细支卷烟用二醋酸纤维素丝束的应用性能

高明奇;杨帆;周成喜;曹建华;李明哲;马宇平;顾亮;冯晓民;田海英;张展;纪朋;董艳娟;杨金初

【摘 要】为给细支卷烟(φ=5.4mm)滤棒设计开发提供更多参考,选取5种细支滤棒用二醋酸纤维素丝束规格,评价不同规格二醋酸纤维素丝束的成型能力,绘制二醋酸纤维素丝束成型能力特性曲线.将不同规格二醋酸纤维素丝束成型为不同压降细支滤棒,卷接为细支卷烟,以烟碱为目标物,考察不同规格二醋酸纤维素丝束细支滤棒的过滤能力.结果表明:①不同规格的二醋酸纤维素丝束成型能力特性曲线存在明显差异,所选取的5种规格二醋酸纤维素丝束覆盖压降范围从1850Pa到7250Pa,且总趋势为单旦增加、总旦降低的二醋酸纤维素丝束适宜成型低压降细支滤棒;②将所成型的不同压降滤棒卷接为卷烟样品,滤嘴对烟气烟碱过滤效率为

11.9%~23.5%,在试验范围内,对于同一规格二醋酸纤维素丝束,随着滤棒压降升高,滤嘴对卷烟主流烟气烟碱的过滤效率升高;对于不同规格二醋酸纤维素丝束而言,总趋势为丝束单旦增加、总旦降低,所成型的细支滤棒对主流烟气的过滤效率降低.可根据细支卷烟设计目标,选择不同规格丝束成型适宜压降滤棒,获得满意的卷烟感官质量和适宜的主流烟气.%In order to provide references for slim cigarette (φ=5.4 mm) design, cellulose acetate tow items for slim filter rod of five specifications were tested in terms of their characteristics in filter rod making and corresponding tow characterization graphs. Filter rods with different pressure drop were made and filter cigarettes prepared. The nicotine removal efficiencies of the filters were investigated. The results showed that:1) Obvious differences were found between the characterization curves of tow items of different specifications, the

pressure drop ranged from 1 850 to 7 250 Pa, and low total denier and high denier per filament (dpf) were more suitable for forming slim filter rod with low pressure drop. 2) The nicotine removal efficiencies ranged from 11.9% to 23.5%. Within the test range, for the tow items of the same specifications, the nicotine removal efficiency of filter increased with the increase of pressure drop of filter rod; for the tow items of different specifications, the smoke removal efficiency of filter rod decreased with the increase of dpf and the decrease of total denier. According to the design target of slim cigarette, cigarette with satisfied sensory quality and appropriate mainstream cigarette smoke could be obtained by selecting cellulose acetate tows of different specifications to form filter rods with suitable pressure drop. 【期刊名称】《烟草科技》 【年(卷),期】2017(050)011 【总页数】6页(P75-80)

【关键词】细支卷烟;二醋酸纤维素丝束;丝束规格;成型能力;过滤效率;烟碱 【作 者】高明奇;杨帆;周成喜;曹建华;李明哲;马宇平;顾亮;冯晓民;田海英;张展;纪朋;董艳娟;杨金初

【作者单位】河南中烟工业有限责任公司技术中心,郑州市管城区陇海东路72号 450000;河南中烟工业有限责任公司技术中心,郑州市管城区陇海东路72号 450000;南通烟滤嘴有限责任公司,江苏省南通市崇川区孩儿巷北路73号 226001;南通醋酸纤维有限公司,江苏省南通市钟秀东路27号 226008;河南中烟工业有限责

任公司技术中心,郑州市管城区陇海东路72号 450000;河南中烟工业有限责任公司技术中心,郑州市管城区陇海东路72号 450000;河南中烟工业有限责任公司技术中心,郑州市管城区陇海东路72号 450000;河南中烟工业有限责任公司技术中心,郑州市管城区陇海东路72号 450000;河南中烟工业有限责任公司技术中心,郑州市管城区陇海东路72号 450000;河南中烟工业有限责任公司技术中心,郑州市管城区陇海东路72号 450000;河南中烟工业有限责任公司技术中心,郑州市管城区陇海东路72号 450000;河南中烟工业有限责任公司技术中心,郑州市管城区陇海东路72号 450000;河南中烟工业有限责任公司技术中心,郑州市管城区陇海东路72号 450000

【正文语种】中 文 【中图分类】TS457

在众多低焦油卷烟类型中，细支卷烟（φ=5.4 mm）以其外观新颖别致、焦油释放量低得到了卷烟消费者的喜爱［1］。细支卷烟作为中式卷烟新品类，在降焦减害、节能环保和降本增效等领域均有优势。但细支卷烟在快速发展的同时，也遇到了一些技术瓶颈和问题，如吸阻高、满足感差、香气不足、燃烧锥易掉落等。当前，国内细支卷烟所采用的二醋酸纤维素丝束规格相对单一，且存在压降较高、匹配范围窄等问题，不适用于部分细支卷烟产品，细支卷烟用二醋酸纤维素丝束规格有待丰富。

滤棒设计的关键在于选择适当规格的丝束来满足卷烟对滤嘴压降、过滤效率、硬度、圆周等的基本要求［2-3］。二醋酸纤维素丝束规格直接关系到滤棒压降和过滤效率的高低，进而影响到卷烟产品的感官质量，是卷烟三纸一棒设计中的重要参数。Bundren C M［4］研究了适用于细支滤棒的高单旦、低总旦二醋酸纤维素丝束卷曲加工工艺，指出所成型细支滤棒压降变异系数最高可达7%，低的也在4%，远

高于常规滤棒压降2.0%～2.5%的水平。魏玉玲等［5］考察了卷烟材料组合搭配对主流烟气量及过滤效率的影响，结果表明,滤嘴长度及压降是影响卷烟滤嘴过滤效率的高度显著因素，丝束规格是影响过滤效率的显著因素。刘镇等［3］分析了丝束规格对特性曲线的影响和丝束规格与滤嘴过滤效率的相关关系，提出了在滤嘴设计中选择丝束规格的具体思路。戴永生［6］采用低单旦规格的醋酸纤维丝束在KDF2/AF2成型机上稳定生产出圆周为23.8 mm、压降为3 280～4 290 Pa的细支滤棒，并与其他规格二醋酸纤维素丝束进行了对比。常纪恒等［7］研究了滤棒成型过程中质量波动的影响因素，用不同规格的二醋酸纤维素丝束在KDF2型滤棒成型机上进行试验，结果表明，丝束规格一定的前提下，辊速比、螺纹辊压力、空气喷嘴压力及稳定辊压力等工艺参数对醋酸纤维丝束的稳定开松和成型质量起决定性作用。

目前，国内外有关细支卷烟的文献报道主要集中在烟机的研制与改造方面［8-11］，细支卷烟用滤棒及二醋酸纤维素丝束的相关研究报道较少。本试验中对几种适用于细支滤棒的不同规格二醋酸纤维素丝束开展研究，重点关注二醋酸纤维素丝束成型能力及对卷烟主流烟气的过滤能力，旨在为细支卷烟的丝束及滤棒设计开发提供参考。

8.0 Y/15 000规格二醋酸纤维素丝束（德国罗地亚公司）；6.0Y/17 000、6.7Y/17 000规格二醋酸纤维素丝束（南通醋酸纤维有限公司）；9.5Y/12 000、11.0Y/15 000规格二醋酸纤维素丝束（美国塞拉尼斯有限公司）。

KDF2滤棒成型机（沈阳飞机制造公司）；ML204型电子分析天平（感量：0.1 mg，瑞士Mettler公司）；SODIMAX全功能综合测试台、滤棒物理指标综合测试台（法国Sodim Instrumentation公司）；KBF型恒温恒湿箱（德国Binder公司）；SM450-PC107直线型吸烟机（美国Cerulean公司）；60A气相色谱仪（美国Agilent公司）。

1.2.1 二醋酸纤维素丝束成型能力特性曲线绘制

首先，停止施加增塑剂、中线胶，将增塑剂添加系统清理干净。然后，将滤棒成型速度、滤棒圆周调整到规定要求，调整滤棒成型工艺参数（开松比、对辊压力、开松宽度等），分别制备最小棒和最大棒，并取样检测最小棒、最大棒的压降、圆周、含水率等指标。分别将检测后最小棒和最大棒的成型纸剥离干净，称量100支无成型纸滤棒丝束的质量。以压降为纵坐标，100支无成型纸滤棒丝束的质量为横坐标，绘制丝束成型能力特性曲线。 1.2.2 细支滤棒过滤效率检测

在其成型能力范围内，将所选规格二醋酸纤维素丝束成型为不同压降细支滤棒，滤棒样品质量要求见表1。将滤棒卷接成细支卷烟，且除滤棒外，其他卷烟材料及烟丝均为一致，卷烟样品质量要求见表2。为提高检测过滤效率的准确性，所制备细支卷烟样品接装纸无打孔。按照文献［12］中的方法测算卷烟样品滤嘴对主流烟气中烟碱的过滤效率。同时，为提高所测卷烟样品含烟丝量的一致性，按照压降在（设计值±100）Pa、质量在（设计值±0.02）g范围内对已制备卷烟样品进行筛选后作为待测样品。

1.2.3 卷烟样品烟丝段和滤嘴段吸阻检测

采用GB/T 147—2004的条件平衡卷烟样品和滤棒样品。按照GB/T 22838—2009的方法检测卷烟吸阻和烟丝段吸阻。首先，按照标准检测卷烟样品的整支卷烟封闭吸阻，然后，取同一样品另外30支待测卷烟，将滤嘴拔出后检测封闭吸阻，该吸阻值为烟丝段吸阻，整支卷烟吸阻与烟丝段吸阻的差值为滤嘴段吸阻。 采用GB/T 147—2004的条件平衡卷烟样品和滤棒样品。按照GB/T 22838—2009的方法检测滤棒物理性能。按照GB/T 150—2004的条件抽吸卷烟。按照 GB/T 19609—2004的方法测定卷烟主流烟气和滤嘴中总粒相物、焦油和水分。按照GB/T 23355—2009的方法测定主流烟气中的烟碱。按照YC/T 154—2001

的方法测定滤嘴中的烟碱。按照YC/T 169—2009的方法检测二醋酸纤维素丝束样品的理化指标。

根据标准方法对所选择的5种规格二醋酸纤维素丝束样品进行了理化指标检测，结果见表3。从检测结果可看出，二醋酸纤维素丝束规格单旦和总旦的实测值与设计值基本一致，且数值梯度明显。不同规格丝束的其他指标均符合相关标准要求。 以11.0Y/15 000规格醋酸纤维素丝束为基准，以3 200 Pa为滤棒压降加工中心值，考察了KDF2/AF2成型机不同车速对滤棒质量的影响，结果见表4。从表4的数据可以得出，将车速从200 m/min提升至300 m/min和350 m/min，滤棒的硬度、圆周等参数均可符合要求，但滤棒压降稳定性明显提高，这是由于丝束打包压力较大，丝束易粘连，车速较低时，丝束抽提不连续，丝束抖动明显，造成丝束喂入不稳，从而引起压降波动。同时，由于KDF2/AF2成型机送丝器对于细支卷烟用丝束内径过大，当车速过快（超过300 m/min）时，高压空气流量不足且不稳定，易造成丝束喂入量不连续，严重时会出现丝束在送丝器入口处抖动甚至堆积，导致异常停车。综合考虑，11.0Y/15 000规格醋酸纤维素丝束在KDF2/AF2成型机的适宜加工车速为300 m/min。为保证试验条件的一致性，后续试验皆采用该车速。

采用电子扫描显微镜对不同规格二醋酸纤维素丝束制得的滤嘴横截面的结构形貌进行了表征，结果如图1所示。由图1可见，5种规格丝束均为典型的“Y型”截面，与常规醋酸纤维素丝束（图1-a）“Y型”截面的外观无明显差异，且滤嘴内丝束具有分布均匀、纵横交错的立体结构，该结构促使丝束具有较好的通透性和较大的比表面积，从而使得滤嘴对烟气中的有害成分具有良好的吸附与截留作用。同时，从图中可看出不同规格丝束的单丝截面尺寸存在显著差异，尺寸大小与单旦大小变化趋势一致，与试验设计值一致，细支卷烟用二醋酸纤维素丝束尺寸明显大于常规醋酸纤维素丝束（图1-a）。

在滤棒规格、成型设备和成型条件既定的情况下，每种规格二醋酸纤维素丝束具有一个从最低压降到最高压降的成型能力范围。以滤棒压降和丝束质量为坐标，可绘制二醋酸纤维素丝束成型能力特性曲线，该曲线体现了滤棒压降与质量的对应关系，可获得二醋酸纤维素丝束的成型能力范围。按照1.2.1方法将滤棒成型机调整至正常运行状态，当丝束开松良好、滤棒压降稳定时，分别制备每个规格二醋酸纤维素丝束的最大棒和最小棒，检测结果见表5。由表中数据可知，5种丝束规格所成型滤棒的压降范围较宽（1 850～7 250 Pa），可覆盖目前烟草行业在用的细支滤棒压降范围。

根据文献［3］研究结果，当丝束总旦和滤棒质量不变、丝束单旦变化时，滤棒压降变化趋势和单旦呈负相关；当要保持所成型滤棒的压降不变时，滤棒质量的变化趋势要与醋纤总旦的变化一致。图2为5种不同规格二醋酸纤维素丝束的成型能力特性曲线。由图2可看出，5种规格二醋酸纤维素丝束的成型能力存在显著差异，表明对于相同长度和圆周的细支滤棒，在相同成型条件下，丝束规格是影响细支滤棒压降的关键因素。从图中可以看出，当细支卷烟用二醋酸纤维素丝束的单旦增加、总旦降低，所成型细支滤棒的压降随之降低，这与文献［3］得出的常规圆周滤棒结论一致。当前烟草行业主要采用的二醋酸纤维素丝束规格为6.0Y/17 000，适宜成型的压降范围在4 000 Pa以上，而 8.0Y/15 000、11.0Y/15 000和 9.5Y/12 000 3个规格二醋酸纤维素丝束主要适用于3 500 Pa以下压降细支滤棒。 对于不同规格二醋酸纤维素丝束而言，在其适宜成型能力范围内所成型滤棒质量比较稳定，同时，还应综合考虑经济性、稳定性、滤棒的指标要求、成型设备的性能等因素的影响，进而确定适宜的加工点。加工点选择过低，滤棒中丝束填充量过少，滤棒易出现压降稳定性差、“缩头”、硬度偏低、过滤效率偏低、热塌陷等质量问题；加工点选择过高，滤棒中丝束填充量过多，滤棒的压降稳定性变差。表6为不同丝束滤棒样品压降的检测结果。从表中数据可以看出，与常规圆周滤棒相比，

细支滤棒压降稳定性整体相对较差，与当前行业内细支滤棒生产现状相符。对于同一规格丝束，加工点选择过高或过低，滤棒压降稳定性同样变差。

分别检测不同丝束规格、不同压降滤棒卷烟样品的主流烟气烟碱及滤嘴中的烟碱，并计算滤嘴对烟碱的过滤效率，结果见表7。试验所检测样品为按照整支卷烟吸阻等指标挑选获得，滤嘴段的吸阻波动导致了所挑样品烟丝段吸阻出现波动，从表中数据可知，不同卷烟样品烟丝段吸阻变异系数为2.8%，说明不同样品单支卷烟烟丝量一致性相对较好。根据数据，绘制出不同规格丝束不同压降滤棒与主流烟气烟碱的过滤效率关系趋势图（图3）。从检测数据及趋势图中可看出：①对于同一规格二醋酸纤维素丝束所成型细支滤棒，随着滤棒压降升高，滤棒对烟碱的过滤效率增加；②对于不同规格二醋酸纤维素丝束而言，总趋势为丝束单旦增加、总旦降低，所成型的细支滤棒对主流烟气的过滤效率降低。在实际产品研发中，可通过选择适宜规格二醋酸纤维素丝束成型滤棒，达到适宜的主流烟气过滤效率，从而实现卷烟的设计目标。

所选取5种不同规格二醋酸纤维素丝束的成型能力特性曲线存在明显差异，可成型滤棒压降范围从1 850 Pa到7 250 Pa，且总趋势为高单旦、低总旦规格二醋酸纤维素丝束适宜成型低压降细支滤棒。将所成型不同压降滤棒应用于卷烟，卷烟滤嘴对烟碱的过滤效率为11.9%～23.5%，同一规格二醋酸纤维素丝束，随着滤棒压降升高，滤嘴对卷烟主流烟气烟碱的过滤效率随之升高，且总趋势为二醋酸纤维素丝束单旦增加、总旦降低，所成型的细支滤棒对主流烟气烟碱的过滤效率降低。可通过选择不同规格丝束成型适宜的细支滤棒，达到适宜的主流烟气过滤效率，从而实现卷烟的设计目标。

责任编辑 周雅宁 【相关文献】

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