稠漿法煙草薄片原料配方對吸濕性的影響研究

作者簡介：，工程師；研究方向：紙基功能材料的研發(fā)及應用。

關鍵詞：煙草薄片；吸濕性；平衡含水率；膨潤土 中圖分類號：TS7 文獻標識碼：A DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2025.04.011

Study on the Influence of Slurry-type Reconstituted Tobacco Sheets Formulaon Moisture Absorption

HUANGJianbo1 CHAO Lumen1ZHOU Chengxi2HE Hongmei3YOU Xiaojuan3LIU Wen1LI Chaojian3*YANG Yang1，*

（1. China National Pulpand Paper Research Institute Co.，Ltd.，Beijing，10o102;2.Nantong CigareteFilter Co.，Ltd.，

Nantong，JiangsuProvince，226014；3.China Tobacco JiangsuIndustrialCo.，Ld.，Nanjing，JiangsuProvince，10019）（ E-mail： licj@jszygs.com； skyyangyang303@126.com）

Abstract：Thisstudycaractedtemoisureabsorptioofsurr-tyerecostitutedtobaccoshetsusigtequlibmosurecon tent，andexlodtsddtigdgees，acooepartedals tureabsorptiooftcositutedtbaostsusing themethdofotrolledaablesTestudyasoodtepreparatipro ofslury-typerecostitutedtobaccshets.Teresultsowedthatthfectsofaddedfiberbeatingdegree，fibertysndtobaopowderparticlesizeoteosturebsorptiofrecosiutedtbacoshtsweresall.Amongteioranicfllersddingentoiteas foundtobeefieinducingtelmmosturecotetofrcosiutedbacosetsandimprovigisosreabsotionAs theconcentrationofbentonite inthethick pasteincreased fromOto 2 . 0 % ，theequilibriummoisture content of thereconstituted tobacco sheets decreased.When the dosage of bentonite in the thick paste was 1. 5 % ，the equilibrium moisture content of the reconstituted tobacco sheets were 16. 7 % ，15. 5 % ，and 1 3 . 5 % ，respectively lower than that of the original sheet（without bentonite）at the relative humidity of （204 50 % ， 60 % ，and 7 0 % .Thecigarete made bythereconstituted tobacco sheethadsimilarburningrateandfragrance totheoriginalcigarete. Key words：tobacco sheets；moisture adsorption；equilibrium moisture content；bentonite

加熱卷煙是一種加熱非燃燒煙絲的新型煙草制品，與傳統(tǒng)卷煙相比，其有害物質和側流煙氣的釋放量較少，而其抽吸體驗感仍與傳統(tǒng)卷煙相近]，近年在全球范圍內迅速發(fā)展。加熱卷煙用的芯材大多為煙草薄片，煙草薄片可采用造紙法、稠漿法或輥壓法等方法進行制備3。針對稠漿法煙草薄片，其主要由煙粉、纖維、發(fā)煙劑、膠黏劑等組成，其中的發(fā)煙劑及煙粉中的親水性化學物質使煙草薄片具有高吸濕性，在高濕環(huán)境下極易吸附水分，對其生產(chǎn)加工、關鍵性能及卷煙感官質量產(chǎn)生負面影響57]。研究發(fā)現(xiàn)，相對濕度 4 0 % ～ 5 0 % 的環(huán)境更有利于煙草薄片及煙支的存儲]。但受氣候和地域的影響，煙草薄片或煙支在生產(chǎn)加工及存儲過程中，通常會暴露在相對濕度 3 5 0 % 的環(huán)境 左右，因此，煙草薄片的防潮和吸濕性能調控至關重要，有必要采取一定的措施改善煙草薄片的高吸濕性。

針對煙草薄片的吸濕特性，目前行業(yè)內尚無相關標準或公認的評價方法，研究文獻多從平衡含水率、吸附等溫線、水分存在狀態(tài)等方面進行評價80。利用平衡含水率表征煙草薄片的吸濕性能，在相同濕度條件下，平衡含水率越高表明煙草薄片越易于吸濕。煙草薄片的吸濕性與其組織結構和化學成分相關\"，不同原料及配方工藝制備的煙草薄片微觀結構（孔隙結構特性）存在差異，添加劑的加入也會改變煙草薄片的化學組成和表面特性。關于煙草薄片吸濕性研究，多集中在吸濕特性評價及相關機制機理探究，12-3]，從配方和工藝方面尤其是纖維及助劑角度分析其對煙草薄片吸濕性的影響并改善吸濕性的研究相對較少。本研究以平衡含水率表征煙草薄片的吸濕性，分析在不同相對濕度梯度條件下，纖維打漿度和種類、煙粉粒徑及無機填料的添加對煙草薄片吸濕性及其他關鍵性能的影響，篩選出改善煙草薄片吸濕性的優(yōu)化工藝方案，以期為稠漿法煙草薄片及加熱卷煙的生產(chǎn)加工、運輸存儲及產(chǎn)品防潮提供技術指導。

1實驗

1.1實驗原料、試劑及儀器

實驗原料、試劑：纖維漿料取自中輕特種纖維材料有限公司。不同粒徑煙粉（ 、[0.07，0.11） mm 、[0.11，0.15） m m 、[0.15，0.18） m m 、[0.18，0.25） m m 、混合煙粉）和羧甲基纖維素鈉（CMC）均由南通煙濾嘴有限責任公司提供；丙三醇（甘油）購自國藥集團化學試劑有限公司；碳酸鈣、膨潤土、二氧化硅和硅藻土均購自阿拉丁試劑（上海）有限公司；分子篩（ 1 3 × 分子篩，粒徑 0 . 1 5～0 . 1 8 m m 。

實驗儀器：電動攪拌器（EUROSTAR40），德國IKA公司；旋轉黏度計（LVDV - 2 + P R O ），美國Brook-field公司；烘箱（DHG9145A），上海一恒科技有限公司；臥式電腦測控拉力儀（ZB-WL30），杭州紙邦自動化技術有限公司；厚度儀（PN-PT6），杭州品享科技有限公司；Valley打漿機（P40130）、肖伯爾打漿度儀（95587），奧地利PTI公司；掃描電子顯微鏡（SEM，S3400），日本日立公司；可程式恒溫恒濕箱（R404），東莞匯泰機械有限公司；真密度儀（3H-2000TD），貝士德儀器科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 紙漿的準備

首先將針葉木、闊葉木、馬尼拉麻、竹漿、棉稈等漿板浸泡在水中，隨后撕成小于 小碎片，并用Valley打漿機進行疏解和打漿處理，打漿至 備用，槳濃 1 . 6 % 。

1. 2.2 稠漿的制備

將CMC配制成質量分數(shù) 3 % ～ 4 % 的溶液，隨后將溶解好的CMC溶液、甘油先混合均勻，邊攪拌邊加入一定量的紙漿、煙粉、功能助劑和水（實驗中所提到的添加量均為稠漿總質量的質量百分比），利用電動攪拌器在 4 0 0 r / m i n 下攪拌 3 0 m i n ，配制成均勻的稠漿。

1.2.3煙草薄片的制備

將配制的稠漿用刮棒涂布在鋼板上，為了防止煙草薄片粘板不好剝離，預先在鋼板表面涂布硅油。將涂有稠漿的鋼板置于 烘箱中干燥 2 0～3 0 m i n ，隨后將煙草薄片剝離備用，煙草薄片定量為 0

1.2.4煙草薄片平衡含水率的測定

測定煙草薄片在相對濕度 5 0 % 、 6 0 % 和 7 0 % 下的平衡含水率，以表征煙草薄片的吸濕性能。為了確定平衡含水率的測試時間，利用現(xiàn)有配方制備煙草薄片，在相對濕度 6 0 % 下測定其吸濕速率曲線（圖1）。如圖1所示，煙草薄片在較高相對濕度下平衡 1 2 0 m i n 后，含水率基本趨于穩(wěn)定，結合現(xiàn)有配方的實際生產(chǎn)流程，以 1 2 0 m i n 平衡含水率表征吸濕性。具體測試方法為：首先將煙草薄片放置在 烘箱內干燥1 8 0 m i n ，絕干后取出，在干燥器內冷卻至室溫，記錄初始質量 （g）。將稱量好的煙草薄片放入設置好溫度（ ）、相對濕度（ 5 0 % 、 6 0 % 、 7 0 % ）的恒溫恒濕箱平衡 1 2 0 m i n ，隨后取出快速稱量記錄質量 。平衡含水率（ （ % ） ）的計算見式（1）。

平衡含水率=M-M

1.2.5煙草薄片其他物理性能的測定

煙草薄片的定量按照GB/T451.2—2023進行測 定，緊度按照GB/T451.3—2002進行測定，抗張強度 按照GB/T12914—2018進行測定。

利用真密度儀測定煙草薄片孔隙率，具體方法為：將待測煙草薄片裁剪為 6 c m×6 c m 尺寸，并根據(jù)實際裁剪尺寸計算煙草薄片面積 （ m ） ，隨后測定其厚度（ ）以及質量 （ z ） ，并計算出煙草薄片外觀體積 （ m ? n ） 和密度 （ z / （ m ? n ） ） ，隨后將樣品置于真密度儀中，將計算所得外觀體積和樣品密度輸入測試軟件中，待測試結束后記錄孔隙率數(shù)據(jù)。

2 結果與討論

2.1纖維打漿度及纖維種類對煙草薄片吸濕性的影響

緊度在一定程度上可間接表征煙草薄片的孔隙特性，緊度越大表明煙草薄片越致密，孔隙相對較少。材料的孔隙結構可能會影響其對水分的吸附特性，對于紙張材料，打漿度較高的紙漿制備的紙張具有較高的緊度，其三維結構也更為致密4。基于此，為了探究煙草薄片吸濕性能與孔隙特性的關聯(lián)性及其關鍵影響因素，本節(jié)分析了纖維打漿度及纖維種類對煙草薄片緊度和平衡含水率的影響。

為探究打槳度對煙草薄片吸濕性的影響，將常用的針葉木槳和闊葉木漿分別打槳至不同的打槳度，配制成稠漿制備煙草薄片，測試煙草薄片的緊度和平衡含水率，結果如圖2和圖3所示。由圖2可知，當打漿度從 $2 5 ＼ { ^ ＼circ } ＼mathrm { S R }$ 增加至 ，針葉木漿煙草薄片和闊葉木漿煙草薄片的緊度均隨打漿度的增加稍有增加，分別增加了 1 8 . 5 % 和 6 . 1 % 。由圖3可知，在相對濕度 5 0 % 、 6 0 % 、 70 % 下，打漿度不同的闊葉木槳煙草薄片和針葉木槳煙草薄片的平衡含水率差異不明顯，均分別維持在 9 . 5 % 、 1 4 . 5 % 和 1 8 . 5 % 左右。結果表明，打漿度的增加對煙草薄片緊度有一定的提升，煙草薄片緊度維持在 ，在此幅度范圍內的緊度變化對煙草薄片吸濕性幾乎無影響。實驗過程中發(fā)現(xiàn)，在打漿度較低時，稠漿（尤其是含針葉木漿的稠漿）的流動連續(xù)性及穩(wěn)定性較差，在打漿度增加至 以上時，這一現(xiàn)象得到明顯改善，因此從稠漿特性及制備過程的可操作性考慮，打漿度 以上的紙漿更適宜于制備稠漿法煙草薄片。

植物纖維種類不同，其纖維形態(tài)及成形特性也會有所不同，因此會對煙草薄片微觀結構及物理性能產(chǎn)生一定影響，從而影響其吸濕性能。為進一步探究不同纖維原料對煙草薄片吸濕性能的影響，將針葉木漿、闊葉木漿、馬尼拉麻漿、竹漿、棉稈漿均打漿至 ，按照1.2.3的方法制相應的煙草薄片，測定煙草薄片緊度，并分別在相對濕度 5 0 % 、 6 0 % 和7 0 % 下平衡 2 h ，測定煙草薄片的平衡含水率，結果分別如圖4和圖5所示。由圖4可知，5種纖維原料制備的煙草薄片緊度相近，均維持在 左右。由圖5可知，不同纖維原料的煙草薄片在相對濕度 5 0 % 、6 0 % 和 7 0 % 下 2 h 的平衡含水率均分別維持在 9 . 5 % 、1 4 . 5 % 和 1 8 . 5 % 左右，在同一相對濕度下，纖維原料不同的煙草薄片的平衡含水率差別不大。由此可知，纖維原料種類對煙草薄片的緊度和平衡含水率幾乎無影響。這可能是由于纖維在稠漿的煙草薄片中占比較低（質量比 lt; 5 % ），在相近的打漿度條件下，由纖維種類及形態(tài)不同引起的緊度和平衡含水率變化較小。

綜上所述，打漿度在 時，不同纖維原料對煙草薄片緊度和平衡含水率均無明顯影響，當漿料打漿度較高時，煙草薄片緊度相比低打漿度的煙草薄片有所增加，但均維持在 ，煙草薄片的平衡含水率變化不大。緊度在更大范圍的變化幅度對平衡含水率的影響需要后續(xù)實驗進一步驗證。

2.2煙粉粒徑對煙草薄片吸濕性的影響

根據(jù)前期研究發(fā)現(xiàn)，煙粉粒徑大小對煙草薄片的緊度和抗張強度有較大的影響，不同粒徑煙粉制備的煙草薄片微觀結構差異明顯。本節(jié)采用闊葉木漿為制備煙草薄片的纖維原料（且后續(xù)實驗均采用闊葉木漿為纖維原料），并利用緊度協(xié)同孔隙率指標表征煙草薄片的孔隙特性，研究煙粉粒徑大小對煙草薄片平衡含水率的影響，探索不同粒徑煙草薄片的緊度、孔隙率與平衡含水率之間的相關性，結果如圖6和圖7所示。

由圖6可知，隨著煙粉粒徑減小，煙草薄片緊度呈增加的趨勢。當煙粉粒徑 時，煙草薄片緊度增長幅度相對較小，緊度均在 以下；當煙粉粒徑 時，煙草薄片緊度以近乎線性的趨勢急劇增加；當煙粉粒徑 時，煙草薄片緊度接近 。煙粉粒徑越大，形成煙草薄片時煙粉顆粒在煙草薄片結構中排列越疏松，顆粒之間的空隙較大，因此，制備的煙草薄片松厚度較高、緊度較低。從圖7所示的煙粉粒徑與煙草薄片孔隙率關系圖可以看出，當煙粉粒徑 時，煙草薄片的孔隙率均保持在 6 5 % 左右；而當煙粉粒徑 時，煙草薄片的孔隙率顯著下降，并且煙粉粒徑越小，下降程度越大。這可能是因為當煙粉粒徑 時，所制備的稠漿更均勻，形成的煙草薄片更致密，這從圖8展示的煙草薄片SEM圖也可以觀察到。另外，不同孔隙率煙草薄片在相對濕度 5 0 % 、6 0 % 和 70 % 下的平衡含水率幾乎沒有變化，分別維持在 9 . 5 % 、 1 4 . 5 % 和 1 8 . 5 % （因不同煙粉粒徑煙草薄片在同一相對濕度下的平衡含水率相近，圖7僅列出了相對濕度 6 0 % 下的平衡含水率）。以上結果表明，煙粉粒徑大小對煙草薄片的孔隙率有很大的影響，煙粉粒徑越小、煙草薄片孔隙率越小，但對煙草薄片的平衡含水率影響不大。

圖9為不同煙粉粒徑煙草薄片在室溫 、相對濕度 6 0 % 下的吸濕速率曲線。由圖9可知，在吸濕過程中，隨著煙粉粒徑的減小，煙草薄片吸濕速率降低，這可能與煙草薄片的微觀孔隙結構及親水基團有關。煙粉粒徑越小，煙草薄片孔隙率越低，使得煙草薄片中的孔徑減小（圖8），從而減少了環(huán)境中水分子由表面向內部擴散的通道或減慢了擴散速率，降低了水分子遷移以及與煙草薄片組分中的親水基團發(fā)生氫鍵鍵合的速率，導致煙粉粒徑低的煙草薄片的吸濕速率降低，但隨著平衡時間的延長，水分子持續(xù)吸附并凝聚在煙草薄片外表面及內部結構中，達到吸附飽和，其飽和吸附量可能主要由煙草薄片中的親水基團數(shù)量決定，不同粒徑煙粉制備的煙草薄片雖然物理結構不同，但其材料中親水基團的含量及化學組分特性相近，因此，不同粒徑煙粉制備的煙草薄片在短時間內的吸濕速率有較大差異，但最終吸濕后的含水率相差不大，表現(xiàn)為1 2 0 m i n 后不同煙粉粒徑制備的煙草薄片的含水率基本一致。

通過上述煙粉粒徑對煙草薄片緊度、孔隙度的影響研究，以及煙粉粒徑與煙草薄片吸濕速率和含水率的關聯(lián)性分析可知，煙粉粒徑大小對煙草薄片平衡含水率無明顯影響，且較大的緊度跨度范圍（ ）以及孔隙結構對煙草薄片平衡含水率影響不大。盡管煙粉粒徑大小能在一定程度上影響煙草薄片吸濕速率，但對其平衡含水率無明顯影響，因此，從改變煙粉粒徑角度，通過調控煙草薄片的孔隙結構尚不能滿足改善煙草薄片平衡含水率的要求，仍需要考慮其他因素。

2.3無機填料對煙草薄片吸濕性的影響

因制備工藝的差異，稠漿法煙草薄片一般不添加無機填料，而造紙法煙草薄片會加人一定量的填料（通常為碳酸鈣）。此外，有研究表明稠漿法煙草薄片中部分無機填料可在一定程度上提高煙草薄片的物理性能[15]。基于此，根據(jù)無機填料的結構特性，本研究選用碳酸鈣、膨潤土、分子篩、二氧化硅和硅藻土5種典型的無機填料，探索其對煙草薄片吸濕性的影響。

將5種無機填料分別以占稠漿質量分數(shù) 1 % 的用量添加至煙草薄片中，探討無機填料對煙草薄片平衡含水率的影響，結果如圖10所示。由圖10可知，分別在相對濕度 5 0 % 、 6 0 % 和 7 0 % 條件下，添加無機填料的煙草薄片與未添加填料的煙草薄片（原片）相比，平衡含水率均有所下降，其中添加膨潤土的煙草薄片的平衡含水率始終保持最低，在相對濕度 5 0 % /6 0 % 和 70 % 條件下分別為 8 . 2 % 、 1 2 . 2 % 和 1 6 . 7 % ，原片分別降低了 1 1 . 8 % 、 1 4 . 1 % 和 1 0 . 2 % 。因此，膨潤王與其他無機填料相比，能更有效地降低煙草薄片的平衡含水率，更有利于煙草薄片吸濕性的改善。這可能與膨潤土的片狀結構及表面化學特性有關。膨潤土作為一種獨特的層狀硅酸鹽礦物，具有優(yōu)異的吸附能力和較高的比表面積[6-17]，其SEM圖見圖11。結合本研究結果和膨潤土表面結構性能分析，首先，片狀結構的膨潤土在煙草薄片中的排列會延長環(huán)境中水分子向內部滲透的路徑，有助于阻隔煙草薄片的吸濕；其次，甘油可能會滲入到膨潤土層狀結構間的空隙中，甘油分子被包裹在層狀結構中，減少了甘油吸收空氣中水分的概率，從而降低了煙草薄片的含水率。鑒于此，后續(xù)將針對膨潤土填料對煙草薄片吸濕性的影響開展進一步研究。

2.4膨潤土對煙草薄片性能的影響

為系統(tǒng)研究膨潤土對煙草薄片各項性能的影響規(guī)律，設置膨潤土在稠漿中的質量分數(shù)為 0 . 5 % 、 1 . 0 % /1 . 5 % 、 2 . 0 % 、 2 . 5 % 和 3 . 0 % ，分析膨潤土用量對煙草薄片平衡含水率及常規(guī)物理性能的影響。實驗過程中發(fā)現(xiàn)，當膨潤土用量 gt; 2 . 0 % 時，膨潤土對煙草薄片的外觀有所影響，煙草薄片邊緣出現(xiàn)裂痕，膨潤土用量過多會影響煙草薄片成形，且對感官質量的負面影響也較為明顯。因此，本節(jié)主要分析膨潤土用量為 0 ～ 2 . 0 % 對煙草薄片吸濕性和物理性能的影響。

Fig.1OEfftfiidsficfllsequlimmostureteofosiutdtbccstsooatur ）

圖12為不同膨潤土用量的煙草薄片在相對濕度5 0 % 、 6 0 % 和 70 % 下 2 h 平衡含水率。由圖12可知，在同一相對濕度下，隨著膨潤土用量的增大，煙草薄片的平衡含水率均呈現(xiàn)下降趨勢。當膨潤土用量為 1 . 5 % 時，相對濕度 5 0 % 、 6 0 % 和 7 0 % 下煙草薄片的平衡含水率相較于原片分別降低了 1 6 . 7 % 、 1 5 . 5 % 和 1 3 . 5 % 。

除吸濕性能外，煙草薄片的抗張強度和緊度也至關重要。為探究膨潤土的加入對煙草薄片緊度和抗張強度的影響，本研究測定了不同膨潤土用量下煙草薄片的緊度和抗張強度，結果如圖13所示。由圖13可知，隨著膨潤土用量的增加，煙草薄片的緊度和抗張強度均稍有增加，當膨潤土用量達 1 . 5 % 時，煙草薄片的緊度和抗張強度比原片分別增加了 5 . 4 % 和1 2 . 6 % 。由此可見，膨潤土的添加對煙草薄片緊度和抗張強度無負面影響，甚至還有利于煙草薄片強度的改善。結合平衡含水率、緊度和抗張強度結果，當膨潤王用量 ≥ 1 . 5 % 時，與原片相比，平衡含水率和抗張強度改善幅度均可達 10 % 以上。將膨潤土用量為1 . 5 % 和 2 . 0 % 稠漿制備的煙草薄片制成卷煙進行感官質量評價并與原片卷煙進行對比，結果如表1所示。由表1可知，膨潤土用量為 1 . 5 % 和 2 . 0 % 的煙草薄片在發(fā)煙量、香味方面與原片相近，不足之處在雜氣和余味方面，后期可通過加香處理進行改善，且膨潤土用量 1 . 5 % 的煙草薄片在諧調性、雜氣、余味等方面優(yōu)于膨潤土用量 2 . 0 % 的煙草薄片。

上述研究表明，在煙草薄片中添加膨潤土，可在基本不影響煙草薄片緊度和強度性能的前提下改善其吸濕性，可作為改進煙草薄片吸濕性的優(yōu)化方案。綜合考慮稠漿黏度、煙草薄片表觀形態(tài)、感官質量等特性，優(yōu)選膨潤土在稠漿中的用量為 1 . 5 % 。

3結論

3.1探討外加纖維種類及打漿度對煙草薄片緊度和平衡含水率的影響。結果表明，煙草薄片緊度隨著纖維打漿度增加有所增加，相同打漿度時纖維種類對煙草薄片的緊度無明顯影響，無論是纖維種類還是纖維打漿度對煙草薄片平衡含水率的影響均不大。3.2利用不同煙粉粒徑制備煙草薄片，探究煙粉粒徑大小對煙草薄片吸濕速率、平衡含水率的影響。結果表明，煙粉粒徑大小在一定程度上影響煙草薄片吸濕速率，但不影響其平衡含水率。

3.3選用5種不同無機填料制備煙草薄片，探索填料對煙草薄片平衡含水率的影響。結果表明，膨潤土可有效降低煙草薄片平衡含水率。隨著膨潤土用量的增加，煙草薄片的平衡含水率逐漸降低，緊度和抗張強度稍有增加。當膨潤土用量為 1 . 5 % 時，與未添加膨潤土的煙草薄片相比，其平衡含水率在相對濕度 5 0 % 、 6 0 % 和 7 0 % 時分別降低了 1 6 . 7 % 、1 5 . 5 % 和 1 3 . 5 % ，其抗張強度增大了 1 2 . 6 % ，改善幅度均 5 1 0 % ，且卷煙的感官質量在發(fā)煙量、香味方面與未添加膨潤土的煙草薄片相近，綜合考慮煙草薄片的各項性能，優(yōu)選膨潤土在稠漿中的用量為 1 . 5 % ，可以實現(xiàn)改善煙草薄片吸濕性的目的。

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（責任編輯：呂子露）