新型齒磨盤解纖煙草薄片漿料的打漿工藝探究

張夏明 李友明 宋成劍 雷龍 朱小林

摘 要：針對煙草薄片漿料的特殊性，研究了新型齒磨盤解纖煙草薄片漿料的打漿性能。研究表明，經新型齒磨盤解纖的煙草漿，呈現易打漿狀態，在漿濃為8.0%、PFI磨打漿轉數為1200 r時，打漿度可達到70°SR，濕重為1.3 g。漿料在勻度方面有了極大改善，纖維的質量分數比例分布呈兩端小中間大的趨勢，近似正態分布。打漿轉數的增加對纖維長度和寬度的影響均較小，纖維粗度呈顯著下降。隨著打漿度的提高，煙草薄片的裂斷長則是快速上升到一定數值后下降;松厚度和透氣度均呈不斷下降趨勢。

關鍵詞： 打漿度;濕重;煙草薄片;PFI打漿;纖維篩分

中圖分類號：TS4;TS734+.1

文獻標識碼：A

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2019.01.007

目前我國是最大的煙草生產國和消費國[1]。在煙草生產過程中產生的煙梗、煙末等“廢料”的數量龐大[2-3]。煙草薄片（又稱再造煙葉）以廢棄的煙梗、煙末為原料，借鑒制漿造紙技術，經過制漿、打漿和抄造、浸涂等過程制成，研究者發現煙草薄片不僅最大程度利用了煙草原料廢料，其理化特性與煙葉接近甚至優于天然煙葉，因此煙草薄片逐步開始作為煙葉配方原料或填充料使用，并大規模地應用到煙草工業[4-5]。

煙草薄片的發展經歷了輥壓法、稠漿法、造紙法三個階段，與輥壓法和稠漿法薄片相比，造紙法煙草薄片具有填充性能好、焦油釋放量低等優點[2]。造紙法需要先對煙梗、煙末進行解纖處理，再進行打漿。解纖處理可避免打漿不均勻，同時降低打漿能耗。當煙梗經過高濃盤磨機解纖后，由于煙梗原料顆粒較大，呈疏松狀，為了使纖維吸水潤脹和細纖維化，一般對其進行打漿[6-7]。影響造紙法煙草薄片物理性能的最根本因素是打漿工藝，打漿效果的好壞關乎纖維漿料抄造煙草薄片的質量。

高大磊等人[8]對高濃盤磨機的磨盤齒型進行了改進，將傳統的平行齒型改進為交錯齒型，如圖1所示。由圖1可知，煙梗漿料在新型齒間解纖過程中，由于漿料在水平方向間隙作用的時間相對傳統的作用時間更長，使其解纖作用更加充分。新型齒磨盤間距在1 mm附近使得煙梗漿料獲得最優效果。本實驗探究采用新型齒磨盤解纖煙草漿的PFI磨打漿性能，在不同濃度和不同打漿轉數下進行打漿實驗，進而研究煙草原料經過這種新型齒磨盤解纖后漿料的打漿效果。

1 實 驗

1.1 實驗原料

煙梗、煙末和煙屑，由上海某煙草公司提供。

1.2 ?設備和儀器

MorFi纖維分析儀，法國產;2500-II高濃盤磨機，日本產;Bauer-McNett 203C纖維篩分儀，美國產;YQ-Z-13 打漿度測定儀及濕重框架，國產;Mark Ⅵ型PFI磨漿機，挪威產;MESSMER 255紙頁抄片機，美國產;FRANK 81502型臥式濕抗張強度測試儀，法國產;L&W 250厚度儀、L&W 166透氣度儀，瑞典產。

1.3 實驗方法

1.3.1 煙梗原料的處理

稱取一定量的煙梗原料于密封袋中，溫度70℃，液比1∶3，浸泡一定時間后，使用新型齒高濃盤磨機對其進行解纖。

1.3.2 漿料制備

將解纖后的煙梗漿料（絕干）和煙屑煙末（絕干）按照一定比例分別配制成3.0%、5.5%、8.0%、10.0%、12.0%漿濃，并分別設置PFI磨轉數為600、900、1200、1500、1800和2100 r，將準備好的煙草漿依次進行不同轉數的打漿。分別檢測煙草漿的打漿度和濕重以及進行纖維形態分析和纖維篩分實驗。

1.3.3 抄造煙草薄片

抄造定量為56 g/m2的煙草薄片，分別測定其物理性能。

2 結果和討論

2.1 打漿對煙草漿打漿度和濕重的影響

圖2所示為漿濃對煙草漿打漿度的影響。由圖2可以看出，煙草漿的打漿度隨漿濃的提高呈先上升后下降的趨勢，漿濃為5.5%時，打漿度達最大值。表明煙草漿在中低濃打漿時可快速達到打漿效果。而當漿濃進一步提高至8.0%、10.0%、12.0%時，煙草漿打漿度出現下降，這可能是由于漿濃的提高影響了煙末漿的組織潤脹，且煙末纖維長度較短，其纖維長度的變化對打漿度影響較小，因而當漿濃提高時煙草漿整體打漿度下降。金嵐峰等人[9]在研究造紙法煙草薄片原料的打漿性能時，也得出了漿濃提高時，煙梗漿打漿度變化不大，而煙末漿打漿度下降的結論。隨打漿轉數升高，漿料打漿度整體呈上升趨勢，但打漿轉數2100 r時，漿濃10.0%和12.0%的煙草漿打漿度出現明顯下降。這可能是由于煙草漿本身特性，纖維細胞粉碎瓦解造成的。

漿濃對煙草漿纖維濕重的影響見圖3。由圖3可以看出，漿濃較低時，不同轉數下煙草漿濕重變化不明顯。漿濃較高時，低轉速下纖維濕重較大，但當打漿轉數升至1800、2100 r時，纖維濕重下降明顯。表明較高的漿濃在低轉數下對煙草漿有明顯的保護作用，有利于保證纖維長度，提高煙草漿品質。這也說明新型齒專用解纖磨盤的解纖效果是沿著煙梗的莖稈方向對煙梗進行剝離纖維，解纖效果明顯。由數據分析可知，在打漿過程中，既要考慮煙草漿的濾水性能又要保證一定的機械強度，即在漿濃為8.0%，打漿轉數為1200 r時，煙草漿的打漿度和纖維濕重均達到較好的狀態，此時，煙草漿打漿度為68°SR，濕重1.3 g。

2.2 打漿對煙草漿纖維篩分的影響

圖4所示為打漿轉數對煙草漿纖維篩分的影響。由圖4可知，打漿轉數較低時（600 r），煙草漿纖維的長度分布主要集中在R30和R50之間，分別占比52%和22%，呈現兩頭小中間大。隨著打漿轉數的提升，磨齒對煙草漿纖維的切斷作用加大，使得纖維被切斷，R30組分煙草漿纖維占比急劇下降，在打漿轉數為2100 r時，R30組分煙草漿所占比例下降了30個百分點;R50組分和R100組分的煙草漿占比逐漸增多，與打漿轉數600 r相比，打漿轉數2100 r時煙草漿占比分別增加了10個百分點和20個百分點;而R16、R200和P200組分的纖維占比均小于10%。

圖5所示為漿濃對煙草漿纖維篩分的影響。由圖5可知，煙草漿纖維的分布均呈現兩頭小中間大，主要分布在R30、R50和R100上。R30組分煙草漿纖維占比隨著漿濃上升呈增多的趨勢，說明經過新型齒磨盤解纖后的煙草漿在打漿時，可以有效地減少纖維被過度打漿的可能;而R50組分的煙草漿纖維占比變化較小，認為漿濃對煙草漿纖維粒徑在270～550 μm 的占比影響較小，纖維占比均在30%左右;R100組分纖維占比隨漿濃的增加而逐漸減少，當漿濃由3.0%增加至5.5%后，纖維占比由32%降到22%，增大漿濃可以減少煙草漿中細小纖維的含量，繼續提高漿濃，R100組分纖維占比均無較大變化。

分析可知，新型齒磨盤解纖對煙草原料有優良的解纖效果，交錯齒的使用使煙草漿在磨盤間的作用得到極大的增加，使煙梗漿在磨齒間的長度上更加完整存在，不易被切斷，并且有效地保護煙草漿在打漿后有更好的纖維長度。與傳統方式解纖后進行打漿的煙草漿分布呈中間少兩頭多相比[10]，新型齒磨盤解纖后的漿料在改變漿料勻度方面有了極大改善，在各個粒度范圍的分配比例得當，相對集中，呈兩頭小中間大的趨勢，近似正態分布。

2.3 打漿對煙草漿纖維形態的影響

由2.1節、2.2節的分析可知，經新型齒磨盤解纖的煙草漿其適宜的漿濃為8.0%，此濃度下煙草漿的打漿效果良好。較高的漿濃一方面可以保證纖維的長度免受過度切短，另一方面可以降低打漿能耗[11]。以下分析中未作說明的漿濃均為8.0%。

纖維的長度和寬度是評價漿料質量好壞的重要指標。由于數量平均纖維長度受短纖維的影響較大，因此纖維的平均長度一般采用質量平均長度來表示，從而避免短纖維的影響。打漿對煙草漿纖維形態的影響結果見表1。由表1可知，隨著打漿轉數提高，漿料的纖維長度總體上是呈變短的趨勢，但下降幅度較小，長度范圍在0.392～0.444 mm之間。在打漿過程中，纖維長度的下降是由于磨齒對纖維的切斷作用和纖維間的摩擦作用;漿料纖維的平均寬度則隨著轉數增加而逐漸下降，其寬度范圍在46.1～49.8 μm之間，纖維的吸水潤脹、細纖維化、壓潰和揉搓等作用都會造成纖維寬度變化[12]。打漿轉數的增加對纖維長度和寬度的影響均較小，說明經過新型齒磨盤解纖的煙草漿打漿后漿料具有穩定性。

打漿后煙草漿的纖維粗度顯著下降，隨著打漿程度的加深，煙草漿纖維粗度由4.565 mg/m下降至1.420 mg/m。纖維粗度大，有助于提高紙張的松厚度，由于煙草薄片需要較高的松厚度，因此煙草漿不能過度打漿，不宜選取較高的打漿轉數;纖維的扭結是由于纖維細胞壁破裂而產生的轉折，纖維的扭結會在一定程度上削弱紙張的物理強度。由數據分析可知，隨打漿轉數的增加，纖維的扭結率呈逐漸上升趨勢，但幅度較小，其范圍為14.9%～16.8% ;漿料的卷曲率則無明顯變化，均在12%左右。

2.4 打漿對煙草薄片物理性能的影響

打漿與紙張質量存在密切的關系，裂斷長是反映紙張承受抗張強度的指標。打漿轉數對煙草薄片裂斷長的影響見圖6。由圖6可以看出，隨著打漿轉數的增加，煙草薄片的裂斷長先快速上升后迅速下降。影響煙草薄片裂斷長的因素主要是纖維結合力和纖維平均長度。當打漿轉數由600 r提高到1200 r時，磨齒對纖維的切斷作用較小，纖維結合力的增加是裂斷長快速上升的主要因素，裂斷長由0.65 km增大到最大值0.81 km，增加了0.16 km。繼續增加打漿轉數，磨齒對纖維的剪切作用增強，纖維的平均長度下降導致裂斷長迅速下降。

煙草薄片的透氣度和松厚度是影響卷煙燃燒性能的重要因素[13]。打漿轉數對煙草薄片透氣度和松厚度的影響見圖7。由圖7可知，松厚度隨打漿轉數的提升而不斷下降。較高的打漿程度會導致纖維之間的氫鍵連接增多，成紙緊密，松厚度下降。隨著打漿轉數的提高，透氣度則先急劇下降后趨于平穩。隨著打漿度的增加，漿料纖維之間的結合力顯著增強，打漿轉數高于1200 r時，漿料纖維細纖維化程度較高，纖維之間的結合高度緊密，故透氣度下降緩慢。

3 結 論

對經過新型齒磨盤解纖的煙草漿進行了PFI磨打漿實驗，研究了不同漿濃、打漿轉數下，煙草漿的打漿度、纖維形態和煙草薄片的物理性能。

3.1 漿濃為8.0%、打漿轉數為1200 r時，煙草漿的打漿度和纖維濕重均達到較好的狀態，打漿度為70°SR，濕重1.3 g。

3.2 打漿轉數的增加對纖維長度和寬度的影響均較小，說明經過新型齒磨盤解纖的煙草漿打漿后煙草漿具有穩定性;隨著打漿度的增加，煙草漿的纖維粗度顯著下降。

3.3 打漿轉數1200 r時，煙草薄片裂斷長有最大值0.81 km;隨著打漿轉數的增加，煙草薄片松厚度呈下降趨勢，透氣度則先下降，然后在1200 r后逐漸穩定。

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（責任編輯：馬 忻）