造纸法再造烟叶与烟叶部分物理特性指标的对比分析

2015-02-08张玉海席年生常纪恒姚光明刘朝贤徐大勇张彩云邓国栋

烟草科技 2015年8期

张玉海，席年生，王岩，常纪恒，姚光明，刘朝贤，徐大勇，张彩云，邓国栋

中国烟草总公司郑州烟草研究院，郑州高新技术产业开发区枫杨街2 号 450001

烟叶和再造烟叶是卷烟加工过程中的重要原料，由于造纸法再造烟叶在降焦、减害及突出卷烟风格特征等方面存在着不可替代作用，提升造纸法再造烟叶加工质量和使用效果已成为行业研究的热点。造纸法再造烟叶物理特性是影响其制丝加工性能的重要因素，相关研究结果表明:造纸法再造烟叶的拉力、剪切力、摩擦系数等是影响造纸法再造烟叶切丝性能的主要物理指标［1-5］。目前，再造烟叶物理特性的研究主要集中于抗张强度、撕裂度等方面［6-8］，而对于与其切丝性能密切相关的剪切力、摩擦系数等物理特性的研究则未见报道。因此，对比分析了烟叶与造纸法再造烟叶拉力、剪切力、摩擦系数等物理特性，旨在为合理确定造纸法再造烟叶物理特性提供数据支持，并为提高造纸法再造烟叶切丝性能提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

造纸法再造烟叶:河南卷烟工业烟草薄片有限公司、云南中烟昆船瑞升科技有限公司、杭州利群环保纸业有限公司、山东瑞博斯烟草有限公司、湖北新业烟草薄片开发公司等5家造纸法再造烟叶生产企业生产的8个规格的造纸法再造烟叶样品。

烟叶:2011年河南、贵州、四川3 个烟叶主产区的B2F、C3F、X2F，共计9 个样品。

TA.XTPlus质构仪（英国Stable Micro System 公司）；FPT-F1 摩擦系数仪（济南兰光机电技术有限公司）；PR-3K 恒温恒湿箱（日本Espec 公司）；JSM-6010LA 扫描电子显微镜（日本JEOL 公司）；UltraPYC 1200e 真密度分析仪（美国Quantachrome 公司）；DHG-9623A 电热恒温鼓风干燥箱（上海精宏试验设备有限公司）。

1.2 方法

（1）样品含水率的调节方法:采用恒温恒湿法［9］将烟叶和造纸法再造烟叶的含水率调整到（12±0.5）%。

（2）拉力、剪切力的测定:按照文献［3，10］中的方法进行。

（3）摩擦系数的测定:按照GB/T 22895—2008《纸和纸板静态和动态摩擦系数的测定平面法》［11］进行。

造纸法再造烟叶摩擦系数:由于造纸法再造烟叶纤维走向对样品摩擦特性影响较大，分别测定造纸法再造烟叶的“纵-纵”、“纵-横”、“横-横”摩擦系数，并计算三者测定的平均值。

烟叶摩擦系数:由于烟叶正反面摩擦特性差异较大，分别测定烟叶的“正-正”、“正-反”、“反-反”摩擦系数，并计算三者测定的平均值。

（4）微观结构测定:将测试样品裁剪成5 mm小段并固定于扫描电镜的样品台上，经离子溅射仪上真空干燥、铂喷镀后，于扫描电子显微镜上观察、拍摄取图。电镜工作电压为15 kV，拍摄工作距离约51 mm。

（5）真密度测定:按照YC/T 473—2013［12］的方法进行。

1.3 数据处理

利用 SPSS12.0 软件中的 Duncan ' s multiple range test 方法，按照显著水平＜0.01 分别对造纸法再造烟叶纵向拉力、横向拉力、纵向剪切力、横向剪切力、静态摩擦系数、动态摩擦系数进行多组样本间差异显著性分析，并对不同样品间的差异显著性分析结果用A、B、C、D、E、F、G等进行标记。

2 结果与分析

2.1 不同造纸法再造烟叶物理特性对比

不同造纸法再造烟叶样品拉力、剪切力及摩擦系数的测定结果及其差异分析结果见表1。由表1 可知:

（1）同一造纸法再造烟叶样品的纵向拉力大于其横向拉力，HN-2 的纵向拉力最大且与其他样品均达到差异极显著水平，HZ-1 的纵向拉力最小且与其他样品（HB-1、RS-1 除外）均达到差异极显著水平；HN-3 的横向拉力最大且与其他样品均达到差异极显著水平，RS-1 横向拉力最小且与其他样品（HB-1、SD-1、HN-1 除外）均达到差异极显著水平。

表1 造纸法再造烟叶样品物理特性测定结果及其差异性分析结果①

（2）同一造纸法再造烟叶样品的纵向剪切力大于其横向剪切力，HB-1 的纵向剪切力最大且与其他样品（HN-2、HN-3 除外）均达到差异极显著水平，SD-1 的纵向剪切力最小且与其他样品（HZ-1 除外）均达到差异极显著水平；HZ-1 的横向剪切力最大且与其他样品（HB-1、HN-2、HN-3除外）均达到差异极显著水平，RS-1 的横向剪切力最小且与其他样品（SD-1 除外）均达到差异极显著水平。

（3）同一造纸法再造烟叶样品的静态摩擦系数大于其动态摩擦系数，HZ-1 的动态摩擦系数最大且与其他样品均达到差异极显著水平，SD-1 的动态摩擦系数最小且与其他样品均达到差异极显著水平；HZ-1 的静态摩擦系数最大且与其他样品（HN-2 除外）均达到差异极显著水平，RS-1 的静态摩擦系数最小且与其他样品（HN-3 除外）均达到差异极显著水平。

通过以上分析可以看出，国产不同造纸法再造烟叶样品的拉力、剪切力、摩擦系数存在明显差异，同时也有部分再造烟叶样品的拉力、剪切力、摩擦系数明显偏大或明显偏小。

2.2 烟叶与造纸法再造烟叶物理特性对比

不同产地等级烟叶拉力、剪切力及摩擦系数测定结果见表2。由表1 和表2 可知，造纸法再造烟叶拉力明显大于烟叶的拉力；造纸法再造烟叶纵向剪切力明显大于烟叶的剪切力，横向剪切力与上部烟叶样品的剪切力无明显差异，但大于中部和下部烟叶样品的剪切力；造纸法再造烟叶静态摩擦系数小于烟叶的静态摩擦系数，造纸法再造烟叶的动态摩擦系数明显小于烟叶的动态摩擦系数。

表2 烟叶样品的拉力、剪切力及摩擦系数测定结果

2.3 造纸法再造烟叶物理特性影响因素分析

2.3.1 造纸法再造烟叶拉力、剪切力影响因素分析（1）造纸法再造烟叶真密度。选择两家造纸法再造烟叶生产企业的HB-1、HB-2 以及HN-1、HN-2、HN-3两组造纸法再造烟叶并对其真密度进行了检测，结果见图1。由图1可知，在生产工艺基本相同的基础上，两组造纸法再造烟叶纵向剪切力与其真密度呈现出较为明显的正相关关系；HB-1和HB-2两个样品的纵向拉力与真密度的相关性不明显，HN-1、HN-2和HN-3 3个样品的纵向拉力与其真密度呈现出较为明显的正相关关系。在造纸法再造烟叶配方物质使用量相同的基础上，真密度越大说明其内部结构空隙的容积越小，这主要与其工艺加工技术有关；在造纸法再造烟叶内部空隙的容积相同的基础上，真密度越大说明其单位体积的质量越大，这主要与其纤维素纤维、烟末、烟梗、胶黏剂等物质的配方使用量有关。

图1 造纸法再造烟叶的纵向剪切力、拉力与真密度

（2）造纸法再造烟叶截面纤维形态。选择剪切力、拉力差异显著的HB-1、HN-2、SD-1 3 个造纸法再造烟叶样品，对其截面进行电镜扫描，见图2。由图2 可知，剪切力、拉力较大的HB-1、HN-2两个造纸法再造烟叶样品的截面形态不平整，粗条纤维较明显，内部结构较紧密，纤维之间相互缠绕较为明显；剪切力、拉力较小的SD-1 造纸法再造烟叶的截面形态较为平整，粗条纤维较少，内部含有明显的多空疏松状物质，纤维之间缠绕不明显。造纸法再造烟叶截面纤维形态的差异主要是由纤维素纤维、烟末等配方物质使用量以及打浆环节、抄造环节的工艺处理不同造成的。

2.3.2 造纸法再造烟叶摩擦系数影响因素分析

图2 造纸法再造烟叶截面电镜扫描结果

图3 造纸法再造烟叶表面电镜扫描结果

选择动态摩擦系数差异显著的HB-1、HN-2、SD-1 3 个造纸法再造烟叶样品，对其上表面和下表面进行电镜扫描，见图3。由图3 可知，动态摩擦系数较大的HB-1 样品的上表面和下表面微观结构主要表现为颗粒状物质较多，条状纤维突起较为明显；动态摩擦系数居中的HN-2 样品上表面和下表面微观结构主要表现为颗粒状物质较细小，条状纤维突起较为明显；动态摩擦系数最小的SD-1 样品上表面和下表面微观结构主要表现为表面较为光滑、颗粒状物质不明显。造纸法再造烟叶表面形态差异主要是由烟末、碳酸钙等配方物质使用量以及打浆环节工艺处理不同造成的。