成形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響

胡少東　楚文娟　魯平　段鹍　盧金領(lǐng)　馮銀龍　崔春　孟祥士　李小福

摘要：采用單因素試驗(yàn)初步考察成形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)3個(gè)因素對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響，采用裂區(qū)試驗(yàn)進(jìn)一步分析3個(gè)因素及其交互作用對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率和主流煙氣化學(xué)成分的影響.結(jié)果表明：在單因素試驗(yàn)和裂區(qū)試驗(yàn)中，卷煙濾嘴通風(fēng)率隨著接裝紙透氣度或打孔排數(shù)的增加而增大;在3300～8000CU范圍內(nèi)，成形紙透氣度對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率影響顯著，超過8000CU后，成形紙透氣度對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響減小;成形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)3個(gè)因素交互作用明顯，可協(xié)同調(diào)節(jié)卷煙濾嘴通風(fēng)率;隨著成形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)的增加，卷煙主流煙氣中煙堿、焦油和CO的含量逐漸降低.在實(shí)際生產(chǎn)中，選取成形紙透氣度8000CU，接裝紙透氣度250CU，打孔排數(shù)3排，既能降低卷煙煙氣中煙堿、焦油和CO含量，又能減少煙氣香味損失.

Abstract：Thesingle＼|factorexperimentwasusedtoinvestigatetheeffectoffilterwrapsairpermeability，tippingpapersairpermeability，andperforationrownumberonthefilterventilationrateofthecigarette.Furthermore，theeffectsofthreefactorsandtheirinteractiononthefilterventilationrateofthecigaretteandthechemicalcompositionofmainstreamsmokebysplit＼|plotexperimentwereanalyzed.Theresultsshowedthatthefilterventilationrateofthecigaretteincreasedwiththeincreaseoftippingpapersairpermeabilityorperforationrownumberinsingle＼|factorexperimentandsplit＼|plotexperiment.Intherangeof3300～8000CU，theeffectofthepermeabilityoftheformedpaperontheventilationrateofthecigarettefilterwassignificant.Afterexceeding8000CU，theeffectoffilterwrapsairpermeabilityonthefilterventilationrateofthecigarettedecreased.Thethreefactorsoffilterwrapsairpermeability，tippingpapersairpermeability，andperforationrownumberhadsignificantinteractions，whichcouldcoordinatelyadjustthefilterventilationrateofcigarette.Withtheincreaseofthefilterwrapsairpermeability，tippingpapersairpermeability，andperforationrownumber，thecontentofnicotine，tarandCOinthemainstreamsmokeofcigarettedecreased.Accordingtoactualneeds，thefilterwrapsairpermeabilitywas8000CU，tippingpapersairpermeabilitywas250CU，andperforationrownumberwas3，whichcouldreducethecontentofnicotine，tarandCOinthecigarettesmoke，andreducethelossofsmokearoma.

關(guān)鍵詞：成形紙透氣度;接裝紙透氣度;打孔排數(shù);濾嘴通風(fēng)率

Keywords：filterwrapsairpermeability;tippingpapersairpermeability;perforationrownumber;filterventilationrate

0引言

通風(fēng)稀釋是卷煙降焦重要而有效的方法之一.其原理是外界空氣通過外包紙進(jìn)入主流煙氣，使煙氣中化學(xué)成分相對(duì)量降低，以達(dá)到稀釋的效果.此外，通風(fēng)還可降低燃燒過程中煙氣的流速，延長(zhǎng)煙氣在濾嘴上的截留時(shí)間，提高濾嘴的過濾效率[1-2].

卷煙通風(fēng)率包括濾嘴通風(fēng)率和煙條段通風(fēng)率，是影響卷煙卷接效果、主流煙氣成分的重要指標(biāo).其中，濾嘴通風(fēng)率主要通過成形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)來控制[3].雖然目前關(guān)于成形紙透氣度[4]和接裝紙透氣度[5]對(duì)卷煙通風(fēng)率影響的研究較多，但主要是關(guān)于單因素或多因素的線性回歸分析[6-7]，對(duì)于多元的二次分析較少，且不能直觀地找出最優(yōu)條件區(qū)域.

為了準(zhǔn)確、高效、快捷地確定卷煙材料主要因素對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響規(guī)律，本文擬基于線性回歸和響應(yīng)面分析方法，探討成形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)諸因素的多元組合對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率、煙氣化學(xué)成分的影響，旨在為卷煙材料的合理搭配和科學(xué)使用提供參考.

1材料與方法

1.1材料、試劑與儀器

主要材料：高透氣度成形紙，牡丹江恒豐紙業(yè)股份有限公司產(chǎn);接裝紙，浙江本科特水松紙有限公司產(chǎn);醋纖濾棒（長(zhǎng)度120mm，圓周24.3mm，壓降2800Pa），江蘇南通煙濾嘴有限責(zé)任公司產(chǎn);橫紋卷煙紙（透氣度50CU，克重29g/m2），浙江民豐特種紙股份有限公司產(chǎn);“黃金葉”某規(guī)格配方煙絲，河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司產(chǎn).

主要試劑：異丙醇、正十七碳烷，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn).

主要儀器：SM450型直線吸煙機(jī)，英國(guó)Cerulean公司產(chǎn);GC6890-MS5973N型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國(guó)Agilent公司產(chǎn);LA-230S型電子天平，感量0.0001g，北京賽多利斯儀器有限公司產(chǎn);LP-11型恒溫恒濕箱，德國(guó)Binder公司產(chǎn);QTMOPC835ULe型綜合測(cè)試臺(tái)，英國(guó)Cerulean公司產(chǎn).

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在前期實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取成形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)3個(gè)因素，初步研究其對(duì)于卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響.

1）成形紙透氣度對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響：固定接裝紙透氣度為150CU，打孔排數(shù)為2排，設(shè)計(jì)成形紙透氣度分別為3300CU，3700CU，6000CU，6500CU，8000CU，10000CU，測(cè)定濾嘴通風(fēng)率.

2）接裝紙透氣度對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響：固定成形紙透氣度為6500CU，打孔排數(shù)為2排，設(shè)計(jì)接裝紙透氣度分別為150CU，250CU，350CU，測(cè)定濾嘴通風(fēng)率.

3）打孔排數(shù)對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響：固定成形紙透氣度為6500CU，接裝紙透氣度為150CU，設(shè)計(jì)打孔排數(shù)分別為1排、2排、3排，測(cè)定濾嘴通風(fēng)率.

1.2.2裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步研究成形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)3個(gè)因素對(duì)于卷煙濾嘴通風(fēng)率、總通風(fēng)率和主流煙氣化學(xué)成分的影響，進(jìn)行裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì).在卷煙煙絲配方、卷煙紙、濾棒不變的前提下，分別以成形紙透氣度（A）、接裝紙透氣度（B）和打孔排數(shù)（C）為主區(qū)因素、裂區(qū)因素和小裂區(qū)因素，進(jìn)行裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，因素水平設(shè)計(jì)如表1所示.由表1可知，共可得54個(gè)卷煙樣品，其對(duì)應(yīng)的樣品編號(hào)分別為A1B1C1，A1B1C2，A1B1C3，…，A6B3C3.

1.3測(cè)定方法

按照《卷煙和濾棒物理性能的測(cè)定第15部分：卷煙通風(fēng)的測(cè)定定義和測(cè)量原理》（GB/T22838.15—2009）[8]測(cè)定卷煙濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率.

將待測(cè)卷煙樣品在平衡條件下放置48h，按照下列標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定卷煙樣品煙氣中的煙堿、焦油、CO含量.

按《卷煙總粒相物中煙堿的測(cè)定氣相色譜法》（GB/T23355—2009）[9]測(cè)定煙堿含量;

按《卷煙用常規(guī)分析用吸煙機(jī)測(cè)定總粒相物和焦油》（GB/T19609—2004）[10]測(cè)定焦油含量;

按《卷煙煙氣氣相中一氧化碳的測(cè)定非散射紅外法》（GB/T23356—2009）[11]測(cè)定CO含量.

1.4數(shù)據(jù)處理

使用SPSS11.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析.采用F檢驗(yàn)分析各因素對(duì)通風(fēng)率影響的顯著性，F(xiàn)>F0.05表示差異顯著，F(xiàn)>F0.01表示差異極顯著，F(xiàn)值越大影響越顯著;采用DesignExpert8.0.6軟件進(jìn)行響應(yīng)面分析，研究各因素對(duì)煙氣化學(xué)指標(biāo)的影響.

2結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

成形紙透氣度對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響如圖1所示.由圖1可知，濾嘴通風(fēng)率隨著成形紙透氣度的增加呈現(xiàn)先持續(xù)上升后逐漸平緩的趨勢(shì).當(dāng)成形紙透氣度為8000CU時(shí)，濾嘴通風(fēng)率達(dá)到頂峰;成形紙透氣度繼續(xù)增加，濾嘴通風(fēng)率不再增加.

接裝紙透氣度對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響如圖2所示.由圖2可知，接裝紙透氣度與濾嘴通風(fēng)率之間存在線性正相關(guān)關(guān)系，濾嘴通風(fēng)率隨接裝紙透氣度的增加而上升，通過回歸擬合二者的關(guān)系，可用一元線性方程式y(tǒng)=2.895x+15.677（R2=0.999）來表示.

打孔排數(shù)對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響如圖3所示.由圖3可知，打孔排數(shù)與卷煙濾嘴通風(fēng)率呈線性正相關(guān)關(guān)系，濾嘴通風(fēng)率隨著打孔排數(shù)的增加而上升，通過回歸擬合二者的關(guān)系，可用一元線性方程式y(tǒng)=5.44x+10.557（R2=0.997）來表示.

2.2裂區(qū)試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1不同裂區(qū)因素對(duì)卷煙通風(fēng)率的影響

將54個(gè)卷煙樣品的濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，發(fā)現(xiàn)

當(dāng)成形紙透氣度為8000CU，接裝紙透氣度為350CU，打孔排數(shù)為3排時(shí)，卷煙濾嘴通風(fēng)率最大;當(dāng)成形紙透氣度為3300CU，接裝紙透氣度為350CU，打孔排數(shù)為1排時(shí)，卷煙濾嘴通風(fēng)率最小.

在不同主區(qū)，對(duì)于要考察的裂區(qū)因素來說，所呈現(xiàn)的變化趨勢(shì)一致.裂區(qū)試驗(yàn)中，接裝紙透氣度、成形紙透氣度和打孔排數(shù)對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率的影響結(jié)果分別見表2—表4，其中分別固定小裂區(qū)因素參數(shù)進(jìn)行說明.

表2中主區(qū)因素為成形紙透氣度，裂區(qū)因素為接裝紙透氣度，所有卷煙樣品的小裂區(qū)因素打孔排數(shù)為2排.由表2可知，在相同規(guī)格的成形紙透氣度條件下，接裝紙透氣度對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率有顯著影響.以A1處理為例，卷煙濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率隨著接裝紙透氣度的增加而增加，且3個(gè)接裝紙透氣度對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率影響的差異性達(dá)到極顯著水平.

其他成形紙透氣度（A2，A3，A4，A5，A6）的處理，卷煙濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率表現(xiàn)出與A1處理相同的規(guī)律.

表3中主區(qū)因素為接裝紙透氣度，裂區(qū)因素為成形紙透氣度，所有卷煙樣品的小裂區(qū)因素打孔排數(shù)均為2排.由表3可知，在接裝紙透氣度相同的前提下，卷煙的濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率基本上隨成形紙透氣度的增加而增大.以B1處理為例，濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率在A1，A2，A3，A4，A5處理間的差異顯著，表明在接裝紙透氣度一定的前提下，成形紙透氣度在一定范圍內(nèi)顯著影響卷煙濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率.A5與A6處理間的差異不顯著，說明在成形紙透氣度超過8000CU后，成形紙透氣度對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率的影響減小，繼續(xù)增大成形紙透氣度對(duì)改善卷煙濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率無顯著作用.

在其他接裝紙透氣度（B2，B3）處理下，卷煙濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率表現(xiàn)出與B1處理相同的規(guī)律.

表4中主區(qū)因素為接裝紙透氣度，裂區(qū)因素為打孔排數(shù)，所有卷煙樣品的小裂區(qū)因素成形紙透氣度為6500CU.由表4可知，在接裝紙透氣度相同的前提下，卷煙的濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率均隨打孔排數(shù)的增加而增大.以B1處理為例，濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率表現(xiàn)為3排孔>2排孔>1排孔，打孔排數(shù)處理間的差異達(dá)到顯著水平，說明在成形紙透氣度和接裝紙透氣度確定的前提下，調(diào)節(jié)打孔排數(shù)可以控制卷煙產(chǎn)品的通風(fēng)率.在其他接裝紙透氣度（B2，B3）處理下，卷煙濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率表現(xiàn)出與B1處理相同的規(guī)律.

2.2.2裂區(qū)各因素交互作用對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響

除了單因素的影響，還需要考慮接裝紙透氣度、成形紙透氣度和打孔排數(shù)之間的交互作用對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響，因此，對(duì)于裂區(qū)試驗(yàn)中的54個(gè)卷煙樣品的濾嘴通風(fēng)率進(jìn)行多因素方差分析，各因素交互作用對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率影響的結(jié)果見表5.由表5可知，AB，AC，BC，ABC差異性達(dá)到極顯著水平，說明接裝紙透氣度、成形紙透氣度和打孔排數(shù)中的兩因素和三因素交互作用對(duì)濾嘴通風(fēng)率影響極顯著.卷煙設(shè)計(jì)人員可以通過調(diào)節(jié)接裝紙透氣度、成形紙透氣度和打孔排數(shù)中某個(gè)因素或多個(gè)因素改變?yōu)V嘴通風(fēng)率.

2.3接裝紙透氣度、成形紙透氣度和打孔排數(shù)對(duì)卷煙煙氣化學(xué)指標(biāo)的影響

卷煙煙氣化學(xué)指標(biāo)直接受濾嘴通風(fēng)率影響.接裝紙透氣度、成形紙透氣度和打孔排數(shù)都是顯著影響濾嘴通風(fēng)率的因素，因此，可進(jìn)一步考察這3個(gè)因素對(duì)卷煙煙氣煙堿、焦油、CO等化學(xué)指標(biāo)的影響.

2.3.1接裝紙透氣度、成形紙透氣度和打孔排數(shù)對(duì)煙堿含量的影響

卷煙樣品煙氣中煙堿含量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果如圖4所示.由圖4a）可知，在各設(shè)計(jì)組合中，A1B1C1組合處理中的煙堿含量最高，達(dá)到0.66mg/支，且與其他處理間的差異顯著;在A5B3C2組合處理中，煙堿含量最低，為0.46mg/支，較A1B1C1組合降低了0.20mg/支.對(duì)數(shù)據(jù)作響應(yīng)面圖處理，由圖4b），c），d）可以看出，煙堿含量隨著成形紙透氣度、接裝紙透氣度的降低而增加，呈反向變化.這可能是因?yàn)橥笟舛冉档?，?dǎo)致濾嘴通風(fēng)率降低，卷煙在抽吸時(shí)的通風(fēng)稀釋作用減弱，外界進(jìn)入的空氣減少，進(jìn)入口腔的煙氣濃度相對(duì)增加，煙堿含量增加[12-13].等高線呈橢圓形，說明成形紙透氣度和接裝紙透氣度交互作用對(duì)煙氣煙堿含量的影響顯著.參照文獻(xiàn)[14-16]中的分析方法對(duì)本文中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從響應(yīng)面傾斜度可以看出，煙堿含量對(duì)成形紙透氣度的導(dǎo)數(shù)絕對(duì)值明顯大于煙堿含量對(duì)接裝紙透氣度的導(dǎo)數(shù)絕對(duì)值，說明成形紙透氣度對(duì)煙氣煙堿含量的影響趨勢(shì)大于接裝紙透氣度.從1排孔到3排孔，成形紙透氣度和接裝紙透氣度的交互作用對(duì)煙堿含量影響的顯著性逐漸減弱.

2.3.2接裝紙透氣度、成形紙透氣度和打孔排數(shù)對(duì)焦油含量的影響

卷煙樣品煙氣中焦油含量試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果如圖5所示.由圖5a）可知，各設(shè)計(jì)組合中，A1B1C1組合處理中的焦油含量最高，達(dá)到9.49mg/支，而在A5B3C2組合處理中，焦油含量最低，為3.46mg/支，較A1B1C1組合降低了6.03mg/支.從響應(yīng)面分析結(jié)果圖5b），c），d）可以看出，卷煙煙氣的焦油含量對(duì)成形紙透氣度、接裝紙透氣度的偏導(dǎo)幾乎為定值，且隨著排氣孔的增多，其數(shù)值變化不大，說明接裝紙透氣度、成形紙透氣度對(duì)卷煙煙氣的焦油含量存在穩(wěn)定的顯著性影響，且焦油含量分別隨著成形紙透氣度、接裝紙透氣度、打孔排數(shù)的降低而增加.從等高線來看，多因素交互作用影響不顯著.

2.3.3接裝紙透氣度、成形紙透氣度和打孔排數(shù)對(duì)CO含量的影響

卷煙樣品煙氣中CO含量試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果如圖6所示.由圖6a）可知，各設(shè)計(jì)組合中，A1B1C1組合處理中的CO含量最高，為11.48mg/支;A3B3C3組合處理中的CO含量最低，為7.76mg/支，較A1B1C1組合降低了3.72mg/支;A5B2C3處理中的CO含量為7.78mg/支，與A3B3C3差異不明顯.從響應(yīng)面分析圖（圖6b），c），d））可以看出，接裝紙透氣度、成形紙透氣和打孔排數(shù)對(duì)卷煙煙氣CO含量影響顯著，隨著成形紙透氣度、接裝紙透氣度、打孔排數(shù)的降低，CO含量增加.從等高線來看，多因素交互作用影響不顯著.

裂區(qū)試驗(yàn)中，3個(gè)因素對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響與單因素試驗(yàn)基本一致;卷煙濾嘴通風(fēng)率隨著接裝紙透氣度或打孔排數(shù)的增加而增加;在3300～8000CU范圍內(nèi)，成形紙透氣度對(duì)卷煙通風(fēng)率影響顯著，超過8000CU后，成形紙透氣度對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響減小.卷煙濾嘴通風(fēng)率是卷煙總通風(fēng)率的重要組成部分，因此3個(gè)因素對(duì)卷煙總通風(fēng)率的影響與對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響基本一致.

成形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)三因素交互作用明顯，可協(xié)同調(diào)節(jié)卷煙濾嘴通風(fēng)率.當(dāng)成形紙透氣度為8000CU，接裝紙透氣度為350CU，打孔排數(shù)為3排時(shí)，卷煙濾嘴通風(fēng)率最大.隨著成形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)增加，卷煙主流煙氣中煙堿、焦油和CO含量降低.在其他條件不變的情況下，通風(fēng)率越大，卷煙煙氣中煙堿、焦油和CO含量越低.但通風(fēng)率過大，煙氣香味損失也更嚴(yán)重.結(jié)合實(shí)際需求，選取成形紙透氣度8000CU，接裝紙透氣度250CU，打孔排數(shù)3排，既能降低卷煙煙氣中煙堿、焦油和CO含量，又能減少煙氣香味損失.

3結(jié)論

本文采用單因素試驗(yàn)初步考察了成形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)3個(gè)因素對(duì)卷煙濾嘴

通風(fēng)率的影響;采用裂區(qū)試驗(yàn)，將3個(gè)因素排列組合后制備卷煙樣品，測(cè)定其卷煙濾嘴通風(fēng)率、總通風(fēng)率和主流煙氣化學(xué)成分，進(jìn)而分析了不同裂區(qū)因素及其交互作用對(duì)卷煙

濾嘴通風(fēng)率和主流煙氣化學(xué)成分的影響.結(jié)果表明：?jiǎn)我蛩卦囼?yàn)和裂區(qū)試驗(yàn)中，卷煙濾嘴通風(fēng)率隨著接裝紙透氣度或打孔排數(shù)的增加而增大;在3300～8000CU范圍內(nèi)，成形紙透氣度對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率影響顯著，超過8000CU后，成形紙透氣度對(duì)卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響減小;成形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)三因素交互作用明顯，可協(xié)同調(diào)節(jié)卷煙濾嘴通風(fēng)率;隨著成

形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)增加，卷煙主流煙氣中煙堿、焦油和CO含量降低.在實(shí)際生產(chǎn)中，可選取成形紙透氣度8000CU，接裝紙透氣度250CU，打孔排數(shù)3排，既能降低卷煙煙氣中煙堿、焦油和CO含量，又能減少煙氣香味損失.在后續(xù)工作中，將從材料參數(shù)對(duì)煙氣成分的影響、材料參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面開展研究.

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