無機填料對稠漿法煙草薄片吸濕性能影響研究

關鍵詞：無機填料；加熱卷煙；吸濕特性；煙草薄片；稠漿法中圖分類號：TS762 文獻標識碼：A DOI：10. 11980/j. issn. 0254-508X. 2025. 05. 019

Study on Moisture Absorption Characteristics of the Influence of Inorganic Fillers on Reconstituted Tobacco Sheet Prepared by Thick Pulp Method

LI Chaojian1 YANG Yang2 YOU Xiaojuan1 WANG Pengfei3 LIU Yang2 HE Hongmei1 CHAO Lumen2，* GAO Xin3，* （1. China Tobacco Jiangsu Industrial Co.，Ltd.，Nanjing，Jiangsu Province，210019；2. China National Pulp and Paper Research Institute Co.，Ltd.，Beijing，100102；3. Nantong Cigarette Filter Co.，Ltd.，Nantong，Jiangsu Province，226014） （*E-mail：cholmon@126. com；15321432@qq. com）

Abstract：Correlation between the moisture content of the reconstituted tobacco sheet prepared by thick pulp method and environmental humidity and equilibrium time was studied，and the influence of mass fraction of inorganic fillers such as bentonite and talc powder on the moisture absorption performance and physical indicators of the reconstituted tobacco sheet were explored. The results showed that the higher initial moisture content of the reconstitued tobacco sheet，the higher the moisture content of the balance 2 h under the subsequent higher humidity. The moisture content of the reconstitued tobacco sheet for balancing 2 h could reflect the moisture adsorption rate of the reconstituted tobacco sheet to some extent. Adding ben‐ tonite or talc powder to the reconstitued tobacco sheet was beneficial for reducing its moisture absorption characteristic. The appropriate mass frac‐ tion of inorganic fillers was 2.0% ，and the tightness（bentonite reconstituted tobacco sheet 0.711g/cm³ ，talc powder reconstituted tobacco sheet 0.706g/cm³ ），and tensile strength（bentonite reconstituted tobacco sheet 0.492kN/m ，talc powder reconstituted tobacco sheet 0.392kN/m ）of the sheet meet the subsequent processing requirements. From the sensory quality evaluation results，talc powder was ideal filler.

Key words：inorganic fillers；heated tobacco；moisture absorption characteristics；reconstituted tobacco sheet；thick pulp method

加熱卷煙通過加熱煙草材料釋放煙氣供吸煙者抽吸，在感官質量和抽吸方式上最接近傳統卷煙，已成為煙草行業研究熱點[1-3]。加熱卷煙芯材中添加大量甘油作為發煙劑以提升氣溶膠釋放量[4-6]，導致芯材易吸潮，影響芯材機械穩定性及煙支感官質量[7-8]。煙草薄片的吸濕性指芯材對環境中水的吸收特性，與產品的貯存、加工及感官品質均密切相關，可用煙草薄片含《中國造紙》2025 年第 44 卷 第 5 期水率來表征。已有文獻針對加熱卷煙芯材的吸濕特性評價技術[9]、水吸附特性[10]、水分含量等對煙支化學成分及煙氣成分熱釋放行為的影響[11-13]展開研究。在線生產的煙草薄片需根據應用需要進行分切、復卷成薄片卷并密封保存，后續卷制煙支時需進行拆封、煙芯棒卷制、煙支卷制等步驟。一般來說，煙草薄片從下線到卷制成加熱卷煙煙支后裝盒密封，在環境中裸露的時間不超過 2h 。盡管在部分工序中對環境相對濕度進行了監控，但仍無法避免煙草薄片對環境中水分的吸收。因此，煙草薄片吸濕特性控制技術在加熱卷煙研究領域是技術難點，相關研究鮮有報導。

無機填料在造紙中應用較為廣泛[14]，可用于改善紙張的光學性能、表面性能及印刷適性等。此外，無機填料部分替代纖維原料還可降低生產成本。常用的無機填料包括碳酸鈣、滑石粉、高嶺土等。采用稠漿法生產的加熱卷煙用煙草薄片，其主要成分包括煙粉、甘油、植物纖維、膠黏劑等。已有文獻表明[15]，添加無機填料可解決煙草薄片中發煙劑添加量高時，煙草薄片吸潮嚴重而導致的煙支軟化、卷煙紙發黃等問題。然而，基于無機填料特殊的形態結構及表面化學特性，考慮稠漿中添加無機填料可能會對煙草薄片組織結構及相關性能產生影響，相關研究鮮見報導。因此，本研究基于稠漿法煙草薄片制備技術，考察無機填料對煙草薄片吸濕性能及物理指標的影響，以期為稠漿法煙草薄片吸濕性能調控技術提供參考，為拓展煙草薄片添加助劑種類提供新的方案和思路。

1 實 驗

1. 1 實驗原料與儀器

煙粉和羧甲基纖維素鈉（CMC）均由江蘇中煙工業有限責任公司提供；丙三醇（甘油，分析純）購自國藥集團化學試劑有限公司；闊葉木漿取自中輕特種纖維材料有限公司；無機填料（碳酸鈣、膨潤土、分子篩、二氧化硅、硅藻土和滑石粉）由中國制漿造紙研究院有限公司提供。

P40130 型 Valley 打漿機，奧地利 PTI 公司；ZB-WL30 型臥式電腦測控拉力儀，杭州紙邦自動化技術有限公司；JX-DQ 型紙張裁樣器，杭州高新自動化儀器儀表公司；S-3400 型掃描電子顯微鏡（SEM），日本日立公司；R404 型可程式恒溫恒濕箱，東莞匯泰機械有限公司；7890A 型氣相色譜儀，配FID 和TCD檢測器，美國Agilent公司。

1. 2 實驗方法

1. 2. 1 稠漿法薄片制備

控制漿濃 1.8% ，利用Valley 打漿機將闊葉木漿打漿至 65^°SR 備用，CMC 預先配制成質量分數 3% ～4% 的分散液，然后以煙粉、CMC、闊葉木漿、甘油、無機填料和水為原料，按照一定比例（本研究所提到的質量分數均為各原料的絕干質量相對于稠漿總質量）混合成稠漿后，通過稠漿法抄造煙草薄片。抄造煙草薄片過程中，除無機填料種類和質量分數不同外，其他原料質量分數（除水外）保持完全一致。

1. 2. 2 樣品平衡

參照 GB/T 16447—2004 的方法將稠漿法煙草薄片在溫度 （22±1）^? °C ，相對濕度 40% 、 50% 、 60% 、70% 的環境下平衡 48h 或平衡 48h 后再在相對濕度40% 、 50% 、 60% 環境下平衡 2h 。

1. 2. 3 煙草薄片含水率檢測

根據YC/T 345—2010 方法測定稠漿法煙草薄片的含水率。

1. 2. 4 甘油含量

參考文獻[11]中的方法對煙草薄片中甘油含量進行檢測。

1. 2. 5 其他物理性能的測定

稠漿法煙草薄片的定量按照GB/T 451.2—2023進 行測定，緊度按照GB/T 451.3—2002進行測定，抗張 強度按照 GB/T 12914—2018進行測定。

1. 2. 6 無機填料的SEM形貌表征

采用SEM 觀察樣品的表面形貌特征，電子束加速電壓 5.0kV ，放大倍率為3 000倍。

1. 2. 7 煙草薄片感官質量評價

感官質量評價方法參考 Q/JSZY/JS 7.43—2021 進行評定，評價指標為煙氣濃度、香味、諧調、刺激、雜氣、余味、勁頭。

2 結果與討論

2. 1 平衡時間對煙草薄片含水率的影響

按煙粉 14.0% 、闊葉木漿 0.6% 、甘油 4.2% 、CMC 1.1% 、水 80.1% （均為質量分數）的比例抄造成定量 180g/m² 稠漿法煙草薄片，將煙草薄片用紙張裁樣器裁取 100cm² 的圓片，參照 GB/T 16447—2004的方法將圓片在 22±1 ） °C 、相對濕度 （50±3）% 的環境下分別平衡24、48、72、 96h ，平衡結束后對樣品質量進行稱量。結果表明，煙草薄片平衡 48h 后質量基本保持穩定。因此，可通過檢測煙草薄片平衡 48h 的含水率來表征煙草薄片的平衡含水率。綜合考慮煙草薄片從下線到卷制成加熱卷煙煙支后裝盒密封，在環境中裸露的時間不超過 ^2h ，認為煙草薄片在環境相對濕度下平衡 2h 的含水率對優化煙草薄片吸濕性能具有重要的指導意義。

將煙草薄片分別在不同相對濕度下平衡后的含水率進行監測，結果見圖1。 ^48h 表示煙草薄片分別在40% 、 50% 、 60% 、 70% 相對濕度下平衡 ^48h ； ^48h （40%）-2h 、 48h（50%）-2h 、 48h（60%）-2h 分別表示煙草薄片在 40% 、 50% 、 60% 相對濕度下平衡 48h 后在更高相對濕度下繼續平衡 2h ，如 48h（40%）-2h 表示煙草薄片在相對濕度 40% 下平衡 48h 后，又分別在相對濕度 50% 、 60% 、 70% 繼續平衡 2h 。

圖1 煙草薄片含水率檢測結果

由圖1 可知，從平衡 48h 的檢測結果來看，隨著相對濕度從 40% 增加到 70% ，煙草薄片平衡含水率從8.96% 增加到 21.35% ，說明隨著環境相對濕度的升高，煙草薄片平衡含水率升高。對比 48h（40%）–2h 、48h（50%）–2h 、 48h（60%）-2h 的檢測結果可知，煙草薄片初始含水率會顯著影響煙草薄片在更高相對濕度平衡 ^2h 的含水率，煙草薄片初始含水率越高，在后續更高相對濕度下平衡 2h 的含水率越高。

將 48h（40%）–2h 、 48h（50%）–2h 、 48h（60%）–2h 的煙草薄片含水率與平衡 48h 的煙草薄片含水率相 比，含水率比值結果見表1。

由表1 可知，煙草薄片在相對濕度 40% 下平衡48h 后繼續分別在相對濕度 50% 、 60% 、 70% 下平衡^2h"，煙草薄片含水率可分別達在相對濕度 50% 、60% 、 70% 條件下煙草薄片平衡含水率的 81.27% 、74.18% 、 58.64% ；煙草薄片在相對濕度 50% 下平衡^48h"后繼續分別在相對濕度 60% 、 70% 下平衡"^2h"，煙草薄片含水率分別可達相對濕度 60% 、 70% 條件下煙草薄片平衡含水率的 92.70% 、 82.06% ；煙草薄片在相對濕度 60% 下平衡 48h 后煙草薄片繼續在相對濕度 70% 平衡 2h ，煙草薄片含水率可達到相對濕度70% 條件下煙草薄片平衡含水率的 83.61% 。由此可見，煙草薄片平衡"^2h"的含水率在一定程度上可以反映煙草薄片的吸濕率。通過控制煙草薄片初始含水率可降低煙草薄片的吸濕率。

表1 比值結果 Table 1 Test results of contrast %

注 表中數值計算方法：以平衡 48h 的煙草薄片含水率為分母，以相同濕度條件繼續平衡 ^2h 的煙草薄片含水率為分子，比值以百分比表示。如表中 48h（40%）–2h 比值表示在相對濕度 40% 平衡 48h 后繼續在相對濕度 50% ）%，60%，70% 平衡2 h 的煙草薄片含水率分別除以在相對濕度 50%，60%，70% 平衡 48h 的煙草薄片含水率。

2. 2 無機填料對稠漿法煙草薄片吸濕性能的影響研究

將碳酸鈣、膨潤土、分子篩、二氧化硅、硅藻土和滑石粉等無機填料分別以質量分數 1% （相對稠漿絕干質量）添加至稠漿中，制成煙草薄片。將煙草薄片置于 22°C 、相對濕度 40% 條件下平衡 48h ，探討無機填料對煙草薄片平衡含水率的影響，結果如圖2所示。

圖2 不同無機填料對煙草薄片含水率的影響

Fig. 2 Effect of different inorganic fillers on the moisture content of reconstituted tobacco sheets

由圖2 可知，含有無機填料的煙草薄片與未添加無機填料的煙草薄片相比，含水率均有所下降，其中膨潤土薄片的含水率為 8.50% ，滑石粉煙草薄片的含水率為 8.47% ，分別比未添加無機填料的煙草薄片（含水率 8.96% ）下降 5.13% 和 5.47% 。由此可知，膨潤土和滑石粉相比其他無機填料，能更有效降低煙草薄片的吸濕性。

為進一步探索膨潤土和滑石粉對煙草薄片含水率的影響，探討膨潤土和滑石粉質量分數分別為0、0.5% 、 1.0% 、 1.5% 、 2.0% 和 2.5% 時，填料質量分數對煙草薄片含水率的影響，結果見圖3和圖4。

圖3 膨潤土質量分數對煙草薄片含水率的影響 Fig. 3 Effect of bentonite mass fraction on the moisture content of reconstituted tobacco sheets

圖4 滑石粉質量分數對煙草薄片含水率的影響

Fig. 4 Effect of talc powder mass fraction on the moisture content of reconstituted tobacco sheets

由圖3 可知，隨著膨潤土質量分數的增加，煙草薄片在相對濕度 40% 下平衡 48h 及在相對濕度 50% 、60% 、 70% 下繼續平衡 2h 的含水率均下降。當膨潤土質量分數為 2.0% 時，煙草薄片在相對濕度 40% 下平衡 48h ，及相對濕度在 50% 、 60% 、 70% 下繼續平衡2h 的含水率分別為 8.12% 、 8.65% 、 10.35% 、 11.98% ，相比未添加無機填料的煙草薄片含水率 （ 8.96% 、9.72% 、 11.38% 、 12.52% ）降幅分別為 9.38% 、 11.01% 、9.05% 、 4.31% 。當膨潤土質量分數繼續增加到 2.5% 時，煙草薄片的含水率并未進一步顯著降低。由此認為，膨潤土的質量分數為 2.0% 時較適宜。由圖4 可知，隨著滑石粉質量分數增加，煙草薄片在相對濕度40% 下平衡 48h 及在相對濕度 50% 、 60% 、 70% 繼續平衡 2h 的含水率均下降。當滑石粉質量分數為 2.0% 時，煙草薄片在相對濕度 40% 下平衡 48h ，及在相對濕度 50% 、 60% 、 70% 下繼續平衡 ^2h 的含水率分別為 8.05% 、 8.50% 、 10.18% 、 11.46% ，相比未添加無機填料的煙草薄片含水率分別降低了 10.16% 、12.55% 、 10.54% 、 8.47% 。當滑石粉質量分數繼續增加到 2.5% 時，煙草薄片的含水率并未進一步顯著降低。由此認為，滑石粉的質量分數為 2.0% 時較適宜。對比圖3 和圖4 的結果可知，在煙草薄片中添加滑石粉更有利于降低煙草薄片的吸濕性能。

進一步考察質量分數為 2.0% 的膨潤土煙草薄片及滑石粉煙草薄片在不同相對濕度條件下平衡的含水率，結果見圖5。由圖5 可知，膨潤土煙草薄片及滑石粉煙草薄片無論是在相對濕度 50% 、 60% 、 70% 下平衡 48h ，還是在后續更高相對濕度條件下繼續平衡^2h ，其含水率均低于未添加無機填料的煙草薄片，說明煙草薄片中添加膨潤土及滑石粉均有利于降低煙草薄片的吸濕性能。

圖5 煙草薄片含水率檢測結果

Fig. 5 Test results of moisture content in reconstituted tobacco sheets

結合圖3～圖5分析可知，在低環境相對濕度條件下，如煙草薄片在相對濕度 40% 、 50% 條件下平衡48h ，或在相對濕度 40% 下平衡 48h 后繼續分別在相對濕度 50% 、 60% 、 70% 條件下平衡 ^2h ，滑石粉煙草薄片的控水能力優于膨潤土煙草薄片；但在高環境相對濕度下，如煙草薄片在相對濕度 60% 、 70% 條件下平衡 48h ，或在相對濕度 50% 下平衡 48h 后繼續分別在相對濕度 60% 、 70% 條件下平衡 2h ，及在相對濕度 60% 下平衡 48h 后繼續在相對濕度 70% 條件下平衡 2h ，膨潤土煙草薄片的控水能力優于滑石粉薄片。

膨潤土和滑石粉降低煙草薄片含水率的能力，可能與其本身結構特點有關。圖6為無機填料（膨潤土和滑石粉）的SEM圖。

由圖6 可知，膨潤土和滑石粉均為片狀結構，徑厚比較高。膨潤土和滑石粉加入能降低煙草薄片的吸濕性能，一方面與膨潤土和滑石粉的片狀結構可延長或阻擋環境水分子向煙草薄片內部滲透的路徑，降低煙草薄片對環境水分的吸收有關；另一方面，膨潤土和滑石粉的加入降低了煙草薄片中甘油占比，未添加無機填料的煙草薄片、膨潤土煙草薄片和滑石粉煙草薄片的干基甘油含量分別為 20.53% 、 18.36% 、 18.38% ，且膨潤土和滑石粉均能有效吸附甘油，從而減少甘油吸收環境中水分的機率，進而降低了煙草薄片的含水率。膨潤土煙草薄片和滑石粉煙草薄片在吸濕性能方面的差異，推測與材料的片狀結構及表面孔隙特性有關。由圖6可知，滑石粉片狀結構的徑厚比大于膨潤土，當煙草薄片在低環境相對濕度條件下進行平衡，填料的片狀結構對環境水分的阻擋起主要作用，因此滑石粉煙草薄片的控水能力優于膨潤土煙草薄片；當煙草薄片在高相對濕度環境下進行平衡，此時填料的片狀結構不足以阻擋高相對濕度環境中水分向煙草薄片內部的滲透，而膨潤土的表面有大量孔隙，相比于具有平滑表面的滑石粉，更有利于將甘油分子包裹在孔隙中，減少甘油吸收空氣中水分的機率，因此膨潤土煙草薄片的控水能力優于滑石粉煙草薄片。

圖6 無機填料的SEM圖

2. 3 膨潤土和滑石粉對煙草薄片物理性能的影響研究

除吸濕性外，煙草薄片的抗張強度和緊度也至關重要。為探究膨潤土和滑石粉質量分數對煙草薄片緊度和強度性能的影響，實驗測定了不同質量分數的膨潤土煙草薄片和滑石粉煙草薄片的緊度和抗張強度，結果見圖7和圖8。

圖7 填料質量分數對煙草薄片緊度的影響

Fig. 7 Effect of fillers mass fraction on density of reconstituted tobacco sheets

由圖7 可知，隨著填料質量分數的增加，膨潤土薄片和滑石粉煙草薄片的緊度均稍有增加，當無機填料質量分數為 2.0% 時，膨潤土煙草薄片和滑石粉煙草薄片緊度分別為0.711和 0.706g/cm³ 。

由圖8 可知，膨潤土煙草薄片的抗張強度隨著膨潤土質量分數的增加呈先增加后降低的趨勢，在膨潤土質量分數為 2.0% 時達到最大值 0.492kN/m ，相比未添加無機填料的煙草薄片（ （0.435kN/m ）的抗張強度增加了 13.1% ；滑石粉煙草薄片的抗張強度隨著滑石粉質量分數的增加緩慢降低，當滑石粉質量分數為2.0% 時滑石粉煙草薄片抗張強度為 0.392kN/m ，相比未添加無機填料的煙草薄片的抗張強度降低了 9.9% ，但該數值仍高于 0.30kN/m ，能夠滿足煙草薄片的后續加工需求。

圖8 填料質量分數對煙草薄片抗張強度的影響

Fig. 8 Effect of fillers mass fraction on tensile strength of reconstituted tobacco sheets

2. 4 膨潤土和滑石粉對煙草薄片感官質量的影響

將填料質量分數為 2.0% 的膨潤土煙草薄片和滑石粉煙草薄片制成加熱卷煙煙支，并與未添加無機填料的煙草薄片進行對比評吸，感官評價結果見表2。

由表2 可知，與未添加無機填料的煙草薄片相比，滑石粉質量分數為 2.0% 的煙草薄片在發煙量、煙香方面更優，不足之處在刺激和余味方面，后期可通過加香處理進行改善。與膨潤土煙草薄片相比，滑石粉煙草薄片除了在刺激方面稍有不足外，其余指標均優于膨潤土煙草薄片。從感官質量評價結果來看，滑石粉是一種較理想的填料。

表2 感官評價結果

Table 2 Sensory evaluation results

3 結 論

3. 1 本研究探討了平衡時間對煙草薄片含水率的影響。結果表明，可通過檢測煙草薄片平衡 48h 的含水率來表征煙草薄片的平衡含水率，隨著環境相對濕度的升高，煙草薄片平衡含水率增高。煙草薄片初始含水率會顯著影響煙草薄片在更高濕度下平衡 2h 的含水率，煙草薄片平衡 ^2h 的含水率一定程度上可以反映煙草薄片的吸濕率。通過控制煙草薄片初始含水率可降低煙草薄片的吸濕率。3. 2 煙草薄片中添加膨潤土及滑石粉均有利于降低煙草薄片的吸濕性，膨潤土和滑石粉降低煙草薄片含水率的能力，可能與其本身結構特點有關。填料質量分數為 2.0% 的膨潤土煙草薄片和滑石粉煙草薄片不僅控水能力優良，且煙草薄片的緊度（膨潤土煙草薄片 0.711g/cm³ 、滑石粉煙草薄片 0.706g/cm³ ）和抗張強度（膨潤土煙草薄片 0.492kN/m 、滑石粉煙草薄片0.392kN/m ）均滿足后續加工需求。從感官質量評價結果來看，滑石粉是一種較理想的填料。

參 考 文 獻

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