天然复合纸基材料的定量波动和滤棒压降的相关性

天然复合纸基材料的定量波动和滤棒压降的相关性

随着健康意识的提高，人们对减少香烟和减少焦烟的要求越来越高。低焦香烟已成为发展趋势，过滤嘴在这一过程中发挥着重要作用。和醋酸纤维滤材相比,纸质滤材以截留焦油效果好、价格适中而受到人们的青睐,但纸质滤材由于亲水性过强、残留木质素较多,会使烟气干涩,对香气造成一定程度的影响,影响香烟的品吸口感,其规模化应用受到一定的影响。新型天然复合纸基材料(CAP)以木浆纤维为基体,添加特种功能纤维,在保持纸质滤材较强的降焦能力的同时,大大改善了纸质滤材的亲水性及木质气息,是滤棒材料的一个新突破。本试验以CAP为研究对象,深入研究了CAP性能与滤棒设计、成型工艺间的相关性,为规模化生产天然复合材料滤棒提供了数据支持和参考,为开发低焦油卷烟滤嘴提供一条有效的途径。1测试1.1滤棒物理指标测试材料:新型天然复合纸基材料(CAP),纯木浆纸(CP,瑞士SADER公司生产),定量均为36g/m2。成型设备:ZL23普通滤棒成型机;KDF2纸质滤棒成型机;MERLIN复合滤棒成型机。测试仪器:分析天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司);滤棒物理指标综合测试台(法国SODIMX公司)。采用Origin8.0软件对纸基滤材压深比例(压深比例是指对滤材进行压纹处理时,上下两螺纹压辊的距离,压深比例越大,滤材起皱程度越大)与滤棒压降的相关性进行分析。1.2测试方法1.2.1纸质滤棒的压降根据前期研究,纸质滤棒的质量变化是由纸质滤材定量的波动引起的。选取滤棒的圆周、长度值在允差范围内(忽略滤棒圆周、长度对压降的影响),通过考察滤棒质量和压降之间的相关性,可以推导出纸质滤材的定量波动对滤棒压降的影响。经过计算,当CAP定量允差为±1g/m2时,纸质滤棒质量的极差为0.050g/支。但在实际生产过程中,选取滤棒质量极差均为0.050g/支的一组数据很难做到。因此,通常采用的方法一般是在大规模中试时,通过在线检测,选取滤棒质量极差约为0.050g/支的3组数据,按极差大小再细分为第一组、第二组(滤棒质量极差<0.050g/支)和第三组(滤棒质量极差>0.050g/支);考察滤棒质量与压降的相关性,皮尔逊相关系数越大,相关性越强,当皮尔逊相关系数<0.2时无相关性,当皮尔逊相关系数在0.2～0.4之间时为弱相关性,据此判定CAP定量波动对滤棒压降的影响。1.2.2滤棒压降试验在成型工艺条件(速比、压深比例)不变的情况下,选取定量相同的CP和CAP进行不同压深比例成型试验,考察CP和CAP的压深比例与滤棒压降的关系。1.2.3滤棒的水质指标将纸质滤棒置于恒温恒湿箱中,在温度(22±1)℃、相对湿度(60±3)%的条件下平衡48h,按GB/T22838中规定的方法测试滤棒的圆周、压降、圆度、长度、质量及外观指标。1.3滤杆规格试验用滤棒规格:圆周23.62mm,长度120mm。2结果与讨论2.1分散剂用量筛选通过对实验室、中试、生产试制CAP过程的研究,经过各方面工艺调整,最终确定CAP的制备工艺如下:针叶木漂白化学浆(打浆度25°SR)和特种功能纤维配比为80∶20,聚酰胺环氧氯丙烷树脂湿强剂(PAE)用量0.1%(助剂用量均对绝干浆质量),其他增强助剂用量0.5%,抄纸过程加入分散剂,以改善纸张匀度。经起皱加工后,纸张定量36g/m2,厚度0.115mm,抗张强度≥0.53kN/m,伸长率18%。将此产品进一步加工成滤棒,以研究CAP对滤棒成型及性能的影响。2.2滤棒质量与压降关系按照1.2.1中所述,随机抽取100支滤棒样品进行第一组测试,结果见表1。根据测算,当CAP定量允差为±1g/m2时,CAP滤棒质量极差约为0.050g/支。表1中,CAP滤棒质量最大值和最小值分别为1.082g/支、1.040g/支,极差为0.042g/支。CAP滤棒平均质量为1.060g/支,质量波动在规定的范围内。通过Origin8.0软件分析,CAP滤棒质量与压降的皮尔逊相关系数为0.19(P=0.049),为弱相关性。随机抽取100支滤棒样品进行第二组检测,结果见表2。由表2可知,滤棒平均质量为1.049g/支,质量最大值和最小值分别为1.072g/支和1.030g/支,极差为0.042g/支。该批滤棒样品质量波动在规定的范围内。通过Origin8.0软件分析,CAP滤棒质量与压降的皮尔逊相关系数为0.23(P=0.020),为弱相关性。当CAP定量允差满足±1g/m2时,CAP定量与滤棒压降基本无相关性。2组试验的CAP滤棒质量的标准偏差为0.009,第一组样品压降稳定性高于第二组样品。现有的CAP用于制作高压降滤棒的稳定性高于用于制作低压降滤棒。为进一步考察CAP滤棒质量和压降的关系,随机抽取100支样品进行第三组检测,结果见表3。该组滤棒质量最大值和最小值分别为1.044g/支和0.983g/支,极差0.061g/支,该批CAP定量允差超过±1g/m2范围。通过Origin8.0软件分析,CAP滤棒质量与压降的皮尔逊相关系数为0.34(P=0)。综上可知,当CAP定量波动大于±1g/m2时,CAP滤棒质量和压降的相关性会提高,因此应将CAP的定量允差控制在±1g/m2内。2.3压深比例对滤棒压降的影响在CP和CAP的定量和宽度相同,各工艺条件(速比、车速)不变的情况下,考察了CP和CAP的压深比例与滤棒压降的关系,结果如图1所示。由图1可知,随着压深比例的增大,CP和CAP滤棒压降均增大;且压深比例相同时,CAP的滤棒压降高于CP滤棒。CP和CAP压深比例与滤棒压降的拟合方程如表4所示。由表4可知,CAP压深比例与滤棒压降的线性关系比CP的好。CP在压深比例为40%～60%时的线性关系较好,相关系数为0.9313;CAP在压深比例为20%～70%时的线性关系非常好,相关系数为0.9972。2.4复合滤棒cp-1分别考察了CAP和CP在不同压深比例下滤棒压降的稳定性,结果见图2和图3。由图2和图3可知,随着压深比例的增加,CAP和CP滤棒压降的变异系数整体上逐渐减小。在压深比例为20%～70%时,CP滤棒压降的稳定较差,变异系数基本大于12%;在压深比例为80%、90%时,CP滤棒的压降变异系数分别为9.6%、4.2%,滤棒压降高达5170Pa、5716Pa。在压深比例为70%时,CAP滤棒压降的变异系数为3.2%,此时滤棒压降也高达5400Pa。虽然压深比例越大,滤棒压降的稳定性越好,但滤棒压降也会大大升高,一定程度上限制了滤棒的应用。现阶段,纸质滤棒一般皆作为复合滤棒的料棒来应用,纸质滤棒在复合滤棒中所占比例一般为原料棒的1/3或1/2,大大减少了滤棒压降的波动程度。通过和醋酸纤维滤棒复合,可设计制备滤棒压降稳定好的复合滤棒,表5所示为设计长度为120mm的CAPF复合滤棒(滤嘴结构:15mmCAP滤棒和15mm醋酸纤维段)的检测数据。由表5可知,CAPF复合滤棒各项指标均能达到要求。3滤棒压降稳定性3.1新型天然复合纸基材料(CAP,定量36g/m2)的定量波动与滤棒压降有一定的相关性。当CAP的定量波动在±1g/m2范围内时,CAP滤棒质量与滤棒压降之间无相关性;当CAP的定量波动超过±1g/m2时,对滤棒压降稳定性的