卷煙包灰性能的研究現狀分析

鄭晗，詹建波，王浩，張瑩，余振華，謝姣，王旭，李利偉，余婷婷，岳保山，丁海燕，余耀

（云南中煙工業有限責任公司技術中心，云南 昆明 650231）

0 引言

隨著卷煙技術的發展及消費者對卷煙要求的提高，卷煙燃燒后的包灰效果已經越來越受到人們的重視。卷煙包灰性能好，煙柱美觀；卷煙包灰性能差，抽吸時葉片不能很好包裹在煙絲上，造成煙灰掉落嚴重，不僅污染環境，而且會影響消費者對于卷煙品牌的忠誠度。目前，雖然煙草學術界普遍認為卷煙紙、卷煙配方和切絲寬度對于卷煙包灰性能都有較大影響，但是，針對如何評價卷煙包灰能力，如何優化卷煙包灰性能，至今還沒有一個具體的解決方案與評價體系，國內外對卷煙包灰能力的研究相對較少。

1 卷煙包灰性能影響因素的研究進展

1.1 卷煙包灰性能的影響因素研究

王道寬等人研究了卷煙包灰性能的影響因素，利用數碼相機拍照，利用圖像分析軟件測定包灰性能[1]，結果表明：① 卷煙紙中添加包灰助劑在改善卷煙包灰性能方面作用明顯；② 建立了膨脹煙絲、梗絲和再造煙葉與卷煙包灰性能的多因素影響模型，正交試驗及方差分析結果表明：三絲對卷煙包灰性能的影響程度為：膨脹煙絲<再造煙葉絲<梗絲；③ 煙絲切絲寬度為0.8 mm的卷煙，其包灰性能優于切絲寬度為0.9 mm的卷煙。鄒中亮等人研究了卷煙紙定量、透氣度對卷煙包灰及燃燒速度的影響[2]，研究結果表明：卷煙紙的定量、透氣度只是影響卷煙包灰及燃燒速度的兩個因素，還有助燃劑、鉀鈉離子及煙絲匹配度能等影響因素，定量、透氣度不能完全決定卷煙包灰的好壞及燃燒速度的快慢。張瑩等研究了卷煙紙對卷煙凝灰性能的影響[3]，依據自主研發的卷煙凝灰分析軟件，通過凝灰指數這一參數的計算，對不同品牌卷煙的凝灰能力進行了評價，同時分析卷煙紙凝灰性能對卷煙燃燒性能的影響。結果表明：卷煙凝灰指數的計算簡單，凝灰分析軟件的響應迅速，同一品牌不批次卷煙的凝灰指數間的變異系數較小，不同品牌卷煙的凝灰指數區分度明顯；卷煙凝灰指數可以作為衡量卷煙凝灰性能的重要指標和有效手段，該指數可以應用于卷煙綜合性能的評定；卷煙紙對卷煙的凝灰性能起重要作用。

陳慧斌等研究了影響卷煙包灰能力的因素[4]，研究結果表明：再造煙葉摻兌絲對卷煙包灰能力有重要影響，卷煙工藝對卷煙包灰也有重要影響。

程占剛等人研究了影響卷煙包灰能力的因素[5]，研究結果表明：卷煙紙透氣度增加，定量增加，凝灰劑含量增加，檸檬酸鹽助燃劑含量減少，卷煙燃燒后的灰分包灰變緊，卷煙紙的包灰能力增強；利用25 mm長的普通醋酸纖維濾嘴卷制的煙支，當單支重量控制在0.89～0.93 g/支之間時，卷煙包灰較好。

1.2 通過添加包灰助劑改善卷煙包灰性能的研究

云南中煙李賡等研究表明磷系包灰助劑中磷酸鹽具有一定的包灰效果[6]，但是包灰灰分顏色略偏灰；成膜性助劑在包灰灰片大小方面作用顯著；K01(一種鹽)同G01(多糖類物質)、K01同M01(改性纖維素)復配具有較好的包灰效果，在一定程度上能夠改善包灰性能。王平軍等人對改善卷煙紙包灰性能的助劑開發進行了研究[7]，研究結果表明：當煙灰調節劑MFA添加濃度達到3.0%時，從包灰分析測試結果顯示該助劑能明顯改善卷煙紙的靜態和動態包灰效果，灰柱美觀，煙灰不散落，無明顯出角現象。李桂珍等研究了卷煙紙添加劑對卷煙包灰性能的影響[8]，通過分析卷煙紙對卷煙包灰性能的影響因素，優選了一種煙灰調節劑作為研究對象。研究結果表明，當添加煙灰調節劑的質量分數達到1.5%時，卷煙紙的包灰效果明顯改善，灰柱美觀，煙灰不散落，無明顯出角現象，煙氣指標受控，在吸味方面無明顯差異。于國龍研究了卷煙紙相關因素對卷煙包灰性影響分析[9]，主要是采用數碼相機拍照、利用圖像分析軟件對選取部分卷煙紙樣品的各相關因素進行包灰效果分析。結果表明：卷煙紙定量、羅紋方式、助燃劑種類與含量及鉀/鈉比等相關因素對卷煙的包灰質量有較大影響。

宋微等研究了卷煙紙主要性能的影響因素和控制方法[10]，指出影響卷煙紙燃燒性能的主要因素包括透氣度、填料、灰分和助燃劑等。曾曉鷹等發明了一種包灰卷煙紙的制備方法[11]，主要是按照一定比例添加晶須材料與碳酸鈣填料，再通過制漿工藝的控制制備包灰卷煙紙。該紙張可以明顯改善在燃吸過程中卷煙煙灰的包灰性能，解決卷煙紙灰散、飄、掉的現象，并提高卷煙燃吸時煙支的持灰長度，提升了使用安全性。范紅梅等發明了一種改善卷煙燃燒后包灰的方法[12]，該方法利用晶須類物質作為填料添加到卷煙紙中，主要包括金屬氧化物晶須、金屬氫氧化物晶須、鹽類晶須和其它晶須，平均長度不低于5微米，使用該方法制備的卷煙紙生產出的卷煙，煙灰連續性較好，持灰能力較強，無大片掉灰現象。沈靖軒等研究了助劑對卷煙紙包灰效果的影響[13]，實驗結果表明：磷系包灰助劑具有一定的包灰效果，但是包灰灰分顏色略偏灰，在一定程度上能夠改善包灰性能。Vladimir Hampl, Jr.等人發明了新型的包灰改善型卷煙紙[14]，當在紙中加入中等粒徑從大約0.15微米到大約0.5微米的碳酸鈣填料時，紙包裝的灰分特性顯著改善。與采用更大或更小尺寸的碳酸鈣顆粒的紙包裝相比，用本發明的碳酸鈣顆粒制成的紙包裝具有優越的灰分特性。此外，紙張的灰分特性得到改善，而不必改變紙中的總填料水平。

1.3 致密包灰卷煙紙制備方法的研究

付瑜鋒等發明了一種保潤包灰卷煙紙的制備方法[15]，該卷煙紙具有一定的保潤功能，且具有很好的包灰性能，改善卷煙吸味，提高卷煙燃吸時的持灰能力。陳澤亮等人提出了一種改善包灰卷煙紙及其制備方法[16]，主要通過填料配比，卷煙紙定量控制，鉀鹽/鈉鹽的質量比控制，實現了卷煙紙與煙絲的燃燒速度合理匹配，保證煙支包灰效果好，灰白且持灰能力強，開發的包灰卷煙紙灰白度高，裂口少，不落灰且灰柱挺直，同時適用于多種規格的卷煙。胡永明等發明了一種燃煙少包灰緊灰色淡黑圈細的卷煙紙的制備方法[17]，該方法主要通過纖維配比控制、填料搭配及制漿工藝的控制實現包灰、色白、燃煙小等特點。余耀等發明了一種致密包灰型全麻卷煙紙及其制備方法[18]，該型卷煙紙可以提升卷煙的抽吸品質，同時可以是卷煙燃燒外觀即包灰效果得到明顯提升。Vladimir Hampl, Jr.還發明了一種改善卷煙紙的灰分特性的方法[19]。當平均長度小于約0.75英寸的碳纖維以高達約60%重量的量加入到紙中時，紙包裝的灰分粘合性顯著提高。與僅包含亞麻或其他纖維素纖維的紙包裝相比，發明的碳纖維制成的卷煙紙具有優越的持灰特性。此外，紙張的灰分粘結性得到改善，而不會導致其他灰分特性的質量下降。

2 卷煙包灰相關檢測參數與方法研究現狀

黃啟志等人發明了一種卷煙持灰力的測定方法[20]，該方法的主要步驟有：① 選用外觀整齊正常的卷煙；② 把卷煙平放于有刻度的刻度平臺上并與直尺水平對齊，在煙支搭口的柱面上，從燃燒端起5 mm處用鉛筆劃上碳線標記；③ 將卷煙搭口朝上水平置于卷煙包灰檢測儀內在標準溫度氣壓條件下進行靜態燃燒；④ 靜態燃燒直至卷煙灰柱斷裂脫落，測量已燃煙條長度L2表示卷煙持灰力。該測定方法能夠簡單有效地表示卷煙燃燒后的持灰能力，簡單易行，能夠實現卷煙持灰力指標數據化。但該方法中用鉛筆劃線標記，且煙支放置平臺、測量煙條長度等環節中不可避免地存在誤差，且該方法無法避免煙灰偏離、燃燒端縮頭等現象進行準確的糾偏。

馮亞婕等人別從卷煙燃燒面選擇、燃燒灰柱高度及圖像選擇區域寬度三方面對基于ImageJ的卷煙包灰值定量測定方法進行了優化[21]：① 當煙支燃燒至距離接裝紙1 cm處時進行拍照；② 采用高度25 mm、寬度6.46 mm的矩形選擇框以灰柱底部為起點選擇圖片區域進行分析；③ 取3支卷煙、3個燃燒面的平均值為一次測量結果。該方案較好控制了卷煙紙搭口、灰柱彎曲、外翻灰片等對測量結果的影響。但該方法仍不能全面準確反映一直卷煙燃燒后的裂紋情況，重復性也有待提高。

李桂珍等人發明了一種卷煙包灰性能的測定方法[22]，主要是在良好且固定成像照明條件下，對卷煙煙灰進行拍照，制作不同狀態下的煙灰柱。利用圖像分析軟件分析裂口面積占總面積的比值，實現包灰性能的定量分析。該方法雖能測量裂口率，但只能測量煙支一個側面的裂口率，測試范圍有限，且不能完整反映煙支的包灰性能。穆林等人建立一種卷煙煙灰灰度值測定方法[23]，主要是利用Photoshop 圖像分析技術，以所選的8 種煙灰灰白程度不一的卷煙為樣本，建立了一種基于平均灰度值的卷煙灰分顏色定量測定方法，并測定了50 種國內不同品牌卷煙煙灰灰度值。結果表明：① 該方法主要步驟為樣品準備、拍照采集圖像、圖像處理及數據分析；考慮不同燃燒面對卷煙煙灰灰度值的影響差異，建議采用“三支三面”測定方式，以更加全面地反映整體卷煙煙灰顏色；② 8種卷煙煙灰灰度值差異性極顯著，多重比較結果顯示的灰度值分組情況與實際觀測結果基本一致；③ 表明不同牌號卷煙煙灰灰度值波動較大，部分卷煙煙灰灰白程度有較大改進空間。該方法雖然能測定煙灰灰度，但基礎數據與樣本量選擇關系密切，在測定方法上也不能完全反應不同煙支間的差異，仍有很大的改進空間。

張健等人發明了一種測定卷煙燃燒后包灰狀況的方法[24]，該方法將照相技術與ImageJ軟件結合，將卷煙在模擬人工抽吸及陰燃狀態下的包灰狀況按面積比例數值化，該數值有利于直觀進行包灰指標的客觀評定，但僅限于對裂縫比例進行計算，不能反映其它指標。

王亮等人發明了一種測試卷煙包灰結構的方法[25]，該方法將產生包灰后的卷煙樣品放入密閉容器中，使其熄滅后對其進行冷凍處理，再對冷凍樣品通過CT掃描儀對包灰的內部結構進行掃描，可以獲取真實燃燒狀態下成灰后內部結構的變化，為卷煙燃燒過程提供可視化依據。但該方法操作復雜，要求精度高，不利于批量測量。

黃啟志等發明了一種卷煙縮灰率的測定方法[26]，數值越大表明縮灰率越高，該指標是可重復的標準化方法，但對于偏離角度及拍攝角度及其代表性未做闡述，仍有改進空間。

余耀等開發了致密包灰全麻卷煙紙[27]，首創分批打漿后再混合成漿技術制備了致密包灰的全麻卷煙紙，分析了制備工藝的優點，將包灰全麻卷煙紙創造性地應用于細支煙制備，并驗證細支煙在燃吸過程中的包灰效果及對白度的影響，對新型卷煙紙的制備技術及造紙行業的節能減排有重要意義。

綜上所述，雖然部分學者提出了卷煙紙包灰性能的指標與測試方法，但大多集中在裂縫率及灰度等指標，并無統一標準與規范，所檢測指標不能完整體現出煙支包灰性能的優劣，關于卷煙的包灰性能評價體系不夠完善。

3 卷煙包灰檢測設備開發現狀

云南中煙張健等人開發了一種多功能卷煙紙包灰性能測試裝置[28]，可以測試煙支陰燃或抽吸狀態下的卷煙紙包灰性能。該設備主要是對點光源與拍照效果進行改進，但并未提及具體的測試方法與準確性。河南中煙萬永華等人開發了一種卷煙紙包灰測試裝置[29]，該裝置包括透明箱體、照相機及計算機，結構簡單，但功能較為單一，不能實現對卷煙包灰性能的準確測量。王平軍等發明了一種卷煙紙包灰性能測試試驗箱，主要包括箱體、照相口、相機臺、煙支架、煙氣排出裝置、光源等，該裝置在煙氣排出等環節加以改進，但未詳述拍照及對煙支燃燒圖片進行處理的細節與方法。馬金棟等人發明了一種卷煙包灰檢測儀裝置[30]，該裝置作為一種模擬人工吸煙的設備，達到模擬人吸煙的效果，可以從不同角度觀察香煙燃燒的弊端，但無法精確表征與評價卷煙包灰能力。

綜上所述，現有卷煙紙包灰檢測設備仍十分簡單，不能全面客觀反映卷煙包灰性能，檢測手段單一，自動化與檢測結果結果分析基本空白。

4 結語

綜合三方面國內外研究成果，研究主要集中在卷煙包灰性能影響因素的研究，主要包括卷煙紙的纖維類型與結構、添加晶須材料與碳酸鈣填料等可以改善卷煙紙的包灰性能，但對于卷煙包灰相關檢測參數與方法研究僅局限于裂口率等指標，對于卷煙包灰性能的指標不完善、不具體，檢測方法不規范，不系統；對于卷煙包灰檢測設備的開發，測試條件無統一標準，測試設備簡陋且自動化程度較低，缺乏測試的準確性和客觀性。系統客觀的檢測指標與對應檢測方法的開發與標準化亟待深入研究、基于檢測技術的高度自動化、智能化的卷煙包灰評價設備亟待開發。