CN102767117A - 一种提高造纸法烟草薄片浆料留着率和滤水性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双元助留助滤体系提高薄片浆料留着率和滤水性能的方法，属于造纸法烟草薄片生产技术领域。本发明的方法采用了经脱乙酰基处理的脱乙酰基度为80％-95％的阳离子壳聚糖，或经季铵盐改性制备的阳离子取代度为5％-40％的阳离子瓜尔胶，分别与经钠盐或钙盐改性的阴离子膨润土，或平均粒径为2nm-30nm的阴离子胶体二氧化硅组成的双元微粒助留助滤体系，加入到烟草薄片浆料中，提高了浆料留着率和滤水性能，用本方法生产的烟草薄片吸味不受影响，且使烟草薄片的基片匀度得以改善。
Description
技术领域
本发明属于造纸法烟草薄片生产技术领域，具体涉及一种采用双元微粒助留助滤体系提高造纸法烟草薄片生产中浆料的留着率和滤水性能的方法。
背景技术
现有技术中，造纸法烟草薄片的原料主要是烟梗和烟末，在磨浆时会形成大量细小纤维和碎片。这些细小组分会使浆料滤水性能变差，且自身也很容易从成型网的网孔中流失掉。另外，造纸法烟草薄片抄造过程中还会添加一定量的功能性填料-碳酸钙，这更加剧了浆料滤水较慢和单程总留着率较低的问题。为提高造纸法烟草薄片生产中细小纤维和碎片以及填料的留着率和浆料滤水性，进而改善纸机运行性能，同时降低烟草薄片的生产成本及降低废水处理负荷以减少环境污染，在生产过程中常需添加助留助滤剂。现有技术中，对造纸法烟草薄片生产助留助滤方面的研究只是停留在单元体系上。造纸法烟草薄片生产中所用助留助滤剂首先要无毒无害，同时应具有良好的助留助滤性能。造纸法烟草薄片生产中常用的无毒无害助留助滤剂有壳聚糖和瓜尔胶。壳聚糖由氨基葡萄糖通过β-1，4糖苷键连接而成的，其分子链上分布着许多羟基、氨基，还有一些N-乙酰氨基的线性大分子，是自然界存在的唯一碱性天然多糖，而瓜尔胶以β-1，4-D-甘露吡喃糖单元为骨架连接形成主链，每两个甘露吡喃糖单元有1、6连接的半乳吡喃糖单元作为侧链，相对分子质量约为20-30万，具有与纤维素相类似的结构。实际生产证明，采用壳聚糖或者瓜尔胶可以在一定程度上提高浆料的留着和滤水性能，尤其是在壳聚糖或者瓜尔胶用量较大时效果更为明显。但是，添加量大于0.1％以后，壳聚糖或瓜尔胶不仅会破坏烟草薄片的基片成型匀度性能，还会增加生产成本，甚至对烟草薄片吸味带来负面影响。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种提高造纸法烟草薄片浆料留着率和滤水性能的方法，不仅可以改善浆料留着率和滤水性能，同时还能改善烟草薄片的基片成型匀度性能，且不会对烟草薄片吸味带来负面影响。
本发明的技术方案是一种提高造纸法烟草薄片浆料留着率和滤水性能的方法，按以下步骤依次进行：
(1)将经脱乙酰基处理的脱乙酰基度为80％-95％的阳离子壳聚糖，或经季铵盐改性制备的阳离子取代度为5％-40％的阳离子瓜尔胶，制备成质量浓度为0.01％～0.7％的水溶液，静置20-30分钟；
(2)在造纸法烟草薄片的抄造工序中，搅拌强度为1000-1500rpm的条件下，将上述经脱乙酰基处理的脱乙酰基度为80％-95％的阳离子壳聚糖或经季铵盐改性制备的阳离子取代度为5％-40％的阳离子瓜尔胶水溶液，按照绝干烟草薄片浆料重量0.05％～0.5％的量加入到烟草薄片浆料中；
(3)在搅拌强度为500-800rpm的条件下，再将经钠盐或钙盐改性的阴离子膨润土，或平均粒径为2nm-30nm的阴离子胶体二氧化硅，按照绝干烟草薄片浆料重量0.05％～0.7％的量加入到步骤(2)的所述烟草薄片浆料中；
(4)将上述烟草薄片浆料混合均匀后送入下一工序。
所述的经钠盐或钙盐改性的阴离子膨润土的粒径为0.5μm-30μm。
本发明的方法采用了经脱乙酰基处理的脱乙酰基度为80％-95％的阳离子壳聚糖，或经季铵盐改性制备的阳离子取代度为5％-40％的阳离子瓜尔胶，分别与经钠盐或钙盐改性的阴离子膨润土，或平均粒径为2nm-30nm的阴离子胶体二氧化硅组成的双元微粒助留助滤体系，加入到烟草薄片浆料中，提高了浆料留着率和滤水性能，本方法生产的烟草薄片吸味不受影响，且使其基片的成型匀度得以改善。鉴于造纸法烟草薄片用途的特殊性(卷烟填充料)，本发明所使用的上述助剂物质均为食品级。下面对本发明的有关技术问题详述如下：
本发明的阳离子壳聚糖是经脱乙酰基处理的脱乙酰基度为80％-95％的阳离子壳聚糖，若脱乙酰基度小于80％，则其与烟草薄片浆料所形成的絮体太小，对助留助滤不利；若脱乙酰基大于95％，则其与烟草薄片浆料所形成的絮体太大，虽然助留助滤效果较好，但是烟草薄片的基片成形匀度较差，综合考虑及多项试验证明本发明的范围是合适的。本发明的阳离子瓜尔胶是季铵盐改性制备的阳离子取代度为5％-40％的阳离子瓜尔胶，若阳离子取代度小于5％，则其与烟草薄片浆料所形成的絮体太小，对助留助滤不利；若阳离子取代度大于40％，则其与烟草薄片浆料所形成的絮体太大，虽然助留助滤效果较好，但是烟草薄片的基片成形匀度较差，综合考虑及多项试验证明本发明的范围是合适的。
本发明的双元微粒助留助滤体系采用微絮聚机理，首先在烟草薄片浆料中加入阳离子壳聚糖或阳离子瓜尔胶与纤维和填料等形成较大的絮聚物，当絮聚物受到高剪切力的破坏后，会分散成小的絮聚体，再加入阴离子膨润土或阴离子胶体二氧化硅，由于阴离子膨润土或阴离子胶体二氧化硅自身的高阴离子性、高比表面积等特性，通过电荷中和、架桥等形成结构致密而尺寸较小的絮聚体，从而改善浆料的留着率与滤水性能。从造纸法烟草薄片实际生产来看，高剪切力相当于1000-1500rpm的搅拌速度，低剪切力相当于500-800rpm的搅拌速度。
烟草薄片浆料中阴离子垃圾含量较高，当加入的阳离子壳聚糖溶液或阳离子瓜尔胶溶液用量小于0.05％时，其大部分与阴离子垃圾作用，与纤维和填料作用少，助留助滤效果较差，当阳离子壳聚糖或阳离子瓜尔胶用量过大时，浆料系统电荷整体呈现正电性，对纸机运行不利，对烟草薄片的基片成形匀度具有负面影响，同时会影响到烟草薄片的卷烟吸味。
阴离子膨润土是经钠盐或钙盐改性的阴离子膨润土，阴离子膨润土主要为钠盐改性和钙盐改性以及有机膨润土，但有机膨润土燃烧有异味，不适合烟草薄片生产用，本发明未予采用。阴离子胶体二氧化硅平均粒径为2nm-30nm，当平均粒径小于2nm时，其与浆料间的分子作用力太小，不利于助留助滤，粒径大于30nm，则其本身比表面积较小，不利于与浆料的吸附，因此对助留助滤也不利。
与现有技术相比较，本发明的方法具有以下优点：
(1)本发明使用阳离子助剂(经脱乙酰基处理的脱乙酰基度为80％-95％的阳离子壳聚糖，或经季铵盐改性制备的阳离子取代度为5％-40％的阳离子瓜尔胶)与阴离子微粒助剂(经钠盐或钙盐改性的阴离子膨润土，或阴离子平均粒径为2nm-30nm的阴离子胶体二氧化硅)组成的双元微粒助留助滤体系，加入到烟草薄片浆料中，不仅能够改善烟草薄片的助留助滤性能，而且阳离子助剂的添加量很低，有效避免了过量添加剂对烟草薄片内在品质造成的负面影响。
(2)使用本发明的双元微粒助留助滤体系，明显改善了烟草薄片的基片匀度性能。
(3)本发明的双元微粒助留助滤体系由食品安全级的阳离子壳聚糖、阳离子瓜尔胶、阴离子膨润土和阴离子胶体二氧化硅组成，对烟草薄片的安全性有保证。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式及有关技术问题作进一步详细的描述。为了验证本发明的技术效果，申请人主要对以下几个方面指标进行了测定：(1)滤水性能，烟草浆料20s内的滤水重量。质量越大浆料滤水性能越好；(2)单程总留着率。单程总留着率越高则浆料的留着效果越好；(3))烟草薄片的基片匀度指数。匀度指数越高基片的成型匀度越好。测定结果显示，本发明的方法能够在改善烟草浆料留着和滤水的同时，还能够改善烟草薄片的基片成型匀度性能。
现有技术中，造纸法烟草薄片的生产大多数单独使用壳聚糖或瓜尔胶作为助留助滤剂，但是过多地添加上述助剂会对烟草薄片的吸味产生负面影响，从而限制了其在生产中的应用，这种方法很难进一步改善烟草浆料的留着和滤水性能。
本发明组成的双元微粒助留助滤体系的所述的经脱乙酰基处理的脱乙酰基度为80％-95％的阳离子壳聚糖，经季铵盐改性制备的阳离子取代度为5％-40％的阳离子瓜尔胶，经钠盐或钙盐改性的阴离子膨润土，和平均粒径为2nm-30nm的阴离子胶体二氧化硅，都是市售产品，但本发明选用这些物质是经过大量的试验而优选出来的。
本发明利用阳离子壳聚糖(是指经脱乙酰基处理的脱乙酰基度为80％-95％的阳离子壳聚糖，此为简称，以下同)和阳离子瓜尔胶(是指季铵盐改性制备的阳离子取代度为5％-40％的阳离子瓜尔胶，此为简称，以下同)分别与阴离子膨润土(是指钠盐或钙盐改性的阴离子膨润土，此为简称，以下同)和阴离子胶体二氧化硅(是指平均粒径为2nm-30nm的阴离子胶体二氧化硅，此为简称，以下同)组成双元微粒助留助滤体系，不仅改善了助留助滤效果，并能改善烟草薄片的基片成型匀度性能。
为便于比较，实施例中，附加了阳离子壳聚糖单元体系和阳离子瓜尔胶单元体系的数据，如表1和表4。
实施例1：
将脱乙酰度为90.9％的阳离子壳聚糖溶解成浓度为0.1％的溶液，在搅拌速度为1500rpm条件下，将阳离子壳聚糖溶液按相对于绝干烟草浆料重量为0.1％的量加入到烟草薄片浆料中，再将搅拌速度调整为750rpm，按相对于绝干烟草浆料0，0.1％，0.2％，0.4％，0.6％的量(0为对照例)分别加入阴离子膨润土(本实施例中是钙盐改性，平均粒径0.2μm)，将添加了阳离子壳聚糖和阴离子膨润土的烟草浆料混合1分钟，上机抄造成烟草薄片的基片。测定数据如表2所示，表1为阳离子壳聚糖单元体系测定的数据。
表1阳离子壳聚糖单元体系对烟草浆料助留助滤及烟草薄片的基片匀度的影响
注：滤水性能是使用DFR-04动态滤水仪测定20s内烟草浆料的滤水重量(g)
表2阳离子壳聚糖/阴离子膨润土体系对烟草浆料助留助滤及烟草薄片的基片匀度的影响
注：本实施例中阳离子壳聚糖溶液用量为0.1％(相对于绝干烟草浆料重量)，
滤水性能是使用DFR-04动态滤水仪测定20s内烟草浆料的滤水重量(g)
表1和表2结果表明，采用阳离子壳聚糖和阴离子膨润土配伍形成的双元微粒助留助滤体系较单独使用阳离子壳聚糖时，烟草薄片浆料的单程留着率、滤水速率和烟草薄片的基片匀度指数都有不同程度的提高。如采用阳离子壳聚糖(添加量为0.1％)和阴离子膨润土(添加量为0.2％)配伍形成的双元微粒助留助滤体系较单独使用阳离子壳聚糖(添加量为0.2％)时，烟草薄片浆料的单程总留着率提高11.9％，滤水性能提高106g，烟草薄片的基片匀度指数提高7.2。
实施例2：
将脱乙酰度为90.9％的阳离子壳聚糖溶解成浓度为0.1％的溶液，在搅拌速度为1500rpm条件下，将阳离子壳聚糖溶液按相对于绝干烟草浆料重量为0.1％的量加入到烟草薄片浆料中，再将搅拌速度调整为750rpm，按相对于绝干烟草浆料0，0.05％，0.1％，0.2％，0.4％的量(0为对照例)分别加入阴离子胶体二氧化硅(本实施例中二氧化硅粒径为10nm)，将添加了阳离子壳聚糖和阴离子胶体二氧化硅的烟草薄片浆料混合1分钟，上机抄造成烟草薄片的基片。测定数据如表3所示。
表3阳离子壳聚糖/阴离子胶体二氧化硅体系对烟草薄片浆料助留助滤及烟草薄片的基片匀度的影响
注：本实施例中阳离子壳聚糖溶液用量为0.1％(相对于绝干烟草浆料重量)，
滤水性能是使用DFR-04动态滤水仪测定20s内烟草浆料的滤水重量(g)
表1和表3结果表明，采用阳离子壳聚糖和阴离子胶体二氧化硅配伍形成的双元微粒助留助滤体系较单独使用阳离子壳聚糖时，烟草薄片浆料的单程留着率、滤水速率和匀度指数都有不同程度的提高。如采用阳离子壳聚糖(添加量为0.1％)和阴离子胶体二氧化硅(添加量为0.1％)配伍形成的双元微粒助留助滤体系较单独使用阳离子壳聚糖(添加量为0.2％)时，烟草薄片浆料的单程总留着率提高5％，滤水性能提高25g，烟草薄片的基片匀度指数提高5。
实施例3：
将阳离子取代度为24％的阳离子瓜尔胶溶解成浓度为0.1％的溶液，在搅拌速度为1500rpm条件下，将相对于绝干烟草浆料质量0.1％的阳离子瓜尔胶溶液加入到烟草薄片浆料中，再将搅拌速度调整为750rpm，按相对于绝干烟草浆料0，0.1％，0.2％，0.4％，0.6％，的量加入阴离子膨润土(本实施例中为钙盐改性)，将添加了阳离子瓜尔胶和阴离子膨润土的烟草浆料混合1分钟，上机抄造成烟草薄片的基片。测定数据见表5。表4为阳离子瓜尔胶单元体系的测定数据。
表4阳离子瓜尔胶单元体系对烟草浆料助留助滤及烟草薄片的基片匀度的影响
注：滤水性能是使用DFR-04动态滤水仪测定20s内烟草浆料的滤水重量(g)
表5阳离子瓜尔胶/阴离子膨润土体系对烟草浆料助留助滤及烟草薄片的基片匀度的影响
注：本实施例中阳离子瓜尔胶溶液用量为0.1％(相对于绝干烟草浆料重量)，
滤水性能是使用DFR-04动态滤水仪测定20s内烟草浆料的滤水重量(g)
表4和表5结果表明，采用阳离子瓜尔胶和阴离子膨润土配伍形成的双元微粒助留助滤体系较单独使用阳离子瓜尔胶时，烟草薄片浆料的单程总留着率、滤水速率和烟草薄片的基片匀度指数都有不同程度的提高。如采用阳离子瓜尔胶(添加量为0.1％)和阴离子膨润土(添加量为0.2％)配伍形成的双元微粒助留助滤体系较单独使用阳离子瓜尔胶(添加量为0.2％)时，烟草薄片浆料的单程总留着率提高4.8％，滤水性能提高175g，烟草薄片的基片匀度指数提高6.8。
实施例4：
将阳离子取代度为24％的阳离子瓜尔胶溶解成浓度为0.1％的溶液，在搅拌速度为1500rpm条件下，将相对于绝干烟草浆料质量0.1％的阳离子瓜尔胶溶液加入到烟草薄片浆料中，再将搅拌速度调整为750rpm，相对于绝干烟草浆料0，0.05％，0.1％，0.2％，0.4％，的量加入阴离子胶体二氧化硅(本实施例中阴离子胶体二氧化硅粒径为10nm)，将添加了阳离子瓜尔胶和阴离子胶体二氧化硅的烟草浆料混合1分钟，上机抄造成烟草薄片的基片。测定结果见表6。
表6阳离子瓜尔胶/阴离子胶体二氧化硅体系对烟草浆料助留助滤以及烟草薄片的基片匀度的影响
注：本实施例中阳离子瓜尔胶溶液用量为0.1％，
滤水性能是使用DFR-04动态滤水仪测定20s内烟草浆料的滤水重量(g)
表4和表6结果表明，采用阳离子瓜尔胶和阴离子胶体二氧化硅配伍形成的双元微粒助留助滤体系较单独使用阳离子瓜尔胶时，烟草薄片浆料的单程留着率、填料留着率、滤水速率和匀度指数都有不同程度的提高。如采用阳离子瓜尔胶(添加量为0.1％)和阴离子胶体二氧化硅(添加量为0.1％)配伍形成的微粒助留助滤体系较单独使用阳离子瓜尔胶(添加量为0.2％)时，烟草薄片浆料的单程总留着率提高3.3％，滤水性能提高112g，烟草薄片的基片匀度指数提高5.6。
现有技术中，造纸法烟草薄片抄造时所添加的瓜尔胶或壳聚糖通过絮聚、凝聚的方式将细小纤维、填料等吸附或截留在纸幅中，从而提高浆料在网部的留着率，并改善浆料的网部滤水性能。本发明的双元微粒助留助滤体系采用微絮聚机理，首先在浆料中加入阳离子壳聚糖或阳离子瓜尔胶与纤维和填料等形成较大的絮聚物，当絮聚物受到高剪切力的破坏后，会分散成小的絮聚体，再加入带有阴电荷的无机微粒，由于阴离子膨润土或阴离子胶体二氧化硅自身的高阴离子性、高比表面积等特性，通过电荷中和、架桥等形成结构致密而尺寸较小的絮聚体，从而改善浆料的留着率与滤水性能。
Claims (2)
1.一种提高造纸法烟草薄片浆料留着率和滤水性能的方法，其特征在于所述的方法按以下步骤依次进行：
(1)将经脱乙酰基处理的脱乙酰基度为80％-95％的阳离子壳聚糖，或经季铵盐改性制备的阳离子取代度为5％-40％的阳离子瓜尔胶，制备成质量浓度为0.01％～0.7％的水溶液，静置20-30分钟；
(2)在造纸法烟草薄片的抄造工序中，搅拌强度为1000-1500rpm的条件下，将上述经脱乙酰基处理的脱乙酰基度为80％-95％的阳离子壳聚糖或经季铵盐改性制备的阳离子取代度为5％-40％的阳离子瓜尔胶水溶液，按照绝干烟草薄片浆料重量0.05％～0.5％的量加入到烟草薄片浆料中；
(3)在搅拌强度为500-800rpm的条件下，再将经钠盐或钙盐改性的阴离子膨润土，或平均粒径为2nm-30nm的阴离子胶体二氧化硅，按照绝干烟草薄片浆料重量0.05％～0.7％的量加入到步骤(2)的所述烟草薄片浆料中；
(4)将上述烟草薄片浆料混合均匀后送入下一工序。
2.根据权利要求1所述的一种提高造纸法烟草薄片浆料留着率和滤水性能的方法，其特征在于所述的经钠盐或钙盐改性的阴离子膨润土的粒径为0.5μm-30μm。
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