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中浓压力筛筛鼓缝宽对烟草基片浆料分布及其物理性能的影响

  • 张晓 1
  • 樊新顺 2
  • 闫瑛 2
  • 刘壮 1
  • 侯轶 1
  • 李友明 1
  • 田晓辉 2
1. 华南理工大学制浆造纸国家重点实验室，广东 广州，510640 ； 2. 河南卷烟工业烟草薄片有限公司，河南 许昌，461000

中图分类号： TS452

最近更新：2020-02-10

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2020.01.006

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摘要

为了分析不同筛鼓缝宽对烟草基片浆料分布和其物理性能的影响，采用中浓压力筛对烟草基片浆料进行处理，观察烟草基片筛前浆料、筛后良浆和尾浆的纤维组分分布，并分别检测其基片松厚度、抗张指数等物理性能。结果表明，与筛前浆料相比，筛后良浆16目以下组分占比明显降低，200目以上组分占比明显增加，纤维分布更加集中、均匀；筛后浆料基片的柔软性能有较大改善，松厚度有所提高，但抗张指数、撕裂指数分别下降。与旧筛（0.55 mm缝宽）相比，增大压力筛筛缝宽度后，筛后良浆纤维组分并未出现明显变化，但筛后浆料基片松厚度相比筛前基片提高了4.55%，大于采用旧筛时基片松厚度的提高幅度1.33%。尾浆纤维组分主要集中在16目以下范围，占比可达50%。尾浆基片松厚度优于筛前和筛后基片，但伸长率和柔软性能较差，抗张指数及撕裂指数与筛后基片相近，但低于筛前基片。

烟草薄片又称再造烟叶，是卷烟原料的重要组成部分[

1]。造纸法再造烟叶是通过造纸的方法，固相部分在纸机上抄造成烟草基片，将烟梗、烟末等卷烟过程中产生的废料经过萃取，再将用萃取液浓缩调配而成的涂布液喷涂至烟草基片表面，从而制成与天然烟草性能相似的再造烟叶。相比于天然烟叶，烟草薄片一方面达到变废为宝的目的，另一方面也可以实现降焦减害，提升烟草薄片加工性能[2]。

烟草基片属于特殊的造纸产品，优质基片需具有良好的松厚度、吸收性、柔软性，从而有利于烟草基片的浸涂或喷涂[

3]，提升烟草薄片的品质。不同于传统造纸法中蒸煮漂白等工序，烟草浆往往采用直接打浆的方式，浆料中的木素、果胶等均未去除，打浆效果比较难控制[4]。若采用烟梗、烟末和外购浆料一起混合打浆的打浆方式，则成浆的均匀性更加难以保证。因此，打浆后对于浆料的筛分至关重要，通过筛选，根据浆料纤维的尺寸大小和形状的不同，利用带有缝的筛板，在一定的压力下使细浆通过筛板，杂质及不符合尺寸要求的浆渣被阻留在进浆侧，从而根据产品需求尽可能地保留适合抄造的浆料，减少过长、过短纤维在浆料中的比例，使浆料分布更加集中、均匀[5]，提升烟草基片的松厚度和柔软度品质，改善烟草基片的填充性和燃烧性能，降低一氧化碳等有害气体的生成[6]。

本课题探讨了采用中浓压力筛处理前后和不同压力筛筛鼓缝宽处理后，烟草基片浆料纤维组分分布及基片松厚度、柔软度、抗张强度等物理性能的变化，从而为生产实践提供理论指导和技术支撑。

1 实　验

1.1　实验原料

烟草基片（以下简称基片）混合浆料，烟梗∶烟末=5∶5，外购浆料添加量13%（相对于烟梗+烟末），取自河南某烟草薄片生产现场。本实验所用中浓压力筛进浆浓度为3%，筛鼓缝宽分别0.65 mm（新筛）与0.55 mm（旧筛）两种规格。按照不同日期对浆料进行多次取样，其中采用旧筛的样品共取样8次，分2天、4个生产班次进行，依次标记为旧1#~旧8#；采用新筛的样品共取样6次，分2天、3个生产班次进行，依次标记为新1#~新6#，以上各样品分筛前、筛后两种；并对旧5#、旧6#、新1#和新2#样品的尾浆进行了取样。因此，共计有32种浆料样品。

1.2　设备及仪器

SC380中浓压力筛，郑州运达造纸设备有限公司；Bauer-McNett纤维筛分仪，瑞典；凯塞式手抄片机RK3AKWT，奥地利；L&W抗张强度仪，瑞典；L&W 009撕裂度仪，瑞典；L&W厚度仪，瑞典；LB-R1000电脑柔软度仪，中国。

1.3　实验方法

1.3.1　纤维筛分

取相当于10 g绝干纤维的混合浆料加入纤维筛分仪，按北欧SCAN M6（10 g样品，水流15 min，流速10 L/min）的检测方法进行检测，收集不同目数的浆料干燥至绝干，称量后备用。

1.3.2　基片抄造与检测

使用凯塞式自动抄片机抄造基片手抄片，定量为60 g/m2。根据GB/T 10739—2008，将基片置于恒温恒湿室24 h（温度（23±1）℃、相对湿度（50±2）%），然后进行基片物理性能检测。

基片定量及厚度按照GB/T 451—2002进行测定，抗张强度及伸长率按照GB/T 453—2002进行测定，撕裂度按照GB/T 455—2002进行测定，柔软度按照GB/T 8942—2002进行测定。

2 结果与讨论

2.1　浆料筛分组分分析

2.1.1　中浓压力筛处理前后浆料组分分析

图1为浆料经过中浓压力筛处理前后纤维组分的变化。其中，浆料进筛前，16目以下组分含量为27%~35%，含量最大，16~30目组分含量为20%~25%，30~50目组分含量为15%~18%，50~100目组分含量为10%~13%，100~200目组分含量为1.7%~3%，200目以上组分含量为12%~22%。

(a) ＜16目组分

(b) 16~30目组分

(c) 30~50组分

(d) 50~100组分

(e) 100~200目组分

(f) 200目以上组分

图1 中浓压力筛处理前后浆料组分筛分结果

由图1可知，经过中浓压力筛后的良浆16目以下组分含量为20%~29%，含量最大，16~30目组分含量为20%~23%，30~50目组分含量为14%~17%，50~100目组分含量为9%~14%，100~200目组分含量为1%~3%，200目以上组分含量为17%~25%。

可以看出，浆料通过中浓压力筛后，16目以下和200目以上组分的含量发生了明显变化。相比浆料进筛前，筛后浆料16目以下组分含量明显下降，平均下降了5.8%，其中旧5#浆料下降幅度最大，达到9.1%。而浆料200目以上组分含量明显增加，平均增加了4.7%，其中新3#浆料增加幅度最大，达到8.2%。过长纤维下降比例高于过短纤维增加比例，纤维组分分布更加集中。其余组分中，16~30目组分含量略有下降，30~50目、50~100目和100~200目组分含量略有上升。

因此，经过中浓压力筛处理后，浆料中过长的纤维含量下降，中等长度和短纤维含量相对上升，浆料纤维分布更为集中、均匀，有利于基片的抄造。

2.1.2　筛鼓缝宽对浆料组分的影响

无论采用新筛还是旧筛处理浆料，进入中浓压力筛前浆料组分的区别主要在于回流的尾浆。但因尾浆量较少，加之经过磨浆机的二次磨浆处理，新筛与旧筛筛前组分差别不大，因此，笔者仅对筛后的浆料筛分结果进行了分析。同时，为了消除同类浆料之间的差异，对同一日期取样的不同浆料取平均值，其中，旧1#~旧4#、旧5#~旧8#、新1#~新3#、新4#~新6#浆料分别为同一天取样浆料，筛分结果如图2所示。

图2 不同中浓压力筛筛鼓缝宽对浆料组分分布的影响

从图2中可以看出，不同日期的浆料，各组分之间没有明显差别。其中，旧5#~旧8#样品16目及以下组分含量相对较小，为24%，其余均为26%以上；16~30目和30~50目组分含量新、旧筛之间差别不明显；50~100目组分含量新4#~新6#样品相对较小，为10%，其余均在11%~13%之间；100~200目组分含量旧1#~旧4#样品最小，为1.7%，其余均在2%以上；200目及以上组分含量新、旧筛之间差别不明显。

上述结果表明，虽然新筛增大了筛鼓缝宽，但是经其处理后的浆料纤维各组分变化却不是很明显，这可能是因为对基片浆料而言，中浓压力筛筛鼓缝宽由0.55 mm增大至0.65 mm，缝宽改变程度较小，不足以对批量生产的浆料纤维组分带来显著影响；另外，浆料50目以下组分含量均在70%左右，而浆料筛分时选用的网目数也是影响结果的重要因素，需细化50目以下筛分目数，做进一步研究。

2.1.3　尾浆分析

因基片浆料经中浓压力筛处理后，尾浆回流至磨浆机前进行二次打浆，故本实验对4组样品的筛前浆料、筛后良浆及尾浆各组分进行了对比，其中，旧筛和新筛各取2组尾浆样品，结果如图3所示。

(a) 旧5#样品

(b) 旧6#样品

(c) 新1#样品

(d) 新2#样品

图3 筛前、筛后、尾浆组分对比

由图3可以看出，无论采用新筛还是旧筛处理浆料，尾浆16目以下组分含量明显高于筛前浆料和筛后良浆，最高可达到50%（新2#），最低也有40%（旧5#），这比筛前浆料最高35%（新2#）还要高，同时，计算平均值可知，旧筛尾浆16目以下组分含量（43.5%）小于新筛尾浆（48.5%）。16~200目范围的浆料含量，尾浆比筛前、筛后浆料略低1%~2%。尾浆200目以上组分平均含量为10%，明显小于筛前浆料及筛后良浆，同样计算平均值，可知200目以上组分含量旧筛尾浆（11%）略高于新筛尾浆（9%）。这是由于经过中浓压力筛处理后，基片浆料中的长纤维组分被大量截留，导致尾浆中长纤维比例明显增大。

2.2　基片物理性能分析

2.2.1　筛前筛后基片对照分析

图4为筛前筛后基片物理性能的分析结果。由图4可以看出，相比于筛前，筛后基片的松厚度虽然略有提升，但提升幅度很小。柔软性能提升较大，平均提高幅度为30%，其中新4#筛后基片柔软性能相比筛前提升最高，达到50%。但基片抗张指数和撕裂指数均有所降低。这是因为基片浆料经中浓压力筛处理后，筛后良浆细小组分含量增加，因此提升了基片的柔软性能[

7]。

(a) 松厚度

(b) 抗张指数

(c) 伸长率

(d) 撕裂指数

(e) 柔软度

图4 基片物理性能分析

除旧3#、旧4#样品外，各样品基片的伸长率集中于0.65%~0.75%之间，未发生显著变化，筛前和筛后基片的伸长率也没有表现出较强的规律性。因此可以推断，采用中浓压力筛处理烟草基片浆料，对基片伸长率的影响不大。

通过以上分析可以说明，经过中浓压力筛处理后，基片松厚度和柔软性能改善，强度有所下降，但基片柔软性能改善程度大于强度降低幅度。

2.2.2　新筛与旧筛筛后基片对照分析

表1为新、旧筛样品基片物理性能变化。如表1所示，采用新筛时，筛后基片松厚度相比筛前提高了4.5%，大于采用旧筛时基片松厚度的提高幅度1.3%，但总体来说提升幅度不大。同时也可以看出，采用新筛后，基片的抗张指数和撕裂指数有所下降。但是生产上烟草薄片强度在满足纸机抄造的条件即可[

8]。采用旧筛时，筛后基片柔软性能比筛前提升23%，而采用新筛时，筛后基片柔软性能提升了38%，提升幅度更大。

表1 新、旧筛样品基片物理性能的变化

松厚度

/cm3 •g-1

抗张指数/N·m •g-1

撕裂指数

/mN·m2 •g-1

柔软度

/mN

压力筛
筛前 筛后 筛前 筛后 筛前 筛后 筛前 筛后
旧筛 2.23 2.26 9.27 7.20 4.72 4.06 1150 880
新筛 2.20 2.30 9.63 6.66 4.61 3.88 1436 887
注：

　表中数据均为旧1#~旧8#、新1#~新6#样品平均值。

因此，与旧筛相比，采用新筛处理浆料，虽然基片强度的降低幅度更大，但仍在正常生产允许的范围内。同时，基片的柔软性能得到明显改善，松厚度也略有提升，但提升幅度很小。

2.2.3　尾浆基片物理性能分析

图5为尾浆基片物理性能分析。由图5可以看出，尾浆的抗张指数略高于筛后，但低于筛前；新筛尾浆基片抗张指数略小于旧筛。尾浆基片的撕裂指数与抗张指数规律很相似，均为筛前基片最大，而尾浆和筛后基片相近，且新筛尾浆基片略低于旧筛。这与尾浆、筛前和筛后良浆样品中长纤维组分含量的变化是一致的，说明纤维长度是影响基片抗张指数和撕裂指数的重要因素。

(a) 松厚度

(b) 抗张指数

(c) 伸长率

(d) 撕裂指数

(e) 柔软度

图5 尾浆基片物理性能筛前、筛后的对比

尾浆的柔软性能是最差的，且旧筛尾浆基片的柔软度略优于新筛尾浆基片。虽然筛前和筛后良浆的基片伸长率没有明显的差别，但是可以看出尾浆的伸长率明显低于筛前、筛后的，同时旧筛尾浆基片的伸长率略高于新筛尾浆基片。基片的松厚度方面，尾浆要明显好于筛前和筛后基片，这是因为尾浆中纤维更长且粗度更大，因此基片更加蓬松，松厚度更高[

9]。

基于以上有关中浓压力筛处理前、后浆料性能和基片物理性能的变化，不同中浓压力筛筛鼓缝宽对浆料性能和基片物理性能的影响、尾浆性能及其基片物理性能研究结果，下一步项目组将进一步优化中浓压力筛设计形式和筛鼓缝宽，得到适用于烟草基片浆料的中浓压力筛和缝宽范围，进而有效指导生产，提高产品质量。

3 结　论

3.1　烟草混合浆料通过中浓压力筛后，过长的纤维含量下降，中等长度和短纤维含量相对上升，纤维分布更为集中、均匀。筛后良浆16目以下组分含量明显下降，而200目以上组分含量明显增加，30~200目组分含量略有上升。筛后良浆基片的柔软性能得到改善，松厚度略有提升，但并不明显。烟草基片抗张指数和撕裂指数有所降低，伸长率变化不明显。

3.2　相比于旧筛（缝宽0.55 mm），增大中浓压力筛筛缝宽度后（缝宽0.65 mm），虽然在筛分的组分上并没有呈现出明显差别，但基片柔软性能提升幅度更大，同时基片的抗张指数和撕裂指数下降却更为明显。

3.3　相比筛前浆料和筛后良浆，尾浆中16目以上组分含量明显更高，可达到50%。与筛前、筛后基片相比，尾浆基片松厚度最优、抗张指数、撕裂指数与筛后基片相近，但低于筛前基片，伸长率和柔软性能最差。

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