造纸法再造烟叶纸基工艺以及质量评价体系的研究

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造纸法再造烟叶是利用烤烟厂的烟梗烟末等下脚料作为基本原料通过造纸工艺生产的性能与天然烟叶接近的重组产品。再造烟叶作为卷烟的重要组成部分,在降低单箱卷烟耗叶量、节省烟叶材料的基础上,能进一步降焦减害,提高卷烟内在品质,因此这种产品需求也对再造烟叶的质量和相应的生产技术提出了更高的要求。但造纸法再造烟叶纸基由于原料细胞的复杂以及成纸的特殊要求,目前尚未建立起完善的细胞分离理论和质量评价体系,仍然沿用造纸体系的传统磨浆理论和工艺技术来指导生产。针对上述问题,本文在对国内外成品薄片细胞特性分析的基础上,提出了以低浓两段式磨浆为核心的纸基制造工艺,包括自制指标的拟定和核心工艺参数的优化;同时,初步构建了造纸法再造烟叶纸基质量评价体系;最后探讨了细胞壁弱化的磨浆技术改进的可能性,并测试了基于果胶去除的磨浆结果。1.对国内外4种再造烟叶成品进行脱涂层离解,针对纸基中的细胞结构和细胞状态判断进口产品的磨浆技术核心在于保持各类细胞完整解离,且拥有磨浆前充分软化的步骤。相反,国产薄片则更偏重机械力撕扯和刀齿切断的成浆方式;因此实验确定了一条设置有热水软化的低浓两段式磨浆方式,将磨浆过程分为两个阶段,一是大刀距下长时间的半料疏解段,保证半料有时间在水力冲击的作用下充分离解;二是小刀距下短时间的半料精整段;实验同时利用图像分析技术制作了两个自制指标,用以评价浆料细腻程度,判断磨浆效果,该过程采用了迭代算法对图像进行阈值分割,并通过Java编译实现;2.采用L32(49)正交实验的方法对低浓两段式磨浆工艺参数进行优化,并对实验结果进行单变量方差分析,利用S-N-K划分相似性子集的方法选择最佳工艺。实验结果显示,最佳工艺条件:水化时间3h、水化温度40℃、水化浓度15%(影响微弱,维持浸提后的浆浓即可)、疏解时间12min、疏解间隙2×0.25mm、精整时间2.5min、精整间隙0.5×0.25mm、长纤维配比13%、成型压力OMpa(<0.1Mpa);该条件下制得的纸基,打浆度49.4oSR、松厚度2.9036cm3/g、抗张强度0.8894KN/m、杂质平均面积0.1064mm2、杂质标准差0.0746mm2、零距抗张强度45.0301N/15mm、透气度57.28μm/(Pa*s);在成纸质量上具有,物理强度适中、松厚性能透气性能优异、成纸细腻等特点。3.采用主成分分析的综合评价方法初步构建造纸法再造烟叶纸基质量评价体系。将7个测量因子有效降维成2个主成分因子,并根据载荷分布可命名为“成纸质量”、“成浆质量”,该主成分分析的KMO检验值为0.672,累计方差贡献率为78.576%;进一步的,针对传统主成分分析在本研究中出现重复信息叠加导致评价失真的问题,对上述主成分分析法进行有决策者参与的乘权规格化评价改进,结果表明:上部段排位的样品总体在透气度和松厚度上表现非常优异,未疏解开的杂质也控制在良好状态;但抗张强度相比后面的排位略微有牺牲,维持在0.58~0.75左右,这与实际产品期望的评价方向一致,结果评分具有很好的指示性。4.对半结构化主成分分析拟合的因子进行聚类分析,结果表明:32个样本的纸基因为工艺参数的不同使得纸基质量聚为4类,以(成纸质量,成浆质量)均值表示,4类分别为(1.5279,0.6061)、(1.5745,-0.8231)、(-0.4826,-0.5699)、(-0.5940,1.3038),分别代表了四种不同质量特征的纸基,使样本在没有先验知识的情况下进行了客观分类,为国内外造纸法再造烟叶质量评价、样本库的品类构建奠定基本框架。5.分析了果胶在细胞壁结构中的作用以及果胶对烟叶品质的影响,确定了一条基于果胶去除弱化细胞壁联结从而促进磨浆技术改进的思路。实验结果表明:原料果胶含量6.7682%、半料果胶含量13.2093%;草酸铵用量2.6%,反应温度70℃,反应固液比1:15,反应时间单段30min,使果胶去除率达到59.29%,与未去除果胶的样品相比松厚度较高,抗张强度略低,纸浆匀度细腻度相近(杂质平均面积、杂质标准差)、透气性能更好,但水化时间、疏解时间、精整时间都得到了缩短。
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