造紙法再造煙葉與煙葉部分物理特性指標(biāo)的對比分析

張玉海，席年生，王 巖，常紀(jì)恒，姚光明，劉朝賢，徐大勇，張彩云，鄧國棟

中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2 號 450001

煙葉和再造煙葉是卷煙加工過程中的重要原料，由于造紙法再造煙葉在降焦、減害及突出卷煙風(fēng)格特征等方面存在著不可替代作用，提升造紙法再造煙葉加工質(zhì)量和使用效果已成為行業(yè)研究的熱點。造紙法再造煙葉物理特性是影響其制絲加工性能的重要因素，相關(guān)研究結(jié)果表明:造紙法再造煙葉的拉力、剪切力、摩擦系數(shù)等是影響造紙法再造煙葉切絲性能的主要物理指標(biāo)［1-5］。目前，再造煙葉物理特性的研究主要集中于抗張強(qiáng)度、撕裂度等方面［6-8］，而對于與其切絲性能密切相關(guān)的剪切力、摩擦系數(shù)等物理特性的研究則未見報道。因此，對比分析了煙葉與造紙法再造煙葉拉力、剪切力、摩擦系數(shù)等物理特性，旨在為合理確定造紙法再造煙葉物理特性提供數(shù)據(jù)支持，并為提高造紙法再造煙葉切絲性能提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

造紙法再造煙葉:河南卷煙工業(yè)煙草薄片有限公司、云南中煙昆船瑞升科技有限公司、杭州利群環(huán)保紙業(yè)有限公司、山東瑞博斯煙草有限公司、湖北新業(yè)煙草薄片開發(fā)公司等5家造紙法再造煙葉生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的8個規(guī)格的造紙法再造煙葉樣品。

煙葉:2011年河南、貴州、四川3 個煙葉主產(chǎn)區(qū)的B2F、C3F、X2F，共計9 個樣品。

TA.XTPlus質(zhì)構(gòu)儀（英國Stable Micro System 公司）；FPT-F1 摩擦系數(shù)儀（濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司）；PR-3K 恒溫恒濕箱（日本Espec 公司）；JSM-6010LA 掃描電子顯微鏡（日本JEOL 公司）；UltraPYC 1200e 真密度分析儀（美國Quantachrome 公司）；DHG-9623A 電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海精宏試驗設(shè)備有限公司）。

1.2 方法

（1）樣品含水率的調(diào)節(jié)方法:采用恒溫恒濕法［9］將煙葉和造紙法再造煙葉的含水率調(diào)整到（12±0.5）%。

（2）拉力、剪切力的測定:按照文獻(xiàn)［3，10］中的方法進(jìn)行。

（3）摩擦系數(shù)的測定:按照GB/T 22895—2008《紙和紙板 靜態(tài)和動態(tài)摩擦系數(shù)的測定 平面法》［11］進(jìn)行。

造紙法再造煙葉摩擦系數(shù):由于造紙法再造煙葉纖維走向?qū)悠纺Σ撂匦杂绊戄^大，分別測定造紙法再造煙葉的“縱-縱”、“縱-橫”、“橫-橫”摩擦系數(shù)，并計算三者測定的平均值。

煙葉摩擦系數(shù):由于煙葉正反面摩擦特性差異較大，分別測定煙葉的“正-正”、“正-反”、“反-反”摩擦系數(shù)，并計算三者測定的平均值。

（4）微觀結(jié)構(gòu)測定:將測試樣品裁剪成5 mm小段并固定于掃描電鏡的樣品臺上，經(jīng)離子濺射儀上真空干燥、鉑噴鍍后，于掃描電子顯微鏡上觀察、拍攝取圖。電鏡工作電壓為15 kV，拍攝工作距離約51 mm。

（5）真密度測定:按照YC/T 473—2013［12］的方法進(jìn)行。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利 用 SPSS12.0 軟件中的 Duncan ' s multiple range test 方法，按照顯著水平＜0.01 分別對造紙法再造煙葉縱向拉力、橫向拉力、縱向剪切力、橫向剪切力、靜態(tài)摩擦系數(shù)、動態(tài)摩擦系數(shù)進(jìn)行多組樣本間差異顯著性分析，并對不同樣品間的差異顯著性分析結(jié)果用A、B、C、D、E、F、G等進(jìn)行標(biāo)記。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同造紙法再造煙葉物理特性對比

不同造紙法再造煙葉樣品拉力、剪切力及摩擦系數(shù)的測定結(jié)果及其差異分析結(jié)果見表1。由表1 可知:

（1）同一造紙法再造煙葉樣品的縱向拉力大于其橫向拉力，HN-2 的縱向拉力最大且與其他樣品均達(dá)到差異極顯著水平，HZ-1 的縱向拉力最小且與其他樣品（HB-1、RS-1 除外）均達(dá)到差異極顯著水平；HN-3 的橫向拉力最大且與其他樣品均達(dá)到差異極顯著水平，RS-1 橫向拉力最小且與其他樣品（HB-1、SD-1、HN-1 除外）均達(dá)到差異極顯著水平。

表1 造紙法再造煙葉樣品物理特性測定結(jié)果及其差異性分析結(jié)果①

（2）同一造紙法再造煙葉樣品的縱向剪切力大于其橫向剪切力，HB-1 的縱向剪切力最大且與其他樣品（HN-2、HN-3 除外）均達(dá)到差異極顯著水平，SD-1 的縱向剪切力最小且與其他樣品（HZ-1 除外）均達(dá)到差異極顯著水平；HZ-1 的橫向剪切力最大且與其他樣品（HB-1、HN-2、HN-3除外）均達(dá)到差異極顯著水平，RS-1 的橫向剪切力最小且與其他樣品（SD-1 除外）均達(dá)到差異極顯著水平。

（3）同一造紙法再造煙葉樣品的靜態(tài)摩擦系數(shù)大于其動態(tài)摩擦系數(shù)，HZ-1 的動態(tài)摩擦系數(shù)最大且與其他樣品均達(dá)到差異極顯著水平，SD-1 的動態(tài)摩擦系數(shù)最小且與其他樣品均達(dá)到差異極顯著水平；HZ-1 的靜態(tài)摩擦系數(shù)最大且與其他樣品（HN-2 除外）均達(dá)到差異極顯著水平，RS-1 的靜態(tài)摩擦系數(shù)最小且與其他樣品（HN-3 除外）均達(dá)到差異極顯著水平。

通過以上分析可以看出，國產(chǎn)不同造紙法再造煙葉樣品的拉力、剪切力、摩擦系數(shù)存在明顯差異，同時也有部分再造煙葉樣品的拉力、剪切力、摩擦系數(shù)明顯偏大或明顯偏小。

2.2 煙葉與造紙法再造煙葉物理特性對比

不同產(chǎn)地等級煙葉拉力、剪切力及摩擦系數(shù)測定結(jié)果見表2。由表1 和表2 可知，造紙法再造煙葉拉力明顯大于煙葉的拉力；造紙法再造煙葉縱向剪切力明顯大于煙葉的剪切力，橫向剪切力與上部煙葉樣品的剪切力無明顯差異，但大于中部和下部煙葉樣品的剪切力；造紙法再造煙葉靜態(tài)摩擦系數(shù)小于煙葉的靜態(tài)摩擦系數(shù)，造紙法再造煙葉的動態(tài)摩擦系數(shù)明顯小于煙葉的動態(tài)摩擦系數(shù)。

表2 煙葉樣品的拉力、剪切力及摩擦系數(shù)測定結(jié)果

2.3 造紙法再造煙葉物理特性影響因素分析

2.3.1 造紙法再造煙葉拉力、剪切力影響因素分析（1）造紙法再造煙葉真密度。選擇兩家造紙法再造煙葉生產(chǎn)企業(yè)的HB-1、HB-2 以及HN-1、HN-2、HN-3兩組造紙法再造煙葉并對其真密度進(jìn)行了檢測，結(jié)果見圖1。由圖1可知，在生產(chǎn)工藝基本相同的基礎(chǔ)上，兩組造紙法再造煙葉縱向剪切力與其真密度呈現(xiàn)出較為明顯的正相關(guān)關(guān)系；HB-1和HB-2兩個樣品的縱向拉力與真密度的相關(guān)性不明顯，HN-1、HN-2和HN-3 3個樣品的縱向拉力與其真密度呈現(xiàn)出較為明顯的正相關(guān)關(guān)系。在造紙法再造煙葉配方物質(zhì)使用量相同的基礎(chǔ)上，真密度越大說明其內(nèi)部結(jié)構(gòu)空隙的容積越小，這主要與其工藝加工技術(shù)有關(guān)；在造紙法再造煙葉內(nèi)部空隙的容積相同的基礎(chǔ)上，真密度越大說明其單位體積的質(zhì)量越大，這主要與其纖維素纖維、煙末、煙梗、膠黏劑等物質(zhì)的配方使用量有關(guān)。

圖1 造紙法再造煙葉的縱向剪切力、拉力與真密度

（2）造紙法再造煙葉截面纖維形態(tài)。選擇剪切力、拉力差異顯著的HB-1、HN-2、SD-1 3 個造紙法再造煙葉樣品，對其截面進(jìn)行電鏡掃描，見圖2。由圖2 可知，剪切力、拉力較大的HB-1、HN-2兩個造紙法再造煙葉樣品的截面形態(tài)不平整，粗條纖維較明顯，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較緊密，纖維之間相互纏繞較為明顯；剪切力、拉力較小的SD-1 造紙法再造煙葉的截面形態(tài)較為平整，粗條纖維較少，內(nèi)部含有明顯的多空疏松狀物質(zhì)，纖維之間纏繞不明顯。造紙法再造煙葉截面纖維形態(tài)的差異主要是由纖維素纖維、煙末等配方物質(zhì)使用量以及打漿環(huán)節(jié)、抄造環(huán)節(jié)的工藝處理不同造成的。

2.3.2 造紙法再造煙葉摩擦系數(shù)影響因素分析

圖2 造紙法再造煙葉截面電鏡掃描結(jié)果

圖3 造紙法再造煙葉表面電鏡掃描結(jié)果

選擇動態(tài)摩擦系數(shù)差異顯著的HB-1、HN-2、SD-1 3 個造紙法再造煙葉樣品，對其上表面和下表面進(jìn)行電鏡掃描，見圖3。由圖3 可知，動態(tài)摩擦系數(shù)較大的HB-1 樣品的上表面和下表面微觀結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為顆粒狀物質(zhì)較多，條狀纖維突起較為明顯；動態(tài)摩擦系數(shù)居中的HN-2 樣品上表面和下表面微觀結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為顆粒狀物質(zhì)較細(xì)小，條狀纖維突起較為明顯；動態(tài)摩擦系數(shù)最小的SD-1 樣品上表面和下表面微觀結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為表面較為光滑、顆粒狀物質(zhì)不明顯。造紙法再造煙葉表面形態(tài)差異主要是由煙末、碳酸鈣等配方物質(zhì)使用量以及打漿環(huán)節(jié)工藝處理不同造成的。

3 結(jié)論

（1）造紙法再造煙葉樣品的縱向和橫向拉力均明顯大于煙葉樣品的拉力；造紙法再造煙葉樣品的縱向剪切力明顯大于煙葉樣品的剪切力，橫向剪切力與上部煙葉樣品的剪切力無明顯差異，但大于中部和下部煙葉樣品的剪切力；造紙法再造煙葉樣品的靜態(tài)、動態(tài)摩擦系數(shù)小于煙葉樣品的靜態(tài)、動態(tài)摩擦系數(shù)。

（2）相同造紙法再造煙葉樣品的縱向拉力、剪切力均大于其橫向拉力、剪切力，相同造紙法再造煙葉靜態(tài)摩擦系數(shù)大于其動態(tài)摩擦系數(shù)，不同造紙法再造煙葉樣品的拉力、剪切力和摩擦系數(shù)存在明顯差異。

（3）剪切力、拉力、摩擦系數(shù)等物理特性存在顯著差異的造紙法再造煙葉在其真密度、截面纖維形態(tài)、上下表面形態(tài)等方面存在較為明顯的差異，該差異主要與造紙法再造煙葉的配方以及打漿、抄造環(huán)節(jié)工藝處理相關(guān)。

［1］姚光明，劉朝賢，徐大勇，等.基于造紙法再造煙葉特性的制絲工藝技術(shù)研究［R］.鄭州:鄭州煙草研究院，2014.

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［12］YC/T 473—2013 煙絲表觀密度、真密度和內(nèi)孔容積的測定［S］.