造紙法生產(chǎn)煙草薄片是我國普遍采用的生產(chǎn)煙 草薄片的方法E-5。據(jù)統(tǒng)計，目前我國已經(jīng)先后在 廣東、湖南、浙江、云南等地建立了十多個造紙法煙 草薄片的生產(chǎn)基地6。由于生產(chǎn)煙草薄片的原料 來自于卷煙生產(chǎn)過程中廢棄的煙梗、煙末，使得煙草 漿料具有纖維含量少，雜細胞含量多，熱水抽出物 多，細小組分含量多等特點。由于沒有充分認識造 紙法再造煙葉生產(chǎn)過程與_般制漿造紙生產(chǎn)過程的 特點與差別，沒有相對應(yīng)的技術(shù)措施,造紙法再造煙 葉生產(chǎn)基本沿用制漿造紙工藝，缺乏對其獨特的制 漿、濕部抄造等工藝技術(shù)的應(yīng)用研究,導(dǎo)致目前我國 的造紙法再造煙葉工藝技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量與國外相比 仍存在相當大的差距。目前，我國造紙法生產(chǎn)煙草 薄片，在濕部抄造過程中，有效細小組分流失大，白 水固含量高、循環(huán)回用度低、排放量大、污染負荷居 高不下，導(dǎo)致原材料利用率低、環(huán)境污染嚴重和生產(chǎn) 成本高，甚至影響再造煙葉產(chǎn)品松厚度、柔軟性、勻 度、色澤、韌性等物理性能。

瓜爾膠（guar gum)屬可再生天然咼分子物質(zhì)， 是廣泛種植于印巴次大陸的一種豆科植物一瓜耳 豆中提取的一種高純化天然多糖，分子結(jié)構(gòu)與纖維 素極其相似。無毒無害易生化降解、不影響煙草燃 燒氣味的陽離子瓜爾膠對卷煙紙濕部抄造具有助留 助濾效果，已得到了工業(yè)應(yīng)用。本研究選擇瓜爾膠 及其衍生物作為濕部抄造助留劑的主要成分，根據(jù) 再造煙葉漿料特性，增加瓜爾膠及其衍生物在造紙 法再造煙葉中應(yīng)用的功能性和功能效果。

1實驗

1.1實驗原料及藥品

煙草漿:取自汕頭某工廠；亞麻漿：取自汕頭某 工廠（作為外纖加入，以改善再造煙葉基片的物理 性能）；瓜爾膠（GG):市售商品；陽離子瓜爾膠1 (CGG-1):市售商品；陽離子瓜爾膠2(CGG-2): 實驗室自制；陽離子羥丙基瓜爾膠（CHPG):實驗室 自制；陽離子瓜爾膠-丙烯酰胺接枝共聚物（CG - g -AM):實驗室自制;填料碳酸鈣:市售商品。

1.2實驗儀器

DDJ動態(tài)濾水儀:DDJ2#美國PRM公司；快速 凱賽法紙頁成型器:RK3AKWT,奧地利PTI公司；抗 張強度測定儀:SE064,瑞典L&W公司；勻度儀：2D Lab Formation Sensor ,法國 Techpap 公司；纖維篩分 儀：203C,奧地利ANDRITZ公司；光學(xué)顯微鏡： PX51TF,美國Olympus公司；打漿度測定儀：ZJG— 100型,長春小型試驗機廠；紙張厚度測定儀:Zus - 4,長春小型試驗機廠。

1.3實驗方法

1.3.1再造煙葉漿料的準備

實驗所用漿料根據(jù)汕頭某工廠的實際生產(chǎn)情 況，按87.5%的煙草漿、7. 5%的亞麻漿和5%的碳 酸鈣配制。

1.3.2助留助濾實驗

留著率的測定采用動態(tài)濾水儀，按照文獻7] 中的方法，首先測定了漿料體系的細小組分含量，然 后通過采用濁度計間接測定動態(tài)濾水儀下濾液中細 小組分濃度的方法，對細小組分的單程留著率進行 了測定,以研究瓜爾膠衍生物對造紙法煙草薄片漿 料的助留助濾性能。實驗過程中所用動態(tài)濾水儀濾 網(wǎng)為125目。細小組分單程留著率的計算公式為： 細小組分首程留著率：

FPR= (1 - C /C0) x100%

式中：C一動態(tài)濾水儀下濾液濃度,％ ;

C〇—漿料中總細小組分濃度,％。

漿料的濾水性能用打漿度來表示，用打漿度測 定儀測定煙草漿料的打漿度。打漿度按照GBT 3332 -2004中規(guī)定的方法進行測定。

1.3.3再造煙葉基片的抄造

漿料在疏解10000轉(zhuǎn)后，加入一定量的瓜爾膠 助劑，并用玻璃棒攪拌3mm,再倒入抄片器中抄片 成形，干燥。抄造基片的定量為60g/m2。

1.3.4再造煙葉基片物理性能的測定

按照相關(guān)的國家標準，使用相應(yīng)的檢測儀器分 別對再造煙葉基片的物理性能進行測定。特別說 明，再造煙葉基片的松厚度是通過測量定量和厚度 后再計算出來的。計算公式為：

松厚度 V = 8x1000/g 式中：8—基片的厚度,mm; g—基片的定量,g/m2。

2結(jié)果與討論

2.1煙草漿料特性 2.1.1纖維形態(tài)

煙草是茄科一年生草本植物，但煙草漿又不同 于一般的草類漿料，煙草漿是由經(jīng)過烘烤脫水的煙 末、煙梗通過機械磨漿得到。它與一般草類機械漿 最大的差別在于它經(jīng)過一段烘烤脫水的過程。這個 過程使得煙草漿在磨漿之前就變得硬脆，再通過收 集過程及磨漿階段的擠壓摩擦，使得煙草漿料中含 有很多從煙草纖維上剝落的細小組分。圖1 (a)和 圖1 (b)是利用光學(xué)顯微鏡在不同倍數(shù)下觀察到的

煙草漿料的纖維形態(tài)。

 

a)放大50倍

 

(b)放大125倍 圖1煙草漿料的纖維形態(tài)圖 由圖1 (a)知，煙草漿料中存在大量的剝落的細 小纖維組分，這些細小纖維組分密布于上網(wǎng)漿料的 水溶液中，在抄紙過程中通過抄紙網(wǎng)，進入網(wǎng)下白 水，使得網(wǎng)下白水顯得十分的渾濁，并造成網(wǎng)下白水 污染負荷極高。另外,煙草漿料中還存在一些纖維 團簇。這些纖維團簇可能是纏結(jié)在一起的纖維經(jīng)過 打漿再分絲帚化而形成的更為緊密復(fù)雜的纖維和纖 維絲纏繞體。在煙草漿料中當然還存在著充分分散 舒展開的纖維和被打漿作用切斷的纖維及纖維束, 這些由圖1(b)可觀察到。

2. 1.2纖維篩分

纖維的長短粗細分布可以通過纖維篩分儀來測 定。煙草漿料的篩分結(jié)果見表1。由表1可知，煙 草漿料中30目以上的占了總質(zhì)量的43.5%,而100 目以上的占了總質(zhì)量的87%。這說明煙草漿料中 長纖維、纖維束、纖維團簇所占的比例比較高；由于 要求煙草薄片有較高的松厚度，以獲得良好的填充 值，煙末、煙梗等原料通過機械磨漿的強度并不是很 強,主要是靠纖維之間的相互摩擦來分散纖維，這才 造成了煙草漿料如表1所示的纖維篩分情況。

表1煙草漿料纖維篩分情況％

等級30目30 ~50 ~100 ~200 目

以上50目100目200 目以下

質(zhì)量分數(shù)43.523.719.86.26. 8

2.2瓜爾膠及其衍生物的分子量及取代度

本實驗中所用的瓜爾膠衍生物有市售商品和實 驗室改性產(chǎn)品。瓜爾膠及其衍生物在造紙法再造煙葉中的應(yīng)用,瓜爾膠（GG)和陽離子瓜爾膠1 (CGG-1)均為市售商品；陽離子瓜爾膠2(CGG -

2)由瓜爾膠經(jīng)過低溫堿化再跟陽離子醚化劑（1 -

79

5 0 5 0 5 4 4 3 3 2

 

95H—CC 

^CGG-1人

8580757065

 

0.000.020.040.060.080.100.12

用量/%

 

氯-2-羥丙基三甲基氯化銨）在異丙醇溶劑中反 應(yīng)而來；陽離子瓜爾膠-丙烯酰胺接枝共聚物（CG -g-AM)是由陽離子瓜爾膠2和丙烯酰胺以一定 比例，在BMIMCl離子液體中加過硫酸鉀作催化劑 反應(yīng)得到；陽離子羥丙基瓜爾膠（CHPG)由瓜爾膠 先低溫堿化，再加陽離子醚化劑和環(huán)氧氯丙烷在醇 水溶液中反應(yīng)得到。它們的分子量及取代度見表 2。

表2幾種瓜爾膠衍生物的分子量及取代度

GGCGG-1CGG^CG-g-VMCHPG

分子量159萬21.7 萬57.6 萬49.5 萬162 萬

取代度—0.140. 200. 20—

2.3瓜爾膠及其衍生物的助留助濾性能 2.3.1瓜爾膠及其衍生物的助留性能

瓜爾膠及其衍生物對造紙法再造煙葉漿料的助 留性能是通過考察它們對漿料中總細小組分的首程 留著率的影響來表現(xiàn)的。 瓜爾膠及其衍生物在造紙法再造煙葉中的應(yīng)用,不同的瓜爾膠衍生物對造 紙法再造煙葉漿料中細小組分的首程留著率數(shù)據(jù)如

圖2。

圖2瓜爾膠及其衍生物用量對細小組分留著率的 影響

由圖2知，添加瓜爾膠及其衍生物對造紙法再 造煙葉漿料中總細小組分首程留著率的提高較為明 顯。CHPG是瓜爾膠及其衍生物中助留性能最好 的,在添加0.08% (對絕干漿）用量的情況下，能使 總細小組分首程留著率從62.4%提高到90. 3% ;其 次是CGG -2,在0. 08%用量下，其助留性能達到最 佳,此時總細小組分首程留著率能達到88.5%;由 于瓜爾膠不含陽離子基團，雖然其有著較大的分子 量,但其助留效果不明顯。陽離子瓜爾膠-丙烯酰 胺接枝共聚物雖然含陽離子基團以及支鏈,但其分 子量較小，通過電中和作用以及架橋作用和細小組 分形成的絮聚團較小，容易漏過網(wǎng)孔,所以其助留性 80

能并不出色。

2.3.2瓜爾膠及其衍生物的助濾性能

瓜爾膠及其衍生物對造紙法再造煙葉漿料的助 濾性能是通過考察它們對漿料打漿度的影響來表現(xiàn) 的。由于草類原料含有較多的雜細胞，在打漿過程 中，雜細胞很容易破碎，形成細小組分，致使打漿度 上升很快,引起濾水困難，因此添加助劑提高其濾水 性能顯得尤為重要。圖3是不同用量的瓜爾膠及其 衍生物對煙草漿料打漿度的影響數(shù)據(jù)。

圖3瓜爾膠及其衍生物用量對打漿度的影響 由圖3知在沒有添加任何瓜爾膠及其衍生物的 情況下,煙草漿料的打漿度為42°SR,在添加瓜爾膠 及其衍生物后，煙草漿料的打漿度有所下降,下降的 趨勢相近:隨著瓜爾膠及其衍生物添加量的增加，煙 草漿料的打漿度是不斷下降的；在添加量小于 0.08%時,打漿度下降的趨勢比較明顯，后面隨著添 加量的繼續(xù)增加，打漿度雖仍有所下降，但趨于緩 和。由此綜合考慮添加效果及成本,瓜爾膠及其衍 生物在改善再造煙葉漿料助濾性能時較合適的添加 量為0.08%。

2.4瓜爾膠及其衍生物對造紙法再造煙葉基片物 理性能的影響

2.4.1瓜爾膠及其衍生物對造紙法再造煙葉基片 松厚度的影響

再造煙葉基片的松厚度不僅影響基片涂布時對 涂布液的吸收性能，瓜爾膠及其衍生物在造紙法再造煙葉中的應(yīng)用,也影響薄片的燃燒性能。在實 際生產(chǎn)中，基片的松厚度越高，上述兩項性能也就越 好，所以工廠都要求能夠生產(chǎn)出松厚度較高的煙草 基片。圖4是瓜爾膠及其衍生物對造紙法再造煙葉 基片松厚度的影響數(shù)據(jù)。

由圖4知：00、匸00-1、匸00-2并不能提高再 造煙葉基片的松厚度，而CHPG以及CG - g - AM 在添加適量時能夠提高基片的松厚度。究其原因,可能是GG、CGG-1、CGG-2由于沒有特殊的支鏈 結(jié)構(gòu)，其吸附的細小纖維組分形成的絮聚體體積較 小，很容易通過纖維交織形成的空隙，起到填補作 用，這樣造成成紙的松厚度下降，而CHPG以及CG -g-AM通過聚合反應(yīng)形成了較為特殊的支鏈結(jié) 構(gòu)，在吸附細小纖維組分時通過架橋作用以及網(wǎng)絡(luò) 絮聚形成的絮聚體大而疏松，與纖維層疊，而并不是 填充到纖維間的空隙中去，所以其成紙松厚度會上 升，但當CHPG以及CG - g - AM用量過多時，由于 它們都帶有陽離子基團，用量過多，會造成漿料體系 電荷反轉(zhuǎn)，之前形成的絮聚體會逐漸散開，從而影響 松厚度。

 

圖4瓜爾膠及其衍生物用量對基片松厚度的影響 2. 4. 2 瓜爾膠及其衍生物對造紙法再造煙葉基片 抗張指數(shù)的影響

YC/T 16.3 -2003《再造煙葉第3部分：造紙 法》標準對再造煙葉的抗張強度做了指標要求，要 求其抗張強度矣1.0kN/m。在實際生產(chǎn)過程中由于 造紙法再造煙葉漿料中煙末、雜細胞含量較多，纖維 組分較少，漿料成紙性能差，經(jīng)常出現(xiàn)斷紙,影響生 產(chǎn)效率，再加上再造煙葉基片還要經(jīng)過_個浸漬涂 布的過程,如果基片強度性能不好的話，也會在涂布 過程中發(fā)生斷紙的情況，所以工廠也會要求在滿足 上述標準的情況下，瓜爾膠及其衍生物在造紙法再造煙葉中的應(yīng)用,基片能夠有足夠好的強度以滿 足正常生產(chǎn)要求。再造煙葉影響纖維抗張強度的主 要因素有纖維強度、纖維之間結(jié)合強度、纖維的長度 等，添加助劑主要通過改善纖維之間的結(jié)合強度以 及增加纖維與助劑的黏結(jié)來提高抗張強度。添加瓜 爾膠及其衍生物對造紙法再造煙葉基片抗張指數(shù)的 影響如圖5數(shù)據(jù)所示。

由圖5知：基片的初始抗張強度約為400N/m， 遠遠低于標準要求的1kN/m,有適當改善強度滿足 正常生產(chǎn)要求的空間。添加瓜爾膠衍生物，隨著添 加量增大,再造煙葉基片的抗張指數(shù)是不斷增加的;

CHPG對提升薄片抗張指數(shù)的效果最好。當其用量 為0.14%時，薄片的抗張指數(shù)達到7. 6N • m/g,提 高了 16.9%。CHPG分子量是這幾種瓜爾膠及其衍 生物中分子量最大的，而且也含有陽離子基團和支 鏈,在提升基片的抗張指數(shù)方面表現(xiàn)最顯著。

0.000.040.080.120.160.20

用量/%

圖5瓜爾膠及其衍生物用量對薄片抗張指數(shù)的影響 2.4.3瓜爾膠及其衍生物對造紙法再造煙葉基片 勻度指數(shù)的影響

紙張的勻度是很重要的指標，紙張的很多性能 都受它影響，研究瓜爾膠及其衍生物對造紙法再造 煙葉基片勻度的影響，一方面是對瓜爾膠及其衍生 物發(fā)揮助留助濾作用時形成的絮聚體好壞的評價，瓜爾膠及其衍生物在造紙法再造煙葉中的應(yīng)用, 另一方面是為研究瓜爾膠及其衍生物對基片物理性 能的影響提供支撐。圖6是在添加瓜爾膠及其衍生 物前后,基片的勻度指數(shù)數(shù)據(jù)。圖中‘‘空白”表示沒 有添加瓜爾膠及其衍生物的勻度數(shù)據(jù)。

3結(jié)論

(1)通過對煙草漿的顯微鏡觀察及篩分分析發(fā) 現(xiàn)煙草漿中含有_定量的雜細胞，瓜爾膠及其衍生物在造紙法再造煙葉中的應(yīng)用,煙草纖維含量較 少;在煙草纖維中，含有少量的短纖維，煙末和煙葉 碎片的比例較高。

(2)在幾種瓜爾膠衍生物中，實驗室自制的 CGG-2和CHPG對煙草漿的助留助濾效果較好, 添加量為0.08%時，漿料中總細小組分首程留著率 較未添加時分別提高29%和24%,漿料的打漿度分 別下降 22°SR 和 17.5°SR。

(3)瓜爾膠及其衍生物在改善再造煙葉漿料助 留助濾性能的同時，也能夠在不影響勻度的情況下, 改善基片的物理性能，其中，效果最好的是CHPG， 它在添加量為0. 18%時,CHPG能使基片的抗張指 數(shù)提高21. 5%。具有支鏈結(jié)構(gòu)、分子量較大的 CHPG和CG - g - AM能夠在添加適量時，提高再造 煙葉基片的松厚度，但效果并不明顯，最佳用量時， 最好的效果是提高松厚度9.5%。