卷煙接嘴膠的研究進(jìn)展

孟浩，關(guān)明，李英會(huì)，柳秋林

頤中青島實(shí)業(yè)有限公司，山東青島，266021

0 引言

目前，卷煙用膠粘劑主要分為：接嘴膠、搭口膠、包裝膠、中縫膠等，接嘴膠作用于濾棒與煙支的卷接過程中，在卷煙生產(chǎn)中的用量很少（約10 mg/支），但接嘴膠對(duì)卷煙機(jī)的生產(chǎn)效率及卷接質(zhì)量影響較大[1]。隨著煙草行業(yè)的發(fā)展，卷煙機(jī)的卷接車速已經(jīng)從常規(guī)的7000～10000支/min向10000～20000支/min轉(zhuǎn)變，卷煙機(jī)車速的提升對(duì)接嘴膠的粘接強(qiáng)度、流動(dòng)性、清潔性提出了新的挑戰(zhàn)，同時(shí)，煙草行業(yè)已經(jīng)開始從高速發(fā)展開始向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)變，中式卷煙向著降焦、減害、個(gè)性化與定制化的方向發(fā)展，細(xì)支卷煙、中支卷煙、爆珠、特殊水松紙材料對(duì)接嘴膠的穩(wěn)定性與適用性提出新的要求，接嘴膠的上機(jī)使用性能以及功能性需求成為目前研究的重點(diǎn)[2-4]。

1 卷煙接嘴膠的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著卷煙行業(yè)的發(fā)展以及卷煙機(jī)車速的提升和換代，在卷接工序中對(duì)接嘴膠的性能要求逐漸提高，接嘴膠根據(jù)主要成分不同可以劃分為醋酸乙烯-乙烯共聚物乳液、聚醋酸乙烯酯乳液、淀粉膠等。其中，醋酸乙烯-乙烯共聚物乳液是目前使用最廣泛的水基型接嘴膠乳液。以下主要從接嘴膠主要成分的不同對(duì)目前的研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)。

1.1 醋酸乙烯-乙烯共聚物乳液接嘴膠

醋酸乙烯-乙烯共聚物，其分子式如圖1所示，通常將醋酸乙烯含量小于40%的高分子聚合物稱為EVA樹脂，醋酸乙烯含量在40%～70%的高分子聚合物稱為EVA橡膠，醋酸乙烯含量在70%～95%范圍內(nèi)通常呈現(xiàn)乳液狀態(tài)，稱為VAE乳液，外觀呈乳白色或微黃色，具有優(yōu)異的粘接性能、易成膜、易改性，與許多高分子乳液都具有良好的混溶性和適配性，是目前使用最廣泛的接嘴膠乳液原料。VAE乳液的優(yōu)異性，在于可以通過調(diào)節(jié)其中的乙烯基和醋酸乙烯基比例，合成不同玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）的乳液，以滿足接嘴膠在不同車速卷煙機(jī)上的干燥速度和成膜性需求。高金憲等[5]使用高、中、低三種粘度的VAE乳液按照一定的比例共混，以提高VAE乳液的流動(dòng)性和稀釋穩(wěn)定性，同時(shí)選擇聚合度為120000-170000的高聚合度聚乙烯醇，顯著提高了卷煙的粘接強(qiáng)度和存儲(chǔ)穩(wěn)定性，可以滿足16000支/min的卷接生產(chǎn)要求。黃凱兵等[6]制備了一種防滲透接裝紙用接嘴膠，通過VAE乳液與丙烯酸乳液共混改性的方法，所用丙烯酸乳液為純丙乳液中引入長(zhǎng)碳鏈的可聚合脂肪酸進(jìn)行共聚而成，制備的接嘴膠能很好地降低紙張的表面張力，實(shí)現(xiàn)在防滲透用接裝紙上有較好的滲透性能和涂布性能。

1.2 醋酸乙烯酯乳液接嘴膠

醋酸乙烯酯乳液，簡(jiǎn)稱VAc乳液，主要用于生產(chǎn)聚乙烯醇（PVA）、VAE乳液、聚醋酸乙烯（PVAc）、縮醛樹脂等衍生物，廣泛應(yīng)用于粘接、涂料及造紙等行業(yè)，是世界上產(chǎn)量最大的有機(jī)化工原料之一，其分子式如圖2所示。在2017年，醋酸乙烯酯被世界衛(wèi)生組織列入2B類致癌物清單中，由于煙草行業(yè)對(duì)卷煙用輔材的環(huán)保要求的提升，接嘴膠作為口觸部分膠粘劑，醋酸乙烯酯的限量小于400 mg/kg，因此VAc乳液在接嘴膠中的使用受到一定程度的限制，通常VAc乳液在接嘴膠中應(yīng)用采用共聚改性的方法，以改善粘接性能。劉新建等[7]利用VAc乳液、丙烯酸、丙烯酸丁酯三元共聚，制備了一種高速接嘴膠，可以滿足7000～16000支/min的卷接需求，并使用了乙?；慕宦?lián)型聚乙烯醇，賦予了接嘴膠高粘接性、高抗?jié)B透性，解決了粘接及清潔生產(chǎn)問題。董彥林等[8]使用醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乳液進(jìn)行三元共聚，用異構(gòu)醇聚氧乙烯醚作為乳化劑，制備的接嘴膠在低粘度和低固含量的條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)12000支-17000支/分鐘的噴涂卷接需求，且能保持較低的廢品率。

1.3 改性淀粉接嘴膠

目前，煙草行業(yè)越來越重視煙用輔材安全衛(wèi)生指標(biāo)，淀粉膠粘劑由于其價(jià)格較低、來源天然且較廣泛、加工工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，受到卷煙膠生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)注。但淀粉膠由于自身分子結(jié)構(gòu)的限制，在耐水性、防腐性等方面具有較大的缺陷。淀粉膠粘劑主要采用化學(xué)改性、物理改性以及生物酶改性的方法，改善淀粉膠的使用性能。改性淀粉在卷煙接嘴膠的應(yīng)用還處于發(fā)展初步階段，主要在于改性淀粉膠無法適應(yīng)高速卷接以及特種材料的要求。行業(yè)內(nèi)企業(yè)在改性淀粉接嘴膠上做了很多探索，周沅楨等[9]利用藕淀粉與VAE乳液共混改性，加入蔗糖脂肪酸酯作為乳化劑，制備了一種低粘度、低固含量的接嘴膠，并實(shí)現(xiàn)了在高速卷煙機(jī)上機(jī)使用中實(shí)現(xiàn)快速熟化、粘接、卷接，且能達(dá)到涂抹率100%。

2 接嘴膠的發(fā)展趨勢(shì)

煙草行業(yè)、卷煙生產(chǎn)企業(yè)面臨著節(jié)能、降耗、環(huán)保等方面的壓力，卷煙廠廣泛開展了接嘴膠的上機(jī)適用性研究以及與輔材的匹配性研究等項(xiàng)目，卷煙接嘴膠不僅需要粘得牢固，還必須滿足卷煙機(jī)的提速、提質(zhì)、清潔性、匹配性等需求，在這種背景下，卷煙接嘴膠已經(jīng)滿足不了生產(chǎn)企業(yè)的需求。

2.1 卷煙接嘴膠的輔材匹配性

卷煙接嘴膠的輔材匹配性是指接嘴膠與水松紙?jiān)诰斫舆^程中的匹配程度，由于受到水松紙的材質(zhì)、預(yù)打孔、油墨、加工方式、不同廠家等多種因素的影響，因此接嘴膠在實(shí)際使用中需要同時(shí)滿足不同卷煙牌號(hào)水松紙與卷煙機(jī)之間的匹配性。

煙用接嘴膠的輔材匹配性研究處于初期階段，接嘴膠的性能參數(shù)與水松紙之間的關(guān)聯(lián)性以及對(duì)上機(jī)過程的影響尚不明確，目前的研究主要集中于接嘴膠與水松紙的潤(rùn)濕性能以及對(duì)上機(jī)過程的影響，董浩等[10]等采用接觸角測(cè)試比較了水溶性油墨和溶劑型油墨印刷的兩種水松紙的表面潤(rùn)濕性，對(duì)卷煙的外觀質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，實(shí)驗(yàn)表明溶劑型油墨的接觸角大于水溶性油墨的接觸角，但卷煙外觀質(zhì)量缺陷比例明顯較低。高明奇等[11]使用接觸角測(cè)量?jī)x表征了煙用水基膠與水松紙的表面潤(rùn)濕性，建立了使用初始接觸角和60 s內(nèi)接觸角降幅兩組數(shù)據(jù)對(duì)卷煙膠的潤(rùn)濕性進(jìn)行評(píng)定的方法，并通過實(shí)際上機(jī)實(shí)驗(yàn)測(cè)試了不同的接嘴膠，結(jié)果表明接嘴膠與水松紙的接觸角越大，施膠量越大，因此通過控制接嘴膠的接觸角，可以有效控制實(shí)際生產(chǎn)中施膠量的大小，提高煙支的卷接質(zhì)量。

2.2 卷煙接嘴膠的上機(jī)適用性評(píng)價(jià)

接嘴膠在卷煙機(jī)運(yùn)行過程中雖然用量很小，但對(duì)卷煙機(jī)的清潔性、煙支的卷接質(zhì)量有著重要影響。目前煙草行業(yè)對(duì)接嘴膠的物理指標(biāo)檢測(cè)僅僅包括外觀、粘度、固含量和pH等，而這些指標(biāo)參數(shù)不能反映出卷煙機(jī)運(yùn)行工況下的復(fù)雜變化，經(jīng)常出現(xiàn)指標(biāo)檢驗(yàn)合格但無法使用的情況。

近年來，接嘴膠的上機(jī)適用性評(píng)價(jià)是各大廠家的研究重點(diǎn)，接嘴膠是一種非牛頓型流體，在高速卷煙機(jī)運(yùn)行中存在剪切變稀的現(xiàn)象，夏平宇等[12]建立了接嘴膠的冪律方程模型，針對(duì)輥涂方式的卷煙機(jī)，考察了不同接嘴膠的流變性，并確定了適用于Protos2-2型卷煙機(jī)的流變曲線范圍及非牛頓指數(shù)范圍，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明非牛頓指數(shù)過大容易造成煙支泡皺、臟車嚴(yán)重的問題，非牛頓指數(shù)過小容易造成漏氣的問題，確定了適用于Protos2-2型卷煙機(jī)的接嘴膠非牛頓指數(shù)范圍為0.825～0.866，在此區(qū)間內(nèi)具有較好的上機(jī)適用性。Patthavongsa[13]新增加了接嘴膠的剝離強(qiáng)度、潤(rùn)濕性、穩(wěn)定性（熱、冷、離心）、初粘性以及固化時(shí)間5個(gè)質(zhì)量指標(biāo)及檢測(cè)方法，并分別對(duì)三個(gè)地域的代表性煙膠進(jìn)行應(yīng)用性能測(cè)試，界定了影響接嘴膠上機(jī)適用性質(zhì)量指標(biāo)的參考范圍，對(duì)卷煙生產(chǎn)具有較大的指導(dǎo)意義。

2.3 卷煙接嘴膠的功能性發(fā)展

隨著中國(guó)煙草行業(yè)的發(fā)展以及消費(fèi)升級(jí)，卷煙水松紙?jiān)絹碓江h(huán)?；⒐δ芑懊烙^化，出現(xiàn)了高透型水松紙、預(yù)打孔水松紙等以降低焦油含量，并且為了保持水松紙的外觀美觀，很多卷煙牌號(hào)使用了較光滑油墨，這對(duì)卷煙接嘴膠提出了更高的要求，同時(shí)接嘴膠由于具有較易添加致香成分的特點(diǎn)，對(duì)卷煙的功能性提升具有重要作用。徐石磊等[14]等制備了一種具有羅漢果特征香味的煙用接嘴膠，在接嘴膠中添加了羅漢果精油和羅漢果粉，通過煙氣將羅漢果特征香氣成分帶入口腔，具有不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、香氣持久的優(yōu)點(diǎn)，顯著改善了卷煙的抽吸品質(zhì)。魏敏等[15]提供了一種奶香型接嘴膠的制備方法，以超分子結(jié)構(gòu)的二氧化硅微球?yàn)檩d體，加入乳香樹脂和香草醛作為緩釋香料進(jìn)行物理包覆，在煙支燃吸過程中可以實(shí)現(xiàn)均勻、緩慢釋放的作用，改善煙氣中奶香的持久性。

4 結(jié)論

（1）VAE乳液具有優(yōu)異的粘接特性且易改性的特點(diǎn)，能夠適應(yīng)不同的車速條件，是目前水基型接嘴膠的最優(yōu)選乳液，由于煙草行業(yè)安全衛(wèi)生指標(biāo)及性能要求等問題，VAc乳液及淀粉類已經(jīng)不能滿足接嘴膠的需求。

（2）隨著煙用包裝材料的發(fā)展，不同材質(zhì)和功能的水松紙層出不窮，卷煙接嘴膠與水松紙之間的匹配性、上機(jī)適用性以及功能性成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，但由于卷煙生產(chǎn)中存在很多影響因素，目前的機(jī)理尚不明確，有待進(jìn)一步研究。