CN103584272A - 一种双元微粒助留助滤体系在再造烟叶中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及再造烟叶制备领域，特别是涉及一种双元微粒助留助滤体系。本发明提供一种双元微粒助留助滤体系，所述双元微粒助留助滤体系包括：阳离子助留剂和阴离子助留剂，所述阳离子助留剂选自阳离子聚丙烯酰胺、壳聚糖和瓜尔胶中的一种，所述阴离子助留剂为膨润土。经过对双元微粒助留助滤体系研究结果表明，聚丙烯酰胺/膨润土组成的双元微粒助留助滤体系对烟草基片柔软性能、液体吸收性能的负面影响较小。

Description

一种双元微粒助留助滤体系在再造烟叶中的应用

技术领域

本发明涉及再造烟叶制备领域，特别是涉及一种双元微粒助留助滤体系。具体地讲，是涉及一种由聚丙烯酰胺/膨润土组成的双元助留助滤体系，能够大幅度提高再造烟叶助留助滤效果和得率，改善烟浆的滤水性能，并降低能耗。

背景技术

造纸法再造烟叶(Paper-process reconstituted tobacco)又称为烟草薄片，是采用现代提取分离工艺与改良后的造纸技术，将烟草副产品及废弃料加工而成的一种“人造烟叶”，也称造纸法再造烟叶，主要是以烟梗、碎烟及烟末等烟草加工中的废料制成的烟草浆与一定量的木浆及填料等混合经造纸机抄造成基片再经浸渍涂布而制得。

造纸法再造烟叶已成为卷烟配方尤其是低焦油卷烟配方的重要组成部分，近年来在中国正得到迅速的推广应用。一方面,再造烟叶最大限度地利用了烟草原料,对减少烟草行业的原料消耗,降低成本进而节约耕地等方面都有积极作用。据统计,烟叶在卷烟和复烤过程中,会产生大约占三分之一的烟梗、碎烟叶可作为再造烟叶的原料,目前我国每年可用于再造烟叶生产的原料可达(12～16)×10⁴t,而实际利用率仅为25%左右,若将利用率提高到80%,不仅增加卷烟厂的产值,而且每年可节约耕地数万公顷。另一方面,再造烟叶在改善和提高烟草产品质量方面有积极的意义,特别是伴随着造纸法烟草薄片技术的发展,可以生产出质量稳定、焦油含量低且填充值高的烟草薄片,薄片生产已经突破了单纯的废物利用的方式,开始在提高卷烟燃烧度,改善卷烟产品的内在质量,减少烟中的有害成分,降低烟焦油和尼古丁的含量等方面起主要作用。

综上所述，造纸法再造烟叶具有“退烟还粮”、“降焦减害”等效果，对发展中式卷烟具有重要作用，但是目前造纸法再造烟叶在我国还处于初级发展阶段，整体的技术水平还比较低，例如，再造烟叶的助留助滤效果以及得率比较低，滤水性能较差，能耗高是造纸法再造烟叶发展面临的重大问题。这些问题的存在，增加了再造烟叶的制造成本，影响了整个行业的盈利水平，限制了再造烟叶的发展速度。

本发明针对目前再造烟叶助留助滤效果以及得率比较低的问题，使用聚丙烯酰胺/膨润土组成的双元微粒助留助滤体系替代现有的瓜尔胶单一的助留助滤方法，不仅可以改善再造烟叶的助留助滤效果和得率，还可以增加再造烟叶的灰分，提高烟浆的滤水性能，并降低能耗。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供了一种双元微粒助留助滤体系，并进一步提供一种可以提高再造烟叶助留助滤的方法，用于解决现有技术中的问题。本发明针对目前再造烟叶助留助滤效果以及得率比较低的问题，使用聚丙烯酰胺/膨润土组成的双元微粒助留助滤体系替代现有的瓜尔胶单一的助留助滤方法，不仅可以改善再造烟叶的助留助滤效果和得率，还可以增加再造烟叶的灰分，提高烟浆的滤水性能，并降低能耗。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种双元微粒助留助滤体系，所述双元微粒助留助滤体系包括：阳离子助留剂和阴离子助留剂，所述阳离子助留剂选自阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）、壳聚糖（CTS）和瓜尔胶（CGG）中的一种，所述阴离子助留剂为膨润土。所述的助留助滤体系提高造纸法再造烟叶的助留助滤性能，并对造纸法再造烟叶其它物理性能的影响，如薄片的松厚度、强度、灰分、吸液性能等均有所改善。

优选的，所述阳离子为阳离子聚丙烯酰胺时，阳离子助留剂和阴离子助留剂的重量比为1：8-12。

更优选的，所述阳离子聚丙烯酰胺，350万至500万，阳离子单体含量摩尔百分比为25-35%。

优选的，所述阳离子为壳聚糖时，阳离子助留剂和阴离子助留剂的重量比为1：3-5。

更优选的，所述壳聚糖为食品级，白色透明状固体，分子量1.65-1.75×10⁵。

优选的，所述阳离子为瓜尔胶时，阳离子助留剂和阴离子助留剂的重量比为3：7-9。

更优选的，所述瓜尔胶为食品级，阳电荷密度为3.1mmol/g。

优选的，所述膨润土为白色精细粉末，白度≥80，分散粒径10um以下。

优选的，所述双元微粒助留助滤体系的添加量为0.3-0.7wt%。

本发明第二方面提供一种提高造纸法再造烟叶助留助滤效果的方法，包括如下步骤：

1）在混合好的再造烟叶用浆中加入所述双元微粒助留助滤体系，抄造成型为基片；

2）将烟草提取液施涂在步骤（1）所得的基片上，烘干即成为造纸法再造烟叶。

优选的，所述步骤（1）中，所述双元微粒助留助滤体系的添加量为0.3-0.7wt%。

所述双元微粒助留助滤体系的添加量具体指双元微粒助留助滤体系与再造烟叶用浆的重量比。

优选的，所述步骤（1）中，所述混合好的再造烟叶用浆具体指按烟浆：木浆=85wt%：15wt%的比例配合成再造烟叶用浆。

优选的，在混合好的再造烟叶用浆中加入所述双元微粒助留助滤体系时，还加入填充剂，用量为20-30wt%。

更优选的，所述填充剂为轻质碳酸钙。

所述填充剂的添加量具体指填充剂与再造烟叶用浆的重量比。

本发明第三方面提供所述双元微粒助留助滤体系在再造烟叶制备领域的用途。

现有技术中常用的助留助滤的方法是单独使用阳离子瓜尔胶的一元助留助滤体系，新发明对比研究了阳离子聚丙烯酰胺、壳聚糖和瓜尔胶的助留助滤性能，并在此基础上再增加一种阴离子微粒助留助滤剂，组成双元微粒助留助滤体系，前期加入的阳离子聚合物是通过架桥絮聚来达到助留的目的，而后期加入的微粒子是通过电化学作用与已在细小纤维和纤维表面形成的正电荷补丁发生交联。

经过对双元微粒助留助滤体系研究结果表明，聚丙烯酰胺/膨润土组成的双元微粒助留助滤体系对烟草基片柔软性能、液体吸收性能的负面影响较小。聚丙烯酰胺/膨润土微粒助留助滤体系较添加0.1%的瓜尔胶单程留着率增加28%，灰分增加5%，滤水性能增加120%，达到了较添加0.1%瓜尔胶灰分增加2%，单程留着率增加10%的目标，开发出适合于重组烟叶专用的聚丙烯酰胺/膨润土双元微粒微粒助留助滤体系。

附图说明

图1显示为本发明实施例中的具体实施步骤流程图。

图2显示为本发明助留剂用量对烟草浆料体系Zeta电位的影响。

图3显示为本发明助留剂种类用量对浆料体系滤水性的影响。

图4显示为本发明助留剂种类和用量对单程留着率的影响。

图5显示为本发明双元助留助滤体系量对烟草基片松厚的影响。

图6显示为本发明双元助留助滤体系对基片共振挺度的影响。

图7显示为本发明双元助留助滤体系对基片液体吸收性的影响。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指绝对压力。

此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以***其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以***其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明中所用术语“留着率”是指纸张中所含有的填料与加入纸料中填料之比的百分数；“滤水率”是指烟浆的滤水性能，指在一定时间内，烟浆悬浮液经过滤网后被过滤掉的水的体积，单位用毫升或升表示。留着率和滤水率的提高有利于节约成本，降低能耗。

本发明实施例中所使用的各种原料的具体信息如表1所示，仪器与设备的具体信息如表2所示：

表1

表2

具体实施方式中，各参数的检测方法如下：

1）Zeta电位的测定：将疏解好的烟草浆料悬浮液直接使用Zeta电位仪测定Zeta电位。Zeta电位可以用来分析纤维和填料的表面电荷，本实验中Zeta电位主要用来表征交替沉积过程中纤维表面聚合电解质沉积时静电驱动力的大小。

2）单程留着率的测定：烟草浆先用自来水配成0.5wt%浆浓，然后量取相当于2.5g绝干浆，500ml烟草浆料倒入DDJ后，添加助留助滤剂后，开动搅拌器在在750rpm的转速下搅拌60S后打开排水阀，取最初的100ml滤液，用已恒重的滤纸过滤，烘干称重。

单程留着率R（%）的计算：

R=(S₀－5S)/S₀×100%=(1-C/C₀)×100%

式中：S₀–500ml浆料中固形物重量，g；

      S–100ml滤液中固形物重量，g；

      C₀–浆料的浓度，%；

      C–滤液的浓度，%。

3）DFR-04动态滤水的测定：将烟草浆先用自来水配成0.3wt%浆浓，然后量取相当于3g绝干浆的1000ml烟草浆料，加入阳离子助剂后倒入DFR-04型动态滤水仪中，开动搅拌器搅拌30S后打开阀门，测定20S滤水时间内的滤液量。

4）基片灰分的测定（表征填料留着性能）：基片灰分按照国标GB/T 742-2003测定，即通过基片在575℃的温度下灼烧4h。

灰分X（%）计算公式：

X=(m₂-m₁)/m×100%

式中：m₁—残余物的含量（g）；

      m₂—灼烧后的坩埚质量（g）；

      m—绝干试样的质量（g）。

5）抗张强度的测定（Tappi T456标准）：将标准条件处理过的基片切成宽度为15mm，长度大于100mm的纸条，纸条对折后将中间部位在温度为23±0.5℃的蒸馏水中浸泡5min，其中纸条浸泡的深度为10mm左右，使用滤纸将游离水吸干后，使用Thwing-Albert公司生产的EJA Vantage型湿强度测定仪测定。

6）液体吸收性的测定：本次测定基片的吸收性采用的是表面吸收速度测定法（高兹纳克法）—GB/T461.2-1989。即将基片夹在一个与水平面呈30^O的斜面上，上面安有装有清水的滴定管，并使滴定管下端距试样表面距离为50mm。从滴定管中滴一滴自来水在试样上，同时开始计时，待液体完全被吸收时，即迎光观察液滴光泽完全消失时，停表，读取时间。读准至1S。

重组烟叶最终要在卷烟中充当一部分烟丝。因此，添加助剂时要考虑到其对重组烟叶卷烟时吸味的影响。实际卷烟证明，加入过多的阳离子助剂对卷烟吸味有负面影响。本季度研究为了在不影响卷烟吸味的前提下，利用微粒助留助滤体系来提高烟草浆料助留助滤性能。主要对阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）、壳聚糖（CTS）和瓜尔胶（CGG）与膨润土组成的微粒助留助滤体系进行了研究。

实施例1

1）实验的具体实施步骤如下：

1、到烟草浆罐和木浆罐中分别取一些烟草浆和木浆，按照实际生产工艺的要求按烟浆：木浆=85%：15%的比例配合成再造烟叶用浆，并测量浆料的Zeta电位；

2、在混合好的烟浆中加入20wt%的轻质碳酸钙（轻质碳酸钙是作为填料）和一定比例的助留助滤剂（助留助滤剂用量为0-0.8wt%），充分搅拌，测量各添加完助留助滤剂后浆料的Zeta电位、浆料的滤水性能，送抄片器上抄片，成型烘干；

3、将抄好的基片在恒温恒湿房进行平衡后测量薄片的物理参数，并测量薄片的留着率、灰分、基片的吸液性能；

实施例中，所使用到的助留助滤剂具体有：一元阳离子助留剂，包括：PAM、CGG和CTS，二元助留助滤体系，包括：PAM/膨润土（重量比1：10）、CGG/膨润土（重量比1：4）和CTS/膨润土（重量比3：8）。

上述步骤的流程图如图1所示。

2）阳离子助留剂用量对烟草浆料Zeta电位的影响如图2所示：

从图2可以看出，烟草浆料本身带负电荷，添加阳离子助留剂对烟草浆料的Zeta电位的影响较为明显，浆料的Zeta电位随着阳离子助剂用量的增加而增加，其中聚丙烯酰胺对烟草浆料Zeta电位的影响最为明显。

3）助留剂种类和用量对烟草浆料滤水性能的影响如图3所示，双元助留助滤体系对单程留着率的影响如图4所示：

从图3和图4可以看出，对于不同种类的阳离子助剂及其与膨润土组成的微粒助留助滤体系的研究表明，双元助留体系助留效果要好于单元助留剂，其中聚丙烯酰胺/膨润土组成的双元助留体系，对浆料的滤水性能和单程留着率都好于壳聚糖/膨润土、瓜尔胶/膨润土组成的双元助留体系。当聚丙烯酰胺用量为0.04%时，聚丙烯酰胺/膨润土体系较瓜尔胶/膨润土体系和壳聚糖/膨润土体系的单程留着率分别能提高12%和6%，较单独使用瓜尔胶单程留着率提高28%，因此就助留助滤效果而言，选择聚丙烯酰胺与膨润土组成双元助留助滤体系明显好于瓜尔胶和壳聚糖。

4）双元助留助滤体系对基片物理性能的影响如图5所示，双元助留助滤体系对基片共振挺度的影响如图6所示：

图5中可以看出，三种阳离子助留剂与膨润土组成的双元助留助滤体系都能明显改善基片的松厚度。其中利用阳离子聚丙烯酰胺与膨润土组成的双元体系对基片的松厚度改善最明显，因为聚丙烯酰胺/膨润土助留体系能更大幅度的提高浆料的单程留着率和填料的留着率。

图6中可以看出，三种阳离子助留剂与膨润土组成的双元助留体系，对基片的共振挺度略有影响，其中聚丙烯酰胺/膨润土助留体系的影响更为明显。

5）双元助留助滤体系对基片液体吸收性的影响如图7所示：

从图7可以看出，利用阳离子聚合物组成双元助留助滤体系对基片的液体吸收性具有负面影响。

比较了3种不同的双元微粒助留助滤体聚丙烯酰胺/膨润土，瓜尔胶/膨润土，壳聚糖/膨润土的助留效果，实验证明，使用聚丙烯酰胺/膨润土微粒助留助滤体系，助留效果好于单一的助留剂以及其它助留助滤体系。

可见，助留助滤研究结果表明，使用阳离子聚合物与膨润土组成双元助留助滤体系，其助留效果明显好于单独使用阳离子聚合物。其中利用阳离子聚丙烯酰胺与膨润土组成的双元助留助滤体系，其助留助滤效果最好。与添加0.1%的瓜尔胶相比，聚丙烯酰胺用量为0.04%，膨润土用量为0.4%时，20S内滤水量增加120%，单程留着率提高28%，基片灰分提高5%。由于聚丙烯酰胺对人体神经有毒害作用，用量在0.05%以内对人体无影响，故聚丙烯酰胺的合适添加量定为0.04%。而从图表上亦可看出，双元助留助滤体系添加量在0.3-0.7wt%时，各检测指数均有良好的表现。

实施例2

1）实验的具体实施步骤如下：

1、到烟草浆罐和木浆罐中分别取一些烟草浆和木浆，按照实际生产工艺的要求按烟浆：木浆=85%：15%的比例配合成再造烟叶用浆，并测量浆料的Zeta电位；

2、在混合好的烟浆中加入30wt%的轻质碳酸钙（轻质碳酸钙是作为填料）和一定比例的助留助滤剂（助留助滤剂用量为0.3wt%），充分搅拌，测量各添加完助留助滤剂后浆料的Zeta电位、浆料的滤水性能，送抄片器上抄片，成型烘干；

3、将抄好的基片在恒温恒湿房进行平衡后测量薄片的物理参数，并测量薄片的留着率、灰分、基片的吸液性能；

实施例中，所使用到的助留助滤剂具体为二元助留助滤体系，包括：PAM/膨润土（重量比1：8）、CGG/膨润土（重量比1：3）和CTS/膨润土（重量比3：7）。

经过助留助滤研究结果表明，使用阳离子聚合物与膨润土组成双元助留助滤体系，其助留效果达到预期，明显好于单独使用阳离子聚合物。其中利用阳离子聚丙烯酰胺与膨润土组成的双元助留助滤体系，其助留助滤效果最好。

实施例3

1）实验的具体实施步骤如下：

1、到烟草浆罐和木浆罐中分别取一些烟草浆和木浆，按照实际生产工艺的要求按烟浆：木浆=85%：15%的比例配合成再造烟叶用浆，并测量浆料的Zeta电位；

2、在混合好的烟浆中加入25t%的轻质碳酸钙（轻质碳酸钙是作为填料）和一定比例的助留助滤剂（助留助滤剂用量为0.7wt%），充分搅拌，测量各添加完助留助滤剂后浆料的Zeta电位、浆料的滤水性能，送抄片器上抄片，成型烘干；

3、将抄好的基片在恒温恒湿房进行平衡后测量薄片的物理参数，并测量薄片的留着率、灰分、基片的吸液性能；

实施例中，所使用到的助留助滤剂具体为二元助留助滤体系，包括：PAM/膨润土（重量比1：12）、CGG/膨润土（重量比1：5）和CTS/膨润土（重量比3：9）。

经过助留助滤研究结果表明，使用阳离子聚合物与膨润土组成双元助留助滤体系，其助留效果达到预期，明显好于单独使用阳离子聚合物。其中利用阳离子聚丙烯酰胺与膨润土组成的双元助留助滤体系，其助留助滤效果最好。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种双元微粒助留助滤体系，所述双元微粒助留助滤体系包括：阳离子助留剂和阴离子助留剂，所述阳离子助留剂选自阳离子聚丙烯酰胺、壳聚糖和瓜尔胶中的一种，所述阴离子助留剂为膨润土。

2.如权利要求1所述的一种双元微粒助留助滤体系，其特征在于，所述阳离子为阳离子聚丙烯酰胺时，阳离子助留剂和阴离子助留剂的重量比为1：8-12。

3.如权利要求2所述的一种双元微粒助留助滤体系，其特征在于，所述阳离子聚丙烯酰胺，分子量为350万至500万，阳离子单体含量摩尔百分比为25-35%。

4.如权利要求1所述的一种双元微粒助留助滤体系，其特征在于，所述阳离子为壳聚糖时，阳离子助留剂和阴离子助留剂的重量比为1：3-5。

5.如权利要求4所述的一种双元微粒助留助滤体系，其特征在于，所述壳聚糖为食品级，白色透明状固体，分子量1.65-1.75×10⁵。

6.如权利要求1所述的一种双元微粒助留助滤体系，其特征在于，所述阳离子为瓜尔胶时，阳离子助留剂和阴离子助留剂的重量比为3：7-9。

7.如权利要求6所述的一种双元微粒助留助滤体系，其特征在于，所述瓜尔胶为食品级，阳电荷密度为3.1mmol/g。

8.如权利要求1所述的一种双元微粒助留助滤体系，其特征在于，所述膨润土为白色精细粉末，白度≥80，分散粒径10um以下。

9.如权利要求1所述的一种双元微粒助留助滤体系，其特征在于，所述双元微粒助留助滤体系的添加量为0.3-0.7wt%。

10.一种提高造纸法再造烟叶助留助滤效果的方法，包括如下步骤：

1）在混合好的再造烟叶用浆中加入如权利要求1-8任一权利要求所述的双元微粒助留助滤体系，抄造成型为基片；

2）将烟草提取液施涂在步骤（1）所得的基片上，烘干即成为造纸法再造烟叶。

11.如权利要求10所述的一种提高造纸法再造烟叶助留助滤效果的方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述双元微粒助留助滤体系的添加量为0.3-0.7wt%。

12.如权利要求10所述的一种提高造纸法再造烟叶助留助滤效果的方法，其特征在于，在混合好的再造烟叶用浆中加入所述双元微粒助留助滤体系时，还加入填充剂，添加量为20-30wt%。

13.如权利要求1-9任一权利要求所述的双元微粒助留助滤体系在再造烟叶制备领域的用途。

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