阻燃新型接裝紙的研究與應用

王 欣 劉玲紅 邱詩波 李曉敏 李 媛 劉 藝 田 強

(湖北淡雅香生物科技股份有限公司 湖北 武漢 430030)

0 引言

傳統接裝紙僅用來包裹過濾嘴，炭加熱不燃燒型卷煙紙張需要連接整個煙支，由于該復合紙張工藝復雜，材料多樣，需要同時兼顧卷煙紙的卷接、燃燒等功能和接裝紙的連接功能，采用不適宜的紙張進行打樣容易出現復合不牢固，收卷不齊等問題，多段式復合紙張相對于其他的卷煙紙而言，其要求定位的精度高，對材料的要求高，紙張材料既要求阻燃又要求傳熱，既要滿足高透氣度，以降低焦油含量并減少對人體有害的物質，又要滿足高速卷煙機對紙張高強度的要求。

由于使用多種不同的材料進行復合在實際生產過程中容易出現克重不穩定，定位不準確等問題，在影響材料質量的同時，也會造成消耗增加，材料成本的上升，為使得現有材料及工藝滿足需求，對不同種類不同規格的材料以不同工藝進行打樣，此外，還要求能提高卷煙材料的不透明度、白度和抗張強度等性能指標，為解決阻燃新型接裝紙在耐溫導熱過程后產生的不良視覺效果，同時提高新型接裝紙生產適應性，深入分析研究適用于阻燃新型接裝紙生產的耐溫性阻燃材料的成分與特性，避免煙支在燃燒過程中出現大面積變黑、紙張炭化嚴重、上機適應性差、紙張卷接不牢、復合產生縫隙等問題，紙張材料的選擇至關重要。

1 材料及工藝研究

1.1 阻燃紙成分研究

磷系阻燃劑主要作用在于減少熱降解反應增加殘炭的形成，通過減少氣相與固相之間物質與熱量的傳導，以達到阻燃的效果[1]。如表1所示，為了提升產品的阻燃效果，減小炭化的長度，阻燃紙A中添加了含量為0.5%的阻燃劑磷鋁溶膠凝膠。

表1 原紙成分分析

圖3 差示掃描量熱曲線對比圖 圖4 熱重曲線對比圖

為了探索阻燃紙樣張材料與空白樣品之間的差異，對阻燃紙A和空白樣品進行了各種表征分析，探索其熱穩定性及晶體結構穩定性。

圖1為阻燃紙樣品和空白樣品的紅外光譜圖，與空白樣張相比，阻燃紙的峰型沒有發生太大的變化，說明其纖維結構較為完整。

圖2為兩種紙張的X射線能譜圖，從圖中可以看出，經過了高溫作用之后，相比于空白紙張的晶型被破壞嚴重、晶型發生明顯變化，阻燃紙的結構沒有發生太大的變化，其晶型保存比較完好，證明阻燃劑的加入能夠進一步提升其阻燃性。

圖3和圖4分別是空白紙樣和阻燃紙的熱重和差示掃描量熱曲線，與空白樣品相比，阻燃樣品失重率僅為17%，材料具有較好的熱穩定性。

1.3 紙張物理性能研究

表2 紙張物理指標分析

不同紙張的物理性能對比如表2所示，阻燃紙A氧指數相對最高，其燃燒所需要的氧氣更多，更難以燃燒，且材料經過點燃后，其炭化長度最短，阻燃紙A燃燒殘余的灰分含量最高，證明阻燃紙A的阻燃效果明顯優于紙張B和紙張C，阻燃劑的加入促進脫水反應，同時促進焦炭的形成[2]。同時考察了不同種類紙張的耐破度、抗張強度、撕指數和白度[3]，燃燒前阻燃紙A的白度最高，同時其燃燒后白度變化量最小，僅為0.41%，由于灰分填料會使得纖維與纖維之間隔開，降低了紙張的內結合強度，同時其抗張強度也相對減小。

1.4 生產工藝研究

(1)烘箱溫度對質量穩定性的影響

如表3所示，為不同烘箱溫度對質量穩定性的影響，在保證復合施膠輥硬度70度、網紋輥壓力0.3MPa的情況下，分別選取4組參數來驗證不同烘箱溫度對質量穩定性的影響。由表3可知，由于該產品生產過程中包含兩次復合，因此探究了兩次復合過程的溫度對產品質量穩定性的變化。第一階段的內襯原紙和鋁箔的復合，復合機溫度的變化對半成品質量的影響較小，復合效果均良好，在第二階段阻燃紙印刷半成品與鋁箔卷紙(兩側)與原紙(中部紙)進行第二次復合，由于溫度過低，兩側復合會有輕微粘接不牢的情況，而如果溫度過高，則會出現中間起皺、收卷變形的情況，且溫度過高導致了阻燃紙紙張抗張強度增大，硬度變大，彎曲難度增加，復合不牢，產生縫隙。溫度對產品的水分影響不大。因此，根據試驗結果，兩次的復合溫度分別確定為室溫，35℃，35℃，第二次復合的三個溫度為45℃，50℃，45℃時，產品效果較優。

表3 不同烘箱溫度對質量穩定性的影響

(2)復合車速對質量穩定性的影響

如表4所示，為探索復合車速對產品質量穩定性的影響，在保證復合設備烘箱溫度相同的前提下，分別選取3組參數來驗證不同車速對產品質量穩定性的影響。由表4可知，當溫度固定不變時，在車速為90m/min時，半成品復合牢度，復合效果較優。

表4 不同車速對質量穩定性的影響

(3)紙張張力對質量穩定性的影響

如表5所示，探索紙張張力對產品穩定性的影響，在保證車速為90m/min的條件下，三個區域紙張張力分別為29、26、19N/m時，產品的橫向偏差最小，僅為±0.1mm。

表5 不同紙張張力對質量穩定性的影響

(4)工藝研究

如表6所示，參考常規內襯紙生產工藝，調整多段式復合紙張材料及復合、分切、壓紋、復卷等工序進行新型阻燃接裝紙的生產工藝研究，探究其對對產品質量、上機適應性的影響，調整原紙紙張及制樣工藝，經過多次實驗驗證，確定了紙張材料為阻燃紙A，制樣工藝為印刷-復合-分切-復合-分切時，能夠提升紙張的阻燃性能及定位效果，改善發黑問題。

表6 制樣工藝研究

2 結論

本文通過紅外測試、X射線能譜分析、Tg及DSC測試分析，探索阻燃紙耐溫性能及阻燃性能，通過測定紙張的抗張強度、氧指數、白度、白度比、炭化長度等參數，提升多段式復合紙張的阻燃效果，減小煙支炭化發黑的長度和面積；將所選材料應用于產品制樣，通過打樣分析，確定多段式復合紙張的材料、規格及工藝，通過對上機打樣生產過程中的單因素分析，確定最佳的上機工藝參數，減小紙張之間的縫隙，提升復合效果。