阻燃新型接裝紙的研究與應(yīng)用

王 欣 劉玲紅 邱詩波 李曉敏 李 媛 劉 藝 田 強(qiáng)

(湖北淡雅香生物科技股份有限公司 湖北 武漢 430030)

0 引言

傳統(tǒng)接裝紙僅用來包裹過濾嘴，炭加熱不燃燒型卷煙紙張需要連接整個(gè)煙支，由于該復(fù)合紙張工藝復(fù)雜，材料多樣，需要同時(shí)兼顧卷煙紙的卷接、燃燒等功能和接裝紙的連接功能，采用不適宜的紙張進(jìn)行打樣容易出現(xiàn)復(fù)合不牢固，收卷不齊等問題，多段式復(fù)合紙張相對(duì)于其他的卷煙紙而言，其要求定位的精度高，對(duì)材料的要求高，紙張材料既要求阻燃又要求傳熱，既要滿足高透氣度，以降低焦油含量并減少對(duì)人體有害的物質(zhì)，又要滿足高速卷煙機(jī)對(duì)紙張高強(qiáng)度的要求。

由于使用多種不同的材料進(jìn)行復(fù)合在實(shí)際生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)克重不穩(wěn)定，定位不準(zhǔn)確等問題，在影響材料質(zhì)量的同時(shí)，也會(huì)造成消耗增加，材料成本的上升，為使得現(xiàn)有材料及工藝滿足需求，對(duì)不同種類不同規(guī)格的材料以不同工藝進(jìn)行打樣，此外，還要求能提高卷煙材料的不透明度、白度和抗張強(qiáng)度等性能指標(biāo)，為解決阻燃新型接裝紙?jiān)谀蜏貙?dǎo)熱過程后產(chǎn)生的不良視覺效果，同時(shí)提高新型接裝紙生產(chǎn)適應(yīng)性，深入分析研究適用于阻燃新型接裝紙生產(chǎn)的耐溫性阻燃材料的成分與特性，避免煙支在燃燒過程中出現(xiàn)大面積變黑、紙張?zhí)炕瘒?yán)重、上機(jī)適應(yīng)性差、紙張卷接不牢、復(fù)合產(chǎn)生縫隙等問題，紙張材料的選擇至關(guān)重要。

1 材料及工藝研究

1.1 阻燃紙成分研究

磷系阻燃劑主要作用在于減少熱降解反應(yīng)增加殘?zhí)康男纬?，通過減少氣相與固相之間物質(zhì)與熱量的傳導(dǎo)，以達(dá)到阻燃的效果[1]。如表1所示，為了提升產(chǎn)品的阻燃效果，減小炭化的長(zhǎng)度，阻燃紙A中添加了含量為0.5%的阻燃劑磷鋁溶膠凝膠。

表1 原紙成分分析

圖3 差示掃描量熱曲線對(duì)比圖 圖4 熱重曲線對(duì)比圖

為了探索阻燃紙樣張材料與空白樣品之間的差異，對(duì)阻燃紙A和空白樣品進(jìn)行了各種表征分析，探索其熱穩(wěn)定性及晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

圖1為阻燃紙樣品和空白樣品的紅外光譜圖，與空白樣張相比，阻燃紙的峰型沒有發(fā)生太大的變化，說明其纖維結(jié)構(gòu)較為完整。

圖2為兩種紙張的X射線能譜圖，從圖中可以看出，經(jīng)過了高溫作用之后，相比于空白紙張的晶型被破壞嚴(yán)重、晶型發(fā)生明顯變化，阻燃紙的結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生太大的變化，其晶型保存比較完好，證明阻燃劑的加入能夠進(jìn)一步提升其阻燃性。

圖3和圖4分別是空白紙樣和阻燃紙的熱重和差示掃描量熱曲線，與空白樣品相比，阻燃樣品失重率僅為17%，材料具有較好的熱穩(wěn)定性。

1.3 紙張物理性能研究

表2 紙張物理指標(biāo)分析

不同紙張的物理性能對(duì)比如表2所示，阻燃紙A氧指數(shù)相對(duì)最高，其燃燒所需要的氧氣更多，更難以燃燒，且材料經(jīng)過點(diǎn)燃后，其炭化長(zhǎng)度最短，阻燃紙A燃燒殘余的灰分含量最高，證明阻燃紙A的阻燃效果明顯優(yōu)于紙張B和紙張C，阻燃劑的加入促進(jìn)脫水反應(yīng)，同時(shí)促進(jìn)焦炭的形成[2]。同時(shí)考察了不同種類紙張的耐破度、抗張強(qiáng)度、撕指數(shù)和白度[3]，燃燒前阻燃紙A的白度最高，同時(shí)其燃燒后白度變化量最小，僅為0.41%，由于灰分填料會(huì)使得纖維與纖維之間隔開，降低了紙張的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度，同時(shí)其抗張強(qiáng)度也相對(duì)減小。

1.4 生產(chǎn)工藝研究

(1)烘箱溫度對(duì)質(zhì)量穩(wěn)定性的影響

如表3所示，為不同烘箱溫度對(duì)質(zhì)量穩(wěn)定性的影響，在保證復(fù)合施膠輥硬度70度、網(wǎng)紋輥壓力0.3MPa的情況下，分別選取4組參數(shù)來驗(yàn)證不同烘箱溫度對(duì)質(zhì)量穩(wěn)定性的影響。由表3可知，由于該產(chǎn)品生產(chǎn)過程中包含兩次復(fù)合，因此探究了兩次復(fù)合過程的溫度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的變化。第一階段的內(nèi)襯原紙和鋁箔的復(fù)合，復(fù)合機(jī)溫度的變化對(duì)半成品質(zhì)量的影響較小，復(fù)合效果均良好，在第二階段阻燃紙印刷半成品與鋁箔卷紙(兩側(cè))與原紙(中部紙)進(jìn)行第二次復(fù)合，由于溫度過低，兩側(cè)復(fù)合會(huì)有輕微粘接不牢的情況，而如果溫度過高，則會(huì)出現(xiàn)中間起皺、收卷變形的情況，且溫度過高導(dǎo)致了阻燃紙紙張抗張強(qiáng)度增大，硬度變大，彎曲難度增加，復(fù)合不牢，產(chǎn)生縫隙。溫度對(duì)產(chǎn)品的水分影響不大。因此，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，兩次的復(fù)合溫度分別確定為室溫，35℃，35℃，第二次復(fù)合的三個(gè)溫度為45℃，50℃，45℃時(shí)，產(chǎn)品效果較優(yōu)。

表3 不同烘箱溫度對(duì)質(zhì)量穩(wěn)定性的影響

(2)復(fù)合車速對(duì)質(zhì)量穩(wěn)定性的影響

如表4所示，為探索復(fù)合車速對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的影響，在保證復(fù)合設(shè)備烘箱溫度相同的前提下，分別選取3組參數(shù)來驗(yàn)證不同車速對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的影響。由表4可知，當(dāng)溫度固定不變時(shí)，在車速為90m/min時(shí)，半成品復(fù)合牢度，復(fù)合效果較優(yōu)。

表4 不同車速對(duì)質(zhì)量穩(wěn)定性的影響

(3)紙張張力對(duì)質(zhì)量穩(wěn)定性的影響

如表5所示，探索紙張張力對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響，在保證車速為90m/min的條件下，三個(gè)區(qū)域紙張張力分別為29、26、19N/m時(shí)，產(chǎn)品的橫向偏差最小，僅為±0.1mm。

表5 不同紙張張力對(duì)質(zhì)量穩(wěn)定性的影響

(4)工藝研究

如表6所示，參考常規(guī)內(nèi)襯紙生產(chǎn)工藝，調(diào)整多段式復(fù)合紙張材料及復(fù)合、分切、壓紋、復(fù)卷等工序進(jìn)行新型阻燃接裝紙的生產(chǎn)工藝研究，探究其對(duì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、上機(jī)適應(yīng)性的影響，調(diào)整原紙紙張及制樣工藝，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確定了紙張材料為阻燃紙A，制樣工藝為印刷-復(fù)合-分切-復(fù)合-分切時(shí)，能夠提升紙張的阻燃性能及定位效果，改善發(fā)黑問題。

表6 制樣工藝研究

2 結(jié)論

本文通過紅外測(cè)試、X射線能譜分析、Tg及DSC測(cè)試分析，探索阻燃紙耐溫性能及阻燃性能，通過測(cè)定紙張的抗張強(qiáng)度、氧指數(shù)、白度、白度比、炭化長(zhǎng)度等參數(shù)，提升多段式復(fù)合紙張的阻燃效果，減小煙支炭化發(fā)黑的長(zhǎng)度和面積；將所選材料應(yīng)用于產(chǎn)品制樣，通過打樣分析，確定多段式復(fù)合紙張的材料、規(guī)格及工藝，通過對(duì)上機(jī)打樣生產(chǎn)過程中的單因素分析，確定最佳的上機(jī)工藝參數(shù)，減小紙張之間的縫隙，提升復(fù)合效果。