CN108169412A - 一种表征造纸法再造烟叶浆料中烟草原料疏解性能难易程度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种表征造纸法再造烟叶浆料中烟草原料疏解性能难易程度的方法,属于再造烟叶工艺技术领域。线性拟合再造烟叶浆料与PFI磨机转速的关系,得到线性方程;比较不同浆料所得拟合线性方程斜率k值大小,k是表征烟草原料疏解性能的特征值;k值愈大则愈容易疏解,反之愈难疏解。本方法能够针对解决目前再造烟叶生产过程无法定量表征烟草原料疏解性能(难易程度)问题,为优化再造烟叶制浆工艺、提高再造烟叶质量,提供科学依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种表征造纸法再造烟叶浆料中烟草原料疏解性能难易程度的方法,属于再造烟叶工艺技术领域。
背景技术
再造烟叶(Reconstituted Tobacco,简称RT),又称烟草薄片或重组烟草,属烟草废弃资源再生利用的一种产品,它主要利用烟叶采收、调制、复烤、仓储、以及烟草制品加工过程所产生的烟梗、烟末、碎片、碎丝、甚至下低次烟叶等烟草副产品和烟草废弃物,按一定配方要求,经过特定工艺加工而成的类似牛皮纸状的重组烟草制品。由于其以烟草为原料加工而成且其理化特性与烟叶接近甚至优于天然烟叶,通常在烟草制品中作为叶组配方原料或填充料使用,也可用于制作雪茄烟等的包皮材料。
造纸法(Paper process):按再造烟叶原料配方要求,将烟末、烟梗等原料用水浸泡萃取后,分离为可溶性物质和不溶性物质,不溶性物质以类似造纸的方法制成像原纸一样的片基,然后在片基加入经浓缩后的可溶性物质和添加剂,干燥后称为再造烟叶的加工方法,称为造纸法。
20世纪40年代,造纸法再造烟叶最早起源于奥地利、美国、法国和德国等国家,主要目的是回收利用烟草加工过程中产生的烟草废弃物,提高烟草原料利用率,以及制作雪茄烟的包皮材料等,属于烟草资源再利用的一种产品。随后,在上世纪六十年代开始在烟草工业得到大规模的应用。按照其发展历程主要分为两步造纸法和一步造纸法,目前国内外广泛采用的主流加工工艺为两步造纸法工艺。
两步法生产工艺是迄今为止技术含量最高、国内外应用最广泛、产品使用效果最好的再造烟叶加工技术。国内造纸法再造烟叶厂家以及法国摩迪等再造烟叶制造公司都采用两步法生产工艺。
生产实际及文献调研结果表明,制浆过程中制浆方式及强度对不同烟草原料低浓浆浆料质量指标打浆度、纤维湿重影响程度差异显著,进而影响再造烟叶片基物理特性、再造烟叶产品质量。深入分析可知:烟草原料是再造烟叶浆料主要组成部分,约占再造烟叶浆料绝干部分的88%以上;由于不同烟草原料组织结构、纤维特点、化学成分差异较大,采用相同的制浆方式及强度制备出的浆料差异较大。因此,定量表征制浆强度对烟草原料作用和影响,具体就是对造纸法再造烟叶浆料中烟草原料疏解性能的作用和影响,对优化制浆工艺、选择合理的制浆方式及确定适宜的工艺参数意义重大。
关于造纸法再造烟叶浆料中烟草原料疏解性能相关文献及技术专利如下:
刘晓峰等在《造纸法再造烟叶原料及浆料的性能研究》研究了烟梗、烟末打浆度和原料配比对其基片的表面性能和物理性能的影响。结果显示:低打浆度烟梗浆、烟末浆的基片表面结构粗糙,纤维交织疏松,具有大量不规则孔洞,随着打浆度的提高,基片表面变得平整,纤维分丝帚化,纤维结合紧密,孔隙率降低。结果还显示,烟梗浆和烟末浆的最佳打浆度分别在35.4°SR和51.0°SR左右,最佳外纤木浆添加量为6%,最佳烟末配比为5:5,此时基片的抗张指数为15.1N·m/g,松厚度为2.71cm3/g,透气度为3.62μm/(Pa·S),Cobb10值为34.13g/m2。
金岚峰等在《造纸法再造烟叶原料的打浆性能》研究了以PFI(Pulp Refiner)磨为打浆设备,采用正交试验的方法,分别研究了打浆设备参数(打浆间隙、打浆时间)和浆料浓度对烟末和烟梗打浆功率、浆料质量(浆料叩解度、湿重)的影响。结果表明:1、烟末和烟梗浆打浆过程中浆料浓度对打浆功率影响较大,打浆设备参数对浆料质量的影响较大;2、随着打浆间隙上升,烟末和烟梗浆的叩解度都不同程度地下降,同时湿重也相应上升;烟末浆打浆功率受打浆时间变化的影响很小,而烟梗浆在打浆初期打浆功率偏高;浆料浓度增加,烟末浆叩解度下降,而烟梗浆叩解度变化不大,同时烟末和烟梗浆湿重随浆料浓度增加变化均不明显。
罗冲等在《低定量造纸法再造烟叶基片浆料配比的优化》研究了在对再造烟叶浆料进行纤维特性分析前提下,采用单因素实验方法,对再造烟叶浆料各组分配比进行研究。结果表明:在抄造(30±1)g/m2的低定量造纸法再造烟叶基片时,当轻质碳酸钙(PCC)填料用量为15%、木浆纤维用量为20%(即烟草浆∶木浆纤维∶PCC填料=65∶20∶15,其中烟草浆料中烟梗浆∶烟末浆为7∶3)时,再造烟叶基片的松厚度、抗张强度及透气度综合达到最优水平。
余红涛等在《打浆度和配比对造纸法再造烟叶片基吸收性的影响》研究烟草浆打浆度和烟草浆中烟梗浆和烟叶浆配比对造纸法再造烟叶片基吸收性的影响。结果表明:烟草浆打浆度对造纸法再造烟叶片基的抗张强度、松厚度、吸收性等都有影响,随着烟草浆打浆度的增大,再造烟叶片基的吸收性能逐渐下降,烟草浆打浆度为20~25°SR时,造纸法再造烟叶片基各项性能达到最优。随着烟草浆中烟梗浆用量的增加,造纸法再造烟叶片基的吸液量先增大后减小,烟梗浆的含量为50%~60%有利于提高造纸法再造烟叶片基的吸收性。
到目前为止,查阅到的研究文献,研究了烟草浆料制备过程工艺参数(设备参数、浆料浓度、梗叶比)对浆料质量以及片基的关键物理特性指标的影响;尚无定量表征制浆强度对烟草原料作用和影响,具体就是对造纸法再造烟叶浆料中烟草原料疏解性能(难易程度)的方法,有必要开发一种表征烟草原料疏解性能(难易程度)的方法,以满足指导再造烟叶原料提取工艺优化、制浆方式选择及工艺参数优化、提高再造烟叶质量的迫切要求。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足,本发明提供一种表征造纸法再造烟叶浆料中烟草原料疏解性能难易程度的方法。本方法能够针对解决目前再造烟叶生产过程无法定量表征烟草原料疏解性能(难易程度)问题,为优化再造烟叶制浆工艺、提高再造烟叶质量,提供科学依据。本发明通过以下技术方案实现。
一种表征造纸法再造烟叶浆料中烟草原料疏解性能难易程度的方法,其具体步骤如下:
步骤1、首先将烟草原料进行预处理;
步骤2、将经步骤1预处理的烟草原料按照固液比为1:8g/mL用40~60℃热水反复提取、清洗、离心机甩干,得到烟草植物纤维固形物;
步骤3、测定步骤2得到的烟草植物纤维固形物水分CW,具体测定过程为:取部分烟草植物纤维固形物秤取质量后,在温度为100℃条件下干燥2h,干燥完后秤取干燥物质量,然后将烟草植物纤维固形物质量减去干燥物质量为烟草植物纤维固形物水分CW;
步骤4、按照步骤2测定的烟草植物纤维固形物水分CW以及需称取绝干固形物质量60g~80g,根据公式Mcw=Mad/(1-CW)计算出测试所需的步骤2中烟草植物纤维固形物质量,其中MCW为测试所需的烟草植物纤维固形物质量,单位为克,g;Mad为测试绝干固形物质量,CW为烟草植物纤维固形物水分,单位为百分数,%;然后将测试所需的烟草植物纤维固形物中加入水配制成浓度为10wt%的烟草原料浆料;
步骤5、将步骤4得到10wt%的烟草原料浆料采用PFI磨浆机打浆,设定制浆转速x,得到不同浆料样品,其中每个转速条件下,平行制备3份浆料;
步骤6、测定步骤5中每个转速条件下平行制备3份浆料的打浆度yXi数值,按下式计算设定制浆转速x条件下,所得制浆样品打浆度yXi数值,;
其中:
为设定制浆转速x条件下,测定的制浆样品打浆度数值,单位为°SR;
x为PFI磨浆机设定制浆转速为单位为转/分钟,r/min;
i为每个转速条件下平行制浆次数,为3次;
步骤7、将步骤6得到的测定的制浆样品打浆度数值与PFI磨浆机设定制浆转速x进行线性拟合,得到拟合公式如下:
其中DB0亦为拟合曲线与打浆度y轴的截距,单位为°SR;
k为拟合曲线斜率,为拟合所需得到结果,是表征烟草原料疏解性能的特征值,通过上述公式计算得到曲线斜率k,可表征表征烟草原料疏解性能难易程度,k值愈大则愈容易疏解,反之愈难疏解。
所述烟草原料进行预处理过程为:将烟草原料除杂至草类纤维原料≤1%、含砂率≤0.5%、无塑料、鸡毛、滤嘴异物,无霉变物。
所述步骤2中反复提取、清洗、离心机甩干次数≥2,每次提取时间≥30min。
所述步骤5中制浆转速x设置为0r/min、300r/min、600r/min、900r/min、1200r/min。
所述步骤6打浆度yXi数值采用了GB/T 3332-2004浆料打浆度测定法及肖伯氏打浆度测定仪测定。
本发明的有益效果是:
(1)提供了一种表征烟草原料疏解性能(难易程度)的方法;
(2)采用这种方法,可为烟叶原料提取工艺优化、制浆方式选择及工艺参数优化、提高再造烟叶质量提供科学依据;
(3)本方法简单易行,节约时间成本,能有效提供制浆技术路线。
附图说明
图1是本发明实施例1线性拟合再造烟叶浆料2G-1、2G-3打浆度与PFI磨机转数关系图;
图2是本发明实施例2线性拟合再造烟叶浆料2G-1、2G-3打浆度与PFI磨机转数关系图;
图3为实施例3线性拟合再造烟叶浆料2G-5、2G-6打浆度与PFI磨机转数关系图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式,对本发明作进一步说明。
实施例1
该表征造纸法再造烟叶浆料中烟草原料疏解性能难易程度的方法,其具体步骤如下:
步骤1、首先取造纸法再造烟叶qtx-18和km-13,分别编号2G-1、2G-3,将烟草原料除杂至草类纤维原料≤1%、含砂率≤0.5%、无塑料、鸡毛、滤嘴异物,无霉变物;
步骤2、将经步骤1预处理的烟草原料按照固液比为1:8g/mL(烟草原料绝干量:水)用40℃热水反复提取、清洗、离心机甩干,得到烟草植物纤维固形物;反复提取、清洗、离心机甩干次数2次,每次提取时间30min;
步骤3、测定步骤2得到的烟草植物纤维固形物水分CW,具体测定过程为:取部分烟草植物纤维固形物秤取质量后,在温度为100℃条件下干燥2h,干燥完后秤取干燥物质量,然后将烟草植物纤维固形物质量减去干燥物质量为烟草植物纤维固形物水分CW,草植物纤维固形物水分CW如表1所示;
表1
样品编号 | Cw(%) |
2G-1 | 74.80 |
2G-3 | 76.84 |
步骤4、按照步骤2测定的烟草植物纤维固形物水分CW以及需称取绝干固形物质量60g,根据公式Mcw=Mad/(1-CW)计算出测试所需的步骤2中烟草植物纤维固形物质量,其中MCW为测试所需的烟草植物纤维固形物质量,单位为克,g;Mad为测试绝干固形物质量,CW为烟草植物纤维固形物水分,单位为百分数,%;根据表1和公式计算出测试所需的烟草植物纤维固形物质量,结果如表2所示,然后将测试所需的烟草植物纤维固形物中加入水配制成浓度为10wt%的烟草原料浆料,2G-1约加水2300mL,2G-3约加水2500mL,配制成浓度为10wt%的烟草原料浆料;
表2
样品编号 | MCW(g) |
2G-1 | 238.10 |
2G-3 | 259.07 |
步骤5、将步骤4得到10wt%的烟草原料浆料采用PFI磨浆机打浆,设定制浆转速x,制浆转速x设置为0r/min、300r/min、600r/min、900r/min、1200r/min,得到不同浆料样品,其中每个转速条件下,平行制备3份浆料;
步骤6、测定步骤5中每个转速条件下平行制备3份浆料的打浆度yXi数值,打浆度yXi数值采用了GB/T 3332-2004浆料打浆度测定法及肖伯氏打浆度测定仪测定,按下式计算设定制浆转速x条件下,所得制浆样品打浆度yXi数值,;
其中:
为设定制浆转速x条件下,测定的制浆样品打浆度数值,单位为°SR;
x为PFI磨浆机设定制浆转速为单位为转/分钟,r/min;
i为每个转速条件下平行制浆次数,为3次;
测定结果表如表3所示;
表3
步骤7、将步骤6得到的测定的制浆样品打浆度数值与PFI磨浆机设定制浆转速x进行线性拟合,得到拟合公式如下:
其中DB0亦为拟合曲线与打浆度y轴的截距,单位为°SR;
k为拟合曲线斜率,为拟合所需得到结果,是表征烟草原料疏解性能的特征值。
本实施例拟合曲线图如图1所示,从图1中可以看出编号2G-1拟合曲线y=0.0073x+20.25,编号2G-3拟合曲线y=0.0059x+19.55,k2G-1>k2G-3,所以2G-1比2G-3更容易疏解。
实施例2
该表征造纸法再造烟叶浆料中烟草原料疏解性能难易程度的方法,其具体步骤如下:
步骤1、首先取造纸法再造烟叶qtx-18和km-13,分别编号2G-2、2G-4,将烟草原料除杂至草类纤维原料≤1%、含砂率≤0.5%、无塑料、鸡毛、滤嘴异物,无霉变物;
步骤2、将经步骤1预处理的烟草原料按照固液比为1:8g/mL(烟草原料绝干量:水)用60℃热水反复提取、清洗、离心机甩干,得到烟草植物纤维固形物;反复提取、清洗、离心机甩干次数3次,每次提取时间40min;
步骤3、测定步骤2得到的烟草植物纤维固形物水分CW,具体测定过程为:取部分烟草植物纤维固形物秤取质量后,在温度为100℃条件下干燥2h,干燥完后秤取干燥物质量,然后将烟草植物纤维固形物质量减去干燥物质量为烟草植物纤维固形物水分CW,草植物纤维固形物水分CW如表4所示;
表4
样品编号 | Cw(%) |
2G-2 | 73.69 |
2G-4 | 76.69 |
步骤4、按照步骤2测定的烟草植物纤维固形物水分CW以及需称取绝干固形物质量70g,根据公式Mcw=Mad/(1-CW)计算出测试所需的步骤2中烟草植物纤维固形物质量,其中MCW为测试所需的烟草植物纤维固形物质量,单位为克,g;Mad为测试绝干固形物质量,CW为烟草植物纤维固形物水分,单位为百分数,%;根据表1和公式计算出测试所需的烟草植物纤维固形物质量,结果如表5所示,然后将测试所需的烟草植物纤维固形物中加入水配制成浓度为10wt%的烟草原料浆料,2G-2约加水2600mL,2G-4约加水3000mL,配制成浓度为10wt%的烟草原料浆料;
表5
样品编号 | MCW(g) |
2G-2 | 266.06 |
2G-4 | 300.30 |
步骤5、将步骤4得到10wt%的烟草原料浆料采用PFI磨浆机打浆,设定制浆转速x,制浆转速x设置为0r/min、300r/min、600r/min、900r/min、1200r/min,得到不同浆料样品,其中每个转速条件下,平行制备3份浆料;
步骤6、测定步骤5中每个转速条件下平行制备3份浆料的打浆度yXi数值,打浆度yXi数值采用了GB/T 3332-2004浆料打浆度测定法及肖伯氏打浆度测定仪测定,按下式计算设定制浆转速x条件下,所得制浆样品打浆度yXi数值,;
其中:
为设定制浆转速x条件下,测定的制浆样品打浆度数值,单位为°SR;
x为PFI磨浆机设定制浆转速为单位为转/分钟,r/min;
i为每个转速条件下平行制浆次数,为3次;
测定结果表如表6所示;
表6
步骤7、将步骤6得到的测定的制浆样品打浆度数值与PFI磨浆机设定制浆转速x进行线性拟合,得到拟合公式如下:
其中DB0亦为拟合曲线与打浆度y轴的截距,单位为°SR;
k为拟合曲线斜率,为拟合所需得到结果,是表征烟草原料疏解性能的特征值。
本实施例拟合曲线图如图2所示,拟合曲线2G-2:y=0.0098x+19.95,2G-4:y=0.0058x+19.8,k2G-2>k2G-4,所以2G-2比2G-4更容易疏解。
实施例3
该表征造纸法再造烟叶浆料中烟草原料疏解性能难易程度的方法,其具体步骤如下:
步骤1、首先取造纸法再造烟叶qtx-18和km-13,分别编号2G-5、2G-6,将烟草原料除杂至草类纤维原料≤1%、含砂率≤0.5%、无塑料、鸡毛、滤嘴异物,无霉变物;
步骤2、将经步骤1预处理的烟草原料按照固液比为1:8g/mL(烟草原料绝干量:水)用50℃热水反复提取、清洗、离心机甩干,得到烟草植物纤维固形物;反复提取、清洗、离心机甩干次数5次,每次提取时间60min;
步骤3、测定步骤2得到的烟草植物纤维固形物水分CW,具体测定过程为:取部分烟草植物纤维固形物秤取质量后,在温度为100℃条件下干燥2h干燥完后秤取干燥物质量,然后将烟草植物纤维固形物质量减去干燥物质量为烟草植物纤维固形物水分CW,草植物纤维固形物水分CW如表7所示;
表7
样品编号 | Cw(%) |
2G-5 | 73.75 |
2G-6 | 76.57 |
步骤4、按照步骤2测定的烟草植物纤维固形物水分CW以及需称取绝干固形物质量80g,根据公式Mcw=Mad/(1-CW)计算出测试所需的步骤2中烟草植物纤维固形物质量,其中MCW为测试所需的烟草植物纤维固形物质量,单位为克,g;Mad为测试绝干固形物质量,CW为烟草植物纤维固形物水分,单位为百分数,%;根据表1和公式计算出测试所需的烟草植物纤维固形物质量,结果如表8所示,然后将测试所需的烟草植物纤维固形物中加入水配制成浓度为10wt%的烟草原料浆料,2G-53000mL,2G-6约加水3400mL,配制成浓度为10wt%的烟草原料浆料;
表8
样品编号 | MCW(g) |
2G-5 | 304.76 |
2G-6 | 341.44 |
步骤5、将步骤4得到10wt%的烟草原料浆料采用PFI磨浆机打浆,设定制浆转速x,制浆转速x设置为0r/min、300r/min、600r/min、900r/min、1200r/min,得到不同浆料样品,其中每个转速条件下,平行制备3份浆料;
步骤6、测定步骤5中每个转速条件下平行制备3份浆料的打浆度yXi数值,打浆度yXi数值采用了GB/T 3332-2004浆料打浆度测定法及肖伯氏打浆度测定仪测定,按下式计算设定制浆转速x条件下,所得制浆样品打浆度yXi数值,;
其中:
为设定制浆转速x条件下,测定的制浆样品打浆度数值,单位为°SR;
x为PFI磨浆机设定制浆转速为单位为转/分钟,r/min;
i为每个转速条件下平行制浆次数,为3次;
测定结果表如表9所示;
表9
步骤7、将步骤6得到的测定的制浆样品打浆度数值与PFI磨浆机设定制浆转速x进行线性拟合,得到拟合公式如下:
其中DB0亦为拟合曲线与打浆度y轴的截距,单位为°SR;
k为拟合曲线斜率,为拟合所需得到结果,是表征烟草原料疏解性能的特征值。
本实施例拟合曲线图如图3所示,拟合曲线2G-5:y=0.0085x+20.1,2G-6:y=0.0059x+19.675,k2G-5>k2G-6,所以2G-5比2G-6更容易疏解。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种表征造纸法再造烟叶浆料中烟草原料疏解性能难易程度的方法,其特征在于具体步骤如下:
步骤1、首先将烟草原料进行预处理;
步骤2、将经步骤1预处理的烟草原料按照固液比为1∶8g/mL用40~60℃热水反复提取、清洗、离心机甩干,得到烟草植物纤维固形物;
步骤3、测定步骤2得到的烟草植物纤维固形物水分CW;
步骤4、按照步骤2测定的烟草植物纤维固形物水分CW以及需称取绝干固形物质量60g~80g,根据公式Mcw=Mad/(1-CW)计算出测试所需的步骤2中烟草植物纤维固形物质量,其中Mcw为测试所需的烟草植物纤维固形物质量,单位为克g;Mad为测试绝干固形物质量,CW为烟草植物纤维固形物水分,单位为百分数,%;然后将测试所需的烟草植物纤维固形物中加入水配制成浓度为10wt%的烟草原料浆料;
步骤5、将步骤4得到10wt%的烟草原料浆料采用PFI磨浆机打浆,设定制浆转速x,得到不同浆料样品,其中每个转速条件下,平行制备3份浆料;
步骤6、测定步骤5中每个转速条件下平行制备3份浆料的打浆度yXi数值,按下式计算设定制浆转速x条件下,所得制浆样品打浆度yXi数值,;
其中:
为设定制浆转速x条件下,测定的制浆样品打浆度数值,单位为°SR;
x为PFI磨浆机设定制浆转速为单位为转/分钟,r/min;
i为每个转速条件下平行制浆次数,为3次;
步骤7、将步骤6得到的测定的制浆样品打浆度数值与PFI磨浆机设定制浆转速x进行线性拟合,得到拟合公式如下:
其中DB0亦为拟合曲线与打浆度y轴的截距,单位为°SR;
k为拟合曲线斜率,为拟合所需得到结果,是表征烟草原料疏解性能的特征值,通过上述公式计算得到曲线斜率k,可表征表征烟草原料疏解性能难易程度,k值愈大则愈容易疏解,反之愈难疏解。
2.根据权利要求1所述的表征造纸法再造烟叶浆料中烟草原料疏解性能难易程度的方法,其特征在于:所述烟草原料进行预处理过程为:将烟草原料除杂至草类纤维原料≤1%、含砂率≤0.5%、无塑料、鸡毛、滤嘴异物,无霉变物。
3.根据权利要求1所述的表征造纸法再造烟叶浆料中烟草原料疏解性能难易程度的方法,其特征在于:所述步骤2中反复提取、清洗、离心机甩干次数≥2,每次提取时间≥30min。
4.根据权利要求1所述的表征造纸法再造烟叶浆料中烟草原料疏解性能难易程度的方法,其特征在于:所述步骤3中所测烟草植物纤维固形物水分CW采用《YC/T 31-1996烟草及烟草制品试样的制备和水分测定烘箱法》。
5.根据权利要求1所述的表征造纸法再造烟叶浆料中烟草原料疏解性能难易程度的方法,其特征在于:所述步骤5中制浆转速x设置为0r/min、300r/min、600r/min、900r/min、1200r/min。
6.根据权利要求1所述的表征造纸法再造烟叶浆料中烟草原料疏解性能难易程度的方法,其特征在于:所述步骤6打浆度yXi数值采用了GB/T 3332-2004浆料打浆度测定法及肖伯氏打浆度测定仪测定。
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