卷煙包灰性能的研究現(xiàn)狀分析

鄭晗，詹建波，王浩，張瑩，余振華，謝姣，王旭，李利偉，余婷婷，岳保山，丁海燕，余耀

（云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，云南 昆明 650231）

0 引言

隨著卷煙技術(shù)的發(fā)展及消費者對卷煙要求的提高，卷煙燃燒后的包灰效果已經(jīng)越來越受到人們的重視。卷煙包灰性能好，煙柱美觀；卷煙包灰性能差，抽吸時葉片不能很好包裹在煙絲上，造成煙灰掉落嚴(yán)重，不僅污染環(huán)境，而且會影響消費者對于卷煙品牌的忠誠度。目前，雖然煙草學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為卷煙紙、卷煙配方和切絲寬度對于卷煙包灰性能都有較大影響，但是，針對如何評價卷煙包灰能力，如何優(yōu)化卷煙包灰性能，至今還沒有一個具體的解決方案與評價體系，國內(nèi)外對卷煙包灰能力的研究相對較少。

1 卷煙包灰性能影響因素的研究進(jìn)展

1.1 卷煙包灰性能的影響因素研究

王道寬等人研究了卷煙包灰性能的影響因素，利用數(shù)碼相機拍照，利用圖像分析軟件測定包灰性能[1]，結(jié)果表明：① 卷煙紙中添加包灰助劑在改善卷煙包灰性能方面作用明顯；② 建立了膨脹煙絲、梗絲和再造煙葉與卷煙包灰性能的多因素影響模型，正交試驗及方差分析結(jié)果表明：三絲對卷煙包灰性能的影響程度為：膨脹煙絲<再造煙葉絲<梗絲；③ 煙絲切絲寬度為0.8 mm的卷煙，其包灰性能優(yōu)于切絲寬度為0.9 mm的卷煙。鄒中亮等人研究了卷煙紙定量、透氣度對卷煙包灰及燃燒速度的影響[2]，研究結(jié)果表明：卷煙紙的定量、透氣度只是影響卷煙包灰及燃燒速度的兩個因素，還有助燃劑、鉀鈉離子及煙絲匹配度能等影響因素，定量、透氣度不能完全決定卷煙包灰的好壞及燃燒速度的快慢。張瑩等研究了卷煙紙對卷煙凝灰性能的影響[3]，依據(jù)自主研發(fā)的卷煙凝灰分析軟件，通過凝灰指數(shù)這一參數(shù)的計算，對不同品牌卷煙的凝灰能力進(jìn)行了評價，同時分析卷煙紙凝灰性能對卷煙燃燒性能的影響。結(jié)果表明：卷煙凝灰指數(shù)的計算簡單，凝灰分析軟件的響應(yīng)迅速，同一品牌不批次卷煙的凝灰指數(shù)間的變異系數(shù)較小，不同品牌卷煙的凝灰指數(shù)區(qū)分度明顯；卷煙凝灰指數(shù)可以作為衡量卷煙凝灰性能的重要指標(biāo)和有效手段，該指數(shù)可以應(yīng)用于卷煙綜合性能的評定；卷煙紙對卷煙的凝灰性能起重要作用。

陳慧斌等研究了影響卷煙包灰能力的因素[4]，研究結(jié)果表明：再造煙葉摻兌絲對卷煙包灰能力有重要影響，卷煙工藝對卷煙包灰也有重要影響。

程占剛等人研究了影響卷煙包灰能力的因素[5]，研究結(jié)果表明：卷煙紙透氣度增加，定量增加，凝灰劑含量增加，檸檬酸鹽助燃劑含量減少，卷煙燃燒后的灰分包灰變緊，卷煙紙的包灰能力增強；利用25 mm長的普通醋酸纖維濾嘴卷制的煙支，當(dāng)單支重量控制在0.89～0.93 g/支之間時，卷煙包灰較好。

1.2 通過添加包灰助劑改善卷煙包灰性能的研究

云南中煙李賡等研究表明磷系包灰助劑中磷酸鹽具有一定的包灰效果[6]，但是包灰灰分顏色略偏灰；成膜性助劑在包灰灰片大小方面作用顯著；K01(一種鹽)同G01(多糖類物質(zhì))、K01同M01(改性纖維素)復(fù)配具有較好的包灰效果，在一定程度上能夠改善包灰性能。王平軍等人對改善卷煙紙包灰性能的助劑開發(fā)進(jìn)行了研究[7]，研究結(jié)果表明：當(dāng)煙灰調(diào)節(jié)劑MFA添加濃度達(dá)到3.0%時，從包灰分析測試結(jié)果顯示該助劑能明顯改善卷煙紙的靜態(tài)和動態(tài)包灰效果，灰柱美觀，煙灰不散落，無明顯出角現(xiàn)象。李桂珍等研究了卷煙紙?zhí)砑觿頍煱倚阅艿挠绊慬8]，通過分析卷煙紙對卷煙包灰性能的影響因素，優(yōu)選了一種煙灰調(diào)節(jié)劑作為研究對象。研究結(jié)果表明，當(dāng)添加煙灰調(diào)節(jié)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1.5%時，卷煙紙的包灰效果明顯改善，灰柱美觀，煙灰不散落，無明顯出角現(xiàn)象，煙氣指標(biāo)受控，在吸味方面無明顯差異。于國龍研究了卷煙紙相關(guān)因素對卷煙包灰性影響分析[9]，主要是采用數(shù)碼相機拍照、利用圖像分析軟件對選取部分卷煙紙樣品的各相關(guān)因素進(jìn)行包灰效果分析。結(jié)果表明：卷煙紙定量、羅紋方式、助燃劑種類與含量及鉀/鈉比等相關(guān)因素對卷煙的包灰質(zhì)量有較大影響。

宋微等研究了卷煙紙主要性能的影響因素和控制方法[10]，指出影響卷煙紙燃燒性能的主要因素包括透氣度、填料、灰分和助燃劑等。曾曉鷹等發(fā)明了一種包灰卷煙紙的制備方法[11]，主要是按照一定比例添加晶須材料與碳酸鈣填料，再通過制漿工藝的控制制備包灰卷煙紙。該紙張可以明顯改善在燃吸過程中卷煙煙灰的包灰性能，解決卷煙紙灰散、飄、掉的現(xiàn)象，并提高卷煙燃吸時煙支的持灰長度，提升了使用安全性。范紅梅等發(fā)明了一種改善卷煙燃燒后包灰的方法[12]，該方法利用晶須類物質(zhì)作為填料添加到卷煙紙中，主要包括金屬氧化物晶須、金屬氫氧化物晶須、鹽類晶須和其它晶須，平均長度不低于5微米，使用該方法制備的卷煙紙生產(chǎn)出的卷煙，煙灰連續(xù)性較好，持灰能力較強，無大片掉灰現(xiàn)象。沈靖軒等研究了助劑對卷煙紙包灰效果的影響[13]，實驗結(jié)果表明：磷系包灰助劑具有一定的包灰效果，但是包灰灰分顏色略偏灰，在一定程度上能夠改善包灰性能。Vladimir Hampl, Jr.等人發(fā)明了新型的包灰改善型卷煙紙[14]，當(dāng)在紙中加入中等粒徑從大約0.15微米到大約0.5微米的碳酸鈣填料時，紙包裝的灰分特性顯著改善。與采用更大或更小尺寸的碳酸鈣顆粒的紙包裝相比，用本發(fā)明的碳酸鈣顆粒制成的紙包裝具有優(yōu)越的灰分特性。此外，紙張的灰分特性得到改善，而不必改變紙中的總填料水平。

1.3 致密包灰卷煙紙制備方法的研究

付瑜鋒等發(fā)明了一種保潤包灰卷煙紙的制備方法[15]，該卷煙紙具有一定的保潤功能，且具有很好的包灰性能，改善卷煙吸味，提高卷煙燃吸時的持灰能力。陳澤亮等人提出了一種改善包灰卷煙紙及其制備方法[16]，主要通過填料配比，卷煙紙定量控制，鉀鹽/鈉鹽的質(zhì)量比控制，實現(xiàn)了卷煙紙與煙絲的燃燒速度合理匹配，保證煙支包灰效果好，灰白且持灰能力強，開發(fā)的包灰卷煙紙灰白度高，裂口少，不落灰且灰柱挺直，同時適用于多種規(guī)格的卷煙。胡永明等發(fā)明了一種燃煙少包灰緊灰色淡黑圈細(xì)的卷煙紙的制備方法[17]，該方法主要通過纖維配比控制、填料搭配及制漿工藝的控制實現(xiàn)包灰、色白、燃煙小等特點。余耀等發(fā)明了一種致密包灰型全麻卷煙紙及其制備方法[18]，該型卷煙紙可以提升卷煙的抽吸品質(zhì)，同時可以是卷煙燃燒外觀即包灰效果得到明顯提升。Vladimir Hampl, Jr.還發(fā)明了一種改善卷煙紙的灰分特性的方法[19]。當(dāng)平均長度小于約0.75英寸的碳纖維以高達(dá)約60%重量的量加入到紙中時，紙包裝的灰分粘合性顯著提高。與僅包含亞麻或其他纖維素纖維的紙包裝相比，發(fā)明的碳纖維制成的卷煙紙具有優(yōu)越的持灰特性。此外，紙張的灰分粘結(jié)性得到改善，而不會導(dǎo)致其他灰分特性的質(zhì)量下降。

2 卷煙包灰相關(guān)檢測參數(shù)與方法研究現(xiàn)狀

黃啟志等人發(fā)明了一種卷煙持灰力的測定方法[20]，該方法的主要步驟有：① 選用外觀整齊正常的卷煙；② 把卷煙平放于有刻度的刻度平臺上并與直尺水平對齊，在煙支搭口的柱面上，從燃燒端起5 mm處用鉛筆劃上碳線標(biāo)記；③ 將卷煙搭口朝上水平置于卷煙包灰檢測儀內(nèi)在標(biāo)準(zhǔn)溫度氣壓條件下進(jìn)行靜態(tài)燃燒；④ 靜態(tài)燃燒直至卷煙灰柱斷裂脫落，測量已燃煙條長度L2表示卷煙持灰力。該測定方法能夠簡單有效地表示卷煙燃燒后的持灰能力，簡單易行，能夠?qū)崿F(xiàn)卷煙持灰力指標(biāo)數(shù)據(jù)化。但該方法中用鉛筆劃線標(biāo)記，且煙支放置平臺、測量煙條長度等環(huán)節(jié)中不可避免地存在誤差，且該方法無法避免煙灰偏離、燃燒端縮頭等現(xiàn)象進(jìn)行準(zhǔn)確的糾偏。

馮亞婕等人別從卷煙燃燒面選擇、燃燒灰柱高度及圖像選擇區(qū)域?qū)挾热矫鎸贗mageJ的卷煙包灰值定量測定方法進(jìn)行了優(yōu)化[21]：① 當(dāng)煙支燃燒至距離接裝紙1 cm處時進(jìn)行拍照；② 采用高度25 mm、寬度6.46 mm的矩形選擇框以灰柱底部為起點選擇圖片區(qū)域進(jìn)行分析；③ 取3支卷煙、3個燃燒面的平均值為一次測量結(jié)果。該方案較好控制了卷煙紙搭口、灰柱彎曲、外翻灰片等對測量結(jié)果的影響。但該方法仍不能全面準(zhǔn)確反映一直卷煙燃燒后的裂紋情況，重復(fù)性也有待提高。

李桂珍等人發(fā)明了一種卷煙包灰性能的測定方法[22]，主要是在良好且固定成像照明條件下，對卷煙煙灰進(jìn)行拍照，制作不同狀態(tài)下的煙灰柱。利用圖像分析軟件分析裂口面積占總面積的比值，實現(xiàn)包灰性能的定量分析。該方法雖能測量裂口率，但只能測量煙支一個側(cè)面的裂口率，測試范圍有限，且不能完整反映煙支的包灰性能。穆林等人建立一種卷煙煙灰灰度值測定方法[23]，主要是利用Photoshop 圖像分析技術(shù)，以所選的8 種煙灰灰白程度不一的卷煙為樣本，建立了一種基于平均灰度值的卷煙灰分顏色定量測定方法，并測定了50 種國內(nèi)不同品牌卷煙煙灰灰度值。結(jié)果表明：① 該方法主要步驟為樣品準(zhǔn)備、拍照采集圖像、圖像處理及數(shù)據(jù)分析；考慮不同燃燒面對卷煙煙灰灰度值的影響差異，建議采用“三支三面”測定方式，以更加全面地反映整體卷煙煙灰顏色；② 8種卷煙煙灰灰度值差異性極顯著，多重比較結(jié)果顯示的灰度值分組情況與實際觀測結(jié)果基本一致；③ 表明不同牌號卷煙煙灰灰度值波動較大，部分卷煙煙灰灰白程度有較大改進(jìn)空間。該方法雖然能測定煙灰灰度，但基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與樣本量選擇關(guān)系密切，在測定方法上也不能完全反應(yīng)不同煙支間的差異，仍有很大的改進(jìn)空間。

張健等人發(fā)明了一種測定卷煙燃燒后包灰狀況的方法[24]，該方法將照相技術(shù)與ImageJ軟件結(jié)合，將卷煙在模擬人工抽吸及陰燃狀態(tài)下的包灰狀況按面積比例數(shù)值化，該數(shù)值有利于直觀進(jìn)行包灰指標(biāo)的客觀評定，但僅限于對裂縫比例進(jìn)行計算，不能反映其它指標(biāo)。

王亮等人發(fā)明了一種測試卷煙包灰結(jié)構(gòu)的方法[25]，該方法將產(chǎn)生包灰后的卷煙樣品放入密閉容器中，使其熄滅后對其進(jìn)行冷凍處理，再對冷凍樣品通過CT掃描儀對包灰的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描，可以獲取真實燃燒狀態(tài)下成灰后內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，為卷煙燃燒過程提供可視化依據(jù)。但該方法操作復(fù)雜，要求精度高，不利于批量測量。

黃啟志等發(fā)明了一種卷煙縮灰率的測定方法[26]，數(shù)值越大表明縮灰率越高，該指標(biāo)是可重復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)化方法，但對于偏離角度及拍攝角度及其代表性未做闡述，仍有改進(jìn)空間。

余耀等開發(fā)了致密包灰全麻卷煙紙[27]，首創(chuàng)分批打漿后再混合成漿技術(shù)制備了致密包灰的全麻卷煙紙，分析了制備工藝的優(yōu)點，將包灰全麻卷煙紙創(chuàng)造性地應(yīng)用于細(xì)支煙制備，并驗證細(xì)支煙在燃吸過程中的包灰效果及對白度的影響，對新型卷煙紙的制備技術(shù)及造紙行業(yè)的節(jié)能減排有重要意義。

綜上所述，雖然部分學(xué)者提出了卷煙紙包灰性能的指標(biāo)與測試方法，但大多集中在裂縫率及灰度等指標(biāo)，并無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，所檢測指標(biāo)不能完整體現(xiàn)出煙支包灰性能的優(yōu)劣，關(guān)于卷煙的包灰性能評價體系不夠完善。

3 卷煙包灰檢測設(shè)備開發(fā)現(xiàn)狀

云南中煙張健等人開發(fā)了一種多功能卷煙紙包灰性能測試裝置[28]，可以測試煙支陰燃或抽吸狀態(tài)下的卷煙紙包灰性能。該設(shè)備主要是對點光源與拍照效果進(jìn)行改進(jìn)，但并未提及具體的測試方法與準(zhǔn)確性。河南中煙萬永華等人開發(fā)了一種卷煙紙包灰測試裝置[29]，該裝置包括透明箱體、照相機及計算機，結(jié)構(gòu)簡單，但功能較為單一，不能實現(xiàn)對卷煙包灰性能的準(zhǔn)確測量。王平軍等發(fā)明了一種卷煙紙包灰性能測試試驗箱，主要包括箱體、照相口、相機臺、煙支架、煙氣排出裝置、光源等，該裝置在煙氣排出等環(huán)節(jié)加以改進(jìn)，但未詳述拍照及對煙支燃燒圖片進(jìn)行處理的細(xì)節(jié)與方法。馬金棟等人發(fā)明了一種卷煙包灰檢測儀裝置[30]，該裝置作為一種模擬人工吸煙的設(shè)備，達(dá)到模擬人吸煙的效果，可以從不同角度觀察香煙燃燒的弊端，但無法精確表征與評價卷煙包灰能力。

綜上所述，現(xiàn)有卷煙紙包灰檢測設(shè)備仍十分簡單，不能全面客觀反映卷煙包灰性能，檢測手段單一，自動化與檢測結(jié)果結(jié)果分析基本空白。

4 結(jié)語

綜合三方面國內(nèi)外研究成果，研究主要集中在卷煙包灰性能影響因素的研究，主要包括卷煙紙的纖維類型與結(jié)構(gòu)、添加晶須材料與碳酸鈣填料等可以改善卷煙紙的包灰性能，但對于卷煙包灰相關(guān)檢測參數(shù)與方法研究僅局限于裂口率等指標(biāo)，對于卷煙包灰性能的指標(biāo)不完善、不具體，檢測方法不規(guī)范，不系統(tǒng)；對于卷煙包灰檢測設(shè)備的開發(fā)，測試條件無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，測試設(shè)備簡陋且自動化程度較低，缺乏測試的準(zhǔn)確性和客觀性。系統(tǒng)客觀的檢測指標(biāo)與對應(yīng)檢測方法的開發(fā)與標(biāo)準(zhǔn)化亟待深入研究、基于檢測技術(shù)的高度自動化、智能化的卷煙包灰評價設(shè)備亟待開發(fā)。