低引燃傾向卷煙紙的研究與應(yīng)用

鄭 晗 張 瑩 王 浩 余振華 程 量 謝 姣 余婷婷 李利偉 丁海燕 余 耀 詹建波

(云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，云南昆明，650231)

·低引燃傾向卷煙紙·

低引燃傾向卷煙紙的研究與應(yīng)用

鄭 晗 張 瑩 王 浩 余振華 程 量 謝 姣 余婷婷 李利偉 丁海燕 余 耀 詹建波*

(云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，云南昆明，650231)

隨著人們安全意識(shí)的不斷提高，卷煙的防火安全問題日益引起人們的重視。低引燃傾向(LIP)卷煙紙的開發(fā)對(duì)減少由于吸煙不慎引起的火災(zāi)有著重要的意義，因此LIP卷煙紙有著廣闊的發(fā)展前景。本文從LIP卷煙紙的開發(fā)背景出發(fā)，總結(jié)了LIP卷煙紙的結(jié)構(gòu)與測(cè)試方法，梳理了現(xiàn)有阻燃卷煙紙的阻燃方式及其影響因素，總結(jié)了LIP卷煙紙的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，并展望了LIP卷煙紙的未來發(fā)展趨勢(shì)。

低引燃傾向卷煙紙；阻燃；制備工藝；透氣度；化學(xué)添加劑

世界各國(guó)對(duì)煙草產(chǎn)品危害的關(guān)注度日益提高，目前關(guān)注的熱點(diǎn)已不僅僅是卷煙產(chǎn)品對(duì)人體所產(chǎn)生的直接危害，而且還越來越關(guān)注對(duì)人類生活的間接影響，如亂扔煙蒂所引發(fā)的火災(zāi)，已經(jīng)引起了越來越多國(guó)家的重視，部分國(guó)家還采取立法措施解決這個(gè)問題[1]。

美國(guó)紐約州在2003年12月31日率先通過法律，要求該州出售的卷煙必須用低引燃傾向(Low Ignition Propensity， LIP)卷煙紙卷制，從2004年6月28日起，所有在市場(chǎng)上銷售的卷煙，其煙支自動(dòng)燃燒長(zhǎng)度比例不能超過煙支長(zhǎng)度的 25%，成為世界上第一個(gè)強(qiáng)制施行該項(xiàng)法律的地區(qū)。稍后，加利福尼亞州等也相繼公布了相同的卷煙低引燃性標(biāo)準(zhǔn)。目前美國(guó)已有約30%～40%的州政府通過了相關(guān)法律，預(yù)計(jì)其他州在未來幾年內(nèi)將全部完成LIP卷煙相關(guān)的立法工作。

2005年10月，加拿大強(qiáng)制執(zhí)行新的卷煙燃燒標(biāo)準(zhǔn)，成為世界上首個(gè)要求煙草公司必須出售LIP卷煙的國(guó)家。從2006年起，更多的國(guó)家和地區(qū)開始追隨這個(gè)趨勢(shì)，紛紛要求銷售LIP卷煙。如澳大利亞已通過相關(guān)LIP卷煙法律，要求從2010年3月開始實(shí)施，過渡期半年；英國(guó)政府也在考慮推行LIP卷煙，并且一直推動(dòng)在整個(gè)歐盟內(nèi)實(shí)施LIP卷煙的新標(biāo)準(zhǔn)。歐盟衛(wèi)生與安全指導(dǎo)委員會(huì)已經(jīng)計(jì)劃就制訂LIP卷煙標(biāo)準(zhǔn)展開討論。澳大利亞、新西蘭、南非等國(guó)也正在醞釀盡快完成對(duì)LIP卷煙的立法，以期減少由于吸煙不慎引起的火災(zāi)。

2008年11月20日，世界衛(wèi)生組織召開的會(huì)議上共討論了4個(gè)議題，其中一個(gè)議題就是“安全防火”卷煙：如何降低燃燒傾向。世界衛(wèi)生組織煙草制品管制研究小組建議各會(huì)員國(guó)采用諸如美國(guó)試驗(yàn)與材料學(xué)會(huì)所制定的標(biāo)準(zhǔn)，開展降低卷煙燃燒傾向的研究，以便減少由于吸煙不慎引起的火災(zāi)。

LIP卷煙紙即在不改變卷煙設(shè)計(jì)及卷煙工藝的前提下，采用在卷煙紙上添加阻燃帶的方法，控制卷煙的自動(dòng)燃燒傾向，進(jìn)而降低因吸煙不小心引發(fā)火災(zāi)的可能性。采用LIP卷煙紙生產(chǎn)的卷煙也常被稱作以下名稱：低引燃傾向卷煙(Low Ignition Propensity Cigarettes)，防火安全卷煙(Fire Safe Cigarettes， FSC)，減少火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)卷煙(Reduced Fire Risk Cigarettes)，減少引燃傾向卷煙(Reduced Ignition Propensity Cigarettes)，自熄滅卷煙(Self-extinguishing Cigarettes)等。

1 LIP卷煙紙的結(jié)構(gòu)與測(cè)試方法

加阻燃帶卷煙紙應(yīng)用于LIP卷煙的基本原理為卷煙紙阻燃帶區(qū)域擴(kuò)散率(或透氣度)極低，以阻止氧氣向煙絲區(qū)域擴(kuò)散，使卷煙因缺少氧氣而熄滅，一般設(shè)計(jì)阻燃帶區(qū)域?qū)挾葹?～8 mm，間隔區(qū)域?qū)挾葹?8～21 mm。阻燃帶區(qū)域一般施加成膜性較好的物質(zhì)來使擴(kuò)散率達(dá)到預(yù)定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)范圍。常用的LIP卷煙紙結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示[2-3]。

圖1 LIP卷煙示意圖

全長(zhǎng)燃燒百分比法是LIP卷煙測(cè)試比較通用的方法。該測(cè)試將點(diǎn)著的卷煙放在數(shù)層(如3層、10 層或15層)具有吸熱作用的實(shí)驗(yàn)用濾紙上。實(shí)驗(yàn)表明，一旦卷煙燃燒灰燼冷卻到一定程度就會(huì)自動(dòng)熄滅，使用越多層數(shù)的濾紙，卷煙越快熄滅。普通卷煙可以燃燒到卷煙標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的 90%以上，而測(cè)試時(shí)要求LIP卷煙燃燒到整個(gè)煙支長(zhǎng)度的25%時(shí)就自動(dòng)熄滅，出于概率統(tǒng)計(jì)考慮，該程序需重復(fù)40次驗(yàn)證，才能確保其可靠性。該方法又被稱為“全長(zhǎng)燃燒百分比法”[4]。

2 LIP卷煙紙的阻燃原理及阻燃效果

LIP卷煙紙按照阻燃方式可以分為兩種：改變透氣度和改變紙漿中的化學(xué)添加劑。常用的方法是通過在紙張表面涂布阻燃材料形成阻燃帶，降低卷煙紙透氣度實(shí)現(xiàn)燃燒速率的減緩。透氣度表征了氧氣從卷煙紙外側(cè)到內(nèi)側(cè)的擴(kuò)散，因此它是引燃傾向的一個(gè)決定性因素。一些文獻(xiàn)中也報(bào)道了用調(diào)整微粒尺寸的方法，來達(dá)到特定紙透氣度的設(shè)計(jì)[5- 6]。

卷煙全長(zhǎng)燃燒比例的主要影響因素為阻燃帶的擴(kuò)散率和助燃劑含量；而卷煙主流煙氣釋放物的主要影響因素為助燃劑含量，同時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，卷煙紙的透氣度也是重要的影響因素。因此在進(jìn)行LIP卷煙設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮各個(gè)因素的作用，合理進(jìn)行搭配，以使卷煙同時(shí)滿足LIP及合適的主流煙氣釋放物的要求[7]。降低引燃傾向的眾多設(shè)計(jì)中，也包括改變紙漿中的化學(xué)添加劑來加快或減慢燃燒速率，從而改變紙的燃燒性能。降低卷煙引燃傾向的早期設(shè)計(jì)主要集中在卷煙紙上加入不同量的檸檬酸鉀，即通過調(diào)整CaCO3的含量和提高麻漿的純度降低紙張的燃燒性能。檸檬酸鉀在較低的溫度下可以引起纖維素降解，增加紙張燃燒的寬度，從而使更多的氧氣到達(dá)錐體以保持陰燃[8]。

表面涂布的阻燃帶技術(shù)通過選擇合適的帶間距、帶寬及阻燃劑用量可實(shí)現(xiàn)理想的阻燃效果[9-10]。阻燃帶一般可達(dá)到如下的效果：①逐漸燃燒遇到阻燃帶時(shí)，繼續(xù)抽吸，香煙保持燃燒狀態(tài)；②逐漸燃燒到阻燃帶時(shí)，如果不抽吸，香煙會(huì)自動(dòng)熄火，呈現(xiàn)“降低著火傾向”效果。

3 LIP卷煙紙對(duì)卷煙性能的影響

邢軍等人[12]研究了LIP卷煙紙對(duì)卷煙引燃性能的影響，在其他條件相同的情況下，卷煙紙的助燃劑含量及阻燃帶寬度、間距均對(duì)卷煙的陰燃性能有影響。助燃劑含量高，則卷煙燃燒相對(duì)充分，全長(zhǎng)燃燒比例就高，陰燃性能就強(qiáng)。且在助燃劑含量高的情況下，卷煙紙阻燃帶寬度、間距對(duì)卷煙陰燃性能的影響較大；而在助燃劑含量較低的情況下，卷煙紙阻燃帶寬度、間距的影響不明顯。對(duì)于普通卷煙，助燃劑含量對(duì)陰燃性能無(wú)明顯影響[13-14]。同時(shí)，卷煙的全長(zhǎng)燃燒比例較高，陰燃性能較強(qiáng)，則相應(yīng)的卷煙陰燃至阻燃帶處所得燃燒錐表面固相的平均溫度也較高。LIP卷煙燃燒錐表面固相的平均溫度要明顯低于相應(yīng)的普通卷煙。

丁麗婷等人[15]研究了LIP卷煙紙熱失重和熱裂解產(chǎn)物，研究表明卷煙紙中的阻燃劑會(huì)吸收部分熱量，LIP卷煙紙起始裂解溫度向低溫方向偏移；而LIP卷煙紙的裂解產(chǎn)物和對(duì)照卷煙紙相比，物質(zhì)和含量不同，但產(chǎn)物種類相同，主要是酮類、酯類、醛類、酸類物質(zhì)，在LIP卷煙紙中還檢測(cè)到21種致香成分，明顯多于對(duì)照卷煙紙的7種，且致香成分的含量隨裂解溫度的升高而降低。該研究還表明LIP卷煙煙氣中CO、焦油、煙堿含量變化略高于對(duì)照卷煙，感官品質(zhì)并沒有明顯差異，開發(fā)的LIP卷煙紙可應(yīng)用到烤煙型卷煙上。龐永強(qiáng)和荊熠等人[16-17]通過對(duì)主流煙氣中CO的變化分析發(fā)現(xiàn)：卷煙的全長(zhǎng)燃燒比例較高，則相應(yīng)的卷煙主流煙氣中CO 釋放量較低。LIP卷煙的CO 釋放量明顯高于相應(yīng)的普通卷煙。如何在保證LIP卷煙防火性能的前提下降低其主流煙氣中CO 的釋放量是需要進(jìn)一步研究的問題。

徐瑋杰等人[18]對(duì)LIP卷煙的感官品質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并指出同一牌號(hào)烤煙型LIP卷煙與其正常卷煙相比較感官差異明顯，主要變化為刺激增大，余味欠舒適，諧調(diào)略降，雜氣明顯，香氣量減少，煙氣濃度降低，風(fēng)格有差異，同時(shí)LIP卷煙評(píng)吸得分均低于正常牌號(hào)卷煙。申玉軍等人[19]研究了LIP卷煙紙對(duì)卷煙感官特性的影響，通過研究表明LIP卷煙紙對(duì)卷煙樣品感官特性的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)均有影響，各指標(biāo)均向差的方向變化，且木漿抄造的LIP卷煙紙對(duì)卷煙樣品感官特性指標(biāo)的影響小于麻漿抄造的LIP卷煙紙。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著功能性卷煙紙研發(fā)的日益深入，不同研究機(jī)構(gòu)對(duì)低引燃傾向(LIP)卷煙的關(guān)注也日益升溫。自2002年以來，國(guó)際煙草科學(xué)研究合作中心(CORESTA)歷年的會(huì)議都有關(guān)于LIP卷煙方面的研究。不難看出，國(guó)外對(duì)LIP卷煙紙的研究焦點(diǎn)已從其評(píng)價(jià)方法、測(cè)試方法研究逐步轉(zhuǎn)向其對(duì)卷煙燃燒性能、化學(xué)成分等更加深入的領(lǐng)域。未來對(duì)于LIP卷煙紙的研究主要集中在以下幾方面。

(1)探討材料燃燒的機(jī)理，從材料燃燒機(jī)理著手選擇或合成合適的阻燃劑。采用原位紅外、TG-MS、XRD、SEM 等表征技術(shù)，探索阻燃材料在燃燒過程的阻燃機(jī)理。這對(duì)于開發(fā)新的高效阻燃劑具有重要的指導(dǎo)作用。

(2)選擇合適的復(fù)合型阻燃劑用于材料的阻燃，復(fù)合型阻燃劑往往具有較好的阻燃效率。

(3)采用多糖類物質(zhì)作為阻燃帶材料，應(yīng)用印刷涂布方式生產(chǎn)LIP卷煙紙時(shí)，涂料固含量和配方黏度及性質(zhì)等多方面影響因素的分析。

(4)阻燃段中添加的阻燃劑所引起的LIP卷煙感官評(píng)價(jià)指標(biāo)發(fā)生變化的原因還需要進(jìn)行深入研究，阻燃劑參與煙支燃燒所導(dǎo)致煙氣化學(xué)成分發(fā)生變化的原因，阻燃帶對(duì)燃燒錐溫度及裂解產(chǎn)物發(fā)生變化的影響。

(5)我國(guó)對(duì)LIP卷煙的研究尚處于起步階段，目前還沒有出臺(tái)有關(guān)LIP卷煙的政策。盡快開展LIP卷煙研究，并建立適合中式卷煙特點(diǎn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)已成為一個(gè)不容忽視的問題。我國(guó)是否需要進(jìn)行LIP卷煙的立法，一方面需開展LIP卷煙相關(guān)政策的研究，另一方面繼續(xù)加強(qiáng)技術(shù)研究，建立適合中式卷煙特點(diǎn)的技術(shù)儲(chǔ)備。

雖然LIP卷煙是一種安全防火卷煙，但非絕對(duì)的消防安全卷煙。即LIP標(biāo)準(zhǔn)的卷煙，如若不正當(dāng)處理，也一樣的存在安全隱患，任何點(diǎn)燃的卷煙被疏忽丟棄都會(huì)引起火災(zāi)，LIP卷煙處置不當(dāng)同樣會(huì)引起火災(zāi)，導(dǎo)致不必要的損失。如何進(jìn)一步提升LIP卷煙的安全性也是未來的改進(jìn)方向之一。

[1] Xiang Lankang, Zhao Jijun, Hu Qixiu, et al. An Overview of Laws and Regulations on LIP Cigarettes[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2015, 21(3): 119． 向蘭康, 趙繼俊, 胡啟秀, 等. 卷煙低引燃傾向法律法規(guī)分析[J]. 中國(guó)煙草學(xué)報(bào),2015, 21(3): 119．

[2] Xu Ripeng, Su Wenqiang. Preparation technology of low ignite propensity cigarette paper[J]. Shanghai Paper Making, 2008(4): 31． 許日鵬, 蘇文強(qiáng). 低引燃傾向卷煙紙的制備技術(shù)[J]. 上海造紙, 2008(4): 31．

[3] Huang Xiaogang, Zhou Minghua, Wang Pingjun. Development of Cigarette Paper with Low Ignition Propensity[J]. China Pulp & Paper Industry, 2011, 32(18): 70． 黃曉鋼, 周明華, 王平軍. 低引燃傾向性卷煙紙的開發(fā)[J]. 中華紙業(yè), 2011, 32(18): 70．

[4] Feng Qian, Liu Yong, Hu Qing, et al. A Test Method for Evaluation of Cigarette Ignition Tendency. CN 103487549 A[P]. 2014- 04- 01. 馮 茜, 劉 勇, 胡 清, 等. 一種評(píng)價(jià)卷煙引燃傾向測(cè)試方法: CN 103487549 A[P]. 2014- 04- 01.

[5] Pan Xi, Xiong Hongchun, Chen Yikun, et al. An Improvement of ASTM E2187 for Measuring Cigarette Ignition Propensity[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2012, 19(4): 27． 潘 曦, 熊宏春, 陳義坤, 等. 卷煙引燃傾向測(cè)試方法的研究與改進(jìn)[J]. 中國(guó)煙草學(xué)報(bào), 2012, 19(4): 27．

[6] Zhao Xiaosong, Li Ruichen. Influencing factors on smoldering rate of cigarette paper[J]. China Pulp & Paper Industry, 2014, 35(16): 43. 趙小松, 李瑞晨. 卷煙紙陰燃速率的影響因素分析[J].中華紙業(yè), 2014, 35(16): 43．

[7] PAN Quan-li, XU Cheng-cheng, LIU Ming-you, et al. Application of Flame Retardant in Paper[J]. China Pulp & Paper, 2006, 25(5): 39． 潘泉利, 徐程程, 劉明友, 等. 阻燃劑在造紙中的應(yīng)用與發(fā)展[J]. 中國(guó)造紙, 2006, 25(5): 39．

[8] LIU Zhi-hua, HE Pei, LIU Chun-bo, et al. Effect of Low Ignition Propensity Cigarette Papers on Pyrolysis of Blended and Virginia Cigarettes[J] China Pulp & Paper, 2012, 31(5): 29． 劉志華, 何 沛, 劉春波, 等. 低引燃傾向卷煙紙?jiān)诨旌闲秃涂緹熜途頍熤袩岱纸猱a(chǎn)物研究[J]. 中國(guó)造紙, 2012, 31(5): 29.

[9] Wang Qicheng. A study on several polysaccharide substances for production of low ignition propensity cigarette paper[J]. China Pulp & Paper Industry, 2015, 36(10): 34． 王啟成. 幾種多糖類物質(zhì)用于生產(chǎn)低引燃傾向卷煙紙的研究[J]. 中華紙業(yè), 2015, 36(10): 34．

[10] Xie Jianping. Laws and Regulations on Tobacco Additives[M]. Beijing: Chemistry Industry Press, 2010. 謝劍平. 煙用添加劑法律法規(guī)匯編[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2010.

[11] Gao Zhenyu, Zhou Chunping, Zhao Jijun, et al. Alternative Substrate for Ignition Propensity Test of Cigarette[J]. Tobacco Science & Technology, 2014(3): 5． 高震宇, 周春平, 趙繼俊, 等. 卷煙引燃傾向測(cè)試基質(zhì)的改進(jìn)[J]. 煙草科技, 2014(3): 5．

[12] Xing Jun, Jing Yi, Liu Feng, et al. Effect of LIP Cigarette Paper on Ignition Performance of Cigarettes[C]//Annual meeting of China Tobacco Society, 2009. 邢 軍, 荊 熠, 劉 鋒, 等. 低引燃傾向(LIP)卷煙紙對(duì)卷煙引燃性能的影響[C]//中國(guó)煙草學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì), 2009．

[13] CUI Qing-jun, WANG Xin, WANG Li-min, et al. Factors Influencing Smoldering Rate of Cigarette Paper[J]. China Pulp & Paper, 2013, 32(3): 74． 崔慶軍, 王 馨, 王立民, 等. 淺析卷煙紙陰燃速率的影響因素[J]. 中國(guó)造紙, 2013, 32(3): 74．

[14] WANG Ying. Factors Influencing Smoldering Rate of Cigarette Paper[J]. China Pulp & Paper, 2014, 33(6): 73． 王 穎. 影響卷煙紙陰燃速率的因素[J]. 中國(guó)造紙, 2014, 33(6): 73．

[15] DING Li-ting, WANG Di, ZHANG Rui, et al. Optimization Design and Preliminary Application of Low Ignition Propensity Cigarette Paper[J]. China Pulp & Paper, 2011, 30(1): 15． 丁麗婷, 王 笛, 張 瑞, 等. LIP卷煙紙的優(yōu)化設(shè)計(jì)及在烤煙型卷煙中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)造紙, 2011, 30(1): 15．

[16] Pang Yongqiang, Jing Yi, Jiang Xingyi, et al. Effects of Low Ignition Propensity Cigarette Paper on Deliveries of Harmful Components in Mainstream Cigarette Smoke[J]. Tobacco Science & Technology, 2013(2): 52． 龐永強(qiáng), 荊 熠, 姜興益, 等. 低引燃傾向卷煙紙對(duì)卷煙主流煙氣有害成分釋放量的影響[J]. 煙草科技, 2013(2): 52．

[17] Jing Yi, Xing Jun, Zhou Chunping, et al. Factors Affecting Design of Low Ignition Propensity Cigarette[J]. Tobacco Science & Technology, 2011(12): 5． 荊 熠, 邢 軍, 周春平, 等. 低引燃傾向卷煙設(shè)計(jì)的影響因素[J]. 煙草科技, 2011(12): 5．

[18] Xu Weijie, Jv Lei, Zhou Chunping, et al. Analysis of LIP cigarette sensory change by a new method of cigarette sensory evaluation[J]. Computers and Applied Chemistry, 2015, 32(6): 753． 徐瑋杰, 居 雷, 周春平, 等. 低引燃卷煙感官變化的感官分析新方法[J]. 計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué), 2015, 32(6): 753．

(責(zé)任編輯：董鳳霞)

ResearchProgressandApplicationofLowIgnitionPropensityCigarettePaper

ZHENG Han ZHANG Ying WANG Hao YU Zhen-hua CHENG Liang XIE Jiao YU Ting-ting LI Li-wei DING Hai-yan YU Yao ZHAN Jian-bo*

(R&DCenter,ChinaTobaccoYunnanIndustrialCo.,Ltd.,Kunming,YunnanProvince, 650231)

With the continuous enhancement of people’s safety consciousness, the fire safety of cigarettes has been paid more and more attention. Development of low ignition propensity cigarette paper is significant to reduce the fire risks caused by combustion of cigarette smoking, therefore, the low ignition propensity(LIP) cigarette paper has broad developing prospects.The developing background of low ignite propensity cigarette paper was introduced, and the structure and testing method of LIP cigarette paper were summarized in this paper.Realization of flaming retarding and its influence factorswere concluded, and the advantages and disadvantages of the LIP cigarette paper were summarized, and the future developing trends were also analyzed in this paper．

low ignition propensity cigarette paper; flaming retarding; preparation technology; permeability; chemical additives

鄭 晗先生，碩士，工程師；主要從事煙用材料研究及應(yīng)用工作。

TS761.2

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.09.015

2017- 05- 12(修改稿)

云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司重大專項(xiàng)(2017CP01、2016CL01)；云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司重點(diǎn)項(xiàng)目(2017CP03)。

*通信作者：詹建波，高級(jí)工程師；主要從事卷煙材料研究及產(chǎn)品開發(fā)工作。

(*E-mail: unclelia@163.com)