接装纸透气度对卷烟燃烧温度和烟气指标的影响

尧珍玉　徐济仓　沈　妍　黄海群

(1.云南瑞升烟草技术(集团)有限公司,云南昆明,650106;2.云南烟草科学研究院,云南昆明,650106)



接装纸透气度对卷烟燃烧温度和烟气指标的影响

尧珍玉1徐济仓2沈妍1黄海群1

(1.云南瑞升烟草技术(集团)有限公司,云南昆明,650106;2.云南烟草科学研究院,云南昆明,650106)

为分析不同透气度的卷烟接装纸对卷烟烟气成分和卷烟燃烧温度的影响,对不同透气度接装纸的卷烟进行烟气分析,并采用红外热像仪测定了不同透气度接装纸卷烟的燃烧温度。结果表明,随着接装纸透气度的增大,卷烟主流烟气中的焦油量、CO释放量、烟气烟碱量均显著线性下降,而抽吸口数增加;与采用透气度为0的接装纸相比，采用透气度为500 CU的接装纸后,其卷烟的主流烟气中焦油量降低50.6%,CO释放量降低64.6%,烟气烟碱量降低42.9%,抽吸口数增加22.5%；接装纸透气度对卷烟抽吸燃烧温度影响显著,随着接装纸透气度的增大,卷烟第三口抽吸温度和峰值平均值均明显下降；接装纸透气度从100 CU增加到500 CU,卷烟第三口抽吸温度下降了115℃,峰值平均值下降了87℃,而阴燃平均温度未发生明显变化，此外,阴燃平均温度明显低于第三口抽吸温度和峰值平均值。

接装纸；透气度；燃烧温度；CO

接装纸是将滤棒与卷烟烟支卷接装起来的专用纸。在接装纸上预打孔或在卷接过程中在线打孔，可制得通风滤嘴卷烟,其具有通风降焦的功能[1]。接装纸作为卷烟“三纸一棒”的组成之一,对卷烟的外观特征、燃烧状态、烟气成分以及抽吸品质的影响显著。

燃烧温度是影响卷烟主、侧流烟气中化学成分及含量进而影响卷烟时抽吸品质最基本的特性参数之一[2]。近年来,测量卷烟燃烧温度成为一个比较活跃的领域。随着红外扫描技术的发展,对卷烟燃烧温度的研究日趋完善。红外热像仪具有高分辨率和高速记录的特点,可对卷烟的燃烧温度进行实时捕捉,及对卷烟燃烧锥外围的燃烧温度进行实时、准确地测量。

有报道[3]指出,卷烟滤嘴通风减少了流经燃烧区的空气量,降低了每口抽吸时的温度。而卷烟滤嘴通风率直接取决于接装纸的透气度,接装纸的透气度与卷烟的燃烧温度有着必然的联系。郑赛晶等人[2]利用红外测温技术测定卷烟的燃烧温度；谢定海等人[4]对卷烟纸透气度对卷烟燃烧温度的影响进行了研究。但关于接装纸透气度与卷烟燃烧温度相关性研究的报道较少。本研究通过测定采用不同透气度接装纸卷烟的第三口抽吸温度、峰值温度和阴燃温度,对

接装纸透气度与卷烟燃烧温度之间的相关性进行分析；对不同透气度接装纸对卷烟常规烟气成分的影响进行分析,为卷烟产品的设计以及烟气调控提供更多的理论依据。

1　材料与方法

1.1材料

(1)接装纸

制备6种不同透气度的接装纸,透气度分别为0(不打孔)、100、200、300、400和500 CU,接装纸幅宽64 mm,打孔位置为孔中心距边距15 mm。

图1　卷烟燃烧的红外热像图

图2　卷烟燃烧温度-时间曲线图

(2)仪器设备

KBF240恒温恒湿箱(德国宾德公司)；CERULEAN SM410吸烟机(英国CERULEAN公司)；ML204型电子天平(上海METTLER公司)；FLIR-SC660红外热像仪(美国FLIR公司),加配50 μm显微镜头,电动位移平台,电动位移平台控制器。

1.2卷烟样品的制备

用不同透气度的接装纸卷制烟支,烟支所用的叶组和辅料完全一致。为保证卷烟样品的一致性,挑选出质量、圆周、吸阻一致的烟支,并在温度(22±1)℃、相对湿度(60±2)%条件下平衡2天,备用。

表1　接装纸透气度与卷烟常规烟气成分的关系

图3　接装纸透气度与烟气成分变化率的关系

1.3燃烧温度测定

1.3.1测定方法

在温度(22±1)℃、相对湿度(60±2)%的环境下，采用SM410吸烟机进行卷烟的抽吸。测量时,先点燃卷烟,并设定移动电动位移平台的参数,调整红外热像仪与燃烧锥的焦距。待卷烟第1口燃烧完成后,启动录像,待燃烧碳线到达水松纸前3 mm,停止录像。采用FLIR-R&D软件处理视频,并获得每支卷烟每一帧画面各个像素点的燃烧温度。将每一帧画面最高温度作为燃烧温度,见图1。连续记录每一帧画面的最高温度,可得卷烟燃烧温度-时间曲线图,见图2。红外热像仪的测温范围100～1500℃，空间分辨率0.65 mrad，波长范围7.5～13 μm，记录频率60 Hz，精确度±2℃，像素640×480，热像仪和目标物的距离0.1 m，红外发射率设定为0.88[2]。

1.3.2燃烧温度的表征

由于目前没有关于卷烟燃烧温度的标准表征方法,大部分文献报道是采用卷烟的第三口抽吸温度和阴燃平均温度进行表征[5-8],也有采用单口的峰值温度进行表征[8],但由于卷烟叶组无法完全均匀填充,存在填充差异,用单口峰值温度表征卷烟燃烧温度,显得不够全面和完整[4]。本研究参考文献[4- 8],采用第三口抽吸时温度、阴燃平均温度和峰值平均值对卷烟燃烧温度进行综合分析。第三口抽吸温度是指第三口抽吸时的最高温度；阴燃平均温度是指2次抽吸间隔的阴燃段平均温度；峰值平均值是指整支烟的抽吸峰值温度的平均值。

每个样品测量10支卷烟,取10支烟测量结果的平均值做为燃烧温度的最终测定结果。

1.4烟气指标测定

采用国家标准GB/T19609—2004、GB/T 23355—2009、GB/T 23356—2009、GB/T 23203.1—2013对相关烟气指标进行测定。

2　结果与讨论

2.1烟气成分分析结果

表1为接装纸透气度与卷烟常规烟气成分的关系。图3为接装纸透气度与卷烟烟气成分变化率的关系。

由表1与图3可知,随着接装纸透气度的增大,卷烟主流烟气中的焦油量、CO释放量、烟气烟碱量均显著下降,采用透气度为500 CU接装纸后,卷烟主流烟气焦油量降低50.6%,CO释放量降低64.6%,烟气烟碱量降低42.9%。卷烟抽吸口数却相反,随着接装纸透气度的增大而增加,采用透气度为500 CU接装纸后，卷烟抽吸口数增加了22.5%。

接装纸透气度的增大,导致滤嘴通风度的增大,卷烟在抽吸时通风稀释作用加强,造成焦油量、烟气烟碱量和CO释放量成比例下降。式(1)为燃烧锥抽吸容量的计算公式[9]。

VC=(1-D)Vm

(1)

式中,VC为燃烧锥的抽吸容量；Vm为唇端抽吸容量；D为滤嘴通风度。

由式(1)可知,随着接装纸透气度的增大,燃烧锥的抽吸容量减少,导致抽吸所耗的烟丝减少,因此造成抽吸口数的增加。

2.2不同透气度接装纸卷烟的燃烧温度

表2是不同透气度接装纸卷烟的燃烧温度测定结果。将接装纸透气度与第三口抽吸温度、峰值平均值及阴燃平均温度进行曲线拟合,结果见图4～图6。

表2　燃烧温度测量结果

图4　接装纸透气度与第三口抽吸温度的拟合曲线

图5　接装纸透气度与卷烟燃烧温度峰值平均值的拟合曲线

图6　接装纸透气度与阴燃平均温度的关系

从图4～图6可以看出,接装纸透气度对卷烟第三口抽吸温度的影响显著,随着接装纸透气度的增大,卷烟第三口抽吸温度呈明显的下降趋势。当接装纸透气度从100 CU增大到500 CU,第三口抽吸温度下降了115℃,峰值平均值下降了87℃,而阴燃平均温度未发生明显变化。此外,阴燃平均温度明显低于抽吸温度,就采用100 CU接装纸的卷烟而言,阴燃平均温度比第三口抽吸温度低449℃,比峰值平均值低337℃。

这是因为,用吸烟机所抽吸的烟气总量是恒定的,均为35 mL/口,随着接装纸透气度的增大,从接装纸打孔处进入的空气量增多,导致烟条气流进入少。即随着接装纸透气度的增大,减少了燃烧锥的抽吸容量,因而减少了烟丝燃耗量[10],与此同时,减少了流经燃烧区的空气量,降低了每口抽吸时的温度[3],从而导致了第三口抽吸温度以及峰值平均值显著降低。而阴燃时,卷烟的燃烧不受接装纸透气度的影响,主要是靠自然气流,烟丝燃耗量以及从燃烧锥底部进入的空气量均保持不变,因此,阴燃平均温度未发生显著变化。卷烟抽吸过程中,由于大量空气从燃烧锥底部进入,而卷烟的燃烧温度与氧气量直接相关,氧气量越充足,卷烟燃烧温度会越高,因此第三口抽吸温度和峰值平均值明显高于阴燃平均温度。

3　结　论

3.1随着接装纸透气度的增大,卷烟主流烟气中的焦油量、CO释放量、烟气烟碱量均显著下降；卷烟抽吸口数随接装纸透气度的增大而增加。采用透气度500 CU的接装纸后,卷烟主流烟气焦油量降低50.6%,一氧化碳释放量降低64.6%,烟气烟碱量降低42.9%,抽吸口数增加22.5%。

3.2接装纸透气度对卷烟燃烧抽吸温度的影响非常大,随着接装纸透气度的增大,卷烟抽吸温度呈现明显的下降趋势。接装纸透气度从100 CU增加到500 CU,第三口抽吸温度下降了115℃,峰值平均值下降了87℃,而阴燃平均温度未发生明显变化。此外,阴燃平均温度低于抽吸温度。

3.3滤嘴通风不仅稀释了烟气,而且还影响卷烟燃烧温度的变化。

[1]韩云辉. 烟用材料生产技术与应用[M]. 北京： 中国标准出版社, 2012.

[2]郑赛晶, 顾文博, 张建平, 等. 利用红外测温技术测定卷烟的燃烧温度[J]. 烟草科技, 2006(7)： 5.

[3]Baker R R. Some burning problems in tobacco science[C]//In: proceedings of the International Conference on the Physical and Chemical Processes Occuring in a burning Cigarette. North Carolina, USA, 1987.

[4]谢定海, 黄宪忠, 单静, 等. 卷烟纸透气度对卷烟燃烧温度及烟气指标的影响[J]. 纸和造纸, 2013(1)： 45.

[5]郑赛晶, 顾文博, 张建平, 等. 热电偶法测量卷烟内部动态温度[J]. 烟草科技, 2006(1)： 5.

[6]郑赛晶, 顾文博, 张建平, 等. 抽吸参数对卷烟燃烧温度及主流烟气中某些化学成分的影响[J]. 中国烟草学报, 2007(2)： 6.

[7]谢定海, 黄宪忠, 单静, 等. 卷烟纸定量对卷烟燃烧温度及烟气指标的影响[J]. 中国造纸, 2013, 32(12)： 34.

[8]张优茂, 李旭华, 黄翼飞, 等. 卷烟燃烧峰值温度对主流烟气CO释放量的影响[J]. 中国造纸, 2011, 30(9)： 39.

[9]Norman V. The effect of perforated tipping paper on the yields of various smoke components[J]. Beitr.Tabakfo-rsch., 1974(7): 282.

[10]Kassman A J. Design of the filter system[J]. Rec.Adv.Tob.Sci., 1984(10): 72.

(责任编辑：常青)

Effect of Permeability of Tipping Paper on Cigarette Burning Temperature and the Property of Mainstream Smoke

YAO Zhen-yu1,*XU Ji-cang2SHEN Yan1HUANG Hai-qun1

(1.YunnanReascendTobaccoTechnology(Group),Co.,Ltd.,Kunming，YunnanProvince， 650106； 2.YunnanTobaccoResearchInstitute，Kunming，YunnanProvince， 650106)

(*E-mail： yaozhenyu@reascend.com)

In order to study the effect of permeability of tipping paper on cigarette burning temperature and the component of the mainstream smoke, the smoke of cigarettes with tipping papers having different permeability was analyzed. The infrared camera was used to measure burning temperature of cigarette using tipping papers with different permeabilities. The results indicated that tipping paper permeability had a great influence on suction burning temperature. With the increase of tipping paper permeability，the third suction burning temperature and the average peak temperature values were dropped obviously. With permeability of tipping paper increased from 100 CU to 500 CU, the third puff burning temperature dropped by 115℃, average peak temperature dropped by 87℃, but the change of smoldering temperature was not obvious. In addition, smoldering temperature was significantly lower than puff temperature. With the increase of tipping paper permeability, tar, CO and nicotine in cigarette mainstream smoke were significantly decreased linearly, puff count was increased. After using 500 CU tipping paper, tar was reduced by 50.6%, CO was reduced by 64.6%, nicotine was reduced by 42.9%, puff count was increased by 22.5%.

tipping paper； permeability； burning temperature； CO

2015- 06- 01

尧珍玉，女,1976年生；硕士,高级工程师；主要从事卷烟新材料的开发工作。

E-mail:yaozhenyu@reascend.com

TS761.2

A

1000- 6842(2016)03- 0018- 04