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基于阴燃性能和钾元素含量的卷烟纸鉴别检验方法

  • 周明珠 1
  • 董浩 1
  • 马静 2
  • 刘传海 3
  • 王锦平 1
  • 李晓辉 1
  • 杨进 1
  • 邢军 1
  • 周德成 1
  • 闪红光 1
1. 国家烟草质量监督检验中心,河南郑州,450001; 2. 云南省烟草质量监督检测站,云南昆明,650106; 3. 牡丹江恒丰纸业股份有限公司,黑龙江牡丹江,157013

中图分类号: TS761.2

最近更新:2020-12-24

DOI:10.11980/j.issn.0254-508X.2020.12.016

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摘要

为满足卷烟纸产品属性鉴别检验的要求,研究了卷烟纸与其他外观形态相似的薄页纸张的阴燃性能和助燃剂钾元素含量,通过对比实验分析了各类纸张的差异,并验证了方法的可行性。结果表明,卷烟纸和其他外观形态相似的普通薄页纸张的燃烧状态、阴燃长度和助燃剂钾元素含量均有明显差异,能够通过阴燃性能和钾元素含量区分卷烟纸和其他外观形态相似的普通薄页纸张。

《中华人民共和国烟草专卖法》第一章第二条中规定:烟草专卖法所称烟草专卖品是指卷烟、雪茄烟、烟丝、复烤烟叶、烟叶、卷烟纸、滤嘴棒、烟用丝束、烟草专用机械。其中卷烟纸是用于包裹烟丝成为卷烟烟支的专用纸,是卷烟的重要辅助材料。由于卷烟纸产品的专卖属性,无论从生产还是销售环节均需要专卖许可才能进行,造假分子在制售假冒卷烟的过程中,使用的卷烟纸无疑是通过非正规渠道获得的。因此,对于专卖人员缴获的罚没盘纸进行的鉴别检验主要是其属性鉴别,即需要对盘纸纸张进行技术判定其是否属于卷烟纸,从而维护专卖体制的权威。

对产品进行属性鉴别时,应结合包装、形态特征等感官指标的检验以及理化特征指标的分析,对产品予以区别、区分。卷烟纸最主要的特点是直接参与卷烟燃烧;在燃烧过程中,卷烟与烟丝的燃烧速度必须相匹配,两者相互作用,共同影响卷烟的燃烧状态,从而影响卷烟烟气质量、感官质量、包灰及其他相关质量指[

1-4]。卷烟纸的加工工艺与造纸的工艺基本一致,使用的纤维原料、填料和其他纸种差异不大,不同点是为保证卷烟纸具有合适的燃烧速率,需要在卷烟纸中添加助燃[5-7]。助燃剂的作用是为了协调卷烟纸和烟丝的燃烧速度,降低卷烟抽吸期间的燃烧温度,减少抽吸口数、焦油和一氧化碳(CO)量,从而降低卷烟的危害性。因此,燃烧性能是卷烟纸特有的性能,也是卷烟纸与其他同类型纸张最明显的区别。

为满足卷烟纸产品属性鉴别检验的要求,本实验研究了卷烟纸和其他外观形态相似的薄页纸张的阴燃性能和助燃剂含量,以钾元素含量为指标表征,通过对比实验分析了各类纸张的差异,旨在提出卷烟纸产品的定性鉴别检验方法。外观形态相似纸张即形态为盘状,且卷盘宽度和盘芯内径差异不大。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

3种卷烟纸,分别由牡丹江恒丰纸业股份有限公司、杭州华丰纸业有限公司、民丰特种纸股份有限公司提供;与卷烟纸外观形态相似的薄页纸张包括1种筷子包装纸、2种手卷烟纸、3种牙签纸、3种吸管包装纸,均为市售产品,样品信息见表1

表1 样品信息表
样品编号样品类型
A 卷烟纸
B 卷烟纸
C 卷烟纸
D 筷子包装纸
E 手卷烟纸
F 手卷烟纸
G 牙签纸
H 牙签纸
I 牙签纸
J 吸管包装纸
K 吸管包装纸
L 吸管包装纸

硝酸水溶液(质量分数65.0%),H2O2水溶液(质量分数30.0%),氯化铯(质量分数99.0%),钾标准溶液。

卷烟纸阴燃速率测定仪(CSR-Ⅱ,中国科学院安徽光学精密机械研究所);微波消解仪(MARS,美国CEM公司);火焰原子吸收光谱仪(TAS-990AFG,北京普析通用仪器公司)。

1.2 实验方法

纸张阴燃性能和卷烟纸阴燃速率的测定,依据GB/T 12655—2017《卷烟纸基本性能要求》附录A的测定方法,纵向全宽截取长250 mm的试样各5张(对于宽度>50 mm的试样,取全宽的1/2),在常温常湿条件下,测试纸张阴燃所能达到的长度,以mm表示。

钾元素含量的测定,依据YC/T 274—2008《卷烟纸中钾、钠、钙、镁的测定火焰原子吸收光谱法》,每种纸张取50 g作为试样,称取0.1 g试样经微波消解后使用火焰原子吸收光谱仪按标准要求测定。

2 结果与讨论

2.1 阴燃性能

阴燃速率是卷烟纸最重要的阴燃性能指标,由于不同品牌卷烟的烟丝化学成分和物理结构不同,烟丝燃烧性能也就有所不同,因此需要选用燃烧性能与之相匹配卷烟纸,若卷烟纸的燃烧速率大于烟丝的燃烧速率,则会出现烟支燃烧锥过长和落头的质量问题,若卷烟纸的燃烧速率小于烟丝的燃烧速率,则燃烧锥会缩进卷烟纸内,造成“缩头”的质量问题,严重时会因燃烧缺氧而造成烟支熄[

8-10]。国家标准中通过阴燃速率指标来考察卷烟纸阴燃性能,阴燃速率的定义是“在规定条件下,点燃后的卷烟纸连续阴燃一定长度所需的时间”,卷烟纸应符合其阴燃速率设计要求,点燃后烟支不应出现明火且阴燃距离不小于150 mm。普通薄页纸张没有燃烧性能要求,理论上不应发生燃烧或者不易发生燃烧。

为了考察卷烟纸和其他外观形态相似普通薄页纸张的差异,使用卷烟纸阴燃速率测定仪测试了不同纸张的阴燃性能,记录了每种纸张的燃烧状态,测量了纸张的燃烧长度。

图1为不同类型纸张的燃烧状态图像,A、B、C 3种卷烟纸均为全长燃烧,能够达到标准要求的150 mm的阴燃距离;筷子包装纸D没有发生燃烧或者阴燃;手卷烟纸E、F阴燃很短的距离后即熄火;牙签纸G点燃时产生明火,但随即熄灭,没有继续阴燃;牙签纸H、I阴燃一段距离后熄火;J、K、L 3种吸管包装纸也在阴燃一段距离后熄火。从燃烧状态来看,卷烟纸能够阴燃且燃烧过程平稳,不同样品的燃烧过程一致,普通薄页纸张的燃烧性能差异较大,且同一类型纸张样品的燃烧过程也不一致,表明普通薄页纸张并未使用专门针对燃烧性能的工艺技术或配方。

A、B、C(全长燃烧)

D(不阴燃)

E、F(阴燃后熄火)

G(产生明火)

H、I(阴燃后熄火)

J、K、L(阴燃后熄火)

图1 不同纸张的燃烧状态

表2为各类型纸张5次测试的燃烧长度。由表2可知,3个卷烟纸样品燃烧长度均为150.0 mm,部分普通薄页纸张偶尔也能够阴燃一定的长度,阴燃长度最大的牙签纸H,只有19.4 mm,所有普通薄页纸张均没有5次测试全部燃烧,阴燃的长度和一致性与卷烟纸有明显差异。

表2 不同纸张的阴燃长度 ( mm )
ABCDEFGHIJKL
1 150.0 150.0 150.0 0 0 0 0 10.0 0 10.0 10.0 0
2 150.0 150.0 150.0 0 0 0 0 0 1.6 0 11.6 0
3 150.0 150.0 150.0 0 0 6.7 0 21.4 0 21.3 18.7 9.7
4 150.0 150.0 150.0 0 0 6.0 0 22.1 0 20.1 19.3 5.2
5 150.0 150.0 150.0 2.3 5.0 10.0 10.0 24.0 5.0 15.0 27.0 5.0
平均值 150.0 150.0 150.0 0.5 1.0 5.7 3.3 19.4 1.3 16.6 17.3 5.0

卷烟纸和普通薄页纸张的燃烧状态和阴燃长度均有明显差异,因此,能够通过阴燃性能区分卷烟纸和普通薄页纸张,阴燃性能鉴别法可以作为卷烟纸鉴别检验的方法。

2.2 钾元素含量

卷烟纸实现所需阴燃性能主要依靠在生产过程中加入助燃剂,并依据不同品牌卷烟烟丝对于卷烟纸阴燃性能的需求对助燃剂加入量进行适当调整。目前常用的卷烟纸助燃剂包括柠檬酸、苹果酸等有机酸钾钠盐,与钠离子相比,由于钾离子半径大、活性高,更有助于卷烟燃烧,因此卷烟纸中助燃剂类型通常选用钾盐;一方面可以催化卷烟纸纤维的热裂解,保证卷烟纸燃烧过程的完整性和一致性,另一方面可以提高卷烟纸透气度,加快焦油和CO的稀释与扩[

11-12]。普通薄页纸张由于没有燃烧的特殊需求,一般不会添加钾盐或者其他类型的助燃剂。

表3为不同类型纸张的钾元素含量测试结果。由表3可知,A、B、C 3种卷烟纸的钾元素含量均在1.0%以上,普通薄页纸张的钾元素含量均较低,最高的也不到0.1%,图2为不同纸张的钾元素含量测定结果。由图2可以看出,卷烟纸与薄页纸张的钾元素含量有明显差异,因此可以通过钾元素含量来鉴别分析卷烟纸的真伪。

表3 不同纸张的钾元素含量测定结果
样品编号样品类型钾元素含量/%
A 卷烟纸 1.89
B 卷烟纸 1.15
C 卷烟纸 1.18
D 筷子包装纸 0.015
E 手卷烟纸 0.032
F 手卷烟纸 0.029
G 牙签纸 0.025
H 牙签纸 0.070
I 牙签纸 0.013
J 吸管包装纸 0.060
K 吸管包装纸 0.072
L 吸管包装纸 0.035

图2 不同纸张的钾元素含量测定结果

2.3 验证实验

为了验证基于钾元素含量的卷烟纸鉴别分析方法的可行性,分别测试了20个卷烟纸和20个普通薄页纸张的阴燃速率和钾元素含量,测试的卷烟纸全部全长燃烧,普通薄页纸张燃烧距离均未超过20 mm,钾元素测试结果如图3所示。由图3可见,卷烟纸的钾元素含量分布范围为0.10%~1.71%,普通薄页纸张的钾元素含量分布范围为0~0.07%,卷烟纸和普通薄页纸张的钾元素含量没有交叉,表明基于阴燃性能和钾元素含量的卷烟纸鉴别分析方法是可行的。

图3 卷烟纸鉴别分析验证实验结果

3 结 论

本实验通过对比实验研究了卷烟纸和其他外观形态相似的普通薄页纸张的阴燃性能和钾元素含量的差异,验证了阴燃性能和钾元素含量鉴别卷烟纸和其他外观形态相似薄页纸的可行性。结果表明,卷烟纸和普通薄页纸张的燃烧状态、阴燃长度和钾元素含量均有明显差异,能够通过阴燃性能和钾元素含量区分卷烟纸和普通薄页纸张,基于阴燃性能和钾元素含量的鉴别方法是准确可靠的卷烟纸鉴别检验方法。

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