L IP卷煙紙的優化設計及在烤煙型卷煙中的應用

丁麗婷 王 笛 張 瑞 牟定榮

(1.紅塔煙草 (集團)有限責任公司,云南玉溪,653100;2.昆明理工大學化學工程學院,云南昆明,650224)

L IP卷煙紙的優化設計及在烤煙型卷煙中的應用

丁麗婷1,2王 笛1張 瑞1,2牟定榮1

(1.紅塔煙草 (集團)有限責任公司,云南玉溪,653100;2.昆明理工大學化學工程學院,云南昆明,650224)

低引燃傾向 (L IP)卷煙能減少卷煙引發火災的風險,為了將L IP卷煙紙應用到烤煙型卷煙上,對L IP卷煙紙的原紙透氣度、助燃劑含量和阻燃帶擴散率進行優化,并將 L IP卷煙紙初步應用到烤煙型卷煙上;測定了L IP卷煙的引燃性能、自由燃燒熄滅率及 CO、焦油、煙堿含量,并進行感官質量評吸。結果表明,經過優化后,L IP卷煙紙的原紙透氣度為 95 CU,助燃劑含量為 1.0%,阻燃帶擴散率為 0.115 cm/s;制備的L IP卷煙符合AST ME2187-04的要求,能有效減少火災的發生,CO、煙堿、焦油含量變化不大,抽吸品質也沒有明顯差別。

低引燃傾向;卷煙紙;引燃性能;抽吸品質

近年來,由卷煙引起的火災問題越來越受人們的重視。美國消防協會多年的火災統計資料表明,在美國,吸煙是造成火災的最主要原因之一。為了減少火災的發生,美國紐約州早在 1984年就已經頒布了卷煙安全法案,在 2004年實施卷煙防火安全標準后,要求該州出售的卷煙必須用低引燃傾向 (Low Ignition Propensity,L IP)的卷煙紙卷制。該法案很快普及到其他一些州,加拿大和歐洲的一些國家也頒布了類似的法律條文,生產和銷售 L IP卷煙已經成為煙草行業的一個發展趨勢。

理想的L IP卷煙要求卷煙在空氣中自由燃燒時不會熄滅,將 L IP卷煙放置在紡織品或濾紙上會自動熄滅,其外觀和口感能被煙民接受。目前,國際上對L IP卷煙的評價測定方法包括 AST M測試和水平自由燃燒測試,AST M測試是指由美國材料與試驗協會(American Society for Testing and Materials,AST M)制定的 AST ME2187-04[1]標準,即在一組測試中(40支卷煙),放置在 10層濾紙上的卷煙自熄率 (用AST M表示)≥75%;水平自由燃燒熄滅測試 (Free Air Self Extinguish,FASE)是將卷煙水平放置,測試其在空氣中自由燃燒的熄滅率,通常熄滅率 (用FASE表示)≤10%。我國對 L IP卷煙的研究還處于起步階段,相關的報道也較少[2-4]。本實驗通過對L IP卷煙紙的原紙透氣度、助燃劑含量和阻燃帶擴散率 3個設計參數進行優化,將優化后的 L IP卷煙紙應用到烤煙型卷煙上,并進行 AST M和 FASE測試,考察了主流煙氣中的 CO、焦油和煙堿含量,并對其進行感官質量評吸。

1 實 驗

1.1 儀器與材料

卷煙引燃性能測試裝置 (自制);S M450型 20孔道直線型吸煙機 (英國 FI LTRONA公司生產);L IP卷煙紙 (法國摩迪提供);對照卷煙紙 (云南紅塔藍鷹卷煙紙廠提供);Whatman 2#濾紙 (英國Whatman公司生產)。

1.2 實驗方法

1.2.1 L IP卷煙的引燃性能測試

AST M測試：挑選 (9.00±0.02)g的煙樣,采用AST ME2187-04的標準方法,將煙樣在溫度(23±3)℃、相對濕度 (55±5)%的條件下平衡至少48 h,Whatman 2#濾紙在相同條件下平衡至少 8 h,測定前在距卷煙燃燒端標注 5 mm和 15 mm的距離,卷煙點燃后水平放置在卷煙夾持器上,待燃燒到15 mm時將卷煙放在濾紙夾持器上,每次測試放置10層濾紙,每組測試 40支卷煙。

FASE測試：卷煙挑選和平衡方法同上,將點燃的卷煙水平放在卷煙夾持器上引燃,測試在空氣中自由燃燒時的熄滅率。

1.2.2 主流煙氣中 CO、焦油、煙堿的測定[5-7]

按照 YC/T30—1996測定卷煙樣中的 CO;按照YC/T29—1996測定卷煙樣中的焦油;按照YC/T156—2001測定卷煙樣中的煙堿。

2 結果與討論

2.1 L IP卷煙紙設計參數的優化

2.1.1 原紙透氣度

選擇 L IP卷煙紙原紙透氣度時需要考慮：①L IP卷煙自由燃燒熄滅率;②常規煙氣成分 (CO、焦油、煙堿)。適宜的原紙透氣度既要保證 L IP卷煙自由燃燒的熄滅率較低,又不能增加常規煙氣成分含量。正常卷煙的卷煙紙透氣度一般在 30～60 CU。有關研究表明,透氣度在 60 CU以下時,隨著卷煙紙透氣度的提高,卷煙靜燃速率增加,抽吸口數減少,煙氣中的焦油、CO和煙堿明顯減少;當卷煙紙透氣度超過 80 CU時,煙支靜燃速率趨于穩定,從卷煙燃燒錐進入的空氣量減少,燃吸速度減慢,抽吸口數增加,焦油含量下降并趨于平緩[8-10]。由于添加了阻燃劑,為了保證正常的燃燒,L IP卷煙紙原紙的透氣度要高于常規卷煙紙。為了達到降焦減害的目的,選擇的卷煙紙原紙透氣度不能高于 95 CU。本實驗分別采用 60 CU、80 CU、95 CU的卷煙紙作原紙,其他參數和輔料均相同,制成 L IP卷煙,測試添加阻燃劑后 3種 L IP卷煙紙的平均透氣度。利用 1.2的方法對 L IP卷煙燃燒性能和煙氣中 CO、焦油、煙堿含量進行測定,結果如表 1所示。從表 1可以看出,在保證卷煙引燃性能通過率 (AST M)的前提下,隨著卷煙紙原紙透氣度增加,卷煙自由燃燒熄滅率 (FASE)大幅降低,CO、焦油、煙堿的含量也有所減少,因此選擇透氣度為 95 CU的卷煙紙作為原紙。

表1 不同原紙透氣度對 L IP卷煙的影響

2.1.2 助燃劑含量

助燃劑作為一種重要的燃燒調節劑,雖然含量只有卷煙紙質量的 0.5%～2.0%,但其種類和用量將影響卷煙紙的燃燒特性和灰分,從而影響卷煙的吸味[10]。常用的助燃劑是堿金屬鹽,如檸檬酸鉀、檸檬酸鈉等,鉀鹽作為助燃劑加入卷煙紙中,能減少卷煙燃燒時產生的焦油[11],因此本實驗選用鉀鹽作為助燃劑。本實驗在卷煙紙中分別添加 1.0%、1.4%、1.8%的鉀鹽,其他參數都相同,制成 L IP卷煙,然后進行引燃性能和自由燃燒測試,結果如表 2所示。表 2數據顯示,助燃劑對 L IP卷煙 AST M和 FASE的影響不是很明顯,焦油含量也沒有明顯變化。但評吸后各位評委一致認為,添加 1.0%助燃劑的卷煙口感最佳,因此本實驗選擇助燃劑的添加量為 1.0%。

表2 助燃劑含量對 L IP卷煙的影響

2.1.3 阻燃帶擴散率

阻燃帶擴散率是指單位時間內氧氣經過阻燃帶由外向內的擴散距離,即擴散速率,單位 cm/s。阻燃帶擴散率反映了卷煙在引燃時的真實情況,在引燃性能測試中,比透氣度更具有指導性。阻燃帶擴散率的選擇要綜合引燃性能測試和煙氣常規成分,本實驗分別采用擴散率為 0.065、0.095、0.115、0.135 cm/s的阻燃帶,對制成的L IP卷煙進行 FASE和煙氣常規成分測定,結果如表 3所示。由圖 3可知,阻燃帶擴散率為 0.065 cm/s時,L IP卷煙 FASE和煙氣常規成分都較高,隨著阻燃帶擴散率的增加,煙氣中的常規成分先降低而后基本不變;但當阻燃帶擴散率增加到0.115 cm/s時,L IP卷煙 AST M、FASE及煙氣常規成分釋放量趨于最佳效果,因此選擇阻燃帶擴散率為0.115 cm/s。

表3 阻燃帶擴散率對 L IP卷煙的影響

2.2 L IP卷煙紙在烤煙型卷煙的應用

2.2.1 L IP卷煙引燃性能測試結果

將優化后的 L IP卷煙紙 (原紙透氣度為 95 CU,助燃劑含量為 1.0%,阻燃帶擴散率為 0.115 cm/s)應用到烤煙型卷煙上,利用自制的引燃性能測試裝置進行測試,結果如表 4所示。由表 4可知,經過優化后,L IP卷煙的 AST M和 FASE都符合 AST ME2187-04標準測試要求,說明該卷煙在一定程度上可以降低卷煙引發火災的風險。

表4 L IP卷煙引燃性能測試結果

2.2.2 L IP卷煙主流煙氣中 CO、焦油、煙堿的含量

優化后的L IP卷煙煙氣中的 CO、焦油和煙堿含量見表 5。由表 5可知,相比對照卷煙,添加阻燃劑后,L IP卷煙煙氣中的常規煙氣成分基本沒有變化,說明制備的 L IP卷煙具有一定的安全性,不會對人體產生更大危害。

表5 L IP卷煙中 CO、焦油、煙堿含量 mg

2.2.3 L IP卷煙感官質量評吸

評吸按照 GB5606.4—2005[12]進行,樣品的感官質量評吸結果如表 6所示。評委們一致認為,相比于對照卷煙,L IP卷煙清甜韻味略佳,香氣較豐富飽滿,自然流暢,柔和綿長,協調性較好,稍有雜氣,煙氣濕潤醇和,刺激性小,余味較干凈舒適,阻燃帶外香明顯。

表6 L IP卷煙感官質量評吸結果

3 結 論

對低引燃傾向 (L IP)卷煙紙的原紙透氣度、助燃劑含量和阻燃帶擴散率進行了優化。在優化條件下制備的L IP卷煙符合引燃性能和自由燃燒熄滅測試標準,能有效降低卷煙引發火災的風險;與對照卷煙相比,L IP卷煙煙氣中 CO、焦油、煙堿含量變化不大,感官品質也沒有明顯差異,開發的 L IP卷煙紙可應用到烤煙型卷煙上。

[1] AST ME2187-04 Standard Test Method for Measuring the Ignition Performance of Cigarettes[S].2001.

[2] 許日鵬,蘇文強.低引燃傾向卷煙紙的制備技術[J].上海造紙,2008,39(2)：31.

[3] 邢 軍,荊 熠,劉 峰,等.低引燃傾向 (L IP)卷煙紙對卷煙引燃性能的影響[J/OL].http：//www.tobacco.org.cn/Inc.

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[5] YC/T30—1996卷煙煙氣氣相中一氧化碳的測定非散射紅外法[S].1996.

[6] YC/T29—1996卷煙用常規分析用吸煙機測定總粒相物和焦油[S].1996.

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[12] GB5606.4—2005卷煙感官技術要求[S].2005.

(責任編輯：陳麗卿)

Optimization Design and Preliminary Application of Low Ignition Propensity Cigarette Paper

D ING Li-ting1,2WANGDi1,＊ZHANG Rui1,2MOU Ding-rong1
(1.Hongta(Group)Co.,Ltd.,Yuxi,Yunnan Province,653100;2.School of Chemical Engineering,Kunming University Science and Technology,Kunming,Yunnan Province,650224)
( ＊ E-mail：wangdi@hongta.com)

Low ignition propensity(LIP)cigarette can reduce the risk of fire ignited by cigarette.In order to apply LIP paper to flue-cured tobacco cigarette,base paper porosity,content of burning agent and diffusion rate of retardant belt were optimized.Then optimized paper was applied to flue-cured tobacco cigarette.The ignition performance,free air self extinguish and content of CO,tar and nicotine in new LIP cigarette were determined,besides,smoking quality was evaluated.The result showed that：(1)after optimization,base paper porosity was 95 CU,content of burning agent was 1.0%with diffusion rate of retardant belt for 0.115 cm/s;(2)The ignition performance and free air self extinguish test of LIP cigarette met the requirement of AST ME2187-04.Content of CO,tar and nicotine in mainstream smoke of LIP cigarette had no change.There was no significant difference in smoking quality between ordinary and LIP cigarette.

low ignition propensity;cigarette paper;ignition performance;smoking quality

TS761.2

A

0254-508X(2011)01-0015-03

丁麗婷女士,在讀碩士研究生;主要研究方向：煙草輔料。

2010-07-29

云南中煙工業公司科技計劃項目 2010CP01。