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1、第三章 卷烟辅料设计,内容提要卷烟纸的研究和应用 卷烟过滤嘴的研究与应用,卷烟纸除决定了烟支的外观质量外，对烟支的阴燃性、燃烧速度、卷烟的吸味以及烟气的化学成分都有着十分重要的影响。,第一节 卷烟纸的研究和应用,一、卷烟纸透气度,定义：卷烟纸的透气度是指在一定的压力差下空气通过卷烟纸的能力。按照不同的透气度分为高透气度卷烟纸（50cu)，中透气度卷烟纸（3O 50cu）和低透气度卷烟纸（30cu）。高透气度卷烟纸对于改善卷烟的燃烧性、降低卷烟焦油量作用明显，是低焦油卷烟的首选卷烟纸。,卷烟纸透气度的测定：国际上通用CORESTA（国际烟草科研合作中心）标准方法，即在1000Pa 的压力差之下，
2、空气每分钟透过1cm2 卷烟纸的流量(ml)，用“CORESIA 单位”表示，简称“cu”。影响卷烟纸透气度的因素主要有：自然空隙率和盘纸打孔。,1、卷烟纸的自然孔隙率,在卷烟纸的制造过程中，其纤维结构自然形成了众多微孔，这一物理特征称为“自然空隙率”。它与透气度呈正相关关系。由此产生的卷烟纸透度又叫做自然透气度。,由于卷烟纸的疏松性在卷烟抽吸时引入了更多的氧气，对于卷烟纸的燃烧有帮助，因此提高自然透气度，可以改善卷烟纸燃烧性，进而影响烟气的化学成分和烟气质量。当自然透气度升高时，在卷烟的燃吸过程中，提高卷烟的静燃速度，卷烟的抽吸口数则减少，所以当卷烟纸自然透气度增加时，烟气中各种化学成分会显
3、著减少。,卷烟纸自然透气度对烟气的影响,但是烟支静燃速度的影响因素十分复杂，当卷烟低透气度达到80cu 以上时，烟支的静燃速度趋于稳定，抽吸次数与焦油释出量的变化不大。,2、卷烟纸打孔后透气度,利用静电、激光、机械等方式在卷烟纸上人工打微孔，由此所产生透气度又叫做打孔后透气度。打孔后的透气度的高低与打孔的方法，孔径的大小及孔距等因素有关。利用人,打孔的方法提高卷烟纸的透气度时，不会影响卷烟纸原有的燃烧性，因此也不会影响卷烟纸原有的静燃速度。打孔后的透气度增加时，由于烟气稀释作用和扩散作用增强，抽吸口数略有增加，抽吸口数的增加将部分抵消由稀释和扩散所引起的烟气成分减少。,两种透气度的比较,将卷烟
4、纸自然透气度为12cu 的卷烟产生的烟气成份作为基数，保持其它条件不变，分别提高卷烟纸的自然透气度和打孔后透气度，从所对应各种烟气化学成分减少量可以看出：1、相对于自然透气度，打孔后的透气度提高对于焦油和烟碱的减少能力降低了，而减少CO 及其它气相成分（如乙醛、丙烯醛等）的能力则升高了。,2、在透气度相同时，打孔后的透气度对烟碱等半挥发性成分的降低率明显偏低，这与烟丝的热解条件有关。3、由于打孔卷烟纸具有更强的稀释作用和扩散作用，打孔后的透气度能更有效的减少CO 及乙醛、甲醛等相对分子质量气相成分含量。,虽然采用高透气度的卷烟纸能比较明显的降低烟气成分的含量，有利于提高卷烟的安全性，但是过高的
5、透气度也会导致一些不利因素：如烟气稀释率的不稳定性和烟气吸味的不稳定性。由于稀释的作用，每次抽吸时消耗的烟丝量减少了，每次抽吸时消耗烟丝量的多少，与烟气吸味密切相关。,稀释率的波动将导致卷烟烟气在整个抽吸过程中发生波动，烟味产生由浓到淡的变化。当卷烟纸透气度过高时，这种现象将十分明显，引起消费者的不满。因此，既要高度重视卷烟纸透气度对改进烟气成分的作用，也不能忽视它对卷烟感官质量的影响。,卷烟纸透气度的不同，对卷烟感官质量的影响明显不同。随着卷烟纸透气度的增加，卷烟的香气量和烟气浓度总体上呈下降趋势，当卷烟纸透气度达到一定程度后，在一定范围内（80 1OOCU)，变化的程度不再明显。但是刺激性
6、开始增大，同时使烟气的细腻程度、干净程度以及,杂气、干燥感等感官质量指标有所下降。另外卷烟纸透气度过大，在抽吸的过程中会引起烟支部分的稀释率大幅度的变化，而导致卷烟前后抽吸较大的吸味差异。因此在降焦的过程中，卷烟纸的透气度要合理的选择，以不超过80CU为宜。,二、卷烟纸燃烧性,卷烟经点燃后，必须持续阴燃，不应出现熄火现象。卷烟纸的阴燃性能是指一定宽度的卷烟纸经引燃后在助燃筒中阴燃所达到的长度，以mm 表示。它与卷烟的燃烧性能直接相关。燃烧性好的卷烟纸不仅可以提高卷烟的持火能力，还,可以加快卷烟的静燃速度，减少抽吸口数。如果卷烟纸燃烧速度过慢，阴燃能力差，则直接影响卷烟燃烧锥体阴燃过程中的氧气供
7、应量，导致卷烟熄火。卷烟纸燃烧速度过快，又会导致烟丝燃烧锥体脱落。因此要求卷烟纸的阴燃速度与卷烟燃烧速度相适应十分重要。,三、卷烟纸的选择,卷烟纸能够有助于减少焦油释放量，主要有两个方面的因素影响：,一是对烟支燃烧速率的控制，使其达到一定的抽吸口数。,二是对烟支稀释度的增减，使烟气浓度得以稀释。,1、卷烟纸燃烧速度的控制 当卷烟纸卷制成烟支以后，它的燃烧速率主要取决于此卷烟纸透气度值的大小。在一定范围内，随着卷烟纸透气度的增加，烟支的抽吸口数逐渐减少，同时焦油量的减少值也在下降。但当卷烟纸的透气度大于100CU 时，焦油的减少量变得相当微弱，所以在选择卷烟纸透气度时，必须要考虑这个问题。,2、
8、卷烟纸稀释度的控制,当烟支的稀释度增加时，烟支的焦油释放量减少，但是烟支的抽吸口数随之增加，这对减少烟支抽吸口数带来了矛盾，解决好这个问题的根本途径是如何控制好卷烟稀释度的问题。因此，烟支必须在设计口数的条件下来稀释烟气。,第二节 卷烟过滤嘴的研究与应用,卷烟过滤嘴是卷烟产品一个重要的组成部分。能够部分的滤去烟气中的某些组份如焦油、烟碱等，在改变烟气化学成分的同时对烟气质量也会带来影响。,一、卷烟滤棒的类型,1、纸质滤嘴,纯纸质滤棒是用疏松而内部细密相互交错的纤维结构纸轧成皱纹后卷成圆柱形的滤棒。它截流烟气焦油的效率高达45 以上（湿焦油）。比醋酸纤维高7%10%。但是纸质滤棒截流酚类物质的效
9、率比醋酸纤维滤棒要低20%左右。但因其物理特性较差，使用很少。,2、醋酸纤维滤棒,醋酸纤维滤棒是用醋酸纤维丝束经胶粘剂粘结而成网状结构的均匀棒体。横截面成网状，多为“X”、“Y”或“I”形，表面积和自由空间大，因此当烟气进入滤棒，由于运动减速而沉积凝结或与醋酸纤维发生化学反应而被截留去除。能有效的减少烟气中的焦油量和烟碱量，又无损于吸烟者的生理要求。,3、聚丙烯纤维滤棒,这种滤嘴卷烟在同样的压降下，其过滤效率大约是醋酸纤维滤嘴卷烟的80%85%。,4、复合滤棒,复合嘴棒一般含有二种以上的滤材，有不同的规格和不同的结构。一般有二元复合式和三元复合式。具有较高的吸附能力。能有效的吸附烟气中焦油和烟
10、碱，能保持与醋酸纤维滤棒相似的外观和烟味。,5、通风滤棒,通风滤棒是让空气通过滤嘴边缘并稀释烟气的滤嘴头外包和接装纸。通风滤嘴的原理是通过控制烟气的形成和传递来影响整个物理过程和烟气化学。通风滤嘴可以大幅度降低烟气中的一氧化碳、氧化氮、焦油和烟碱含量。应用较多的打孔方式有在线打孔和预打孔。,6、特型滤棒,特型滤棒是指具有特殊用途的滤棒。多为添加不同化学物质产生不同作用的滤棒。,二、卷烟滤嘴的过滤机理,卷烟烟气分为粒相物和气相物两大类。对于不同的烟气组份，滤嘴的过滤作用不同。,典型的醋酸纤维滤嘴中的纤维排列与烟气流向同轴。纤维的直径为17 um18um，大约是烟气微粒平均直径的100 倍。滤嘴捕
11、集这些微粒之前，气流在纤维的交织处作横向不规则运动，此时微粒彼此之间频繁碰撞，之后又积聚成较大的微粒。,1、过滤烟气的微粒物,烟气中微粒物被过滤的的物理作有：直接拦截；惯性冲击；扩散沉积。直接拦截是指烟气流通过纤维丝表面时，部分粒子由于与纤维表面接触而被粘附在纤维表面上。粒子直径越大，被截留下来的几率就越高。惯性冲击是指烟气流在运动过程中，遇到纤维丝的拦阻，会改变其原来的运动方式而,绕道前进，这时烟气中较大的粒子由于惯性较大，就会脱离气流继续前进而被前面的纤维截留。烟气粒子直径越大，气流速度越高时，惯性冲击的作用越显著。扩散沉积是指烟气在流动过程中，由于粒子间相互碰撞而改变其原有的运动方向，与
12、纤维接触时即被截留。气流速度低时，扩散沉积作用大。,这三种作用都与滤嘴纤维的表面积和滤嘴的抽吸阻力大小有直接的关系。纤维表面积越大，抽吸阻力也越大，滤嘴的过滤效率也越高。但抽吸阻力有一定的限度，如果接上滤嘴后，整个烟支的吸阻超过1500pa，消费者就不易接受。,2、过滤烟气的气相物,去除气相物质与过滤粒向物是两种完全不同的方式。气相物质的去除主要有三种方式来完成。吸附、吸收、化学反应。吸附是指以物理吸附的方式将气相成分吸附在吸附剂的表面上。吸附作用的大小与吸附剂和被吸附物的性质有关。,吸收是指气相成分向滤材内部渗透或被溶解在滤材表面，吸收作用的强弱同各种成分与滤材之间的亲和力有关。化学反应是指
13、烟气中的某些成分与加入滤嘴的物质起化学反应而截留，如在滤嘴中加入聚乙烯胺，可通过化学反应明显提高对乙醛的过滤效率。,3、选择性过滤,在卷烟产生的烟气中，已经确认对人体有害的成分只是很少的一部分。目前利用滤材的过滤作用，基本上是使烟气成分不作区别地全面减少，烟气焦油中存在着许多致香物质，这些物质将随着焦油的过滤而减少，减弱了卷烟的产品特征。,因此，如能对有害成分实现有效的去除，而不影响香味，即进行选择性过滤才是最理想的。选择性过滤主要是根据烟气中各种组份物理的化学性质的不同，通过吸附，吸收和化学反应，有目的的提高某些成分的过滤效率。但是事实上，烟气成份的物理化学性质极其复,杂，过滤过程中能发生作
14、用的时间极短，要实现理想的选择性去除是很困难的。目前，除了醋酸纤维及其中的增塑剂三醋酸甘油酯对简单的酚类有选择性的吸附吸收外，对烟气中的稠环芳烃等致癌物质仍无切实可行的去除方法。因此研究和开发高效而又有选择性的去除有害成分的过滤材料是烟草业的重要课题。,卷烟接装滤棒后，烟气的组成不仅在量上有所减少，而且质也发生了变化，这是由于滤棒对烟气各组分的截滤率不完全相同所造成的。烟气组成的改变无疑将导致卷烟吸食品质的变化，这种变化因滤材种类、滤棒长短的不同而有所差异。这种差异有显著的，也有较小的。,4、不同滤棒的截滤性能对卷烟吸食品质的影响,三、滤棒的选择,1、在一般情况下，滤棒的选择考虑使用醋酸纤维滤棒就可以了。但如需柔和卷烟吸味，使用活性炭滤棒更合适。在要求高过滤效率时，纸质滤棒可显示出优越性。需要降低成本时也可以考虑使用聚丙烯纤维滤棒。,2、采用通风滤嘴时基本上与采用非通风滤嘴情况相同，只是需要预先考虑由滤嘴过滤效率所得焦油量减少比例和通风得到的焦油量减少比例。一般情况下，大多数是减少滤嘴的过滤效率的变化幅度，由滤嘴的通风率来调节焦油量。,
