理论教育 卷烟纸的阻燃设计:提高安全性能

卷烟纸的阻燃设计:提高安全性能

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:依据设备机型,双盘卷烟纸常用的宽度为53mm等。调节卷烟燃烧,影响烟气形成与释放。在卷烟纸背面涂布一定宽度的阻燃条,形成低引燃倾向卷烟纸,有助于降低火灾风险。

卷烟纸的阻燃设计:提高安全性能

卷烟用纸指加工卷烟过程中所使用的纸品,其中卷烟纸参与烟支的燃烧,因此卷烟纸理化特性对卷烟品质有重要影响,涉及外观、感官、烟气、包灰、安全等多个方面,且部分指标对卷烟性能起关键作用。

一、卷烟纸类别

卷烟纸是用于包裹烟丝成为卷烟烟支的专用纸,制成卷筒后分切成盘状,故又称为盘纸。卷烟纸根据质量特性分类如下。

1. 按照纤维种类分类

依据纸张使用的纤维种类,卷烟纸分为木浆卷烟纸、麻浆卷烟纸、混合浆卷烟纸等。

2. 按照罗纹方式分类

依据罗纹方式,卷烟纸分为横罗纹卷烟纸、竖罗纹卷烟纸、斜罗纹卷烟纸、方格罗纹卷烟纸、无罗纹卷烟纸等。

3. 按照外观设计分类

依据外观设计,卷烟纸分为普通白色卷烟纸、彩色卷烟纸、印刷卷烟纸、防伪卷烟纸等。

4. 按照燃烧性能分类

依据卷烟纸的燃烧特性,卷烟纸分为普通卷烟纸、低引燃倾向(Low Ig-nition Propensity)卷烟纸、加热不燃烧卷烟纸等。

5. 按照功能特性分类

依据纸张的功能特性,卷烟纸分为普通卷烟纸、快燃卷烟纸、低侧流卷烟纸、降CO卷烟纸、强包灰卷烟纸、加香卷烟纸、保润卷烟纸等。

6. 按照质量等级分类

依据质量等级,卷烟纸从高到低依次分为A、 B、 C三个等级,卷烟企业通常使用A级纸。

7. 按照产品规格分类

依据烟支规格,卷烟纸的宽度一般使用26.5mm(常规卷烟)、 19mm(细支卷烟)、 22mm或24mm(中支卷烟)。依据设备机型,双盘卷烟纸常用的宽度为53mm等。

二、卷烟纸特性

卷烟纸在纸张分类中属于薄页纸、特种纸,具有以下特性。

1. 具有自然的透气性

卷烟纸由植物纤维和遍布在其结构中的无机填料组成,结构疏松,纤维之间的空隙形成多孔,从而具有渗透性和扩散性。

2. 具有不透明度、白度等光学性能

卷烟纸质量的三分之一由碳酸钙组成,碳酸钙具有比木浆纤维高的对光的折射与反射,使卷烟纸的不透明度较高,可以良好遮盖烟丝,从卷烟外向内看,不能见到烟丝,不“露底”同时,其具有比木浆纤维高的白度,使卷烟纸的白度较高,可美化烟支外观。

3. 具有良好的燃烧性

烟支燃烧时,卷烟纸与烟丝部分混成一体共同燃烧。卷烟纸质量占整支卷烟质量的5%以上,它的燃烧产物对烟气组分不会产生很大影响,但卷烟纸的燃烧温度和燃烧速度则直接影响卷烟燃烧效果,从而影响到卷烟烟气组分。

4. 具有一定拉伸强度

卷烟机采用张力控制系统实现卷烟纸供给,为了适应高速卷烟机的需求,卷烟纸需要具有较高的拉伸强度和均匀性,保证卷烟机在高速运行过程中不断纸。

5. 具有工艺两面性

纸张正面(背网面)的填料和细小纤维含量相对多于纸张反面(贴网面),纸张正面比较平滑,结构比较紧密;助燃剂单面施加在卷烟纸的反面,有助于保持烟灰状态。

6. 具有吸湿性

卷烟纸具有很强的吸湿和放湿能力。在环境温湿度改变时,纸张含水率随之发生变化,影响纤维的结合,影响纸张上机使用的抗张强度。当纸张的水分与周围空气的相对湿度相平衡时,其强度达到最佳状态。

三、卷烟纸作用

(1)包裹烟丝,卷制成无皱、不透明的烟支,是卷烟纸的基本功能。

(2)美化烟支外观。通过在卷烟纸上压制罗纹、涂布色彩图案等,使烟支外观新颖,吸引消费者;个性化的罗纹及图案设计同时具有产品防伪效果。

(3)调节卷烟燃烧,影响烟气形成与释放。卷烟纸直接参与烟支燃烧,对卷烟静态燃烧速率、通风率、抽吸口数、压降和主、侧流烟气释放量都有较大影响。

(4)影响烟气扩散,与卷烟感官质量、包灰与灰色具有直接相关性。

(5)功能元素载体。在卷烟纸中施加具有改善包灰、加香或者减害作用的功能助剂,可赋予卷烟产品更多的技术特色。在卷烟纸背面涂布一定宽度的阻燃条,形成低引燃倾向卷烟纸,有助于降低火灾风险。

四、卷烟纸原材料及生产工艺

1. 原材料

卷烟纸由植物纤维(约70%)和遍布在其结构中的无机填料(约28%)、助剂(约2%)组成。主要包括:植物纤维、填料、助燃剂、增强剂、助留剂、消泡剂、防腐剂等。

(1)纤维原料 卷烟纸的原料主要为木浆、麻浆等植物纤维。其中,木浆是当前造纸最常用的纤维原料,木浆通常分为针叶木浆和阔叶木浆;麻浆通常选择亚麻浆。

不同的纤维原料,由于纤维形态和强度等性能的差异,对卷烟纸的物理指标和外观质量产生直接影响,不但影响卷烟纸透气性,还影响卷烟纸在卷烟机上运行的稳定性。

①针叶木浆:主要原料有云杉松树、冷杉、落叶松、铁杉等,其性能特点:纤维长而宽、细胞壁厚、壁腔比大、强度高,容易吸水润胀、分丝、帚化,为纸张结构提供强度和骨架性网络,卷烟纸纵向拉力好;但透气性差,也影响卷烟纸的匀度和不透明度。

②阔叶木浆:主要原料有杨木、桦木、桉木、榉木、相思木类等,其性能特点:纤维短而细、壁腔比小、结构疏松、强度较低,能够提高卷烟纸的透气度且改善匀度和不透明度;但不易帚化,纵向拉力差。

③麻浆:主要原料有亚麻、大麻、红麻、马尼拉麻等,其性能特点为纤维长、纤维素含量高、灰分低。麻料生长期及产地不同,质量差异性较大,在卷烟纸中通常选择亚麻纤维,其特点纤维细而长、透气性和燃烧性能好。不同纸浆纤维形态见图1-1。

图1-1 不同纸浆纤维形态

由于卷烟纸是薄型、定量低、灰分高的纸种,对纸机运行来说,需要有较高的内在强度;对卷烟纸的燃烧性能来说,需要具有一定的松厚度和透气度;对烟支外观质量来说,需要较高的匀度和不透明度。因此,卷烟纸的纤维原料通常选择不同浆种混合使用,针叶木/麻浆(长纤维)赋予纸张较高的强度,阔叶木(短纤维)调节纸张的透气度和不透明度;适当的长、短纤维配比,可同时满足卷烟纸透气度和强度的要求。纸浆通常配比针叶木浆10%~40%,阔叶木浆60%~90%,麻浆10%~50%。

不管何种植物纤维原料,其主要化学组分均为纤维素(40%~50%)、半纤维素(10%~30%)及木质素(20%~30%)三种,另外还有单宁、果胶质、有机溶剂抽提物(树脂、脂肪、蜡等)、色素及灰分等少量组分。纤维素、半纤维素均为碳水化合物,木质素为芳香族化合物。纤维素是不溶于水的均一聚糖,它是由大量葡萄糖基构成的链状高分子化合物;半纤维素是指纤维素以外的全部碳水化合物(有少量的果胶质与淀粉除外),是由两种或两种以上单糖基组成的不均一聚糖,大多带有短侧链;木质素是由苯丙烷结构单体构成的具有三维空间结构的天然高分子化合物。

纸浆的品质主要决定于其纤维形态和纤维的纯净程度。木质素位于纤维素纤维之间,通过形成交织网使植物的木质部维持极高的硬度,起抗压作用。木质素如果不去除,纤维原料不会分散成单根纤维。制浆时,需将植物纤维中大量木质素脱去,使得植物纤维更加柔软,分子质量和聚合度更加稳定。

从纤维的组分来说,麻纤维的综合纤维素含量最高、木质素含量最少,针叶木的综合纤维素含量较低、木质素含量较高,阔叶木组分介于二者之间。从燃烧裂解产物来说,亚麻浆的成分种类较少,木浆的成分种类相对较多。因此,纸浆纤维的类型和纯度是影响卷烟香气和吸味的因素。

纸浆原料的要求:白度高、杂质少、质量稳定、经无氯漂白,无影响抽吸质量的异味。主要检测指标为抗张指数、撕裂指数、耐破指数、D65亮度、D65荧光亮度、灰分、尘埃度等。

(2)填料 填料是卷烟纸生产中不可缺少的部分,它在卷烟纸中的作用:

①提高卷烟纸的折射率,使从卷烟外向内看,不能见到烟丝,不 “露底”,即提高不透明度。

②调节卷烟燃烧而不熄火,即控制燃烧速度。

③增加纸张的透气度,以降低主流烟气释放量,减少对人体有害的物质。

④保持烟灰形态。包灰成分主要由填料组成,填料含量及在卷烟纸上分布影响包灰性能。

⑤增加卷烟纸的白度。因为碳酸钙白度比木浆白度高,进口的碳酸钙白度达95%,国产的碳酸钙白度达92%以上。

⑥降低成本。碳酸钙的价格低于纸浆的价格,可以节约宝贵的纤维原料,在低成本下获得更好的纸质。

卷烟纸的填料目前广泛使用碳酸钙(CaCO3)。碳酸钙有轻质碳酸钙(PCC)和重质(研磨)碳酸钙(GCC)之分,一般用于生产纸张的碳酸钙为轻质碳酸钙(也称沉淀碳酸钙)。轻质碳酸钙为卷烟纸的优良填料,在卷烟纸生产过程中添加,通过纤维间良好的组织结构和填料的疏松性,保证透气度稳定,满足卷烟内在质量要求;同时提高卷烟纸匀度、不透明度和白度,满足卷烟外观质量要求。

但碳酸钙对纸张抗张强度的影响是不利的。碳酸钙的加入,阻碍了纤维的相互靠近,减少纤维间的相对结合面积,导致纤维结合力的降低。因此,碳酸钙应适量加入,一般在成纸中含量为30%左右(以CaO计为15%~20%)。

作为生产卷烟纸的重要原料,轻质碳酸钙与卷烟纸的性能有直接关系,如抗张强度、透气度、透气度变异系数、白度、不透明度、灰分、匀度等。碳酸钙质量的稳定性直接影响着卷烟纸质量的稳定性。

碳酸钙(CaCO3)的主要检测指标为:沉降度、沉降体积、游离碱、白度、pH、吸油值、筛余物、浓度等。通常从吸油量、沉降度和沉降体积三个指标来考核碳酸钙的质量品质。吸油量大表示表面积大,粒子小,表面处理好。沉降度、沉降度体积能说明粒径的大小,碳酸钙沉降速度慢而且基本成直线形平稳下降,则晶体均匀,粒径大小也均一,有利于卷烟纸质量的稳定。

图1-2 碳酸钙(CaCO3)形态及分布

碳酸钙(CaCO3)作为填料,在选择使用时着重强调的质量指标:

①碳酸钙结晶形状:要求CaCO3粒子之间、粒子与纤维之间的良好交结和孔隙的存在;有较高的折射覆盖率;分布均匀。卷烟纸生产时一般选用单晶型、纺锤体状的沉淀碳酸钙(CaCO3)。

②粒子尺寸:通常情况下,碳酸钙(CaCO3)的粒径大,比表面积小,在纸层中形成的自然孔隙大,有利于提高透气度,但又容易造成纸页出现大量针眼;粒子直径若太小,比表面积大,覆盖能力强,成纸的不透明度过高,容易阻塞自然孔隙,影响纸张的强度和伸长率。因此,要保证透气度的稳定性,对碳酸钙(CaCO3)粒子尺寸的选择十分重要。卷烟纸生产时碳酸钙(CaCO3)的平均粒径通常为2.0~3.0μm,晶体大小分布均匀,碳酸钙间有良好的分散性,杂质含量少。

(3)助燃剂 助燃剂也称燃烧调节剂,是卷烟纸中的主要添加剂,赋予卷烟纸一定的燃烧性能,影响卷烟纸的燃烧特性和灰分外部特征,进而影响到卷烟的静燃速率、通风率和主、侧流烟气。卷烟纸助燃剂的变化不但会影响卷烟的燃烧性能,而且会使卷烟烟气成分和感官吸味有一定的改变。

助燃剂的常用种类,主要为有机酸碱金属盐(如柠檬酸盐、苹果酸盐、酒石酸盐等),国内造纸行业广泛使用的助燃剂为柠檬酸钾、柠檬酸钠等。其中,钾盐对烟气释放具有开放性,促进卷烟燃烧和烟气释放;钠盐具有收敛性,有利于烟支包灰的聚拢性,对烟气扩散具有抑制作用。选用不同种类的助燃剂并控制其添加量,能改变卷烟的燃烧速率及抽吸口数,是调整卷烟燃烧速率、减害降焦和改善包灰等重要的手段。

此外,为改善烟灰特征,卷烟纸中会加入烟灰调节剂(如磷酸二氢铵等),只改变灰分外部特征而不改变静态燃烧速率,主要用于调整卷烟燃烧的灰色、包灰力等。

在进行卷烟配方设计时,卷烟纸助燃剂与烟丝的匹配性显得尤为重要。卷烟纸助燃剂与烟丝的匹配是指通过调节卷烟纸中助燃剂含量及比例,使卷烟烟气成分、卷烟燃烧外观、卷烟吸味同时达到设计要求。

助燃剂的主要检测指标为有机酸盐的含量。

(4)水 水作为抄造卷烟纸的介质,消耗量巨大,水质的优劣不仅影响浆料的化学平衡和成纸的物理指标,而且其内部含有的某些有机杂质和微生物可能影响烟气成分和卷烟吸味。

水中的杂质会不同程度地残留在卷烟纸中,色度和浊度较高的生产水,水中杂质在大约350℃温度下碳化分解,并产生具有刺激性气味的气体,影响卷烟吸味。因此,造纸用水不能低于生活饮用水标准。

(5)助剂

①增强剂、助留剂:增强剂的主要作用是增加造纸过程中纤维之间的结合力,改善纸页匀度,提高卷烟纸强度、改善卷烟纸上机适用性,减少断纸。卷烟纸用的增强剂主要是一些植物胶增强剂(也是食品添加剂),如瓜尔胶、淀粉、甲基纤维素钠等。

助留剂的主要作用是提高细小纤维及填料的保留率。通常采用阳离子改性淀粉作为助留剂。

淀粉的优点是利于纸页抄造及成纸强度;瓜尔胶来自豆科植物,特点是能够使纸浆纤维在纸张中更有规则的分布,改善匀度,增强撕裂、弯曲、拉伸的强度,缩短纸浆水合时间,减少纸面掉粉掉毛。

②消泡剂:消泡剂的主要作用是消除造纸过程产生的气泡,避免成纸出现小针孔眼。

浆料中混入气体时就会产生泡沫。造纸过程中,纸浆不断被泵进行流送,接触气体和受到搅动或冲击时,很容易产生大量的气泡,这些泡沫既给造纸带来困难,也影响成纸质量,形成小针孔眼。在造纸系统中,气体通常是空气或CO2。纸张生产过程中,浆料呈瀑布状落下、浆泵的空气泄漏、锥形除渣器排渣口压力过低、白水/损纸的回收利用等操作或导致空气混入而形成泡沫;浆料的发酵和碳酸盐的酸化分解会释放出CO2,也会形成泡沫。气泡含量高,不仅影响网部脱水,造成纸病,而且气泡会产生气蚀,使浆泵的运行性能下降,增加能耗。上浆系统不稳定,压力装置中的压力产生波动。因此消泡剂是造纸不可缺少的湿部化学品,添加微量消泡剂,可降低小气泡的表面张力而使气泡破裂。通常采用高级脂肪醇作为消泡剂。

杀菌剂:杀菌剂的作用是避免因浆料变质而产生的黄色尘埃和降低纸张强度,改善纸机的运行性能,减少纸面的孔洞和浆块。

卷烟纸是一种定量轻、碳酸钙含量高的纸,浆料中的pH为8左右,浆料温度20~25℃,浆内又有糖类化合物的增强剂,是微生物菌类生长的温床。同时,废纸的回用,纸机采用白水封闭循环系统,造成了生产车间各种设备和管道中沉积物的积累,使得微生物快速生长,引起腐浆障碍;混入腐浆的浆料上网,轻者影响纸机网部滤水,污染毛毯,使得经过伏辊后的湿纸页干度下降,强度下降,进而提高干燥部干燥负荷,重者造成断纸,影响纸机生产效率,并且易在成纸表面产生各种颜色的斑点和“孔洞”等纸病,以及纸页尘埃超标,成品率下降。

因此,造纸过程中有必要在浆料中加入杀菌防腐剂,以减少或基本消除腐浆障碍。杀菌剂作为造纸过程中控制细菌滋生的过程助剂添加使用,只在造纸白水循环系统和水处理系统中存在,杀菌剂会随着水而脱除。

2. 生产工艺(www.daowen.com)

卷烟纸生产工艺流程主要由打浆、抄纸和完成三大工序组成。

卷烟纸基本生产工艺流程见图1-3。

图1-3 卷烟纸生产工艺流程

(1)打浆工序 打浆是对纤维进行润胀、压溃、帚化和切断的一个过程。通过打浆,使纤维无论在形态和性质上都发生很大的变化,使其达到满足造纸机生产要求和卷烟纸预期质量指标的要求。打浆对透气度、匀度、抗张强度等关键物理性能有较大影响。

①碎浆:碎浆是对浆料进行充分疏解,使纤维互相分散。碎浆质量的控制,主要依据浆料品质,控制好碎浆的疏解浓度和时间。

②打浆:打浆是通过对纤维产生挤压、摩擦、剪切、冲击等机械作用,进行必要的切短和细纤维化处理,达到规定的浆度,使其具有适应造纸机生产要求的特性。

由于长纤维、短纤维等原料性质不同,因此打浆时需要针对不同原料分别采取相应的打浆工艺。对长纤维采用的打浆方式是黏状打浆,使纤维高度分裂,达到分丝、帚化目的;对短纤维采用的打浆方式是适当切断和疏解方式。同时,对损纸进行精浆处理。

打浆的程度用打浆度来表示。一般通过控制打浆浓度、功率、时间以及磨片材质和形状对打浆进行控制。

图1-4 打浆流程

(2)抄纸工序 长网造纸机是连续工作的联动机,由湿部和干部组成,湿部包括流浆箱、网案和压榨部,干部包括干燥部、表面施胶机和卷纸机。工艺流程见图1-5。

图1-5 抄纸流程

①网部:网部是造纸机的关键部分,主要组成为流浆箱和网案。主要作用是使浓度小于1%的浆料脱除水分,形成纸页,并使全幅纸页的定量、厚度、匀度均匀一致。

流浆箱是浆料上网的流送装置,沿纸机横向均匀分布浆料;有效的分散纤维;将浆料流送上网。通过控制横向每个点的稀释水量,调节各点的定量差异,使定量、透气度变异系数和其他物理指标更稳定。流浆箱需确保液位、压力恒定,布浆稳定均匀。

网案的作用是使浆料脱水和成形为湿纸页。从浆料流送系统输送到网前箱的纸料浓度为0.4%~1%,经脱水板脱水和真空脱水,纸页出网水分在80%左右。由于卷烟纸定量低,匀度要求高,对进入网前箱的浆浓度和浆度需严格控制。

②压榨部:从网部出来的湿纸页,需要在压榨部利用机械压榨作用进一步脱水,在提高干度的同时增加纸的紧度和强度,改善纸页的表面性质、外观及纹理。通常从压榨部出来的纸页水分为65%左右。

罗纹压榨用于压制卷烟纸罗纹,由压榨部压制而成,称为湿压罗纹;个别是由干燥部压制,称半干压罗纹;由网上的水印辊压制,称为水印纹。湿压罗纹在现代化卷烟纸生产纸机上使用最为广泛,其特点是从任何角度看罗纹均很清晰。

③干燥部:干燥部是造纸机中最长的部分,主要起连续通过蒸汽加热蒸发水分的作用,同时也起到提高纸页强度、增加纸页平整性和完成施胶的辅助作用。

卷烟纸长网造纸机的干燥部由多个烘缸组成,因为中间需表面施胶,干燥部又被分为前干燥部和后干燥部;卷烟纸在前干燥部出来的纸页水分通常在3%~5%,较高纸页的干度有利于进入施胶充分吸收燃烧助剂,保证助燃剂添加的稳定性,然后通过后干燥部干燥,使成纸水分达到4%~5%,且纸面平整。控制好干燥部烘缸温度曲线,是保证成纸透气度稳定、水分均匀、纸页平整的重要环节。

④表面施胶:表面施胶位于前干燥部和后干燥部之间,主要用于助燃剂等的添加,改善卷烟纸的燃烧性能。卷烟纸表面施胶的形式目前通常采用计量棒涂布的方法,使用计量棒在压榨辊的表面形成一层固定厚度的膜,再转移到纸张上。通过调整计量棒的规格,就能改变助燃剂的加入量。该方法可提高卷烟纸助燃剂添加的精确性和均匀性。

⑤卷纸:卷纸是造纸机的最后部分,靠卷纸缸的摩擦力带动卷纸轴完成卷纸。

(3)完成工序

①复卷:将造纸机下来的大卷筒,经复卷使纸页松紧更均匀,分切成适应分切机的小卷筒,并初步剔除经检测有纸病的纸。

②分切:满足卷烟机使用规格的宽度、长度。具有全自动张力控制、米数计量和缺陷剔除功能,保证盘纸表面平整性、同心性及松紧一致性。

③包装:产品标识,防潮、防水、防损等。

五、卷烟纸质量要求

1. 卷烟纸技术指标

(1)GB/T 12655-2007 《卷烟纸》GB/T 12655-2007 《卷烟纸》中,规定了卷烟纸的技术指标要求和相应的试验方法,见表1-2。

表1-2 GB/T 12655—2007 《卷烟纸》技术指标

卷烟纸的技术指标与卷烟质量密切相关。在以上卷烟纸技术指标中,宽度、定量为纸张的基本规格指标;白度、不透明度、尘埃度为影响烟支外观质量指标;纵向抗张能量吸收、水分为影响卷烟纸上机性能指标;透气度、灰分、阴燃速率影响烟支燃烧状态及静燃速率,与通风率、烟气释放量和感官质量直接相关。

①宽度:卷烟纸的宽度主要影响卷烟搭口的宽窄,宽度过窄时易造成卷烟黏合牢度不够,出现烟条跑条现象;宽度过宽时易造成卷烟搭口过宽,导致纸通风下降,或者出现搭口翘边、烟支圆周变化等质量问题。卷烟纸的宽度设计要与烟支圆周相匹配,保持烟支搭口宽度在2mm左右比较适宜。

②定量:定量指纸张单位面积的质量,以g/m2表示,是卷烟纸的基本物理指标。定量对卷烟质量的影响主要表现在以下五个方面:

a. 烟支外观:定量增加,烟支更加挺直,烟丝遮盖性好。定量过低,纸张的挺度和不透明度降低,导致烟支露底,容易发皱。

b. 上机强度:定量过低,纸张的强度降低,导致上机断纸;定量过高,吸胶性能差,烟条容易爆口。

c. 主流烟气:定量过高,降低卷烟纸的透气性和燃烧性,卷烟CO释放量明显增加。

d. 感官质量:定量增加,卷烟木质气息显露,香气趋向浑浊。

e. 包灰性能:定量增加,有更多物料形成包灰,烟灰机械强度高,碎片少。

③透气度:透气度指在1.00kPa的测量压力下,通过1cm2的被测样品表面的空气流量(cm3/min) ,单位是 [cm3/(min·cm2 )] ,简称CU。

透气度测试时要求气流从纸张正面通向背面,即通过试样的气流与卷烟抽吸时气流方向一致,因此透气度也可表征空气由卷烟纸外侧向内侧的扩散量。透气度对卷烟质量的影响主要表现在以下三个方面:

a. 燃烧性能:透气度过小,卷烟燃烧供氧量减少,烟支熄火。

b. 主流烟气:透气度增加,卷烟燃烧供氧量增加,静燃速度加快,焦油量、烟碱量和CO量降低。

c. 感官质量:透气度过大,卷烟香气会趋向淡薄、烟气干燥感增强。

④纵向抗张能量吸收:抗张能量吸收指将单位面积的纸或纸板拉伸至断裂时所需要做的总功,以J/m2表示。抗张能量吸收代替抗张强度和伸长率两项指标,综合反映卷烟纸的机械性能。

抗张能量吸收较高时,纸张在卷烟机上运行越稳定;但纸张强度太高时会影响纸张透气性,因此卷烟纸的强度以能满足上机使用为原则。

同时,纸张的强度还与纸张水分、纸张均匀性、纸张分切质量以及有无浆块、孔洞、砂眼等相关。为保证卷烟纸在高速机上平稳运行,不能单纯追求抗张能量吸收指标的高低,而要控制纸张的均匀性,避免因为纸张强度值大小不均造成断纸。

⑤白度、不透明度、荧光白度:白度、不透明度均为纸张的光学性能。白度是以蓝光(波长457nm)为光源,照射到纸样后,检测纸样吸光后漫反射因数,以%表示。不透明度是指绿光(波长550nm)条件下以单张试样在衬以全吸收的黑色衬垫上反射的光通量与一叠试样作衬底的反射的光通量的比值,以%表示。

白度与不透明度的测试,使用同种反射光度计,区别仅在于测定时光谱功率分布不同。

卷烟纸的不透明度主要取决于卷烟纸的定量和匀度:定量与不透明度呈正相关性,定量增加,不透明度提高,烟丝遮盖性好;定量过低,不透明度降低,导致烟支露底。此外,纸张匀度较差时会降低不透明度。

卷烟纸的白度主要依靠浆料和填料的白度来决定,卷烟纸生产中不应使用荧光增白剂等对人体有害的物质。

⑥阴燃速率:卷烟纸阴燃速率是指卷烟纸样品阴燃150mm所需的时间,以min/150mm表示。

卷烟纸阴燃速率可表征纸张的燃烧性能,测试表明其与纸张定量有一定关系,定量增高时,阴燃速率较慢,数值较大;但与卷烟燃烧速率并不直接相关。

卷烟纸燃烧速度应与烟丝燃烧保持同步。若卷烟纸的燃烧速率快于烟丝的燃烧速率,会使抽吸口数减少、烟支燃烧后爆口散灰、烟支燃烧锥过长掉头脱落;若卷烟纸的燃烧速率慢于烟丝的燃烧速率,则烟头会缩进卷烟纸内,因缺乏氧气而造成烟支熄灭,燃烧较慢时还会使抽吸口数增加,主流烟气增加。因此,通过调节卷烟纸的燃烧速率与烟丝燃烧速率相匹配,可使卷烟燃烧处于一个良好的状态,提高卷烟的燃烧品质。

除了国家标准中规定的以上指标外,在卷烟纸生产过程中通常还要控制影响产品质量的内在化学组分,尤其是灰分、助燃剂的种类、含量及钾钠离子比例等,这些指标直接影响卷烟产品感官质量、烟气释放量和包灰性能的稳定性。

①灰分:是纸张经900℃以上高温灼烧后的残余物与原试样的绝干质量之比,以%表示。卷烟纸的灰分主要为氧化钙的含量,还包括原料自然灰分和助剂中金属离子等。

卷烟纸生产中通常用灰分指标表示填料的含量,依据分子质量进行二者的换算,公式:

填料含量(%) =灰分/0.56

灰分对卷烟质量的影响主要表现在以下三个方面:

a. 烟支外观:卷烟纸加入一定量的填料(CaCO3),可提高匀度、透气度、不透明度,增加白度,改善烟支外观质量。

b. 燃烧性能:灰分过低,会造成烟支熄火;增加灰分,烟灰聚灰能力提高,可改善包灰性能。

c. 上机性能:灰分过高,降低纸张强度,易造成断纸。

因此,卷烟纸设计宜在保证纸张强度的前提下,适当提高纸张灰分。

②助燃剂含量及比例:卷烟纸通常使用柠檬酸钾、柠檬酸钠作为助燃剂,不同的助燃剂含量及不同的钾钠配比,对卷烟质量产生的影响存在一定差异。

a. 主流烟气:适当提高助燃剂含量,可减少主流烟气释放量,烟气各指标与助燃剂含量均呈良好负线性相关。同时提高钾钠比有助于降低主流烟气,焦油、 CO等与钾钠比呈良好负线性相关。

b. 感官质量:提高助燃剂添加量,卷烟的香气浓度、透发性、丰富性有所提升,但刺激也有增加。钾盐有利于香气透发。

c. 包灰性能:卷烟纸助燃剂含量过高或过低,烟支容易燃烧炸灰、灰色发黑。钠盐有利于包灰质量。

(2)GB/T 12655-2017 《卷烟纸基本性能要求》近年来,随着消费者对健康的关注和越来越多的个性化需求,卷烟产品致力于减害降焦和特色发展,对卷烟纸设计也呈现多样化的需求。在进行卷烟配方设计时,卷烟纸与烟丝的燃烧匹配性尤为重要,通过调节卷烟纸定量、透气度、助燃剂含量及比例等,使卷烟烟气成分、卷烟燃烧外观、卷烟吸味同时达到设计要求;同时,为彰显产品特色,烟支外观开展卷烟纸的个性化罗纹、图案及色彩的创新设计。因此,卷烟纸的质量指标需要依据产品设计特点制定。

2018年,在GB/T 12655-2007 《卷烟纸》的基础上,修订发布了GB/T 12655-2017 《卷烟纸基本性能要求》。新版国家标准只保留了定量、透气度、阴燃速率三项物理指标,满足上机运行和燃烧性能的基本要求,强调国家标准的指导性和普适性。具体见表1-3。

表1-3 GB/T 12655—2017 《卷烟纸基本性能要求》

注:∗仅适用于透气度均匀分布的卷烟纸。

可以看出,在国家标准层面上,更加关注卷烟纸的基本性能要求,卷烟纸其他技术指标由卷烟企业依据产品设计要求自行制定标准,实施质量控制。GB/T 12655-2017 《卷烟纸基本性能要求》 2018年5月1日正式实施,对卷烟纸的基本性能规定如下:

①卷烟纸不应有影响卷烟抽吸质量的异味。

②卷烟纸应使用原生的植物纤维。

③同一批卷烟纸图文或颜色不应有明显差异。

④卷烟纸卷芯应牢固,不易变形。卷芯内径为(120.0±0.5)mm。

⑤卷烟纸卷盘应紧密,盘面平整洁净,不应有机械损伤。

⑥卷烟纸上机后应运行平稳,不应有影响上机使用的明显跳动、摆动现象。

⑦卷烟纸产品品名应至少包含标称定量、标称透气度、纤维原料组成和罗纹形式等可用于产品识别的内容。相关内容应与合格证和内标签的表示一致。

2. 卷烟纸质量安全指标

卷烟纸生产中不应使用对人体有害的物质,所使用的添加剂应符合GB 9685-2016 《食品安全国家标准 食品容器、包装材料用添加剂使用标准》规定。卷烟纸中不应加入荧光增白剂,不应加入除原生植物纤维外的特殊纤维。卷烟纸的质量安全卫生指标见表1-4。

表1-4 卷烟纸安全卫生技术指标

(1)荧光白度 荧光增白剂,是一种复杂的有机化合物,其作用是把制品吸收的不可见的紫外线辐射转变成紫蓝色的荧光辐射,与原有的黄光辐射互为补色成为白光,提高产品在日光下的白度,达到增白的效果。

通常采用白度仪测定荧光白度,判定是否人为使用了荧光增白剂。如果在纸中加入增白剂等荧光性物质,其能吸收不可见的紫外光变成可见光,该纸张的荧光白度值会较高。由于卷烟纸生产使用的浆料纤维中仍含有少量木质素,而木素中的共轭双键能激发荧光、吸收可见光中的紫光或蓝色光,所以采用白度仪测定无荧光增白剂的纸张也会有一定的荧光反应,但荧光白度通常不会超过1%。

(2)特殊纤维 特殊纤维是具有特殊的物理化学结构、性能和用途,或具有特殊功能的化学纤维。对卷烟纸来说,特殊纤维指卷烟纸中添加的连续态的人造玻璃纤维或短棒状的硅酸盐纤维,国际癌症研究机构(IARC)、欧盟(EU)均将这类纤维列为危害人体健康的物质。目前采用光学显微镜或台式扫描电子显微镜方法进行鉴别。

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