全竹浆卷烟纸开发及其应用研究

作者：王小平，肖翠翠，骆东，梁伟锋，黄启志，彭满朝，桑显葵，赵钰，李海锋来源：《中国造纸》日期：2025-01-15人气：285

卷烟纸是卷烟的一种重要原材料，卷烟纸的生产过程对卷烟外观、包灰、主流烟气释放和卷烟感官质量等均有直接影响。植物纤维是卷烟纸中占比最大的组分，约占卷烟纸总质量的60%。植物纤维来源广泛，来源不同的植物纤维特性不尽相同，在卷烟纸生产制造过程中，不同植物纤维抄造工艺条件、成品卷烟纸的理化性能存在差异。已有研究表明，不同植物纤维燃烧行为也存在差异。上述因素对卷烟的燃烧速率、吸味和包灰效果等均有影响。

我国素有“竹子王国”之称，竹类资源丰富，竹类植物面积接近世界竹类植物面积的25%，竹纤维也是我国传统造纸原料之一。竹子品种繁多，现在用于制浆造纸的竹材原料主要有慈竹、硬头黄竹、绵竹、白夹竹、撑绿竹等。近年来，在政策的带动下，竹浆产业得到较快发展。当前，中式卷烟用卷烟纸原料主要以进口木浆为主，麻浆为辅，鲜有竹浆卷烟纸的深入研究和应用。单婧等采用热重分析仪及热裂解-气相色谱质谱联用仪对卷烟纸用木浆、麻浆和烟草浆纤维原料进行了热重和热裂解分析。顾永圣等^[9]制备了5种不同木浆纤维原料配比的卷烟纸，对纸张物理性能进行了分析，并对其制备的卷烟进行了包灰能力、烟气测试和感官评价。侯纪云^[10]研究了木浆纤维、麻浆纤维及漂白后烟草的烟梗纤维和烟叶纤维的质量损失规律，探讨了漂白后烟草纤维应用于卷烟纸的可能性。晏群山等^[11]提供了一种制备烟草薄片卷烟纸的方法，以竹浆代替木浆，改善烟草薄片卷烟纸的抽吸品质的同时，使烟草薄片卷烟纸具有竹子的独特风韵。现有的研究主要对木浆纤维、麻浆纤维、烟草纤维及其制备的卷烟纸进行了对比，并探讨了竹浆纤维部分替代木浆生产烟草薄片卷烟纸的可行性，尚未对全竹浆纤维卷烟纸生产制造及其在卷烟中的应用进行较全面的探讨。

竹浆广泛应用于生产卷烟纸，是国产特色纤维原料在卷烟用纸行业里的重要突破。可结合竹浆卷烟纸的特点，开发与之匹配的卷烟品规，在满足卷烟消费者需求的同时，减少对木材的依赖，保护森林资源。卷烟纸对竹浆的需求和规模化运用，也能提高竹浆的高附加值应用。

本研究以慈竹浆纤维为研究对象，对竹浆纤维、木浆纤维和麻浆纤维的化学组分进行分析，对比3种纤维的热稳定性，以及比较3种纤维机制卷烟纸的热稳定性和理化性能。对3种纤维卷烟纸进行了卷烟卷制，并对卷烟的包灰性能、主流烟气及感官质量进行评价。本研究旨在探讨竹浆纤维应用于卷烟纸生产及竹浆卷烟纸用于卷烟的可行性，为推动竹浆纤维在卷烟纸中的应用提供技术支持。

1 实验

1.1　实验原料及试剂

1.1.1　实验原料

漂白慈竹浆纤维、漂白木浆纤维，由森林公司提供；漂白麻浆纤维，由Celesa公司提供；不同纤维卷烟纸，由中烟摩迪（江门）纸业有限公司生产，均由100%单一种类纤维制备。

3种纸浆纤维浆的制浆方法均为化学法，特性参数见表1。

表1 3种纸浆的基本特性参数

Table 1 Basic characteristic parameters of three types of pulp

纸浆种类	打浆度/°SR	白度/%	尘埃度/(mm²·kg^-1)
漂白竹浆	12.8	86.0	27.6
漂白木浆	12.5	86.4	1.4
漂白麻浆	39.9	81.6	51.1

1.1.2　实验试剂

异丙醇（分析纯，阿拉丁试剂（上海）有限公司），浓硫酸（质量分数98%，阿拉丁试剂（上海）有限公司），1 000 mg/L柠檬酸根离子标准液（O2SI），超纯水（电阻率≥18.2 MΩ·cm）。

1.2　实验仪器

RM 20H转盘吸烟机（德国Borgwaldtkc）；7890A气相色谱仪（美国Agilent）；XS204-IC电子天平（感量0.1 mg，瑞士METTLER TOLEDO）；恒温恒湿箱（德国Binder）；D23透气度测试仪（法国索定）；761 Compact IC离子色谱仪（瑞士万通）；M250-2.5AT抗张强度仪（英国Testometric）；TG 209 F1热重分析仪（TG，德国Netzsch）。

1.3　实验方法

1.3.1　纸浆纤维化学组分

所有纤维样品测试前均在温度(22±1) ℃、相对湿度(60±3)%的环境中平衡48 h。按照GB/T 2677.10—1995《造纸原料综纤维素含量的测定》测定纤维素和半纤维素总含量；按照硝酸-乙醇法测定纤维素含量；按照GB/T 2677.8—1994《造纸原料酸不溶木素含量的测定》测定木质素含量。

1.3.2　纸浆纤维及其卷烟纸热稳定性

所有卷烟纸样品测试前均在温度(22±1) ℃、相对湿度(60±3)%的环境中平衡48 h。称取一定量浆料纤维样品或卷烟纸样品（约8.0 μg）置于TG的氧化铝坩埚内，进行程序升温；升温范围30~900 ℃，升温速率10 ℃/min；载气为高纯度空气，流速50 mL/min，保护气为氮气，流速20 mL/min。

1.3.3　卷烟纸理化性能

所有卷烟纸样品测试前均在温度(22±1) ℃、相对湿度（60±3）%的环境中平衡48 h。按照GB/T 451.2—2023《纸和纸板第2部分：定量的测定》测定卷烟纸定量；按照GB/T 23227—2018《卷烟纸、成形纸、接装纸、具有间断或连续透气区的材料以及具有不同透气带的材料透气度的测定》测定卷烟纸透气度；参考GB/T 7974—2013《纸、纸板和纸浆蓝光漫反射因数D65亮度的测定（漫射/垂直法，室外日光条件）》测定卷烟纸灰色；按照GB/T 12914—2018《纸和纸板抗张强度的测定恒速拉伸法（20 mm/min）》测定卷烟纸纵向抗张能量吸收；按照GB/T 1543—2005《纸和纸板不透明度（纸背衬）的测定（漫反射法）》测定卷烟纸不透明度；按照YC/T 314—2009《卷烟纸中碳酸钙的测定电位滴定法》检测卷烟纸碳酸钙含量；按照YC/T 275—2008 《卷烟纸中柠檬酸根离子、磷酸根离子和醋酸根离子的测定离子色谱法》检测卷烟纸柠檬酸根含量。

1.3.4　卷烟包灰特征指标的测定

所有卷烟样品测试前均在温度(22±1) ℃、相对湿度(60±3）%的环境中平衡48 h。卷烟包灰特征指标（灰色、裂口率、缩灰率、炭线整齐度、炭线宽度）按照YC/T 607—2024 《卷烟包灰的测定计算机视觉法》进行检测。

1.3.5　卷烟主流烟气的测定

所有卷烟样品测试前均在温度(22±1) ℃、相对湿度(60±3)%的环境中平衡48 h。采用GB/T 16450—2004《常规分析用吸烟机定义和标准条件》规定的条件抽吸卷烟；按照GB/T 19609—2004《卷烟用常规分析用吸烟机测定总粒相物和焦油》测定卷烟主流烟气的总粒相物和焦油释放量；按照GB/T 23355—2009《卷烟总粒相物中烟碱的测定气相色谱法》测定卷烟主流烟气的烟碱释放量；按照GB/T 23356—2009《卷烟烟气气相中一氧化碳的测定非散射红外法》测定卷烟的CO释放量；按照GB/T 23203.1—2013《卷烟总粒相物中水分的测定第1部分：气相色谱法》测定卷烟主流烟气的水分。

2 结果与讨论

2.1　纸浆纤维化学成分

表2是本研究所用3种不同纸浆纤维主要组分分析。由表2可知，木浆中纤维素和半纤维素总含量（综纤维素含量）最高，麻浆次之，竹浆最低，这是因为麻浆中含有一部分果胶质，竹浆中还含有少量的杂细胞纤维及灰分物质。

表2 不同纸浆纤维化学组分分析结果

Table 2 Analysis results of chemical composition of different pulp fibers ( % )

纤维种类	纤维素含量	半纤维素含量	木质素含量
竹浆纤维	84.46	7.21	0.37
木浆纤维	86.76	10.80	0.47
麻浆纤维	88.00	4.94	0.48

注木质素为酸不溶木质素。

2.2　纸浆纤维及其卷烟纸热稳定性分析

图1为不同纸浆纤维热重分析曲线。由图1可知，竹浆、木浆及麻浆3种纤维原料质量损失过程相似，随温度升高，均经历了2个明显的质量损失阶段，显示出2个峰，这2个峰依次为纤维素和半纤维素的热解峰、焦炭氧化峰^[8,13]，其中纤维素和半纤维素的热解峰温度范围为243~410 ℃，焦炭氧化峰温度范围为390~500 ℃；由2.1已知，3种纤维主要由纤维素和半纤维素构成，因此3种纤维的热解行为反映的主要是纤维素、半纤维素这2种组分的热解，二者均先是发生高分子链断裂，解聚形成单体，进而通过各种反应形成热解产物，最后碳化降解。3种纤维在纤维素和半纤维素热解阶段中，最大质量损失速率处温度大小依次为：麻浆纤维（344 ℃）>木浆纤维（338 ℃）>竹浆纤维（333 ℃），这可能是因为麻浆纤维的结晶度大于竹浆纤维的结晶度，木浆纤维的结晶度介于二者之间，而纤维结晶度越高，纤维的热稳定性越好^[14]。

图1 不同植物纤维热重分析

Fig. 1 Thermogravimetric analysis of different pulp fibers

图2为不同纸浆纤维卷烟纸热重分析。由图2可知，3种纤维制成的卷烟纸经历了3个明显的质量损失阶段，显示出3个峰，这3个峰依次为热解峰、焦炭氧化峰、碳酸钙分解峰^[8,13]，其中热解峰包括纤维素、半纤维素和柠檬酸盐的热解，纤维素和半纤维素热解峰温度范围为203~370 ℃，柠檬酸盐热解峰温度范围为260~350 ℃（图3），焦炭氧化峰温度范围为375~500 ℃，碳酸钙分解峰为505~720 ℃。在3种纤维及其制成的卷烟纸在纤维素、半纤维素和柠檬酸盐的热解阶段中，由于助燃剂对卷烟纸纤维素的裂解具有正向催化效应^[15]，柠檬酸盐的加入均使得该阶段的最大质量损失速率处的温度提前。因此，质量损失速率最大时温度依次为：麻浆纤维卷烟纸（290 ℃）<麻浆纤维（344 ℃）、木浆纤维卷烟纸（292 ℃）<木浆纤维（338 ℃）、竹浆纤维卷烟纸（288 ℃）<竹浆纤维（333 ℃）。

图2 不同纸浆纤维卷烟纸热重分析

Fig. 2 Thermogravimetric analysis of cigarette paper with different pulp fibers

图3 柠檬酸钾/柠檬酸钠微分热重分析

Fig. 3 Thermogravimetric analysis of potassium citrate/sodium citrate

2.3　不同纸浆纤维卷烟纸的生产

根据现有纸机工艺装备现状和纤维特性，通过调整不同纤维的打浆参数和磨浆后纤维参数，可实现连续稳定生产。稳定生产时3种纤维磨浆参数见表5，所生产的卷烟产品主要理化指标参数见表6。由表5和表6可以看出，3种纤维卷烟纸均能满足GB/T 12655—2017《卷烟纸基本性能要求》的要求，生产实践表明，慈竹浆纤维用于卷烟纸的生产是可行的。

表5 不同纤维卷烟纸浆打浆工艺参数

Table 5 Process parameters for preparing cigarette paper with different fibers

样品编号	浆浓/%	打浆度/°SR	打浆后纤维长度系数/FLI	总功率/kW
A	4.5	77.6	560	885
B	4.5	86.5	360	1 350
C	4.5	84.2	260	690

注 A：竹浆纤维，B：木浆纤维，C：麻浆纤维（以下同）。

表6 不同纤维卷烟纸理化性能

Table 6 Physicochemical properties of cigarette paper with different fibers

样品编号	定量/(g·m^-2)	透气度/CU	白度/%	纵向抗张能量吸收/(J·m^-²)	不透明度/%	柠檬酸根含量/%	助燃剂配比（质量比）
A	31.7	49.9	91.4	10.0	78.4	1.53	1∶1
B	31.6	50.4	90.5	9.3	80.5	1.64	1∶1
C	32.0	53.3	90.8	9.8	78.3	1.62	1∶1

2.4　不同植物纤维卷烟纸在卷烟中的应用

2.4.1　卷烟包灰综合指标

在其他卷烟材料参数和配方不变的条件下，采用3种纸浆纤维卷烟纸制备不同规格卷烟，并进行包灰性能指标检测，检测结果见表7。结合表7评价不同纸浆纤维卷烟纸对制备的卷烟包灰灰色、裂口率、缩灰率、炭线整齐度、炭线宽度综合性能的影响，根据参考文献构建的卷烟包灰综合指数AI，对卷烟样品的包灰综合指数进行计算（式(1)），结果见图4。其中卷烟包灰指标的权重分别为W_灰色=0.16，W_裂口率=0.64，W_缩灰率=0.10，W_{炭线整齐度}=0.07，W_炭线宽度=0.04。

表7 卷烟样品包灰性能

Table 7 Ash appearance of cigarette samples

样品编号	灰色	裂口率/%	缩灰率/%	炭线整齐度/mm	炭线宽度/mm
常规-A	168.18	11.57	29.45	1.73	1.17
常规-B	168.65	13.40	30.49	1.65	1.04
常规-C	169.32	11.45	30.26	1.95	1.18
中支-A	174.18	7.97	31.12	1.41	1.13
中支-B	169.38	11.05	31.89	1.45	0.97
中支-C	168.51	11.25	31.40	1.34	0.95
细支-A	168.99	6.96	33.32	1.39	1.02
细支-B	165.96	9.65	33.33	1.29	0.94
细支-C	162.81	11.74	31.99	1.20	0.91
平均值	168.44	10.56	31.47	1.49	1.03

（1）

式中，AI为卷烟包灰综合指数，指数越大，表示包灰综合性能越好；G_i~D_i为单个样品卷烟包灰性能指标；G~D为所有样品包灰性能指标均值；W_灰色~W_炭线宽度为卷烟包灰指标的权重。

图4 不同卷烟样品的卷烟包灰综合指数

Fig. 4 Comprehensive index of cigarette ash appearance for different cigarette samples

由图4卷烟包灰综合指数可知，对于常规卷烟，3种纸浆纤维卷烟纸对制备的卷烟综合包灰性能影响不明显；对于中支、细支卷烟，竹浆卷烟纸制备的卷烟，其包灰综合性能略优于木浆卷烟纸和麻浆卷烟纸制备的卷烟，总体无明显差别。

2.4.2　卷烟主流烟气

不同纸浆纤维卷烟纸制备不同规格卷烟后检测主流烟气的结果见表8。由表8可知，对于常规卷烟，抽吸口数最大差值为0.09 口/支，焦油释放量最大差值为0.15 mg/支，烟碱释放量最大差值为0.04 mg/支，CO释放量最大差值为0.75 mg/支，水分最大差值为0.28 mg/支，总粒相物最大差值为0.41 mg/支；对于中支卷烟，抽吸口数最大差值为0.04 口/支，焦油释放量最大差值为0.29 mg/支，碱释放量最大差值为0.07 mg/支，CO释放量最大差值为1.01 mg/支，水分最大差值为0.09 mg/支，总粒相物最大差值为0.35 mg/支；对于细支卷烟，抽吸口数最大差值为0.11 口/支，焦油释放量最大差值为0.15 mg/支，碱释放量最大差值为0.03 mg/支，CO释放量最大差值为0.85 mg/支，水分最大差值为0.24 mg/支，总粒相物最大差值为0.35 mg/支。

表8 卷烟主流烟气检测结果

Table 8 Smoke delivery of cigarette samples

样品编号	口数 /(口·支^-1)	焦油释放量 /(mg·支^-1)	烟碱释放量 /(mg·支^-1)	CO释放量 /(mg·支^-1)	水分 /(mg·支^-1)	总粒相物 /(mg·支^-1)
常规-A	6.19	11.89	1.19	12.24	2.60	15.68
常规-B	6.13	11.81	1.23	11.80	2.50	15.54
常规-C	6.10	11.74	1.21	11.49	2.32	15.27
中支-A	5.13	7.41	0.72	6.23	1.76	9.89
中支-B	5.09	7.40	0.77	6.14	1.84	10.01
中支-C	5.10	7.12	0.79	5.22	1.75	9.66
细支-A	4.91	9.32	0.85	8.57	1.61	11.78
细支-B	4.84	9.20	0.87	8.56	1.66	11.73
细支-C	4.80	9.17	0.84	7.72	1.42	11.43

综上所述，除CO释放量存在一定差异外，3种纸浆纤维卷烟纸对同一规格卷烟主流烟气释放过程中焦油、烟碱、水分和总粒相物的影响无明显差异。竹浆纤维卷烟纸制备的常规卷烟、中支卷烟和细支烟的CO释放量比麻浆纤维和木浆纤维卷烟纸分别大0.75~1.01和0.01~0.44 mg/支，总体上竹浆纤维卷烟纸CO释放量与木浆纤维卷烟纸相近。

2.4.3　卷烟感官质量

将不同纸浆纤维卷烟纸制备的中支卷烟进行评吸，其中竹浆纤维卷烟纸制备的卷烟，香气较柔和细腻，香气清晰，特别是在清香型卷烟中总体表现香气丰富性较好，爆发性更强，微有杂气，余味略干净，微有刺激；木浆纤维卷烟纸制备的卷烟，香气较柔和细腻，有杂气，香气透发性好，余味略干净，有刺激性；麻浆纤维卷烟纸制备的卷烟，香气柔和细腻，香气丰满，余味干净，无刺激性；不同植物纤维卷烟纸对卷烟感官质量的影响各不相同，卷烟感官质量各有特色，卷烟纸在使用时需依据具体感官需求来进行选择。

3 结论

3.1 漂白慈竹浆可作为卷烟纸的纤维原料生产全竹浆卷烟纸。与木浆、麻浆纤维及其卷烟纸相比，慈竹浆纤维及其卷烟纸在更低温度发生裂解，纤维的热稳定性更好。

3.2 与木浆、麻浆卷烟纸相比，慈竹浆卷烟纸对卷烟包灰综合性能的影响无明显差异。

3.3 与木浆、麻浆卷烟纸相比，慈竹浆卷烟纸对卷烟主流烟气释放中焦油、烟碱、水分和总粒相物的影响无明显差异。但使用慈竹浆卷烟纸的卷烟主流烟气CO释放量较高，分别比木浆、麻浆卷烟纸高0.01~0.44 mg/支和0.75~1.01 mg/支。

3.4 慈竹浆卷烟纸对卷烟感官质量的影响与木浆和麻浆卷烟纸不同，慈竹浆卷烟纸香气较柔和细腻，香气清晰，尤其是在清香型卷烟上表现出香气丰富性较好、爆发性更强、杂气和刺激少、余味较干净等特点。

文章来源：《中国造纸》 https://www.zzqklm.com/w/zw/24523.html

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1 实 验

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