卷烟纸的纸浆类型主要为木浆和麻浆,其中木浆分为针叶木浆和阔叶木浆。麻浆和阔叶木浆成纸疏松多孔,透气性较好;针叶木浆成纸紧度较大,其自然孔隙率相对较低,透气性较差。提高阔叶木浆或麻浆的配比有助于提高卷烟纸的透气度,从而对烟气有害成分产生影响。
一、卷烟纸纤维组成对透气度的影响
卷烟纸生产工艺大多采用针叶木浆、阔叶木浆配抄全木浆卷烟纸,或针叶木浆、阔叶木浆、麻浆配抄混合浆卷烟纸。针叶木纤维长而粗,细胞壁薄,柔软性好,主要影响纸张的抗张强度;阔叶木纤维短而细,细胞壁较厚,刚性好,主要影响纸张的透气度;亚麻纤维细而长,透气性和燃烧性较好。通过长、短纤维及麻浆的搭配使用,可有效调整卷烟纸的透气度、强度和不透明度。
如图3-24所示是用针叶木浆、麻浆和阔叶木浆三种浆料两两配抄的卷烟纸,不同浆料配抄配比与卷烟纸透气度的关系曲线。
图3-24 纤维配比与透气度关系曲线
用针叶木浆与麻浆或阔叶木浆配抄的卷烟纸,随着针叶木浆配比的增加,卷烟纸透气度呈下降趋势,且下降幅度在40%配比时出现明显转折点。针叶木浆配比较低时,随针叶木浆含量的增加,透气度急剧下降,尤其是针、麻浆配抄的卷烟纸;当针叶木浆配比超过40%以后,透气度下降的速度比较缓慢。
用麻浆与阔叶木浆配抄的卷烟纸,具有相当高的透气度,且随麻浆配比的增加,透气度也随之增加。用麻浆与针叶木浆配抄的卷烟纸,当麻浆配比超过60%以后,随着麻浆配比的增加,透气度显著增加。
由上述可知,增加针叶木浆比例,卷烟纸透气度明显降低;增加麻浆比例,卷烟纸透气度明显上升;增加阔叶浆比例,与针叶木浆配抄时透气度呈上升趋势(提高幅度不及麻浆),与麻浆抄配时透气度呈降低趋势。
二、纤维原料对卷烟纸热裂解产物的影响
1. 不同纤维原料的热裂解产物比较
植物纤维原料的主要化学组分均为纤维素、半纤维素及木质素,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。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。针叶浆、阔叶浆、麻浆三种纤维原料的热裂解产物均以低沸点小分子醛类、酮类化合物为主,随着热裂解温度的升高,热裂解产物及种类也随之增加,不同纤维纸浆的高温燃烧裂解产物在种类数量上存在差异。
在300℃时,三种纤维原料的热裂解产物较少,主要为醛类、酮类。阔叶木浆的热裂解产物种类最多。在500℃时,三种纤维原料的热裂解产物以醛类、酮类为主。阔叶木浆新产生了巴豆醛和较高沸点的呋喃类、苯酚类物质;针叶木浆新增加了较高沸点的酸酐类、呋喃类和苯酚类物质,产生了半挥发性的酯类物质和醚类物质;麻浆新增加了烃类、呋喃类、苯酚类物质。阔叶木浆和麻浆的热裂解产物种类相当。在700℃时,三种纤维原料的热裂解产物以醛类、酮类为主。阔叶木浆又新产生了高沸点稠环芳烃类物质和茚类物质。针叶木浆新产生了高沸点的氮杂环类、烃类、苯类、稠环芳烃类、茚类和吡喃葡糖类物质。麻浆出现了稠环芳烃类物质。三种纸浆的热裂解产物种类基本相当。麻浆的热裂解产物中的烃类物质含量相对较高。
2. 不同麻浆比例卷烟纸的热裂解产物比较(www.daowen.com)
通过热裂解/固相微萃取-气相色谱/质谱法(Py /SPME-GC /MS)联用分析0,20%,40%,60% 4种不同麻浆比例卷烟纸在700℃条件下的热裂解产物,分析结果见图3-25。
图3-25 700℃条件下不同麻浆比例卷烟纸热裂解产物分析
随着麻浆比例的增加,卷烟纸裂解产物中的醛类、酮类、酸类、烃类、苯酚类、茚类等物质数量呈上升趋势,稠环芳烃类物质数量呈下降趋势。酸类、醇类、呋喃类、酯类等物质,在0~40%麻浆比例时随麻浆增加,数量的变化不明显;在60%麻浆比例时,物质数量明显上升。
三、卷烟纸麻浆比例对卷烟有害成分的影响
随着麻浆用量的增加,卷烟纸透气度增加。在卷烟纸透气度一致的情况下,改变卷烟纸麻浆比例对焦油、危害性指数(H)及7种成分释放量无明显影响。
卷烟纸麻浆比例对烟气焦油、 H及7种成分释放量的影响见图3-26。
图3-26
图3-26 卷烟纸麻浆比例对焦油、 H及7种成分释放量的影响
对卷烟纸麻浆比例与7种有害成分释放量进行线性回归分析,结果见表3-9。
表3-9 卷烟纸麻浆比例与焦油、 H及7种成分释放量的线性回归方程参数
结果表明:卷烟纸麻浆比例与焦油、 H及7种成分释放量的决定系数均小于0.5,说明卷烟纸麻浆比例与焦油、 H及7种成分释放量无线性相关关系。在卷烟纸透气度一致的情况下,改变卷烟纸中的亚麻含量,7种有害成分、焦油的释放量、危害性指数变化不显著,没有呈现出明显的趋势。
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