造纸法再造烟叶涂布液黏度影响因素研究_赵金涛.pdf

China Forest Products Industry林产工业，2023，60（04）：51-56造纸法再造烟叶涂布液黏度影响因素研究赵金涛1,3 张琳琳1 周必贵2 何 亮3 彭林才3*（1.云南中烟再造烟叶有限责任公司，云南 昆明 650106；2.云南省烟草公司保山市公司，云南 保山 678000；3.昆明理工大学，云南 昆明 650500）摘 要：为探究影响造纸法再造烟叶涂布液黏度的相关因素及变化规律，从涂布液的检测条件及其组成两个方面进行试验研究。结果表明：在2080 区间内，随着温度升高，涂布液的黏度逐渐下降；相同温度下，转子转速越快，涂布液黏度测定值越低。涂布液黏度与添加的粉末物性及添加量关系紧密，如在涂布液中添加粉末，建议添加量小于6%，在此条件下涂布液黏度变化不大。粉末添加量在015%时，300、600、900目3个粒径对应的涂布液黏度变化不大。当保润剂和胶黏剂的添加量分别在03%、00.3%范围时，涂布液的黏度有一定程度增加，且胶黏剂影响大于保润剂。关键词：再造烟叶；涂布液；黏度；粉末；保润剂；胶黏剂中图分类号：TS6 文献标识码：A 文章编号：1001-5299(2023)04-0051-06DOI:10.19531/j.issn1001-5299.202304009Study on Influencing Factors of Coating Liquid Viscosity for Paper-Process Reconstituted TobaccoZHAO Jin-tao1,3 ZHANG Lin-lin1 ZHOU Bi-gui2 HE Liang3 PENG Lin-cai3(1.Yunnan Reconstituted Tobacco Co,.Ltd.,Kunming 650106,Yunnan,P.R.China;2.Baoshan Tobacco Company of Yunnan Province,Baoshan 678000,Yunnan,P.R.China;3.Kunming University of Science and Technology,Kunming 650500,Yunnan,P.R.China)Abstract:In order to explore the influencing factors and changing rules of coating liquid viscosity,the experiment was carried out from two aspects,one was the detection conditions,and the other was composition of the coating liquid.The result showed that in the range of 2080,with the increasing of temperature,the viscosity decreased gradually.At the same temperature,the faster the rotor speed,the lower the viscosity.The viscosity of the coating liquid was closely related to the physical properties of the powder and the addition ratio.When powder was added to the coating liquid,it was recommended that the proportion of powder should be less than 6%.At this time,the viscosity of the coating liquid exhibited little change.When the addition ratio was in the range of 015%,the particle sizes of the powder showed little effects on the viscosity of the coating liquid,including 300 mesh,600 mesh,and 900 mesh.When the addition amount of humectant and adhesive in the range of 03%and 00.3%,the viscosity of the coating liquid increased to a certain extent,and the adhesive had a greater impact than the humectant.Key words:Reconstituted tobacco;Coating liquid;Viscosity;Powder;Humectants;Adhesive造纸法再造烟叶是以烟末、烟梗和碎烟片等烟草物质为原料，经过提取、分离、浓缩、制浆、抄造、涂布及烘烤等工艺制成的一种性状接近天然烟叶的片状或丝状重组烟草制品1-2。在造纸法再造烟叶生产加工的各个工序中，涂布是还原烟草质量的重要工序，而涂布液几乎承载了再造烟叶的全部烟草物质与香气组分，对产品的最终化学成分含量、抽吸品质、风格特征、烟气释放量甚至物理特性具有重要作用，从环保和资源综合利用角度，也符合“双碳”背景下国家产业发展要求3-11。惠建权等3,6,12研究了涂布率对再造烟叶品质的影响，确定了再造烟叶最适宜的涂布率。张克娟等13-21探究了功能助剂和填料在涂布液中的应用，通过改善涂布效果提升再造烟叶品质。黄新民等22-26分析了涂布液特性、基片特性对涂布率的影响，并进一步探索了稳定涂布率的工艺技术。朱宏福等4,27-35采用X射线定量仪、色基金项目：国家自然科学基金（21968014）作者简介：赵金涛，男，在读博士研究生，研究方向为再造烟叶工艺技术及产品技术，E-mail:*通讯作者：彭林才，男，教授，博士生导师，研究方向为生物质能源化工与绿色催化研究，E-mail:收稿日期:2022-09-15林 产 工 业52第60卷度仪、烘箱法、恒温平板干燥法等建立了再造烟叶涂布率的检测和表征方法。以上研究主要集中在涂布率对再造烟叶品质的影响及涂布率的检测方法等方面，而关于涂布液特性、涂布液流变性能36、涂布液影响因素等的研究较少。本文拟通过对涂布液特性的重要指标黏度的影响因素开展研究，从涂布液的检测条件（温度、转速等）及其组成部分（梗、叶膏、粉末、保润剂、胶黏剂等）两个方面进行试验验证，以期掌握涂布液的特性和影响因素，为再造烟叶生产中涂布液的调配及开发提供一定的理论依据和技术支撑。1 材料与方法1.1 材料涂布液（自制）由叶膏和梗膏组成，叶膏与梗膏的质量比为73，密度为(1.1900.005）g/cm3，固形物含量为(482）%、黏度为13.17 mPas。以上参数为涂布液温度20 下的测定值。烟粉、茶粉、CaCO3、陈皮粉、胶黏剂、保润剂均由云南中烟再造烟叶有限责任公司提供。1.2 试验设备1.3 试验方法1.3.1 涂布液调配与检测按质量比叶膏梗膏=73调配初始涂布液，并检测涂布液20 条件下的密度、固形物含量、黏度。添加粉末、胶黏剂及保润剂，搅拌均匀，在设定的涂布液测量温度和黏度测定条件下进行黏度值的测定，每个样品检测时间为120 s，每间隔5 s记录一个数据，计算平均值。1.3.2 不同粒径粉末制备取适量经干燥后的固体粉末于球磨罐中，再放入粒径不同的大、中、小球（大球起到配重、砸碎样品及分散小球的作用，小球用于混合及研磨样品）。装罐完毕后将球磨罐固定并关闭机盖，设定参数即可进行研磨。磨粉过程中取样进行粒径检测，并按照试验条件收集样品。1.3.3 粉末粒径检测检测前先重复清洗3次循环池，将适量被测粉末样品和纯水加入烧杯中，并用玻璃棒充分搅拌分散，然后测量并读取粒径分布区间和累计占比。2 结果与分析2.1 温度、转速对涂布液黏度的影响表1 试验仪器与设备Tab.1 Instruments and equipments名称型号制造商粘度计DV2TBrookfleld密度计DM40METTLER TOLEDO白利糖度计PAL-3ATAGO行星式球磨仪BM6ProGrinder激光粒度分析仪BT-9300S丹东百特仪器有限公司分散机T25 easy clean digitalIKA表2 不同温度、转速条件下的涂布液黏度Tab.2 Viscosity of coating solution at different temperatures and rotations温度/转速/（rmin-1）黏度/（mPas）203013.175012.577012.399011.8111011.87303013.055010.09709.40909.041108.86403011.85508.74707.72907.241107.0150308.14506.21706.27905.211106.00603010.35505.80705.57904.721105.1670307.50504.74704.08903.371104.6480306.74504.27703.65903.651102.89 赵金涛，等：造纸法再造烟叶涂布液黏度影响因素研究53第4期由表2和图1可知，在2080 区间内，随着温度升高，涂布液的黏度逐渐下降。这是由于温度越高，分子的内能增加，分子相互之间作用力约束不足以限制越来越强的分子运动，分子间间距增大，分子间吸引力减小。相同温度下，转子转速越快，涂布液黏度测定值越低，即涂布液发生假塑性变稀37。此外，通过表3方差分析可知，F=111.48F0.01（2,32）=5.39F0.05（2,32）=3.30。因此，涂布液温度、转子转速与黏度间具有极显著关系，故选择合适的温度和转子转速对于真实反映涂布液黏度十分必要。对涂布液黏度、温度和转子转速进行回归分析，得出三者间符合以下回归关系：Y=16.9-0.132X1-0.0401X2（R2=87.4%）（1）式中：Y为黏度，mPa s；X1为温度，；X2为转速，r/min。图1 不同温度、转速条件下的涂布液黏度Fig.1 Viscosity of coating solution under different temperature and rotation speed表3 方差分析Tab.3 Analysis of variance来源自由度SSMSFP显著性回归2289.48 144.74 111.48 0.000*残差误差3241.55 1.30合计34331.03abcde林 产 工 业54第60卷由图2可知，不同温度、转速条件下涂布液黏度均匀分布于中位数两侧且符合正态分布。对比20 80 温度区间的涂布液黏度，可以发现，40 和50 下箱体较短，黏度分布较为集中，数据稳定性较好、波动小。20 和80 下箱体较长，黏度稳定性较差。对比30110 r/min转速区间的涂布液黏度，50 r/min和 70 r/min下黏度稳定性较好，90 r/min和110 r/min下黏度波动较大，且两个转速下的黏度并不严格符合相同温度下，转子转速越快，涂布液黏度测定值越低的变化趋势。故测量黏度较低的涂布液时，建议测量条件设为温度50，转子转速50 r/min。2.2 粉末种类对涂布液黏度的影响在50 条件下进行测试，由图3 可知，涂布液黏度与粉末种类、添加量分别符合以下关系：Y1=26.04-15.47X1+3.82X1（R2=99.09%）（2）Y2=13.11+0.17X2+0.02X2（R2=97.71%）（3）Y3=13.47-0.57X3+0.69X3（R2=99.93%）（4）Y4=40.41-30.85X4+6.59X4（R2=99.09%）（5）式中：X1为烟粉添加量，%；X2为CaCO3添加量，%；X3为茶粉添加量，%；X4为陈皮粉添加量，%；Y为黏度，mPa s，且黏度（Yi）与粉末种类和添加量（Xi）相关程度较高。此外，添加碳酸钙的涂布液，随着添加量的增加，涂布液黏度变化较小；添加茶粉的涂布液，随着添加量的增加，涂布液黏度平缓增加；而添加烟粉和陈皮粉的涂布液，当粉末比例在06%区间时，其黏度平缓增加，添加量超过6%时黏度增加较快。综上，添加粉末的涂布液黏度与所添加的粉末物性关系较密切，粉末中的部分组分溶于涂布液中，可改变涂布液特性。同时粉末添加量可在很大程度上影响涂布液黏度，添加量越高，涂布液黏度增加越多。为确保生产的正常稳定进行，当需要在涂布液中添加粉末时，建议粉末添加量控制在6%以内，在此条件下涂布液黏度变化不大。2.3 粉末粒径对涂布液黏度的影响2.3.1 粉末粒径分布情况图3 添加粉末后的涂布液黏度Fig.3 Viscosity of coating solution after adding powder2222图4 不同目数粒径区间分布Fig.4 Particle size distribution of different mesh numbers图2 不同温度、转速条件下的涂布液黏度Fig.2 Viscosity of coating solution at different temperatures and rotationsfg赵金涛，等：造纸法再造烟叶涂布液黏度影响因素研究55第4期由图4可知，300、600、900目粉末的中位径（D50）分别对应54.08、27.65、12.47 m。300目粉末粒径区间主要集中在44.6961.61 m，粒径较细的粉末占比不高；600目粉末粒径区间主要集中在23.5132.41 m，粒径较细的粉末占比适中；900目粉末粒径区间主要集中在11.1115.32 m，较细粉末的占比较高。2.3.2 粉末粒径对涂布液黏度的影响结合生产实际，为使粉末与涂布液较好融合，确保涂布均匀且无较多粉末沉积于涂布槽底部，一般粉末粒径需大于300 目，因此选择300、600、900 目3 个粒径的粉末添加至涂布液中。由图5 可以看出，以上4 种粉末的添加量在015%区间时，300、600、900 目3个粒径对应的涂布液黏度变化不大。这可能是由于粉末的粒径较小，涂布液中的固形物含量较高且具有一定黏度，在搅拌和保温的作用下，粉末与涂布液混合较为均匀，涂布液体系性能较为稳定。2.4 保润剂、胶黏剂对涂布液黏度的影响由图6 可知，当保润剂和胶黏剂添加量分别在03%、00.3%范围内时，涂布液黏度均有一定程度增加，且胶黏剂的影响更明显。保润剂和胶黏剂与涂布液黏度的对应关系分别符合：Y1=0.63X1+13.50（R2=94.17%）（6）Y2=19.74X2+13.30（R2=99.68%）（7）式中：Y1为添加保润剂后的涂布液黏度，mPa s，X1为保润剂添加量，%；Y2为添加胶黏剂后的涂布液黏度，mPa s，X2为胶黏剂添加量，%。3 结论1）在2080 区间内，随着温度升高，涂布液的a.烟粉b.CaCO3c.茶粉 图5 添加不同粒径粉末的涂布液黏度Fig.5 Viscosity of powder coating solution with different particle sizes d.陈皮粉图6 保润剂、胶黏剂添加量与涂布液黏度关系Fig.6 Relationship between the addition ratio of humectant and adhesive and the viscosity of coating solution林 产 工 业56第60卷黏度逐渐下降；相同温度下，转子转速越快，涂布液黏度测定值越低。测定黏度较低的涂布液时，建议的检测条件为温度50、转子转速50 r/min。2）涂布液黏度与添加粉末的物性及添加量关系紧密，在涂布液中添加粉末时，建议粉末比例小于6%，在此条件下涂布液黏度变化不大。3）粉末添加量在015%范围时，300、600、900目3个粒径对应的涂布液黏度变化不大。4）当保润剂和胶黏剂的添加量分别为03%、00.3%范围时，涂布液的黏度有一定程度增加，且胶黏剂的影响更明显。参考文献1 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