关键词：卷烟纸；燃烧；自然孔率；添加剂；填料填料和添加剂是卷烟纸生产中不可缺少的部分，它能有效地改善成纸的匀度，提高不透明度和手感。合适地选择填料和添加剂，又能达到产品透气度高、变异系数小，同时又能帮助燃烧，达到包灰紧密的效果。下面我们对香烟的燃烧状况和卷烟纸透气度对烟气的主要成分所产生的影响进行讨论。

　1卷卷烟燃烧区温度变化填料烟支的直径为8.0mm，横截面积为0.5cm2,空隙体积为1.5cm3，按中等和恒稳抽吸速度燃烧的卷烟内的温度分配数据（国际标准：每口抽吸时间为2s，每口吸入的烟气量为35ml，每隔60s抽吸一口），燃烧锥部位温度达到750～800℃；300℃气体等温线从卷烟纸燃烧前2mm处开始，大约延伸18mm，在燃烧区不仅产生CO2和水，而且形成各种各样的反应组分。在等温条件下，这个多组分混合物不仅会趋向建立不同化学组分间的气体反应平衡，而且会建立蒸气相、凝聚相和有烟丝与过滤材料的吸附相间的平衡，也即是说，卷烟纸在与烟丝共同燃烧的过程中参与了烟气组分的构成。见图1。图1 卷烟燃烧区温度变化

　2卷卷烟纸对烟气组分的影响填料卷烟纸可以改变烟气的组分，主要表现在以下几个方面：

填料（1）卷烟纸组分或卷烟纸燃烧后组分对烟气流的直接影响；

填料（2）烟气组分通过卷烟纸的扩散；

填料（3）燃烧锥内和燃烧锥四周的气流速度，容积和分布变化；

填料（4）烟气组分与卷烟纸组分的反应；

填料（5）通过对烟气流速度的影响，未燃烧段过滤效率的变化（抽吸压差的）。通常情况下，卷烟纸重量为烟支重量的5%，一般来说，不会对卷烟烟气组分有很大影响。但随着卷烟纸孔率的增加，烟气中氧和氮的浓度也增加，而烟气中所有其它组分减少。国外公司对不同孔率的卷烟纸对烟气成分的影响进行了研究，结果如表1。表1卷卷烟纸的自然孔率和添加剂对烟气成分的影响孔率添加剂8.8柠檬酸盐18.8柠檬酸盐38.0柠檬酸盐8.3磷酸盐17.1磷酸盐32.8磷酸盐焦油烟碱氧化碳乙醛2-丁酮丙烯醛91.45.3734.803.180.440.2989.35.3547.003.210.470.2981.24.8146.003.030.440.3098.305.1436.903.450.500.3689.405.0439.003.200.410.4086.904.8641.003.270.430.40我们在实验室对不同透气度的卷烟纸卷烟后燃烧，其焦油含量的变化曲线见图2。可以看出，在其它通风条件（滤嘴通风和抽吸压力）不变的情况下，卷烟纸的透气度从20CU至60CU，焦油含量的下降几乎呈直线，到达80CU以后，焦油含量下降趋于平缓，如果再单纯提高卷烟纸的透气度，对降低焦油含量的作用已经不太明显。要进一步地降低焦油含量，可以选择新的滤嘴通风设计，采用高透气度成型纸和穿孔水松纸，这是我们以后将讨论的课题。图2 纸透气度对焦油含量的影响填料3填填料对卷烟纸质量的影响填料卷烟纸孔隙度的获得，是通过纤维间的良好的组织结构和填料的良好覆盖而产生的自然孔隙，而非“针眼”，特别是高透气度卷烟纸的生产，要求成纸的匀度好、白度高，满足烟支外观的要求；透气度的均匀性好，变异系数小，满足抽吸性能的要求。填料要满足以上的要求，我们对填料的选择方面（目前广泛使用的是沉淀CaCO3）着重强调的是：

填料（1）CaCO3粒子之间、粒子与纤维之间的良好交结和孔隙的存在；

填料（2）有较高的折射覆盖率；

填料（3）分布均匀。填料不同的原料和工艺生产的CaCO3的结晶状况基本上可分为纺锤状、针状络合体、立方体和柱状体四种；粒子的大小尺寸可分普通、精细、超微细钙，至于纳米钙，目前仍在研究和开发过程中。如何选择最适合卷烟纸要求的结晶形状和粒子尺寸是填料选择的关键所在。当然，生产高透气度卷烟纸填料的合理选择只是其中之一，同时还必须考虑占卷烟纸重量20%的CaCO3，即占烟支总重的1%，也将参与燃烧并影响烟气组分，同时还应具有燃烧包灰效果的特殊要求。3.1碳碳酸钙结晶形状的选择填料就结晶的形状而言，各种形状各具特色，纺锤状由于其结晶形状决定了粒子的堆积、交叉在一起，会产生搭桥作用，较疏松，对成纸的透气度、不透明度、白度均较有利；针状络合体也具有纺锤状的特点，但粒子堆积结合比纺锤状更紧密；而立方体则不同，较难产生象纺锤那样的交叉、搭桥，不利于通气和折射；柱状体是一种棒状结晶，其粒子堆积而产生的交叉、搭桥优于纺锤体，但其堆积均匀性远不如纺锤体。表2卷CaCO3的结晶形状对卷烟纸性能的影响结晶形状纺锤体针状络合体立方体柱状体粒径 μm卷烟纸试样0.1510.320.5032.5040.0550.1560.3070.8080.1×0.890.25×2100.35×311定量 g/m2厚度 μm紧度 g/cm3灰分 %透气度 CU不透明度 %白度 %抗张强度 N伸长率 %26.0470.5618.931.685.587.518.31.625.6460.5618.330.885.387.518.51.626.7490.5518.845.382.589.517.72.427.5490.5718.526.782.187.517.61.427.4430.6318.85.172.182.515.51.626.4430.6218.721.586.287.317.62.026.5460.5818.820.586.590.016.52.427.5450.6218.115.985.087.519.22.126.2450.5818.110.085.789.518.01.925.7470.5418.438.387.590.016.52.426.2490.5318.44287.590.319.02.6填料表2中所反映的透气度、不透明度、白度这三个指标比较：针状络合体和立方体的透气度、不透明度、白度较低，不能适应高档卷烟纸的生产；纺锤体和柱状的透气度、不透明度、白度都比较高，基本能满足卷烟纸的生产要求。但柱状体粒子有一个明显的缺点，当其粒子尺寸稍有变化，会带来透气度大幅度变化，对于透气度的稳定极为不利。当然，要使卷烟纸用CaCO3保持一种结晶形体，还有一些困难，但我们应选择纺锤体结晶为主的CaCO3，用于卷烟纸的生产。3.2碳粒子尺寸的选择填料通常情况下，CaCO3的粒径大，比表面积小，在纸层中形成的自然孔隙大，有利于提高透气度，但又容易造成纸页大量的针眼；粒子直径若太小，比表面积大，覆盖能力强，成纸的不透明度高，而容易阻塞自然孔隙，并且还会影响纸张的强度和伸长率。要生产高透气度的卷烟纸，且保证透气度的稳定，那么对CaCO3粒子尺寸的选择就十分重要。

填料常用于卷烟纸生产的沉淀CaCO3（轻钙），粒子分布大概为：填料＜0.5μm占0.42%填料＜1.0μm占16.5%填料1.0～2.0μm占33.4%填料＞2.0μm占28.6%填料＞5.0μm占21.1%填料沉淀CaCO3基本上能满足生产透气度为40～60CU卷烟纸，纸幅匀度、不透明度和透气度的稳定性均为良好。但如果透气度要达到70～90CU，那么常用的沉淀CaCO3就有一些缺点显现出来，比如，纸幅匀度下降，“针眼”量增加，透气度的波动明显增大。因此，我们开始探索新型的钙品，以满足技术进步的需要。通过研究我们发现，采用气流粉碎技术能有效地改变现有沉淀CaCO3的粒子分布，极大地满足高透气度、高不透明度卷烟纸的生产，填料的留着率也有较大的提高。见表3、表4。表3气气流粉碎CaCO3的效果对比粒度分布μm原钙%粉碎批号1234520～405～202～51～2＜16.214.928.633.40.4203.13.193.50.3402.519.178.20.22008.591.4035001.598.20.42001.298.60.44表4气气流粉碎CaCO3和沉淀CaCO3比较　气流粉碎CaCO3沉淀CaCO3沉降体积 ml/g单程留着率 %表观体积 ml/g3.682.42.112.9～3.254.92.48注：单程留着率指不添加助留剂时的留着率。填料通过实验验证，气流粉碎CaCO3，表观体积略有减小，显微镜观察较大颗粒减少30%～40%，留着率增加28%。填料另外，除采用了碳酸钙作为卷烟纸的填料外，还可以选择钙的同族元素的碱金属盐作填料，并对烟纸燃烧的包灰性能有一定的影响。

　4填添加剂对卷烟纸品质的影响　填料卷烟盘纸的主要添加剂是燃烧调节剂（助燃剂），虽然燃烧调节剂的含量仅为盘纸重量的0.5%～2.0%，但它们的种类和用量将影响盘纸的燃烧性及灰分外部特征。常用的燃烧调节剂有：碱金碱金属柠檬酸盐碱金碱金属酒石酸盐碱金碱金属乙酸盐碱金碱金属磷酸盐碱金Na2B4O7碱金碱金属硫酸盐碱金碱金属碳酸盐碱金碱金属苹果酸盐碱金AlCl3碱金Na2MoO4碱金碱金属硝酸盐碱金碱金属卤化物碱金碱金属甲酸盐碱金NaVO3填料燃烧调节剂能影响卷烟的静燃速率和通风率，从而会影响卷烟的吸味。由于中国地域辽阔，南北跨度大，各地烟厂的地理环境、大气条件、香烟的叶组配方和烟民的传统消费习惯差异较大，为了解决这些问题，我们已经开始和烟草行业进行合作研究，采用调整燃烧调节剂的加入量的方法，取得适合客户生产条件、满足地区吸味的卷烟盘纸。图3为燃烧峰值温度、静燃速度与添加剂关系图。图3中燃烧调节剂为卤化钠和碱金属氯化物的盘纸热裂解时的峰值温度与静燃速度的关系，峰值温度与静燃速度均随阴离子半径减小或阳离子半径增大而升高。我们利用这种关系，控制和调整燃烧速度。图3 不同燃烧调节剂对卷烟纸燃烧的影响另外，静燃速度与pH值的关系如图4。静燃速度、燃烧温度与燃烧调节剂水溶液的pH值有一定关系，但目前还难以准确预测pH值的微弱变化对卷烟燃烧行为的影响。我们将对其关系进行更深入的研究，同时包括燃烧调节剂对烟焦油和一氧化碳的含量影响的研究，开发出更适应卷烟盘纸的燃烧调节剂。5关关于卷烟纸技术的展望 我们正在开始的研究内容包括：

（a）高白度卷烟纸、全无氯卷烟纸 图4 调节剂水溶液pH对燃烧速度的影响的研究；

（b）卷烟纸防伪技术的研究；

（c）燃烧调节剂的研究；

（d）特殊填料的研究；

（e）特殊纤维和添加剂的研究；

（f）环境保护和降焦、降害的研究。