關(guān)鍵詞：卷煙紙；燃燒；自然孔率；添加劑；填料填料和添加劑是卷煙紙生產(chǎn)中不可缺少的部分，它能有效地改善成紙的勻度，提高不透明度和手感。合適地選擇填料和添加劑，又能達(dá)到產(chǎn)品透氣度高、變異系數(shù)小，同時(shí)又能幫助燃燒，達(dá)到包灰緊密的效果。下面我們對(duì)香煙的燃燒狀況和卷煙紙透氣度對(duì)煙氣的主要成分所產(chǎn)生的影響進(jìn)行討論。
1卷卷煙燃燒區(qū)溫度變化填料煙支的直徑為8.0mm，橫截面積為0.5cm2,空隙體積為1.5cm3，按中等和恒穩(wěn)抽吸速度燃燒的卷煙內(nèi)的溫度分配數(shù)據(jù)（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：每口抽吸時(shí)間為2s，每口吸入的煙氣量為35ml，每隔60s抽吸一口），燃燒錐部位溫度達(dá)到750～800℃；300℃氣體等溫線從卷煙紙燃燒前2mm處開(kāi)始，大約延伸18mm，在燃燒區(qū)不僅產(chǎn)生CO2和水，而且形成各種各樣的反應(yīng)組分。在等溫條件下，這個(gè)多組分混合物不僅會(huì)趨向建立不同化學(xué)組分間的氣體反應(yīng)平衡，而且會(huì)建立蒸氣相、凝聚相和有煙絲與過(guò)濾材料的吸附相間的平衡，也即是說(shuō)，卷煙紙?jiān)谂c煙絲共同燃燒的過(guò)程中參與了煙氣組分的構(gòu)成。見(jiàn)圖1。圖1 卷煙燃燒區(qū)溫度變化
2卷卷煙紙對(duì)煙氣組分的影響填料卷煙紙可以改變煙氣的組分，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
填料（1）卷煙紙組分或卷煙紙燃燒后組分對(duì)煙氣流的直接影響；
填料（2）煙氣組分通過(guò)卷煙紙的擴(kuò)散；
填料（3）燃燒錐內(nèi)和燃燒錐四周的氣流速度，容積和分布變化；
填料（4）煙氣組分與卷煙紙組分的反應(yīng)；
填料（5）通過(guò)對(duì)煙氣流速度的影響，未燃燒段過(guò)濾效率的變化（抽吸壓差的）。通常情況下，卷煙紙重量為煙支重量的5%，一般來(lái)說(shuō)，不會(huì)對(duì)卷煙煙氣組分有很大影響。但隨著卷煙紙孔率的增加，煙氣中氧和氮的濃度也增加，而煙氣中所有其它組分減少。國(guó)外公司對(duì)不同孔率的卷煙紙對(duì)煙氣成分的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果如表1。表1卷卷煙紙的自然孔率和添加劑對(duì)煙氣成分的影響孔率添加劑8.8檸檬酸鹽18.8檸檬酸鹽38.0檸檬酸鹽8.3磷酸鹽17.1磷酸鹽32.8磷酸鹽焦油煙堿氧化碳乙醛2-丁酮丙烯醛91.45.3734.803.180.440.2989.35.3547.003.210.470.2981.24.8146.003.030.440.3098.305.1436.903.450.500.3689.405.0439.003.200.410.4086.904.8641.003.270.430.40我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室對(duì)不同透氣度的卷煙紙卷煙后燃燒，其焦油含量的變化曲線見(jiàn)圖2?？梢钥闯?，在其它通風(fēng)條件（濾嘴通風(fēng)和抽吸壓力）不變的情況下，卷煙紙的透氣度從20CU至60CU，焦油含量的下降幾乎呈直線，到達(dá)80CU以后，焦油含量下降趨于平緩，如果再單純提高卷煙紙的透氣度，對(duì)降低焦油含量的作用已經(jīng)不太明顯。要進(jìn)一步地降低焦油含量，可以選擇新的濾嘴通風(fēng)設(shè)計(jì)，采用高透氣度成型紙和穿孔水松紙，這是我們以后將討論的課題。圖2 紙透氣度對(duì)焦油含量的影響填料3填填料對(duì)卷煙紙質(zhì)量的影響填料卷煙紙孔隙度的獲得，是通過(guò)纖維間的良好的組織結(jié)構(gòu)和填料的良好覆蓋而產(chǎn)生的自然孔隙，而非“針眼”，特別是高透氣度卷煙紙的生產(chǎn)，要求成紙的勻度好、白度高，滿足煙支外觀的要求；透氣度的均勻性好，變異系數(shù)小，滿足抽吸性能的要求。填料要滿足以上的要求，我們對(duì)填料的選擇方面（目前廣泛使用的是沉淀CaCO3）著重強(qiáng)調(diào)的是：
填料（1）CaCO3粒子之間、粒子與纖維之間的良好交結(jié)和孔隙的存在；
填料（2）有較高的折射覆蓋率；
填料（3）分布均勻。填料不同的原料和工藝生產(chǎn)的CaCO3的結(jié)晶狀況基本上可分為紡錘狀、針狀絡(luò)合體、立方體和柱狀體四種；粒子的大小尺寸可分普通、精細(xì)、超微細(xì)鈣，至于納米鈣，目前仍在研究和開(kāi)發(fā)過(guò)程中。如何選擇最適合卷煙紙要求的結(jié)晶形狀和粒子尺寸是填料選擇的關(guān)鍵所在。當(dāng)然，生產(chǎn)高透氣度卷煙紙?zhí)盍系暮侠磉x擇只是其中之一，同時(shí)還必須考慮占卷煙紙重量20%的CaCO3，即占煙支總重的1%，也將參與燃燒并影響煙氣組分，同時(shí)還應(yīng)具有燃燒包灰效果的特殊要求。3.1碳碳酸鈣結(jié)晶形狀的選擇填料就結(jié)晶的形狀而言，各種形狀各具特色，紡錘狀由于其結(jié)晶形狀決定了粒子的堆積、交叉在一起，會(huì)產(chǎn)生搭橋作用，較疏松，對(duì)成紙的透氣度、不透明度、白度均較有利；針狀絡(luò)合體也具有紡錘狀的特點(diǎn)，但粒子堆積結(jié)合比紡錘狀更緊密；而立方體則不同，較難產(chǎn)生象紡錘那樣的交叉、搭橋，不利于通氣和折射；柱狀體是一種棒狀結(jié)晶，其粒子堆積而產(chǎn)生的交叉、搭橋優(yōu)于紡錘體，但其堆積均勻性遠(yuǎn)不如紡錘體。表2卷CaCO3的結(jié)晶形狀對(duì)卷煙紙性能的影響結(jié)晶形狀紡錘體針狀絡(luò)合體立方體柱狀體粒徑 μm卷煙紙?jiān)嚇?.1510.320.5032.5040.0550.1560.3070.8080.1×0.890.25×2100.35×311定量 g/m2厚度 μm緊度 g/cm3灰分 %透氣度 CU不透明度 %白度 %抗張強(qiáng)度 N伸長(zhǎng)率 %26.0470.5618.931.685.587.518.31.625.6460.5618.330.885.387.518.51.626.7490.5518.845.382.589.517.72.427.5490.5718.526.782.187.517.61.427.4430.6318.85.172.182.515.51.626.4430.6218.721.586.287.317.62.026.5460.5818.820.586.590.016.52.427.5450.6218.115.985.087.519.22.126.2450.5818.110.085.789.518.01.925.7470.5418.438.387.590.016.52.426.2490.5318.44287.590.319.02.6填料表2中所反映的透氣度、不透明度、白度這三個(gè)指標(biāo)比較：針狀絡(luò)合體和立方體的透氣度、不透明度、白度較低，不能適應(yīng)高檔卷煙紙的生產(chǎn)；紡錘體和柱狀的透氣度、不透明度、白度都比較高，基本能滿足卷煙紙的生產(chǎn)要求。但柱狀體粒子有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，當(dāng)其粒子尺寸稍有變化，會(huì)帶來(lái)透氣度大幅度變化，對(duì)于透氣度的穩(wěn)定極為不利。當(dāng)然，要使卷煙紙用CaCO3保持一種結(jié)晶形體，還有一些困難，但我們應(yīng)選擇紡錘體結(jié)晶為主的CaCO3，用于卷煙紙的生產(chǎn)。3.2碳粒子尺寸的選擇填料通常情況下，CaCO3的粒徑大，比表面積小，在紙層中形成的自然孔隙大，有利于提高透氣度，但又容易造成紙頁(yè)大量的針眼；粒子直徑若太小，比表面積大，覆蓋能力強(qiáng)，成紙的不透明度高，而容易阻塞自然孔隙，并且還會(huì)影響紙張的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。要生產(chǎn)高透氣度的卷煙紙，且保證透氣度的穩(wěn)定，那么對(duì)CaCO3粒子尺寸的選擇就十分重要。
填料常用于卷煙紙生產(chǎn)的沉淀CaCO3（輕鈣），粒子分布大概為：填料＜0.5μm占0.42%填料＜1.0μm占16.5%填料1.0～2.0μm占33.4%填料＞2.0μm占28.6%填料＞5.0μm占21.1%填料沉淀CaCO3基本上能滿足生產(chǎn)透氣度為40～60CU卷煙紙，紙幅勻度、不透明度和透氣度的穩(wěn)定性均為良好。但如果透氣度要達(dá)到70～90CU，那么常用的沉淀CaCO3就有一些缺點(diǎn)顯現(xiàn)出來(lái)，比如，紙幅勻度下降，“針眼”量增加，透氣度的波動(dòng)明顯增大。因此，我們開(kāi)始探索新型的鈣品，以滿足技術(shù)進(jìn)步的需要。通過(guò)研究我們發(fā)現(xiàn)，采用氣流粉碎技術(shù)能有效地改變現(xiàn)有沉淀CaCO3的粒子分布，極大地滿足高透氣度、高不透明度卷煙紙的生產(chǎn)，填料的留著率也有較大的提高。見(jiàn)表3、表4。表3氣氣流粉碎CaCO3的效果對(duì)比粒度分布μm原鈣%粉碎批號(hào)1234520～405～202～51～2＜16.214.928.633.40.4203.13.193.50.3402.519.178.20.22008.591.4035001.598.20.42001.298.60.44表4氣氣流粉碎CaCO3和沉淀CaCO3比較 氣流粉碎CaCO3沉淀CaCO3沉降體積 ml/g單程留著率 %表觀體積 ml/g3.682.42.112.9～3.254.92.48注：?jiǎn)纬塘糁手覆惶砑又魟r(shí)的留著率。填料通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，氣流粉碎CaCO3，表觀體積略有減小，顯微鏡觀察較大顆粒減少30%～40%，留著率增加28%。填料另外，除采用了碳酸鈣作為卷煙紙的填料外，還可以選擇鈣的同族元素的堿金屬鹽作填料，并對(duì)煙紙燃燒的包灰性能有一定的影響。
4填添加劑對(duì)卷煙紙品質(zhì)的影響 填料卷煙盤(pán)紙的主要添加劑是燃燒調(diào)節(jié)劑（助燃劑），雖然燃燒調(diào)節(jié)劑的含量?jī)H為盤(pán)紙重量的0.5%～2.0%，但它們的種類和用量將影響盤(pán)紙的燃燒性及灰分外部特征。常用的燃燒調(diào)節(jié)劑有：堿金堿金屬檸檬酸鹽堿金堿金屬酒石酸鹽堿金堿金屬乙酸鹽堿金堿金屬磷酸鹽堿金Na2B4O7堿金堿金屬硫酸鹽堿金堿金屬碳酸鹽堿金堿金屬蘋(píng)果酸鹽堿金AlCl3堿金Na2MoO4堿金堿金屬硝酸鹽堿金堿金屬鹵化物堿金堿金屬甲酸鹽堿金NaVO3填料燃燒調(diào)節(jié)劑能影響卷煙的靜燃速率和通風(fēng)率，從而會(huì)影響卷煙的吸味。由于中國(guó)地域遼闊，南北跨度大，各地?zé)煆S的地理環(huán)境、大氣條件、香煙的葉組配方和煙民的傳統(tǒng)消費(fèi)習(xí)慣差異較大，為了解決這些問(wèn)題，我們已經(jīng)開(kāi)始和煙草行業(yè)進(jìn)行合作研究，采用調(diào)整燃燒調(diào)節(jié)劑的加入量的方法，取得適合客戶生產(chǎn)條件、滿足地區(qū)吸味的卷煙盤(pán)紙。圖3為燃燒峰值溫度、靜燃速度與添加劑關(guān)系圖。圖3中燃燒調(diào)節(jié)劑為鹵化鈉和堿金屬氯化物的盤(pán)紙熱裂解時(shí)的峰值溫度與靜燃速度的關(guān)系，峰值溫度與靜燃速度均隨陰離子半徑減小或陽(yáng)離子半徑增大而升高。我們利用這種關(guān)系，控制和調(diào)整燃燒速度。圖3 不同燃燒調(diào)節(jié)劑對(duì)卷煙紙燃燒的影響另外，靜燃速度與pH值的關(guān)系如圖4。靜燃速度、燃燒溫度與燃燒調(diào)節(jié)劑水溶液的pH值有一定關(guān)系，但目前還難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)pH值的微弱變化對(duì)卷煙燃燒行為的影響。我們將對(duì)其關(guān)系進(jìn)行更深入的研究，同時(shí)包括燃燒調(diào)節(jié)劑對(duì)煙焦油和一氧化碳的含量影響的研究，開(kāi)發(fā)出更適應(yīng)卷煙盤(pán)紙的燃燒調(diào)節(jié)劑。5關(guān)關(guān)于卷煙紙技術(shù)的展望 我們正在開(kāi)始的研究?jī)?nèi)容包括：
（a）高白度卷煙紙、全無(wú)氯卷煙紙 圖4 調(diào)節(jié)劑水溶液pH對(duì)燃燒速度的影響的研究；
（b）卷煙紙防偽技術(shù)的研究；
（c）燃燒調(diào)節(jié)劑的研究；
（d）特殊填料的研究；
（e）特殊纖維和添加劑的研究；
（f）環(huán)境保護(hù)和降焦、降害的研究。
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