分別以陽離子瓜爾膠和自制的殼聚糖為濕部助劑，研究其對造紙法再造煙葉漿料Zeta電位、打漿 度、動態(tài)濾水、單程留著率、再造煙葉基片抗張強度和松厚度的影響。研究表明：與陽離子瓜爾股相 比，殼聚糖對再造煙葉漿料Zeta電位、打漿度、動態(tài)濾水和單程留著率的影響更為明顯，而且脫乙 酰度越高，效果越好;上述助劑的加入均會降低基片的抗張強度并提高松厚度，但不同助劑間的影 響較小。通過正交試驗對殼聚糖的應用條件進行優(yōu)化，最佳工藝條件為：殼聚糖的脫乙酰度為 90%，添加量為質量分數(shù)0.6%(以絕干漿料質量為基準），體系pH為6。
造紙法再造煙葉是采用廢棄的煙梗、煙片和煙 末等物質為原料用紙機抄造成片狀的再生產品，最 后作為卷煙中的填充料[1]。原料在磨漿過程中會形 成大量的細小組分，同時還有煙草水溶性物質與填 料存在于漿料體系中，這會對漿料體系的留著和濾 水產生嚴重的負面影響，因此必須選用合適的助留 助濾劑。這樣，一方面可以提高填料和細小纖維的 留著，改善白水循環(huán)，減少污染；另一方面可以增強 漿料的濾水性能，提高紙機脫水效率，增加紙機車 速，從而提高再造煙葉基片的抄造效率[2一3]。
由于再造煙葉作為食品原料的特殊性，需要選用 天然且無毒的助劑。瓜爾膠和殼聚糖符合上述要求， 并己在造紙行業(yè)中得到了應用[夂5]，但在造紙法再造 煙葉行業(yè)中的應用較少。
收稿日期:2013-02-20(修回）
本文選用殼聚糖和陽離子瓜爾膠這2種天然 化合物為濕部助劑，詳細研究了上述助劑對再造煙 葉漿料Zeta電位、打漿度、助留助濾性能以及再造 煙葉基片物理性能的影響，同時給出了合適的助劑 添加條件，為其在造紙法再造煙葉中的應用提供實 踐依據(jù)。
1實驗 1.1原料和儀器
原料:氫氧化鈉、醋酸，均為分析純;陽離子瓜爾 膠；殼聚糖；輕質碳酸鈣。瓜爾膠和自制殼聚糖的 脫乙酰度和電荷密度如表1所示。
表1瓜爾膠和自制殼聚糖的脫乙酰度和電荷密度
助劑脫乙酰度/%電荷密度/(mmo卜g_f)
1號殼聚糖70.710.48
2號殼聚糖81.311.15
3號殼聚糖90.611.83
陽離子瓜爾膠-2.56
儀器:SZP-06型Zeta電位測定儀;PCD-03顆粒 電荷測定儀;DDJ動態(tài)濾水儀;SX 2-4-10型高溫箱 型電爐;ZSP-300高濃磨實驗盤磨機;PF1磨漿機； PTI抄片機;ZUS4型紙張厚度測定儀;ZL-300A型 紙與紙板抗張試驗機;YT-DL 100定量取樣器。
1.2實驗方法 1.2.1制漿實驗
按照5 : 3 : 2的質量比混合煙梗、煙片和煙末； 混合后用水萃取再固液分離，經盤磨機磨漿后獲得 煙草漿(22.5 °SR);漂白長纖木板加水浸泡后，經 PFI磨漿機磨漿后獲得外添木漿（33.6 °SR);煙草 漿、外添木漿和輕質碳酸鈣混合后獲得再造煙葉基 片漿料，其中煙草漿與外添木漿的質量配比為9 : 1， 輕質碳酸鈣的添加量為漿料質量的20%。
1.2.2抄片實驗
稱取再造煙葉基片漿料（漿料絕干質量為2.5 g)，加入助劑攪拌均勻，再倒入抄片機抄造成形獲得 再造煙葉基片。基片分別按GB/T 12914— 1991、GB/ T 451.3—1989 和 GBA1 451.2—1989 測定抗張強度、 厚度和定量?；珊穸?基片厚度/基片定量。
1.2.3助劑影響Zeta電位的實驗
在500 mL漿料(漿濃為0.3%)中加入助劑，攪 拌均勻后于Zeta電位測定儀上測定漿料體系的Zeta 電位。
1.2.4助劑影響濾水的實驗
在1 000 mL漿料(漿濃為0.3%)中加入助劑，攪 拌均勻后把漿料傾入動態(tài)濾水儀中，選擇“Drainage” 模式，在500 r/min的轉速下轉動1 min后開啟閥門， 收集前10 S的濾液并稱量，繪制動態(tài)濾水曲線。
按照GB 3332—1982測定不同助劑加入后漿料
的打漿度。
1.2.5助劑影響留著的實驗
在500 mL漿料(衆(zhòng)濃為0.3%)中加入助劑，攪拌 均勻后把漿料傾入動態(tài)濾水儀中，選擇“Retention”模 式，在500 r/min的轉速下轉動1 min后開啟閥門，收 集前100 mL的濾液，采用文獻[6]中的方法測定濾 液濃度，漿料的單程留著率=(漿料濃度-濾液濃度V 漿料濃度X100%。
2結果與討論
2.1助劑對漿料體系Zeta電位的影響
Zeta電位與填料留著、濾水性能和紙張的干濕 強度有著直接的聯(lián)系[7],因此有必要研究助劑的加 入對漿料體系Zeta電位的影響。不同助劑對漿料 體系Zeta電位的影響見圖1所示。
由圖1可以看出，隨著助劑用量從0增加到 1%質量分數(shù)，漿料體系的Zeta電位均有逐漸增大 的趨勢，這是因為助劑與帶有負電荷的微小纖維發(fā) 生了絮聚，纖維中的負離子電位逐漸被中和；同等 用量下，殼聚糖對漿料體系Zeta電位的改變強于陽 離子瓜爾膠。當2號和3號殼聚糖的用量分別達到 0.6%和0.7%時，漿料體系的電荷性質反轉;而陽離 子瓜爾膠在1.0%的用量之內，體系的電荷性質并不 會發(fā)生逆轉，這是因為殼聚糖的陽電荷密度明顯高 于陽離子瓜爾膠（見表1);1號殼聚糖的用量在1% 以內也不會引起電荷轉性，這可能是因為1號殼聚 糖脫乙酰度太低，溶解性不好。
從理論上講，體系Zeta電位為0時具有最大 助留和最好的濾水性能，但是由于體系的復雜性， 最適宜的Zeta電位值不總是為0, 一般將Zeta電
5 0 5 0 5 3 3 2 2 1
Hs-sf 狳y
0 5 0 5 0 5 9 8 8 7 76
位值控制在微負值（0?-8 mV)[8]，因此需要選擇 合適的助劑和適合的添加量。
2.2助劑對漿料濾水性能的影響 2.2.1助劑對打漿度的影響
打漿度是衡量漿料懸浮液性能的指標，直接反 映了漿料的濾水性能，因此有必要研究助劑的引入 對打漿度的影響，結果見圖2所示。
由圖2可以看出，漿料的打漿度起初隨著助劑 用量的增加逐漸降低，這意味著漿料體系的濾水性 能逐漸變好；當陽離子瓜爾膠和3種殼聚糖用量均 為0.6%時，漿料的打漿度分別降低了 25%、37%、 45%以及47%;同等條件下，殼聚糖對打漿度的影 響大于陽離子瓜爾膠；當2號和3號殼聚糖的用量 超過0.6%時，打漿度反而上升，這表示漿料的濾水 性能有所下降，與上述Zeta電位試驗（2號和3號 殼聚糖的用量分別達到0.7%和0.6%時，漿料體系 的電荷性質反轉）相吻合。這可能是因為纖維素纖 維、細小組分及非纖維物質與助劑之間形成的復合 物被過度中和，重新懸浮于漿料體系中，因此導致 濾水性能下降。
2.2.2助劑對漿料動態(tài)濾水的影響
圖3顯示了不同助劑對漿料動態(tài)濾水性能的
影響。
由圖3得知，漿料的濾水量起初隨著助劑用量 的增加也逐步增加；當陽離子瓜爾膠和3種殼聚糖 的用量均為0.6%時，前10 s的濾水量較空白樣分 別提高了 47.9、73.7、141.2和182.1 g;殼聚糖對漿 料濾水性能的改善強于陽離子瓜爾膠；當2號和3 號殼聚糖用量超過0.6%時，漿料的濾水速度反而 下降。結合圖1可知，當用量超過0.6%時，漿料體 系的電荷發(fā)生了逆轉，從而使得2號和3號殼聚瑭
圖3不同助劑對漿料動態(tài)濾水性能的影響
的助留效果變差；1號殼聚糖由于脫乙酰度低，與 纖維素底物之間的吸附不如高脫乙酰度的殼聚糖 強烈，所以助濾效果不如后二者好。
2.3助劑對單程留著率的影響
圖4顯示了不同助劑對漿料單程留著率的 影響。
0.00.20.40.60.81.0
w(助劑添加量)/%
圖4不同助劑對漿料單程留著率的影響
從圖4可知，漿料的單程留著率起初隨著助劑 用量的增加逐漸增大；同等條件下，殼聚糖的助留 效果強于陽離子瓜爾膠，4種助留劑用量同為0.6% 時，3號殼聚糖要比瓜爾膠高出11.1%,這是因為 殼聚糖具有更高的陽離子電荷，可以更好地與細小 纖維和無機填料發(fā)生靜電中和、橋聯(lián)、鑲嵌及氫鍵 作用，使?jié){料更好地絮凝，從而提高再造煙葉漿料 中細小組分和填料的留著率；另外，2號和3號殼 聚糖的用量分別超過0.8%和0.6%時，其助留效果 開始下降，而陽離子瓜爾膠和1號殼聚糖在1%的 用量之內，單程留著率一直上升，但用量大于0.6% 時，上升趨勢趨于平緩。
從圖5可以看出，加入助劑后，基片的抗張■ 度有所下降。當助劑用量為0.2%時，下降幅度較 降幅為25%?34%。當用量超出0.2%后，抗張: 度呈現(xiàn)不規(guī)律變化，但是不同助劑間的區(qū)別不明顯 圖6顯示了不同助劑對基片松厚度的影響。 從圖6得知，加入助劑后，煙草基片的松厚) 有所提高；當4種助劑的用量均為0.6%時，再造j 葉基片的松厚度可以提髙0.2?0.3 cm3/g。
總的來講，4種助劑的加入對再造煙葉基片| 抗張強度和松厚度等物理性能的影響不顯著，基; 處于同一水平。
2.S殼聚糖應用于造紙法再造煙葉的正交優(yōu)化試?
通過以上的實驗可知，殼聚糖在助留助濾方i
圖6不同助劑對基片松厚度的影響
都要優(yōu)于陽離子瓜爾膠，因此選用殼聚糖為濕部助 劑繼續(xù)進行實驗研究，以確定合適的添加工藝條件。 實驗以殼聚糖的脫乙酰度、添加量和體系的pH為 考察因素，以漿料的濾水性能、漿料的單程留著率 為指標，設計“3因素3水平”正交試驗，考察的因素 水平見表2所示。
表2因素水平表
因素
水平ABC
脫乙酰度/%w(添加量)/%體系pH
170.70.45
281.30,66
390.60.87
依據(jù)上述試驗條件設計正交優(yōu)化試驗如表3
正交實驗結果
實驗因素實驗結果
試驗號A
脫乙酰度/%B
«；(添加量)/%C
體系pH濾水量/g程留著率/%
170.70.4524682.3
270.70.6628685.4
370.70.8727084.7
481.30.4632089.7
581.30.6732888.5
681.30.8531291.1
790.60.4734992.5
890.60.6537096.1
990.60.8634593.3
W267/84.1305/88.2309/89.8一—
k叫320/89.8328/90.0317/89.5-—
355/94.0309/89.7315/88.6--
RtR,87/6.623/1.88/1.2一_
注:先、女2和it,表示的是濾水量;和知'表示的是單程留著率。
表3
所示。
從正交試驗結果來看，各因素對漿料濾水性 能、單程留著率和填料留著率的影響有相同的規(guī) 律。根據(jù)脫乙》度>/? ®加置>•/?(«，其重要性依次為： 殼聚糖脫乙酰度、殼聚糖添加量和體系pH。根據(jù)it 值確定合適的添加條件，不論是以濾水量還是單程 留著率為指標，最佳工藝參數(shù)均為為52C2，即殼聚 糖的脫乙酰度為90%，添加量為0.6%，體系pH選 擇6。在此條件下進行驗證試驗，所得結果為:濾水量 為383 g，單程留著率為96.0%，填料留著率為 71.8%,表明正交試驗所確定的優(yōu)化條件可信度較髙。
3結論
(1)與陽離子瓜爾膠相比，殼聚糖對再造煙葉 漿料的Zeta電位、打漿度、動態(tài)濾水和單程留著率 的影響更為明顯，而且脫乙酰度越高，效果越好。但 對于高脫乙酰度的殼聚糖，過高的用量反而不利于 漿料的留著和濾水，因此要注意控制助劑的用量。
(2)殼聚糖和陽離子瓜爾膠的加入會影響再造 煙葉基片的物理性能。4種助劑的加入均會降低基 片的抗張強度，當助劑用量為0.2%時，基片的抗張 強度可以下降25%?35% ;但是助劑的加入均有利 于提高基片的松厚度。不同助劑對于基片物料性能 上的影響區(qū)別并不明顯。
(3)通過正交試驗對殼聚糖的應用條件進行 優(yōu)化，最佳工藝條件為：殼聚糖的脫乙酰度為90%， 添加量為0.6% ,體系pH為6,并通過驗證試驗確 認所優(yōu)化的工藝條件較為可靠。