿轉數增加到20000轉之后，煙草漿中分布的絲狀纖維長度基本上沒有變化。這與纖維形態分析得出的煙草漿中纖維長度和粗度的變化趨勢是一致的。

2.1.2對基片松厚度和抗張強度的影響

圖2 不同磨漿轉數煙草漿抄造基片的松厚度和抗張強度

圖2為不同磨漿轉數下煙草漿抄造基片的松厚度和抗張指數。由圖2可以得知，隨磨漿轉數的增加，煙草漿抄造的基片松厚度逐漸下降，而基片抗張強度逐漸提高。這主要是由于：一方面隨著打漿作用的持續，煙草漿纖維數量增多，纖維表面暴露出的羥基增加，使纖維之間氫鍵作用力逐漸增強，基片強度隨之增加，同時隨著纖維間作用力的提高，基片結合越來越緊密[4]，松厚度便會有所下降；另一方面，隨著磨漿轉數增加，煙草漿纖維粗度下降，其中的細小組分也大大增加(見圖1)，在基片的成形過程中，細小組分填補了纖維網狀結構中的孔隙，使原本松散的基片越來越致密。實驗結果表明，磨漿轉數從5000轉增加到30000轉，造紙法再造煙葉基片的松厚度下降了20.1%。

YC/T16.3—2003規定造紙法再造煙葉產品抗張強度應不高于1.00 kN/m。另一方面基片抗張強度同樣不宜過低，否則會造成紙機頻繁斷紙，影響抄造順利進行。根據文獻[10-12]，為了避免產品強度過高而使卷煙制絲線切絲困難，較適宜的基片抗張強度為0.6～0.8 kN/m，因此，當磨漿轉數為10000～15000轉時，得到的基片在擁有較高松厚度的同時也能提供合適的抗張強度。

2.2磨齒間隙的影響

固定磨漿轉數和打漿濃度分別為15000轉和10%，用不同的磨齒間隙進行煙草漿打漿，然后與木漿、輕質碳酸鈣混合抄片。

圖3 不同磨齒間隙的煙草漿纖維圖像

2.2.1對纖維特性的影響

隨著磨齒間隙的增加，單位打漿面積上受到的壓力逐漸下降，纖維及纖維束的切斷、分絲帚化等作用會越來越小。表2為不同磨齒間隙的煙草漿纖維特性分析。從表2中的數據可以看出，磨齒間隙從0提高到2.0 mm之后，煙草漿中的纖維數量減少了66.7%。同時，由于煙草漿受到的切斷作用減弱，纖維和纖維束的長度逐漸增加。同樣增加的還有纖維粗度，而纖維帚化率依然沒有明顯變化。

表2 不同磨齒間隙的煙草漿纖維特性分析

圖3為不同磨齒間隙的煙草漿纖維圖像。從圖3中也可以看出，磨齒間隙為0時，煙草漿中主要包含一些短小的絲狀纖維和少量的雜細胞碎片，此外還有大量其他細小組分。當磨齒間隙超過1.0 mm之后，煙草漿中細小組分含量明顯減少，未疏解充分的煙梗纖維束含量大大增加。隨著磨齒間隙的增大，不僅纖維粗度增加，纖維長度也有明顯提高。

2.2.2對基片松厚度和抗張強度的影響

圖4 不同磨齒間隙煙草漿抄造基片的松厚度和抗張強度

隨磨齒間隙的增加，漿料中細小組分數量下降，其在基片成形過程中對孔隙結構的填充作用也逐漸減少；同時由于纖維數量的下降，纖維表面暴露出的羥基數量也隨之下降，纖維之間結合力也逐漸減弱，這兩方面原因都導致了基片松厚度的提高。圖4所示為不同磨齒間隙煙草漿抄造基片的松厚度和抗張強度。由圖4可以看出，磨齒間隙從0增加到2.0 mm時，基片的松厚度上升了15.4%。同時，隨著纖維之間結合力的減弱，基片的抗張強度也逐漸下降。綜合考慮磨齒間隙對基片松厚度以及抗張強度的影響，適宜的磨齒間隙為0～0.5 mm。

圖5 不同打漿濃度的煙草漿纖維圖像

2.3打漿濃度的影響

固定磨漿轉數和磨齒間隙分別為15000轉和0，以不同的打漿濃度進行煙草漿打漿。然后與木漿和碳酸鈣混合抄片。

2.3.1對纖維特性的影響

隨著打漿濃度的提高，打漿過程中單根纖維和纖維束上受到磨齒的作用力減弱，纖維及纖維束的切斷、分絲帚化等打漿作用就會越來越弱。表3為不同打漿濃度的煙草漿纖維特性分析。從表3中的數據可以看出，打漿濃度從5%提高到11.7%之后，煙草漿中的纖維數量減少了39.3%。由于切斷作用的減弱，纖維的長度有一定程度的增加，同時纖維粗度也有提高。但在實驗所選擇的工藝范圍內，與磨漿轉數以及磨齒間隙相比，打漿濃度對煙草漿纖維的影響較小。

表3 不同打漿濃度的煙草漿纖維特性分析

與磨漿轉數和磨齒間隙的影響類似，不同打漿濃度下煙草漿纖維帚化率的差別不大。這就意味著，不論打漿工藝如何調整都很難提高煙草漿纖維的帚化效果。這是因為一方面煙草漿中適于打漿的纖維素纖維含量少，而其中大量存在的表皮細胞、雜細胞受到的分絲作用很??；另一方面煙草漿在打漿之前沒有經過蒸煮、漂白等化學制漿工藝處理，其中含有大量未脫除的木素等物質。木素是疏水性物質，不利于纖維的吸水潤脹，所以煙草漿的纖維柔軟性和可塑性都較差，大大影響了打漿的分絲帚化效果[13-16]。

從纖維形態分析儀得到的纖維圖像(見圖5)也可以看出，隨著打漿濃度的提高，煙草漿中細小組分逐漸減少，未充分解離的纖維束逐漸增多。與圖1和圖3中的纖維形態相比，盡管打漿濃度為11.7%得到的煙草漿中含有大量的纖維束，但其長度和粗度都明顯小于磨漿轉數5000轉以及磨齒間隙2 mm時的纖維束，說明雖然以較高濃度的漿濃進行打漿時打漿效果會有所下降，但其中的纖維和纖維束仍會受到明顯的切斷和解離作用。相比之下，減小磨漿轉數或者提高磨齒間隙，煙草漿的打漿效果受到的影響更明顯。

2.3.2對基片松厚度和抗張強度的影響

圖6為不同打漿濃度的煙草漿抄造基片的松厚度和抗張強度。由圖6可以得知，隨打漿濃度的增加，基片松厚度逐漸上升。打漿濃度從5%增加到11.7%，基片的松厚度僅上升了4.5%。而在2.1.2以及2.2.2的研究里，提高磨漿轉數使基片松厚度降低了20.1%，以及增加磨齒間隙使基片松厚度提高15.4%，因此，打漿濃度對基片松厚度的影響較小。

圖6 不同打漿濃度的煙草漿抄造基片的 松厚度和抗張強度

打漿濃度提高的同時基片抗張強度會有所下降，可以看到，在實驗所選擇的范圍內，為同時滿足基片對松厚度和抗張強度的需求，適宜的打漿濃度為10.0%～11.7%。

3 結 論

(1)煙草漿打漿過程中，隨著磨漿轉數的減少，磨齒間隙的增加以及打漿濃度的提高，煙草漿纖維數量下降、平均長度上升、粗度增加，抄造出的基片松厚度提高。

(2)在實驗所選擇的打漿工藝范圍內，磨漿轉數和磨齒間隙對煙草漿纖維形態以及抄造出的基片松厚度的影響大于打漿濃度的影響。

(3)由于煙草漿纖維本身的特點，不同的打漿工藝對其帚化效果影響很小。

(4)為了在滿足抗張強度需求的情況下得到較高松厚度的基片，適宜的PFI磨打漿工藝為：磨漿轉數10000～15000轉，磨齒間隙0～0.5 mm，打漿濃度10.0%～11.7%。

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TheInfluenceofBeatingProcessonBulkofUncoatedReconstitutedTobaccoSheetProducedbyPapermakingProcess

YUAN Guang-xiang XUE Dong*YUAN Yi-lai CAI Wen-gao ZHU Ya-feng SUI Kai

(ReconstitutedTobaccoResearchInstitutedofChinaTobaccoJiangsuIndustrialCo.,Ltd.,Huai’an,JiangsuProvince, 223002) (*E-mail: hy1999003@jszygs.com)

Influence of the gap between the beater roll and bed plate of PFI mill, beating time and consistency of tobacco pulp on bulk of uncoated reconstituted tobacco sheet produced by papermaking process was researched using PFI mill as the beating equipment. Meanwhile through the comparison of fiber morphologies under different beating process parameters, the reason for the influence of beating process on bulk of uncoated reconstituted tobacco sheet produced by papermaking process was also researched. The results showed that in the beating of tobacco pulp, fiber number decreased, mean fiber length increased, fiber coarseness increased, bulk of paper base made with wood pulp and PCC was improved with decreasing beating time, increasing beating interstice and pulp consistency. Within the ranges of beating parameters studied, compared with consistency of pulp, beating time and beating interstice had greater effect on fiber morphology and bulk of paper base. Because of the characteristics of tobacco pulp, different beating process parameters had little effect on fibrillation of fiber. The optimized beating process parameters with PFI mill was: beating time 10000～15000 round, beating interstice 0～0.5 mm and pulp consistency 10.0%～11.7%．

papermaking reconstituted tobacco; PFI mill; beating; bulk; fiber morphology

TS761. 2

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.10.005

2017- 05- 23(修改稿)

江蘇中煙工業有限責任公司重點科技項目“造紙法再造煙葉松厚度影響因素研究”(Y040201412)。

*通信作者：薛 冬，碩士，工程師；主要從事造紙法再造煙葉的研究。

(責任編輯：常 青)