造紙法再造煙葉柔性制漿技術的應用研究

許江虹　王浩雅　余紅濤

摘要：為了解決再造煙葉企業生產的漿料較差、分絲帚化率低、過度切斷纖維、漿料穩定性差、漿料得率低和產品物理指標波動大等問題，試驗結合原料特點和制漿技術，對原有的磨漿機磨片進行改進，并改進原有的制漿工藝，提出了一種適用于再造煙葉生產的柔性制漿技術。通過對比，分析了柔性制漿技術前后的制漿工藝及該技術應用前后的漿料纖維形態，分析了柔性制漿技術的特點，此工藝提高了漿料品質，在保證產品松厚度和抗張強度等物理指標穩定的條件下，為生產運行車速從現在的平均80 m/min提高到平均165 m/min以上提供了技術支撐，實現了原料的精細化加工及加工過程的可控可調。

關鍵詞：造紙法再造煙葉；纖維形態；柔性制漿

中圖分類號：TS425：TS41+2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）20-3910-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.20.029

Abstract： In order to solve the paper-process reconstituted tobacco company of pulp is poorer， the rate of fibrous fibrillating is low， too much to cut off the fiber length， poor pulp stability， low pulp yield and big fluctuation of product physical index. This paper combines with the characteristics of raw materials and pulping technology， to improve the original pulping machine grinding， and to improve the original pulping process， put forward a kind of suitable for paper-process reconstituted tobacco production flexible pulping technology. Before and after the contrast analysis of the flexible pulping technology of pulping process， fiber morphology before and after flexible pulping technology application， and analyses the characteristics of flexible pulping technology， and improve the pulp quality. The guarantee product thickness and tensile strength of physical indexes such as stability conditions， and for the production run speed increased from now an average of 80 m/min to more than an average of 165 m/min provides technical support， and implements the fine process of raw material and machining process of controllable is adjustable.

Key words： paper-process reconstituted tobacco； fiber morphology； flexible pulping

目前，國內的再造煙葉生產企業大都采用高濃打漿工藝，其流程相對較短，且原料差異性大，因此所生產的漿料均勻性差[1-3]。為了保證產品質量，宜根據各自的纖維特性及需要達到的指標采取不同的制漿方法，不同制漿方法對再造煙葉產品有不同的影響，如與高濃打漿相比，低濃打漿的漿料中煙草纖維自身的長度保留良好，因而勻度較好，同時其抗張強度提高；但纖維內部細纖維不足、柔軟度略有降低，留著率降低，影響制漿得率，且耗水大，因此，高濃打漿和低濃打漿各有利弊[4-6]。再造煙葉產品一般要求具有較適宜的松厚度，以保證后續涂布液的吸收性，并要求具有較合適的抗張強度，既保證生產運行車速正常運行，又不會對后續再造煙葉切絲造成影響，這就需要避免采用導致纖維過度切斷的打漿方法，而選擇纖維分絲帚化較好、纖維平均長度較長、在一定程度上進行長纖維切斷的柔性打漿技術。

目前國內的再造煙葉生產企業制漿段主要使用煙梗、煙葉碎片混合制漿工藝，其對不同原料配方及物料變化的適應性和靈活性較差，未充分考慮煙梗和煙葉碎片物料特征的不同，存在煙梗制漿強度偏低、煙葉碎片制漿強度偏高的問題，導致制漿質量穩定性差、漿料得率低和產品物理指標波動大。同時由于生產線前期制漿的盤磨機存在一定的缺陷，使得所生產的漿料較差、分絲帚化率低、過度切斷纖維[7]。為實現對原料的精細化加工及加工過程的可控可調，提升漿料品質，以滿足后續工序的要求，試驗在開發了多級高濃和低濃相結合柔性制漿技術及相關設備的基礎上，提出了一種適用于再造煙葉生產的柔性制漿技術，現將有關情況報告如下。

1 材料與方法

1.1 材料

參試材料為某再造煙葉企業用造紙法再造煙葉生產線的漿料、再造煙葉片基及其產品。儀器主要有J-DJY100紙漿打漿度測定儀、ZKW-3抗張強度測定儀、BHZ-1電腦測控厚度測定儀（都為四川省長江造紙儀器廠生產）和FS5纖維分析儀（芬蘭Metso公司）。其他設備有高濃磨漿機、低濃磨漿機、抄造線設備等。endprint

1.2 檢測方法

物理指標檢測參照文獻[8]的方法，打漿度及纖維濕重測定參照文獻[9]的方法。

1.3 工藝流程

1.3.1 使用柔性制漿技術前的生產線制漿工藝流程 煙梗、煙葉碎片先分別進行提取，煙梗經粗解纖維與煙葉碎片混合進行混合提取，混合固形物分別混合高濃制漿以及低濃制漿，具體工藝為：煙梗、煙葉碎片經提取后按照配方要求添加一定比例的木漿，混合均勻調節好濃度后進入三級串聯高濃磨漿機打漿，打漿度為18 °SR±2 °SR，所得高濃漿料稀釋至一定濃度后進入低濃磨漿機循環打漿，打漿度為30 °SR±2 °SR，其工藝流程見圖1。該工藝制得的漿料存在漿料分絲帚化效果較差、漿料內部細纖維不足、打漿過程中切斷和造碎較多、成漿得率偏低、漿料的質量穩定性控制較差等缺點，導致再造煙葉整體生產制造能力較低、質量穩定能力較差、產品得率偏低、產品物理指標波動大等問題。

1.3.2 使用柔性制漿技術后的生產線制漿工藝流程 通過設備選型，采用低濃磨和高濃磨組合形式，選擇纖維分絲帚化較好、纖維長度較長、勻度較好的多級高濃和低濃相結合的柔性制漿工藝技術，對煙梗、木漿、煙葉碎片分別制漿，其中，對煙梗采用四級高濃磨、對木漿采用二級低濃磨、對煙葉碎片采用三級高濃磨后進入調漿池，調漿后混合三類漿，再采用三級低濃磨制漿，其工藝流程見圖2。

2 結果與分析

2.1 柔性制漿技術應用前、后漿料纖維形態對比

使用柔性制漿技術前、后的漿料纖維形態檢測數據分別見表1、表2，表3是對纖維形態檢測結果進行的數據對比。從表3的對比可見，柔性制漿的漿料纖維數均長度與非柔性制漿差異不大，而纖維重均長度的置信區間高于非柔性制漿；纖維長寬比的95%置信區間柔性制漿大于非柔性制漿。

在打漿過程中，纖維長度及形狀發生變化，這些變化會極大地影響漿料的性能及最終成品質量，如纖維的卷曲度和扭結增加導致漿料的濾水性能降低，并增加濕紙幅的伸縮性，從而使產品的撕裂指數增大，降低紙張的抗張強度和勻度。其中非柔性制漿的低濃漿纖維卷曲度平均值高于柔性制漿，這對于片基的抗張強度和勻度造成一定影響，同時非柔性制漿的變異系數較高，漿料的穩定性稍差[10-12]。

纖維之間的結合能力（撕裂指數）在打漿前期取決于打漿度的高低，而當纖維結合較好時，取決于打漿過程中纖維強度和粗度的降低，不過柔性制漿前后纖維粗度結果相差不大（柔性制漿樣本量大，置信區間范圍稍窄）。

采用柔性制漿技術前，即普通高濃三級制漿，其Fines A（漿料中長度短于0.2 mm的片狀顆粒物質占所有顆粒物的投影面積比例）平均值比柔性制漿的高；從Fines B（漿料中長度大于0.2 mm、寬度小于10 μm的細長纖維總長度占長度大于0.2 mm的纖維總長度的比例）可以看出柔性制漿的漿料變異系數較小，且此類纖維占比相對集中（7.53%～8.08%），而非柔性制漿時此類纖維占比相對分散（5.70%～11.53%），說明柔性制漿的纖維形態控制相對穩定，這對于片基質量穩定具有積極意義。

采用柔性制漿技術前、后漿料的Fines（長度<0.2 mm、寬度大于10 μm的纖維數量比例）相差不大；從f2～f6的帚化率及所有纖維的帚化率看，柔性制漿漿料纖維的帚化率明顯高于非柔性制漿，說明柔性制漿更有利于纖維的分絲帚化，這對于提高片基的強度有積極作用。

采用柔性制漿技術應用后纖維重均長度數量百分比例分布情況見圖3，采用柔性制漿技術應用前纖維重均長度數量百分比例分布情況見圖4，從圖3、圖4可以看出，柔性制漿的短纖維（<2 mm）比例相對較少，而長纖維比例（>2 mm）相對較多。

采用柔性制漿技術應用前后的f1～f6纖維寬度比較情況見圖5。從圖5可知，在寬度≥10 μm的纖維中，柔性制漿的較短纖維（<2 mm）纖維寬度相對較大，較長纖維（>2 mm）纖維寬度相對較小，說明分開制漿、多級磨漿的制漿方式對相對短的纖維損壞力度較小[13]。

柔性制漿前漿料中的f1～f6纖維質量百分比例分布情況見圖6，柔性制漿后漿料中的f1～f6纖維質量百分比例分布情況見圖7。從圖6、圖7可見，在寬度≥10 μm的纖維中，柔性制漿前的短纖維質量百分比相對較少，長纖維質量百分比相對較多，說明柔性制漿前的制漿工藝其短纖維相對較少。

柔性制漿后漿料纖維長寬百分比例分布情況見圖8，柔性制漿前漿料纖維長寬百分比例分布情況見圖9。從圖8、圖9可見，柔性制漿后細纖維（0～10 μm）的比例相對較少，而粗纖維（>10 μm）的比例相對較高，這與制漿工藝對纖維的作用力有關，其制漿工藝無論對纖維在縱向還是橫向的切斷力均較??；柔性制漿后短細纖維比例相對較低，而短粗纖維比例稍高；長纖維（長細、長粗）纖維比例稍低，但差異不大。

柔性制漿前后漿料的纖維形態數據分析見表4。從表4可知，柔性制漿前后的差異不大，且纖維數均長度結果受細小纖維根數的影響比較大，不能真實地反映纖維的抄造特性，也不能反映纖維被破壞的真實程度。從纖維重均長度結果的95%置信區間看不出柔性制漿前后的差異（柔性制漿的數據容量大，置信區間的范圍相對較窄），在變異系數相差不大的前提下比較均值，結果柔性制漿后的短纖維比例相對較少，而長纖維比例相對較高。

纖維的粗度指100 m纖維總長度中纖維的質量，以mg表示，或mg/100 m表示。纖維的粗度受3個方面的因素影響，一是纖維細胞壁厚度；二是纖維胞腔大??；三是纖維中各組分密度。從表4可見，不同粗度的纖維比例存在差異，與柔性制漿前相比，柔性制漿后較小粗度的纖維比例稍低，較大粗度的纖維比例稍高，但差異不大，這種粗度分布可能也與柔性制漿對纖維形態的破壞力相對較小有關[14]。

通過對比柔性制漿前后漿料的纖維數據（表3、表4），發現柔性制漿前后纖維數均長度差別不大，但柔性制漿后的纖維重均長度大于柔性制漿前，且柔性制漿后的纖維長寬比大于柔性制漿前。還有柔性制漿后纖維的帚化率明顯高于柔性制漿前，柔性制漿后的漿料變異系數較小，Fines B纖維和卷曲指數占比相對集中，而柔性制漿前此類數據占比相對分散；說明柔性制漿后的纖維形態控制相對穩定，這對于片基質量穩定有積極意義。endprint

檢測結果表明，采用柔性制漿技術后，無論對纖維在縱向還是橫向的切斷力均較小，長纖維的比例相對較高，短纖維的比例相對較低，纖維的分絲帚化效果較好，漿料的穩定性控制優于柔性制漿前，這對于提高片基質量及品質穩定控制具有積極意義。

2.2 柔性制漿技術特點

2.2.1 工藝控制指標穩定性 通過工藝改進，三級混合低濃制漿的進漿流量波動范圍在58.6～60.8 m3/h，進漿壓力波動范圍147～152 kPa，制漿濃度波動范圍3.52%～3.68%，以此建立了柔性制漿技術工藝，其技術條件及特點見表5。

2.2.2 漿料得率 應用柔性制漿技術前、后漿料得率情況見表6。從表6可知，通過煙梗、煙葉碎片高濃分開制漿，可分別根據工藝需求有效調控煙梗、煙葉碎片原料打漿強度，避免因達到梗打漿強度而導致葉打漿強度過高，造成葉組原料造碎率高、顆?；瘒乐?、漿料得率低、抄造成形流失較大等問題。采用柔性制漿后，梗漿得率和葉漿得率均可提升。

2.2.3 柔性制漿技術對成品的影響 對采用柔性制漿技術前后再造煙葉的松厚度和抗張強度及生產車速進行了檢測和對比分析，結果見圖10、圖11、圖12。從圖10、圖11、圖12可以看出，采用柔性制漿技術后產品的松厚度總體上稍有降低，但不顯著；而抗張強度指標增加較顯著。在采用柔性制漿前、后產品松厚度和抗張強度較穩定的條件下，生產運行車速從現在的平均80 m/min提高到平均165 m/min。由此可見，采用多級高濃和低濃相組合的制漿方法，可以在保證產品松厚度和抗張強度等物理指標穩定的條件下，顯著提高運行車速，從而增加生產能力。

3 小結

再造煙葉生產過程中的制漿工藝直接影響漿料的質量，而漿料的質量決定了片基和產品的質量，并對生產車速有著重要的影響。試驗在分析了煙梗、煙葉碎片和外加纖維漿料形態以及多級高濃單獨制漿和低濃制漿特點的基礎上[15]，開發了多級高濃和低濃相結合的柔性制漿技術及相關設備，提出了一種適用于再造煙葉生產的柔性制漿技術，即多級高濃和低濃相組合的制漿方法，該方法采用了高濃和低濃制漿的優點，對煙梗、煙葉碎片、外加纖維分別進行制漿，其中對煙梗進行四級高濃磨漿，對煙葉碎片進行三級高濃磨漿，對外加纖維進行二級低濃磨漿；并進行了優化驗證，實現了對原料的精細化加工及加工過程的可控可調，提升了漿料的品質，為再造煙葉生產企業生產優質的漿料、提升產品穩定性、提高品質提供了技術支撐。這個新技術的研發和改進確保了再造煙葉產品松厚度和抗張強度的要求，顯著提高了運行車速，生產運行車速從現在的平均80 m/min提高到平均165 m/min，也增加了產量，為今后實現190 m/min生產車速打下了堅實的基礎。

參考文獻：

[1] 繆應菊，劉維涓，劉 剛，等.再造煙葉制備工藝的現狀[J].中國造紙，2009，28（2）：55-58.

[2] 方得勝.造紙法生產再造煙葉工藝探討[J].紙和造紙，2001， 20（4）：62-65.

[3] 劉 晶，邱 曄，王 建，等.國內外造紙法再造煙葉纖維形態分析[J].中華紙業，2012，33（16）：10-13.

[4] 趙愛威.高濃打漿對紙張性能的影響[J].太原科技，2000（6）：37-38.

[5] 劉士亮，陳中豪，曹國平，等.中、低濃打漿的使用效果及打漿機理的差異[J].中國造紙學報，2008，23（4）：70-74.

[6] 劉曉峰.造紙法再造煙葉原料及漿料的性能研究[D].廣州：華南理工大學，2014.

[7] 邱 曄.造紙法再造煙葉產品研究與相關檢測技術開發[D].昆明：昆明理工大學，2013.

[8] YC/T 16-2014，再造煙葉[S].

[9] GB/T 3332-2004，漿料打漿度的測定（肖伯爾瑞格勒法）[S].

[10] 曾 健，陳克復，謝劍平，等.打漿對煙梗纖維成紙性能的影響[J].林產化學與工業，2012，32（5）：101-105.

[11] 李姍姍，劉 晶，倪 軍，等.生產中不同制漿工藝對造紙法再造煙葉品質的影響[J].紙和造紙，2015，34（10）：44-47.

[12] 孔凡功，陳嘉川，詹懷宇，等.磨漿過程中P-RC APMP漿料及纖維特性變化的研究[J].中國造紙學報，2004，19（2）：66-72.

[13] 吳 銳，荀樹強，李 軍，等.煙草原料混合及分開制漿對漿料纖維形態的影響[J].紙和造紙，2015，34（9）：52-55.

[14] 雷利榮，黃智文，李友明，等.非木材纖維中濃打漿效果及機理分析[J].中國造紙，2010，29（1）：14-17.

[15] 李友明，劉曉雯，許俊鑫，等.幾種再造煙葉物理指標和纖維質量的對比[J].煙草科技，2014（12）：9-14.endprint