膠乳涂布對煙梗漿與麻漿配抄濾嘴棒用紙性能的影響

殷沛沛， 劉瑩瑩， 趙夢醒， 杜 宏， 王 成， 夏明鳳， 銀玲玉， 劉洪斌， 周桂園

（1.云南中煙工業有限責任公司技術中心， 昆明 650106； 2.天津市制漿造紙重點實驗室，生物源纖維制造技術國家重點實驗室， 天津科技大學輕工科學與工程學院， 天津 300457）

卷煙濾嘴棒材料種類繁多， 已經報道的濾嘴棒添加劑主要有活性炭類、天然材料類、礦物材料類、生物材料類、聚合物類等[1]。 紙質濾材以其良好的復合效果也得到了研究和應用。 紙質復合濾嘴棒通常以木漿纖維為原材料，具有成本低的優點，還有較強的去除焦油和尼古丁的能力， 而且材料本身安全健康、降解性能好[2]。 然而，由于紙質濾材材質較軟、受潮后易軟化等缺點影響了卷煙的吸食體驗[3-4]。

造紙法生產的濾嘴棒用紙作為一種新型的紙質復合材料，不僅保留了傳統紙質濾材的優點[5]，而且由于其原料及加工工藝特點， 相比于常規木質纖維制得的紙質濾材， 其在提高卷煙抽吸品質方面具有明顯的優越性[6-8]。 但是，造紙法生產的濾嘴棒用紙存在強度差、伸長率低等問題，限制了其在不同品類卷煙產品及加熱不燃燒卷煙中的應用[9-11]。

本文針對造紙法生產煙梗漿與麻漿配抄濾嘴棒用紙， 開展了對濾嘴棒用紙強度和伸長率調控技術的研究，考察膠乳涂布量對濾嘴棒用紙性能的影響。

1 實驗

1.1 實驗原料

煙梗漿，云南中煙再造煙葉有限公司；馬尼拉麻漿漿板，山東龍德復合材料科技股份有限公司。兩種漿料的打漿度、保水值、灰分等性能指標見表1。 改性膠乳固含量為50%，pH=5.5， 粒徑為150 nm，黏度＜300 Pa·s。

表1 原料的基本性能

1.2 實驗設備

BAO-150A 型烘箱，施都凱儀器設備（上海）有限公司；2505 型瓦利打漿機，日本KRK 公司；TDL-60C 型高速離心機， 上海安亭科學儀器廠；VF 型馬弗爐， 英國Vecsta 公司；ESTANIT 型打漿度儀、066型抗張強度儀、Micrometer 251 型厚度儀、166 型透氣度儀，瑞典L&W 公司；CCCP 型吸水性能測定儀，德國Macrepackar 公司；SU1510 型掃描電子顯微鏡，日本日立株式會社；FDA-0813 型動態紙頁成型器，法國Techpap 公司。

1.3 實驗方法

采用麻漿與煙梗漿進行復配， 煙梗漿比例為10%和30%，片基的定量控制在（38±2）g/m2，在動態紙頁成型器上抄片， 其中助劑陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）的添加量為0.5%。

將干燥后的紙頁在溫度為（23±1）℃、相對濕度為（50±2）%的條件下處理一定時間，稱其質量。 然后，在涂布機上進行涂布，通過控制涂布液的滴加量獲得不同涂布量的濾嘴棒用紙。 將紙頁放到恒溫恒濕條件下再次進行平衡， 最后根據相應標準方法分別測定紙頁的定量、厚度、抗張指數、伸長率等性能指標。

2 結果與討論

2.1 膠乳涂布量對濾嘴棒用紙松厚度的影響

圖1為膠乳涂布量對濾嘴棒用紙松厚度的影響。 由圖1 可以看出：隨著涂布量的增加，兩種配比所得濾嘴棒用紙的松厚度均呈現下降的趨勢。 這主要是因為隨著膠乳涂布量的增加，紙張的緊度增加，故松厚度不斷下降。 對于煙梗漿配比為10%的濾嘴棒用紙，未涂布時濾嘴棒用紙的松厚度為2.56 cm3/g；當涂布量為10 g/m2時， 濾嘴棒用紙的松厚度為2.5 cm3/g，比未涂布時下降了2.3%。 對于煙梗漿配比為30%的濾嘴棒用紙，未涂布時濾嘴棒用紙的松厚度為2.86 cm3/g；當涂布量為10 g/m2時，濾嘴棒用紙的松厚度為2.7 cm3/g， 比未涂布時下降了5.6%。由此可見，煙梗漿配比為30%的濾嘴棒用紙經過涂布后的松厚度下降程度更大。

圖1 涂布量對濾嘴棒用紙松厚度的影響

2.2 膠乳涂布量對濾嘴棒用紙強度的影響

抗張指數是指單位寬度、 單位定量樣品的抗張力， 表示紙的抗張性能。 圖2 為膠乳涂布量對濾嘴棒用紙抗張指數的影響。 由圖2 可以看出： 隨著膠乳涂布量的增加， 兩種配比所得濾嘴棒用紙的抗張指數均呈現增加的趨勢。 這可能是因為紙張表面形成一層涂層， 增加了材料的韌性和強度。 對于煙梗漿配比為10%的濾嘴棒用紙， 當涂布量為10 g/m2時，濾嘴棒用紙的抗張指數為54.89 N·m/g，比未涂布時增加了7.6%。 另外，對于煙梗漿配比為30%的濾嘴棒用紙，當涂布量為10 g/m2時，濾嘴棒用紙的抗張指數為45.11 N·m/g，比未涂布時增加了66.3%?？梢?，煙梗漿配比為30%的濾嘴棒用紙經涂布后抗張強度提高程度更大。

圖2 涂布量對濾嘴棒用紙抗張指數的影響

2.3 膠乳涂布量對濾嘴棒用紙伸長率的影響

伸長率是指紙或紙板試樣因承受拉力而變形伸長，當試樣裂斷時即伸長達到極限時，其伸長的長度與試樣原長度的百分比值。 伸長率可以反映紙張的堅韌性能， 是濾嘴棒用紙的重要性能指標。 由圖3可以看出：隨著膠乳涂布量的增加，兩種配比所得濾嘴棒用紙的伸長率均呈現明顯增加的趨勢。 對于煙梗漿配比為10%的濾嘴棒用紙， 未涂布時濾嘴棒用紙的伸長率為4%；當涂布量為10 g/m2時，濾嘴棒用紙的伸長率為9.88%。 對于煙梗漿配比為30%的濾嘴棒用紙， 未涂布時濾嘴棒用紙的伸長率為4%；當涂布量為10 g/m2時，濾嘴棒用紙的伸長率為9.08%。 可見，經過膠乳涂布之后，濾嘴棒用紙具有較好的彈性性能，伸長率有很大幅度的提升。

圖3 涂布量對濾嘴棒用紙伸長率的影響

2.4 膠乳涂布量對濾嘴棒用紙其他性能的影響

表2和表3 為膠乳涂布量對濾嘴棒用紙其他物理指標的影響。 由表2 可以看出： 對于煙梗漿配比為10%的濾嘴棒用紙， 隨著不同涂布量的增加，濾嘴棒用紙的透氣度呈現降低的趨勢， 這可能是因為膠乳涂層使濾嘴棒用紙的緊度增加所導致。 此外，由于濾嘴棒用紙緊度的增加， 降低了材料的吸水性能，使其吸收性能下降。 同樣的，對于煙梗漿配比為30%的濾嘴棒用紙， 其各個指標隨著涂布量的增加也呈現出相似的變化規律。

表2 涂布量對濾嘴棒用紙其他物理指標的影響（煙梗漿配比為10%）

表3 涂布量對濾嘴棒用紙其他物理指標的影響（煙梗漿配比為30%）

2.5 涂布前后濾嘴棒用紙的電鏡分析

圖4為不同涂布量時濾嘴棒用紙的SEM 圖。由圖4 可以看出：未涂布時，紙中的纖維交織在一起；涂布之后，在纖維表面形成一層膜。因此，濾嘴棒用紙伸長率的增加可能主要來源于涂層膜狀結構的形成。

圖4 濾嘴棒用紙在不同涂布量下的SEM 圖

3 結論

本文采用動態紙頁成型器抄造濾嘴棒用紙，研究了膠乳涂布量對其物理指標的影響，得到以下結論：

（1）隨著膠乳涂布量的增加，兩種配比濾嘴棒用紙的松厚度均呈現下降的趨勢， 抗張指數和伸長率均呈現增加的趨勢。 因此， 膠乳涂布有助于濾嘴棒用紙強度和彈性性能的提升。

（2）當煙梗漿配比為10%、涂布量為10 g/m2時，濾嘴棒用紙的定量為46.30 g/m2，厚度為116 μm，抗張指數為54.89 N·m/g，伸長率為9.88%。 當煙梗漿配比為30%、涂布量為10 g/m2時，濾嘴棒用紙的定量為45.44 g/m2， 厚度為120 μm， 抗張指數為45.11 N·m/g，伸長率為9.08%。 因此，煙梗漿配比為10%的濾嘴棒用紙經過膠乳涂布后具有較好的強度和拉伸性能。