煙草漿不同打漿條件下的微觀形態分析

廖夏林 何北海，2 趙麗紅 王鳳蘭

(1．華南理工大學制漿造紙工程國家重點實驗室，廣東廣州，510640;2．華南理工大學造紙與污染控制國家工程研究中心，廣東廣州，510640;3．湖北中煙技術研發中心黃鶴樓薄片研究所，湖北武漢，430056)

煙草漿不同打漿條件下的微觀形態分析

廖夏林1何北海1，2趙麗紅1王鳳蘭3

(1．華南理工大學制漿造紙工程國家重點實驗室，廣東廣州，510640;2．華南理工大學造紙與污染控制國家工程研究中心，廣東廣州，510640;3．湖北中煙技術研發中心黃鶴樓薄片研究所，湖北武漢，430056)

對不同打漿條件下煙草漿的微觀形態進行了分析和研究，結果表明，煙梗漿微觀組分呈細長帶狀，壁薄腔大，且易分絲帚化;煙末漿微觀組分粗短，壁薄腔大，雜細胞含量高，表面難分絲帚化，易破碎;煙梗漿組分和煙末漿組分的質均長度、平均粗度和卷曲率隨著打漿度的增大而減小，而帚化率、切斷率和細小組分率均隨著打漿度的增大呈上升的趨勢;煙梗漿適宜中度打漿，而煙末漿適宜低度打漿。

煙草漿;微觀分析;打漿條件

從煙田采收煙葉、初加工到制造出包裝好的卷煙全過程，會產生大約占原煙料總量1/3的煙梗、碎煙葉、碎煙末等［1］，在煙葉的收獲過程中也會產生約5%的次級煙葉［2］。煙草纖維包括從煙葉采收到卷煙制造整個過程中產生的煙梗、碎煙葉及煙末等，還包括煙葉采收后存留下的煙稈，這些煙草碎屑無法在制造香煙時直接加入。目前普遍采用的高效合理的方法是利用其生產再造煙葉，即煙草薄片［3］。造紙法煙草薄片是以煙梗、碎煙葉及煙末等廢料制成的煙草漿與一定量的木漿及填料等混合，經造紙機抄造成基片再經浸漬涂布而制得［4］，造紙法再造煙葉生產是一項較為成熟的技術，由于煙草纖維本身并不是優良的造紙纖維，必需要經過適當的打漿來控制基片的各項項物理性能。從煙草纖維構成的化學物質來看，木素含量較低，主要成分是糖類化合物，因此，一般不采用化學法制漿，而直接進行磨漿處理。磨 (打)漿是造紙法抄造煙草基片的一個關鍵的環節，磨 (打)漿的目的是在可控的條件下用物理方法改善纖維的形態和性質，使抄造出來的紙張符合預期的質量要求［5］。本實驗主要研究了不同打漿條件下煙草漿的微觀形態，為控制煙草基片的各項物理性能提供適當的參考依據。

1 實驗

1.1 原料及藥品

煙末和煙梗均由湖北中煙黃鶴樓煙草薄片研究所提供;格拉夫“C”染色劑，實驗室配制。

1.2 儀器設備

MorfiCompact纖維分析儀，法國Techpap公司生產;PFI磨，挪威PTI公司生產;KRK高濃磨漿機，日本生產;Olympus BX51研究級正置顯微鏡，日本奧林巴斯公司生產。

1.3 實驗方法

1.3.1煙草原料的處理條件

煙末和煙梗分別在溫度為 (60±5)℃、液比為1∶6的條件下萃取1 h，固液分離后，固相先用KRK磨漿機初磨，然后用PFI磨打漿到不同的打漿度。

1.3.2 光學顯微鏡下煙末漿和煙梗漿的微觀形態觀察

將打漿度為20°SR的煙末漿和煙梗漿疏解好后，用格拉夫“C”染色劑進行染色，然后制片放在光學顯微鏡下觀察。

1.3.3 微觀形態分析

使用MorfiCompact纖維分析儀對不同打漿度下的煙末漿和煙梗漿進行分析，由于對細小組分的劃分沒有統一的規定，普遍認為通過75 μm孔 (200目)的粒子構成細小組分。

2 結果與討論

2

.1 光學顯微鏡下煙末漿和煙梗漿微觀形態觀察

煙末漿和煙梗漿組分的微觀形態如圖1和圖2所示。從圖1和圖2可以看出，經過輕微打漿后，煙末漿完整的長組分少，雜組分多，存在大量的碎片;煙梗漿則有部分細長纖維，但非纖維組分含量也較高。二者比較而言，經過輕微打漿后，煙梗纖維能保持一定的長度，在抄造煙草基片的過程中對基片的強度性能會有一定的貢獻。

染色后煙末漿和煙梗漿組分的微觀形態如圖3和圖4所示。從圖3和圖4可以看出，煙末漿組分粗短，經過輕微的打漿，其表面就被破壞，但并不像木材纖維那樣分絲帚化，而是在表面形成碎片，形成的微細碎片呈無規則透明狀，因此煙末漿不宜進行過度打漿，否則會產生大量的煙末碎片，從而嚴重影響煙草基片的強度性能。

圖5是煙梗漿纖維組分染色后的纖維微觀形態。由圖5可見，煙梗漿纖維呈細長帶狀，纖維較長，壁薄，具有典型的草類原料纖維特征。經過輕微的打漿后，纖維表面產生少量的分絲。染色后煙梗漿碎末微觀形態如圖6所示。從圖6可以看出，打漿后的煙梗漿纖維表面產生了一定的分絲帚化，由此可知，輕度打漿可對煙梗纖維產生適當的切斷和分絲帚化效果，這將有利于提高基片的強度性能。

2.2 煙梗漿微觀形態分析

纖維長度和寬度是評價紙漿質量的重要指標之一，其實煙梗漿中的纖維比率很少，這里只是借用這一術語對其微觀組分進行描述，不同打漿條件下煙梗漿組分分析結果如表1所示。由表1可知，隨著打漿度的提高，煙梗漿組分的質均長度均下降，打漿度由16°SR上升到 50°SR，組分的質均長度下降了12．9%，但是組分的平均寬度基本不變。

表1 煙梗漿不同打漿度下微觀形態分析結果

圖7所示為打漿過程中煙梗漿組分質均長度的變化情況。從圖7可以看出，煙梗漿組分長度主要分布在0．20～0．75 mm之間，占組分總數量的60%以上，并且隨著打漿度的提高，分布在此區間的比例持續增大，而長度大于1．25 mm的比例大幅下降，由16°SR時的12．8%下降到50°SR 時的6．6%，下降了48．4%，這與表1中組分切斷率的變化規律相一致 (由63．1%上升到71．8%)。

圖8所示為打漿過程中煙梗漿組分寬度的變化。從圖8可以看出，煙梗漿組分的寬度主要分布在27～67 μm之間，約占組分總數量的60%以上，煙梗組分寬度隨打漿度的提高變化不大。因此，從上述分析可知，打漿程度的增大，主要對煙梗漿組分產生切斷作用，使得組分長度減小，而組分的寬度基本不變。

纖維粗度是評價紙漿質量、預測紙漿在紙機上的適應性以及成紙印刷適應性的很好指標。粗度大，紙張的松厚度增加，而裂斷長、耐破度、撕裂度及耐折度則下降［6］。所謂纖維卷曲，是指纖維平直方向的彎曲。在一定程度上，纖維卷曲指數增加，成紙的抗張強度、耐破度、環壓強度下降，而紙的透氣度、松厚度、過濾速度和光散射系數等增加［7］。這里仍采用粗度這一概念來描述煙梗漿的組分形態，從表1可以看出隨著打漿度的提高，煙梗組分的粗度和卷曲率均有下降的趨勢，且組分粗度下降嚴重，打漿度由16°SR提高到50°SR，組分粗度下降了66．3%，而卷曲率下降幅度不是很大。

綜上所述，由于煙草基片需要保證適當的松厚度和透氣度，以保證基片在涂布過程中對涂布液的吸收性能，因此不宜對煙梗漿進行過度打漿，否則，煙梗組分粗度和卷曲率的大幅降低會影響抄造過程中煙草基片的松厚度和透氣度，進而影響煙草薄片的品質。

煙梗漿在打漿過程中，纖維吸水潤脹產生細纖維化，并發生分裂帚化、表面分絲起毛，而且由于受到剪切力和纖維之間相互摩擦作用造成纖維橫向斷裂，從而使纖維被切斷。纖維的分絲帚化有利于纖維之間的結合，提高紙張的強度、緊度和勻度等性能，但纖維的過度切斷會降低紙張的強度，特別是撕裂度［7］。從表1可以看出，煙梗漿組分的帚化率和切斷率都隨著打漿度的上升而增大，但是相對而言，打漿度由16°SR 提 高 到 50°SR， 切 斷 率 的 增 幅(8．4%)要大于帚化率的增幅 (1．4%)。因此可知，煙梗漿不宜進行過度打漿，否則組分的過度切斷反而不利于煙草基片的強度。

煙梗漿在打漿過程中，部分纖維由于切斷和分絲帚化作用而轉變為細小纖維。而細小纖維的含量在造紙過程中的作用很大，不但會影響紙機的運行過程，比如留著、濾水、白水回收系統、助劑功效、干燥速率等，還會影響紙張的多種性能，如紙張結構、物理強度性能、光學性能、印刷性能等［8］。從表1可以看出，煙梗漿的細小組分含量較高，即使在打漿度為

16°SR時，細小組分率也達到了57．8%，隨著打漿度的提高，細小組分率也顯著增大，當打漿度達到50°SR時，細小組分率更是達到了69．4%。圖9所示為打漿過程煙梗漿細小組分長度變化情況。從圖9可以看出，細小組分的長度主要分布在19～38 μm之間，占細小纖維總數量的70%以上。因此，煙梗漿只能進行適度的打漿，否則細小組分含量過高，勢必會影響紙機的運行和煙草薄片的品質。

2.3 煙末漿微觀形態分析

表2是煙末漿在不同打漿度下微觀形態分析結果。從表2可以看出，煙末漿組分的質均長度、平均粗度和卷曲率隨著打漿度的提高而減小，而平均寬度、帚化率、切斷率和細小組分率均隨著打漿度的提高呈上升的趨勢。同時可以看出，煙末漿組分很短，且細小組分含量特別高，即使在打漿度為32°SR時，其細小組分率就已經達到了77．2%，因此煙末漿只能采用低打漿度。比較表1和表2可以看出，在相同打漿度50°SR時，煙梗漿組分的長度、卷曲率、帚化率和切斷率均大于煙末漿組分，而組分寬度、粗度和細小組分率要小于煙末漿組分。結合前面的分析可知，在相同打漿條件下，由于煙末漿組分更短，卷曲率和帚化率更低，細小組分含量更高，相比煙梗漿而言，煙末漿在煙草薄片的抄造過程中，更可能對紙機的運行和煙草基片的強度性能造成不良影響。圖10所示為打漿過程中煙末漿組分質均長度變化情況。從圖10可以看出，煙末漿組分長度主要分布在0．20～0．50 mm之間，且隨著打漿度的上升，分布在此區間的組分逐步增多，而組分長度在1．25 mm以上的組分所占比例非常小，且隨著打漿度的提高，分布在1．25 mm以上的組分持續減少。

表2 煙末漿不同打漿度下微觀形態分析結果

圖11所示為打漿過程中煙末漿組分寬度變化情況。從圖11可以看出，煙末漿組分寬度分布的區間和煙梗漿組分寬度分布區間基本一致，主要分布在27～67 μm之間，且隨著打漿度的增大，煙末漿組分寬度的分布變化并不大。

圖12所示為打漿過程中煙末漿細小組分變化情況。從圖12可以看出，煙末漿細小組分長度主要分布在19～38 μm之間，其分布隨打漿度的提高變化并不是很明顯，圖9中同樣可以看出煙梗漿細小組分的分布隨打漿度的提高變化也不是很明顯，從而可以得知，打漿對細小組分分布的影響不大。綜上所述，煙末漿細小組分含量特別高，且煙末漿組分難分絲帚化，只能使用低度打漿。

3 結論

采用煙末和煙梗在不同打漿條件下進行打漿處理，實驗觀察分析了不同打漿度煙草漿的微觀形態。

3.1 煙梗漿纖維含量較少，非纖維組分較多。其微觀組分呈細長帶狀，壁薄，胞腔徑大，具有典型的草類原料纖維特征，纖維表面易分絲帚化;煙末漿基本為非纖維細胞組分，微觀形態粗短，微觀組分壁薄，胞腔徑大，且雜組分含量高，經過輕微的打漿易形成碎片。

3.2 煙梗漿組分和煙末漿組分的質均長度、平均粗度和卷曲率隨著打漿度的提高而減小，而帚化率、切斷率和細小纖維率均隨著打漿度的提高呈上升的趨勢，組分寬度隨打漿度的提高變化不大。

3.3 煙梗漿組分和煙末漿組分長度主要分布在0．20～0．75 mm之間，寬度主要分布在27～67 μm之間，細小組分的長度主要分布在19～38 μm之間。

3.4 煙梗漿適宜采取中度打漿，以保證煙草基片的強度性能;煙末漿由于幾乎沒有纖維組分，較難分絲帚化，且煙末漿細小組分含量特別高，只適宜低度打漿。

［1］ 方得勝．造紙法生產煙草薄片工藝探討［J］．紙和造紙，2001(4):62．

［2］ 孫中培，劉 清，李世昌，等．煙桿纖維代替木漿纖維制煙草薄片技術探討［J］．煙草科技，1994(6):2．

［3］ 李桂珍，龔安達，劉潤昌，等．非木材纖維在卷煙用紙工業中的應用［J］．中國造紙，2011，30(5):71．

［4］ 胡惠仁，溫洋兵，石淑蘭，等．殼聚糖和瓜爾膠在造紙法煙草薄片中應用效果比較［J］．中國造紙，2010，29(7):32．

［5］ 盧謙和．造紙原理與工程［M］．北京:中國輕工業出版社，2007．

［6］ 楊淑蕙．植物纖維化學［M］．北京:中國輕工業出版社，2008．

［7］ 劉 凱，何北海，黎小敏，等．利用新型纖維形態分析儀分析杉木CTMP漿纖維形態［J］．中國造紙，2009，28(12):15．

［8］ 李海明，何北海．紙漿細小纖維研究方法［J］．造紙科學與技術，2006，25(3):24．

Morphological Analysis of Tobacco Fibers under Different Beating Conditions

LIAO Xia-lin1，*HE Bei-hai1，2ZHAO Li-hong1WANG Feng-lan3
(1．State Key Lab of Pulp and Paper Engineering，South China University of Technology，Guangzhou，Guangdong Province，510640;2．National Engineering Research Center of Papermaking and Pollution Control，South China University of Technology，Guangzhou，Guangdong Province，510640;3．Tobacco Sheet Research Institute，R＆D Centre of Hubei Tobacco Company，Wuhan，Hubei Province，430056)

The morphology of tobacco fibers under different beating conditions were investigated．The results showed that tobacco stem fibers are long and look like a narrow strip，thin wall and large lumen，and easy to be fibrillated;tobacco debris fiber cells are stubby，thin wall，large lumen，easy to be broken and difficult to be fibrillated．Tobacco debris contain large amount of parenchyma cells．The number-average length，weight-average length，coarsness and curl rate of tobacco fibers decrease with the increase of beating degree，while the fibrillation rate，cut rate and fine content increase with the increase of beating degree;moderate beating is enough for tobacco stem pulp and tobacco debris pulp．

tobacco pulp;fibers form;beating conditions

TS752

A

0254-508X(2012)04-0034-05

廖夏林先生，在讀碩士研究生;主要研究方向:造紙濕部化學。

(*E-mail:liaoxialin87@163．com)

2011-12-19(修改稿)

(責任編輯:馬 忻)