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几种阔叶木浆在卷烟纸生产中的应用研究

  • 张永鑫
  • 字建祥
  • 李冬雪
  • 宋云杉
  • 雀静
  • 刘海燕
  • 范敏
  • 许康
云南红塔蓝鹰纸业有限公司,云南建水,654300

中图分类号: TS761.2

最近更新:2020-11-24

DOI:10.11980/j.issn.0254-508X.2020.11.011

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摘要

为分析不同种类阔叶木浆纤维形态的特点和对卷烟纸物理指标的影响,本研究对11种阔叶木浆(7种桉木浆,3种桦木浆,1种杨木浆)进行纤维形态观察和测量、抄纸以及生产验证。结果表明,纤维的长宽比、湿重、打浆度以及纸张紧度对卷烟纸透气性影响较大;杨木浆卷烟纸的罗纹强度最好(为23.5%),桦木浆次之、桉木浆最差;杨木浆适用于生产高定量、高透气度卷烟纸,南美1号桉木浆、南欧桉木浆、南美2号桉木浆适用于生产低定量、高透气度或高定量、高透气度卷烟纸;南美3号桉木浆和云南桉木浆适用于生产低定量、低透气度卷烟纸;11种阔叶木浆均可生产高定量、低透气度卷烟纸。

卷烟纸作为卷烟生产的重要辅助材料,约占卷烟质量的5%,在烟草工业中占有重要地[

1-3]。卷烟纸的主要作用是包裹烟丝,它对烟支的阴燃性能、燃烧速度、烟支主流烟气和侧流烟气释放量、卷烟吸味和外观等方面都有重要影响。目前卷烟机的速度已达到12000支/min以上,这就要求卷烟纸的强度要达到高速卷烟机在卷烟过程中不断纸的要求。另外卷烟纸的定量、透气度、助剂类型都影响卷烟纸的热裂解燃烧特性,且关于这些因素对卷烟焦油和CO的影响已有大量的文献报[4-7]。对不同品牌的香烟,烟厂对卷烟纸定量和透气度的要求不同。在卷烟纸生产过程中,一般是采用改变阔叶木浆配比或更换阔叶木浆种的方法来调整卷烟纸指标。

笔者通过对云南红塔蓝鹰纸业有限公司在生产中使用过的11种阔叶木浆进行纤维形态的观察、测量和抄片分析,对比11种阔叶木浆对成纸透气度、抗张指数、伸长率、D65亮度、不透明度等指标的影响,并进一步在生产中进行验证。旨在生产不同透气度的卷烟纸时,合理选用不同种类的阔叶木浆。

1 实 验

1.1 原料与仪器

(1)原料:11种阔叶木浆,取自云南红塔蓝鹰纸业有限公司,具体名称与编号如表1所示。

表1 实验用11种阔叶木浆
浆种编号名称产地
桉木浆 A1 南欧桉木浆 进口
A2 北美桉木浆 进口
A3 南美1号桉木浆 进口
A4 南美2号桉木浆 进口
A5 南美3号桉木浆 进口
A6 海南桉木浆 国产
A7 云南桉木浆 国产
桦木浆 H1 北欧1号桦木浆 进口
H2 北欧2号桦木浆 进口
H3 北美桦木浆 进口
杨木浆 Y 北欧杨木浆 进口

(2)仪器:YQ-Z-13型打浆度测定仪(四川长江造纸厂);JTT213型投影仪(珠海华伦造纸科技公司);XWY-VI纤维测量仪(珠海华伦造纸科技公司);RK-2A型自动抄片机(奥地利);Allimand 3170型长网多缸造纸机(法国);SE062型抗张力测定仪(瑞典);A10型透气度仪(德国);MT2000型罗纹强度测量仪(德国);CH-2501型厚度仪(瑞士);ZB-B型白度仪(杭州纸邦自动化技术有限公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 纸浆纤维滤水和形态分析

分别取一定量的11种阔叶木浆,在碎浆器内碎解后使用打浆度测定仪、纤维测量仪、投影仪(放大100倍)对阔叶木浆的打浆度、湿重、纤维形[

8](纤维数均长度、纤维平均宽度)进行测定。

1.2.2 抄片实验

分别取一定量的11种阔叶木浆,放入碎浆器中碎解35000转。采用自动抄片机抄片,定量30 g/m2,抄片水分含量4.5%。

1.2.3 分析与检测

(1)将待测纸张按照国家标准GB/T 10739-2002恒温恒湿4 h以上(温度(23±1)℃、湿度(50±2)%),然后按照相应的国家标准检测纸张、透气度、不透明度、D65亮度、伸长率、抗张指数等。

(2)使用罗纹强度测量仪测定纸张的罗纹强度。

1.2.4 中试生产

为降低生产成本,用国产阔叶木浆替代进口阔叶木浆。分别使用A7云南桉木浆替代A5进口南美3号桉木浆、A6海南桉木浆替代A3进口南美1号桉木浆生产相同的卷烟纸,分析替代配比和成纸性能。

2 结果与讨论

2.1 纤维形态和纸张物理指标对比

图1~图5分别为11种阔叶木浆的纤维长宽比、纤维数均长度、纤维平均宽度、打浆度和湿重。表1为11种阔叶木浆所抄纸张的物理性能。

图1 阔叶木浆的纤维长宽比

图2 阔叶木浆的纤维数均长度

图3 阔叶木浆的纤维平均宽度

图4 阔叶木浆的打浆度

图5 阔叶木浆的湿重

卷烟纸的透气度是影响卷烟燃烧过程的重要因素之[

9]。阔叶木浆纤维形态、物理指标对卷烟纸透气度影响研究甚少,但对卷烟纸生产实践有重要指导意义。从图1可以看出,Y北欧杨木浆的纤维长宽比最高,为73.0,所抄纸张的透气度也是最高的,为11248 CU(见表1)。A1南欧桉木浆、A3南美1号桉木浆和A4南美2号桉木浆的纤维长宽比也较高,为65.0~67.5,这3种木浆所抄纸张的透气度也较高,为3028~3887 CU。所以纤维长宽比对纸张透气度有一定正相关关系。同时从纸张紧度可以看出,相同定量下,纸张紧度越大,透气度也越低。这是因为纸张的紧度越大,纸张内部纤维越紧密,孔隙较少,所以透气度也较[10]

图4图5可以看出,Y北欧杨木浆、H3北美桦木浆、A1南欧桉木浆、A3南美1号桉木浆、A4南美2号桉木浆的打浆度较低,分别为15.0、18.0、13.0、19.8、18.5°SR,对应的湿重较高,分别为3.51、3.01、2.62、2.30、2.13 g;对比相应所抄纸张的物理指标可以看出,打浆度较低、湿重较高的浆种相应的纸张透气度较高。这可能是因为浆料打浆度低、湿重高,细小纤维较少,纤维分丝帚化较少,成纸后纸张孔隙较多,透气度相应较高。

表1中抗张指数可以看出,A5南美3号桉木浆最高,为343 N·m/g,其次为H1北欧1号桦木浆,最低为Y北欧杨木浆。需要说明的是在实际生产中,成纸的抗张指数和伸长率大小主要取决于阔叶木浆的配比量。一般来说,在纸张定量和透气度相同的情况下,阔叶木浆配比越少,纸张的抗张指数和伸长率越高,反之则越低。

表1中还可以看出,不透明度中,A7云南桉木浆最高,为67.6%,H1北欧1号桦木浆、H3北美桦木浆和Y北欧杨木浆较低,为57%~59%;D65亮度中,A2北美桉木浆、A3南美1号桉木浆、A4南美2号桉木浆、H3北美桦木浆较高,为87.0%~88.2%。A6海南桉木浆、A7云南桉木浆、Y北欧杨木浆,D65亮度较低,为84.0%~85.8%。一般来说,同一材种的木浆,D65亮度越高,不透明度越低。如表1所示的桉木浆中,A7云南桉木浆的D65亮度最低,为84.2%,其不透明度最高,为67.6%。

2.2 中试生产结果分析

2.2.1 A7云南桉木浆替代A5南美3号桉木浆

中试生产中使用A7云南桉木浆替代A5南美3号桉木浆。在原有浆料配比中,A5南美3号桉木浆配比为30%,在使用相同配比的A7云南桉木浆后(针叶木浆配比和填料配比均不变),纸张透气度有所下降;这是因为A7云南桉木浆的成纸透气度1329 CU低于A5南美3桉木浆的成纸透气度1616 CU(见表1),这与A5南美3号桉木浆与A7云南桉木浆的生长环境、生长年限和砍伐周期不同有关。为达到相同的纸张透气度,增加了A7云南桉木浆的配比,当A7云南桉木浆配比为35%时,纸张性能达到要求。其浆料和填料配比变化见表2

表1 11种阔叶木浆所抄纸张的物理性能
编号定量/g·m-2透气度/CU不透明度/%D65亮度/%抗张指数/N·m·g-1伸长率/%紧度/g·cm-3
A1 30.2 3294 62.8 86.2 226 0.6 0.43
A2 30.1 2053 60.2 88.2 212 0.7 0.49
A3 30.2 3887 62.6 87.9 227 0.6 0.44
A4 30.2 3028 60.2 87.8 191 0.8 0.46
A5 30.1 1616 62.5 86.8 343 0.9 0.50
A6 30.1 2489 65.3 85.8 201 0.6 0.46
A7 29.7 1329 67.6 84.2 244 0.7 0.50
H1 30.2 2254 58.9 86.0 266 0.8 0.48
H2 30.0 2442 62.0 86.9 232 0.6 0.48
H3 30.2 2656 57.0 87.0 237 0.7 0.49
Y 30.5 11248 59.0 84.0 0.38
表2 云南桉木浆替代南美3号桉木浆的配比 ( % )
编号桉木浆配比针叶木浆配比碳酸钙配比
A5 30 25 45
A7 35 23 42
表3 A5南美3号桉木浆与A7云南桉木浆生产的卷烟纸物理指标比较
编号

定量

/g·m-2

灰分/%(CaO计)透气度/CU

D65亮度

/%

不透明度

/%

抗张

指数

/N·m·g-1

伸长率/%

紧度

/g·cm-3

A5 30.3 16.93 63.9 91.0 74.8 618 1.7 0.41
A7 30.2 17.15 64.1 90.7 76.1 541 1.6 0.40

表3为A5南美3号桉木浆与A7云南桉木浆生产的卷烟纸物理指标比较。从表3可以看出,在纸张定量、灰分和透气度基本相同的情况下,虽然用A7云南桉木浆生产的卷烟纸抗张指数比A5南美3号桉木浆生产的低了77 N·m/g,为541 N·m/g,但在企业现行的标准中,该纸种抗张指数大于475 N·m/g即可达到合格品标准,且两种浆料生产的卷烟纸伸长率、D65亮度、紧度相当,不透明度稍低。故A7云南桉木浆替换A5南美3号桉木浆生产的卷烟纸达到了相应的生产标准。

2.2.2 A6海南桉木浆替代A3南美1号桉木浆

在原有浆料配比中,A3南美1号桉木浆配比为31%,用同样配比的A6海南桉木浆(针叶木浆配比和填料配比不变)时,生产的纸张透气度下降,这是因为A3南美1号桉木浆成纸透气度3887 CU远高于A6海南桉木浆2489 CU抄纸的透气度(见表1);当增加A6海南桉木浆配比至37%后,生产出的纸张透气度达到要求。其浆料和填料配比见表4

表5为A3南美1号桉木浆与A6海南桉木浆生产的卷烟纸物理指标比较。从表5可以看出,在纸张定量、灰分和透气度基本相同的情况下,使用A3南美1号桉木浆与A6海南桉木浆生产的卷烟纸的抗张指数、D65亮度高、不透明度、伸长率、紧度均相当。说明用A6海南桉木浆可以替代A3南美1号桉木浆生产相应性能指标的卷烟纸。

2.3 阔叶木浆对卷烟纸罗纹强度的影响

卷烟纸表面压有横、竖等罗纹,以增加其透气度和改善外[

11]。首先是浆种影响卷烟纸罗纹强度,图6为阔叶木浆卷烟纸罗纹强度的比较。从图6可以看出,Y杨木浆卷烟纸罗纹强度为23.5%,H2北欧2号桦木浆卷烟纸罗纹强度为20.1%,H1北欧1号桦木浆卷烟纸罗纹强度为19.2%,A7云南桉木浆卷烟纸罗纹强度最差为12.9%,所以,在桉木浆、桦木浆和杨木浆中,杨木浆卷烟纸的罗纹强度最好,桦木浆次之、桉木浆最差。这有可能是因为杨木浆纤维比较柔软以及纤维导管分子固有的特点,其纤维的长宽较大,成纸透气度较高,容易被压出花[12-13]。另外在生产中,使用高透气度阔叶木浆,减少阔叶木浆配比量,提高打浆度,延长水线,也可以提高卷烟纸的罗纹强度。这是因为使用高透气度的阔叶木浆,纤维本身空隙多,经过罗纹压榨,容易压出花纹。另一方面,延长水线,使进入罗纹压榨区的纸张纤维水分增加,纤维比较柔软,容易压出较深罗[14]

表4 A6海南桉木浆替代A3南美1号桉木浆的配比 ( % )
序号桉木浆配比针叶木浆配比碳酸钙配比
A3 31 25 44
A6 37 20 43
表5 A3南美1号桉木浆与A6海南桉木浆生产的卷烟纸物理指标比较
编号

定量

/g·m-2

透气度/CU灰分/%(CaO计)

D65亮度

/%

不透明度

/%

抗张

指数

/N·m·g-1

伸长率/%

紧度

/g·cm-3

A3 28.5 51.1 18.35 91.1 74.0 564 1.5 0.39
A6 28.4 52.1 18.14 90.6 74.3 558 1.5 0.38

图6 阔叶木浆卷烟纸罗纹强度的比较

2.4 阔叶木浆的选用

在生产中选用哪种阔叶木浆生产,是要根据所生产的卷烟纸种来选择,可以同时配比多种阔叶木浆。一般来说,生产高定量、高透气度卷烟纸时,纸张抗张强度很容易达到要求,可选用高透气度的阔叶木浆,如Y北欧杨木浆、A3南美1号桉木浆、A1南欧桉木浆、A4南美2号桉木浆等。生产低定量、高透气度卷烟纸时,纸张抗张强度可能会下降,最好选用透气度较高、纤维较长的阔叶木浆,如A3南美1号桉木浆、A1南欧桉木浆、A4南美2号桉木浆等。生产高定量、低透气度卷烟纸时,以上11种阔叶木浆基本上都可以选用,但要注意调整纸张的罗纹强度。生产低定量、低透气度卷烟纸时,可选用透气度较低的阔叶木浆,如A5南美3号桉木浆和A7云南桉木浆。

3 结 论

本实验对11种阔叶木浆进行纤维形态的观察、测量和抄纸分析,并进行生产验证。

3.1 阔叶木浆的纤维长宽比、打浆度、湿重和紧度对卷烟纸透气度影响较大,纤维长宽比大、打浆度低、湿重高的浆料成纸透气度较高,紧度低的纸张透气度也较高。

3.2 生产实践表明,可以分别用云南桉木浆替代南美3号桉木浆、海南桉木浆替代南美1号桉木浆生产相应性能指标的卷烟纸。

3.3 杨木浆卷烟纸的罗纹强度最好(为23.5%),桦木浆次之、桉木浆最差。

3.4 北欧杨木浆适用于生产高定量、高透气度卷烟纸;南美1号桉木浆、南欧桉木浆、南美2号桉木浆适用于生产低定量、高透气度或高定量、高透气度卷烟纸;南美3号桉木浆和国产云南桉木浆适于生产低定量、低透气度卷烟纸;11种阔叶木浆均可生产高定量、低透气度卷烟纸。

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