卷煙紙參數對卷煙錐高的影響

摘要： 為了探究卷煙紙參數對燃燒錐高的影響規律，按照均勻實驗設計原則，選取定量、透氣度等6項卷煙紙參數，卷制了12種不同參數水平的卷煙樣品，并進行了單因素方差分析與回歸分析。結果表明，12種不同卷煙紙參數組合對應的卷煙錐高介于7. 958～10. 455 mm，相對標準偏差介于2. 5%～11. 7%；透氣度、鈉鉀比、碳酸鎂用量、助燃劑用量4項卷煙紙參數綜合作用可解釋錐高變化的94. 0%，是影響卷煙錐高的主要因素，定量、酸根類型是影響錐高的次要因素；主要因素對錐高影響較小時，卷煙錐高較低，有利于降低燃燒錐落頭傾向。

關鍵詞：卷煙紙；錐高；均勻實驗；卷煙燃燒錐

中圖分類號：TS76 文獻標識碼：A DOI：10. 11980/j. issn. 0254-508X. 2025. 03. 009

卷煙燃燒性能是煙草行業關注的重點領域，近年來隨著科學技術的不斷發展，科技工作者對卷煙燃燒性能的研究不再僅限于自由燃燒速率[1-2]、實際可燃率[3]等常規指標，包灰的牢固性、灰色、燃燒碳化圈、卷煙燃燒錐等包灰性能指標逐漸成為研究的熱點。目前，關于卷煙燃燒錐的研究成果層出不窮，且主要集中在燃燒錐落頭[4-6]以及溫度分布[7-9]等方面。穆林等[10]則從燃燒錐形態參數（錐高、錐面積、偏離角） 出發，探究了其與燃燒速率間的關系。許艷冉等[11]探究了煙絲及卷煙機參數對卷煙包灰性能的影響，結果表明，煙絲含水率、切絲寬度、槽深、槽寬、風室正壓和風室負壓對錐高均有顯著影響，為卷煙燃燒錐研究提供了新的思路。

卷煙紙是卷煙中的重要組成部分，其不僅包裹煙絲，還直接參與卷煙燃燒過程，卷煙紙燃燒性能與煙絲燃燒性能間的匹配度對于煙支燃吸過程中的燃燒錐形態有十分重要的影響。程傳玲等[12]研究了煙絲及卷煙紙參數對卷煙焦油量的影響；鄔志鋒等[13]研究了卷煙紙參數對中支卷煙逐口通風率的影響規律，結果表明，隨著卷煙紙透氣度的增加，抽吸時逐口間通風率相差值明顯增大。但已有的研究中尚未有卷煙紙對卷煙燃燒錐影響的相關報道。本研究在文獻[10]測定卷煙錐高方法的基礎上，通過均勻實驗設計[14-16]，探究了卷煙紙定量、透氣度等6項卷煙紙參數對錐高的影響規律，以期為卷煙紙優化設計提供參考。

1 實 驗

1. 1 實驗原料及設備

選取12種不同卷煙紙定量（x1）、透氣度（x2）、碳酸鎂用量（x3）、鈉鉀比（x4）、酸根類型（x5）、助燃劑用量（x6） 的卷煙紙，在同一臺卷煙機上使用相同煙絲卷制卷煙樣品，其參數水平設計表如表1所示。

KBF240型恒溫恒濕箱（美國BINDER公司）；卷煙包灰性能測試箱（實驗室自制） [17]；佳能EOS70D型數碼相機（佳能（中國） 有限公司）；504型機械秒表（北京星鉆秒表有限公司）。

1. 2 實驗方法

1. 2. 1 卷煙燃燒錐自由燃燒速率測定方法

參照文獻[18]中建立的方法，分別測定12 組樣品，每組樣品測定3次，取其平均值作為該卷煙紙參數組合對應卷煙的自由燃燒速率。

1. 2. 2 卷煙燃燒錐錐高測定方法

參照文獻[10]中建立的方法，分別測定12 組樣品，每組樣品測定3次，取平均值作為該卷煙紙參數組合對應卷煙的錐高。

2 結果與討論

2. 1 統計結果分析

12種卷煙樣品的自由燃燒速率及錐高測定結果如表2所示。由表2可知，自由燃燒速率介于4.11～5.18 mm/min， 相對標準偏差（RSD） 介于4.4%～12.5%；錐高介于7.958～10.455 mm，RSD介于2.5%～11.7%。不同卷煙紙參數條件下，自由燃燒速率與錐高發生了較明顯的變化，說明不同卷煙紙與煙絲間的配伍性不同，因此，在進行卷煙產品設計時，要綜合考慮卷煙紙與煙絲的匹配度，以提升卷煙的燃燒性能。

2. 2 卷煙紙參數對錐高的影響趨勢分析

2. 2. 1 單一卷煙紙參數對錐高的影響

以卷煙錐高為縱坐標，分別作6種不同卷煙紙參數不同水平間的誤差棒圖，結果如圖1所示。由圖1可知，錐高隨定量、透氣度、助燃劑用量升高呈增加趨勢，隨鈉鉀比升高呈降低趨勢，隨碳酸鎂用量升高呈先升高后降低趨勢，酸根類型為：檸檬酸根的錐高高于氯離子的錐高；多重比較（LSD） 結果表明，碳酸鎂用量對錐高的影響達到了極顯著水平，其他5個因素的影響均不顯著。除碳酸鎂用量和酸根類型外，其他幾個參數取不同水平時錐高的波動程度也存在明顯的差異性。上述現象預示著某些卷煙紙參數間存在交互作用，并且一定程度上解釋了多數參數的LSD檢驗結果不顯著的原因。

2. 2. 2 卷煙紙參數對錐高和自由燃燒速率的綜合影響

以卷煙紙參數（x1、x2、x3、x4、x5、x6） 為自變量，分別以錐高和自由燃燒速率為因變量建立回歸模型，結果見表3～表6。由表3可知，卷煙錐高回歸方程總體達到極顯著水平（P=0），且決定系數和調整決定系數分別為0.967和0.940，說明卷煙錐高回歸方程的擬合效果較優，能夠較好地反映卷煙紙參數對錐高的影響。由表4所示錐高回歸系數的t 檢驗結果及標準化回歸系數可知，透氣度、碳酸鎂用量及其與鈉鉀比的交互作用對錐高的影響達到了極顯著水平，助燃劑用量則達到了顯著水平，各因素及交互作用對錐高的影響順序為：x3·x3gt;x3gt;x3·x4gt;x2gt;x6；定量和酸根類型則未進入回歸方程。錐高隨著透氣度升高有升高趨勢，隨著鈉鉀比的升高而降低，與單一卷煙紙參數對錐高的影響有較強的一致性。

圖2為碳酸鎂用量和鈉鉀比對錐高的交互影響。由圖2可知，碳酸鎂用量和鈉鉀比間存在交互作用。鈉鉀比0～1.0時，錐高隨著碳酸鎂用量增加均呈先升高后降低的趨勢，且變化的速率有一定差異，鈉鉀比較低時，錐高較長且較穩定。高碳酸鎂用量、高鈉鉀比（5.0） 時，錐高為負值，即隨著碳酸鎂用量、鈉鉀比增高，煙支的燃燒錐落頭傾向增大。不同碳酸鎂用量條件下，錐高隨著鈉鉀比增加而降低。當碳酸鎂用量和鈉鉀比分別取12%和0時，錐高最高。

穆林等[10]的研究表明，卷煙靜燃時的錐高與其自由燃燒速率間呈顯著正相關，即自由燃燒速率越快，靜燃錐高越高，說明燃燒錐的形態是卷煙原料、煙支卷制特性及燃燒過程綜合作用的結果。而大量研究結果表明，卷煙紙參數是影響卷煙自由燃燒速率的重要因素，且存在隨透氣度、助燃劑用量、鈉鉀比升高自由燃燒速率加快的一般規律[19]。由表6自由燃燒速率回歸模型可知，定量、透氣度、碳酸鎂用量、助燃劑用量對自由燃燒速率的影響順序為：x2gt;x2·x2gt;x3gt;x1gt;x6；自由燃燒速率隨定量、助燃劑用量升高而升高，隨著碳酸鎂用量的升高而降低。

2. 2. 3 次要因素對錐高的影響

單因素方差分析與回歸模型表明，錐高主要受透氣度、碳酸鎂用量、鈉鉀比、助燃劑用量的影響，定量和酸根類型對錐高的影響未表現出明顯的規律性，這可能是由于透氣度等主要因素的干擾導致。為了探究定量和酸根類型對錐高的影響，根據表4回歸模型結果定義了新變量z=?0.017x32 ?0.130x3·x4+0.034x2+0.317x3+0.667x6，其中，z 表示主要因素對錐高的影響。

分別以定量x1、酸根類型x5為橫坐標，研究控制z 值后錐高的變化趨勢，結果如圖3和圖4所示。由圖3和圖4可知，同一水平定量或酸根類型條件下，隨著z 值增加，錐高有線性升高趨勢，可見z 值是影響錐高的主要因素，可解釋錐高變化的94%；定量和酸根類型是影響錐高的次要因素。

分別以（x1， z） 和（x5， z） 為自變量，建立回歸模型，其中（x5， z， y） 為含定性變量的回歸模型[20-21]，研究定量和酸根類型在排除主要因素干擾的情況下對錐高的影響，結果見表7和表8。由表7可知，控制主要因素的干擾后定量對錐高的影響均達到了極顯著水平（P=0），但回歸方程的調整決定系數由0.953下降為0.921，方程擬合優度降低，從側面印證了定量是影響錐高的次要因素。酸根類型對錐高的影響達到了顯著水平，但回歸方程的調整決定系數僅為0.490，回歸方程的擬合優度較差，回歸標準差也有較大的變化，這是由于酸根類型屬于定性變量，所構建的回歸模型不能預測錐高結果，但可根據回歸模型定性分析錐高變化方向。由表8可知，定量、酸根類型均與z值間存在交互作用，且均分別與錐高間呈線性關系，斜率分別0.030z?0.104和1.016z?3.397，隨著定量或酸根類型的改變，錐高變化的方向和程度與z 值有關，z 值越小，錐高越有利于向減小的方向變化，燃燒錐落頭傾向降低。

3 結 論

3. 1 不同卷煙紙參數卷煙自由燃燒速度與錐高有較顯著的差別，說明卷煙紙與煙絲匹配度是影響卷煙燃燒特性的重要因素。

3. 2 不同卷煙紙參數對錐高的影響趨勢不同，透氣度、助燃劑用量、碳酸鎂用量及其與鈉鉀比的交互作用是影響錐高的主要因素，可解釋錐高變化的94%；定量、酸根類型是影響錐高的次要因素。

3. 3 控制主要因素的情況下，定量和酸根類型與錐高間均呈顯著線性關系，低z 值有利于降低燃燒錐落頭傾向。

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（責任編輯：董鳳霞）