阻燃新型接装纸的研究与应用

王 欣 刘玲红 邱诗波 李晓敏 李 媛 刘 艺 田 强

(湖北淡雅香生物科技股份有限公司 湖北 武汉 430030)

0 引言

传统接装纸仅用来包裹过滤嘴，炭加热不燃烧型卷烟纸张需要连接整个烟支，由于该复合纸张工艺复杂，材料多样，需要同时兼顾卷烟纸的卷接、燃烧等功能和接装纸的连接功能，采用不适宜的纸张进行打样容易出现复合不牢固，收卷不齐等问题，多段式复合纸张相对于其他的卷烟纸而言，其要求定位的精度高，对材料的要求高，纸张材料既要求阻燃又要求传热，既要满足高透气度，以降低焦油含量并减少对人体有害的物质，又要满足高速卷烟机对纸张高强度的要求。

由于使用多种不同的材料进行复合在实际生产过程中容易出现克重不稳定，定位不准确等问题，在影响材料质量的同时，也会造成消耗增加，材料成本的上升，为使得现有材料及工艺满足需求，对不同种类不同规格的材料以不同工艺进行打样，此外，还要求能提高卷烟材料的不透明度、白度和抗张强度等性能指标，为解决阻燃新型接装纸在耐温导热过程后产生的不良视觉效果，同时提高新型接装纸生产适应性，深入分析研究适用于阻燃新型接装纸生产的耐温性阻燃材料的成分与特性，避免烟支在燃烧过程中出现大面积变黑、纸张炭化严重、上机适应性差、纸张卷接不牢、复合产生缝隙等问题，纸张材料的选择至关重要。

1 材料及工艺研究

1.1 阻燃纸成分研究

磷系阻燃剂主要作用在于减少热降解反应增加残炭的形成，通过减少气相与固相之间物质与热量的传导，以达到阻燃的效果[1]。如表1所示，为了提升产品的阻燃效果，减小炭化的长度，阻燃纸A中添加了含量为0.5%的阻燃剂磷铝溶胶凝胶。

表1 原纸成分分析

图3 差示扫描量热曲线对比图 图4 热重曲线对比图

为了探索阻燃纸样张材料与空白样品之间的差异，对阻燃纸A和空白样品进行了各种表征分析，探索其热稳定性及晶体结构稳定性。

图1为阻燃纸样品和空白样品的红外光谱图，与空白样张相比，阻燃纸的峰型没有发生太大的变化，说明其纤维结构较为完整。

图2为两种纸张的X射线能谱图，从图中可以看出，经过了高温作用之后，相比于空白纸张的晶型被破坏严重、晶型发生明显变化，阻燃纸的结构没有发生太大的变化，其晶型保存比较完好，证明阻燃剂的加入能够进一步提升其阻燃性。

图3和图4分别是空白纸样和阻燃纸的热重和差示扫描量热曲线，与空白样品相比，阻燃样品失重率仅为17%，材料具有较好的热稳定性。

1.3 纸张物理性能研究

表2 纸张物理指标分析

不同纸张的物理性能对比如表2所示，阻燃纸A氧指数相对最高，其燃烧所需要的氧气更多，更难以燃烧，且材料经过点燃后，其炭化长度最短，阻燃纸A燃烧残余的灰分含量最高，证明阻燃纸A的阻燃效果明显优于纸张B和纸张C，阻燃剂的加入促进脱水反应，同时促进焦炭的形成[2]。同时考察了不同种类纸张的耐破度、抗张强度、撕指数和白度[3]，燃烧前阻燃纸A的白度最高，同时其燃烧后白度变化量最小，仅为0.41%，由于灰分填料会使得纤维与纤维之间隔开，降低了纸张的内结合强度，同时其抗张强度也相对减小。

1.4 生产工艺研究

(1)烘箱温度对质量稳定性的影响

如表3所示，为不同烘箱温度对质量稳定性的影响，在保证复合施胶辊硬度70度、网纹辊压力0.3MPa的情况下，分别选取4组参数来验证不同烘箱温度对质量稳定性的影响。由表3可知，由于该产品生产过程中包含两次复合，因此探究了两次复合过程的温度对产品质量稳定性的变化。第一阶段的内衬原纸和铝箔的复合，复合机温度的变化对半成品质量的影响较小，复合效果均良好，在第二阶段阻燃纸印刷半成品与铝箔卷纸(两侧)与原纸(中部纸)进行第二次复合，由于温度过低，两侧复合会有轻微粘接不牢的情况，而如果温度过高，则会出现中间起皱、收卷变形的情况，且温度过高导致了阻燃纸纸张抗张强度增大，硬度变大，弯曲难度增加，复合不牢，产生缝隙。温度对产品的水分影响不大。因此，根据试验结果，两次的复合温度分别确定为室温，35℃，35℃，第二次复合的三个温度为45℃，50℃，45℃时，产品效果较优。

表3 不同烘箱温度对质量稳定性的影响

(2)复合车速对质量稳定性的影响

如表4所示，为探索复合车速对产品质量稳定性的影响，在保证复合设备烘箱温度相同的前提下，分别选取3组参数来验证不同车速对产品质量稳定性的影响。由表4可知，当温度固定不变时，在车速为90m/min时，半成品复合牢度，复合效果较优。

表4 不同车速对质量稳定性的影响

(3)纸张张力对质量稳定性的影响

如表5所示，探索纸张张力对产品稳定性的影响，在保证车速为90m/min的条件下，三个区域纸张张力分别为29、26、19N/m时，产品的横向偏差最小，仅为±0.1mm。

表5 不同纸张张力对质量稳定性的影响

(4)工艺研究

如表6所示，参考常规内衬纸生产工艺，调整多段式复合纸张材料及复合、分切、压纹、复卷等工序进行新型阻燃接装纸的生产工艺研究，探究其对对产品质量、上机适应性的影响，调整原纸纸张及制样工艺，经过多次实验验证，确定了纸张材料为阻燃纸A，制样工艺为印刷-复合-分切-复合-分切时，能够提升纸张的阻燃性能及定位效果，改善发黑问题。

表6 制样工艺研究

2 结论

本文通过红外测试、X射线能谱分析、Tg及DSC测试分析，探索阻燃纸耐温性能及阻燃性能，通过测定纸张的抗张强度、氧指数、白度、白度比、炭化长度等参数，提升多段式复合纸张的阻燃效果，减小烟支炭化发黑的长度和面积；将所选材料应用于产品制样，通过打样分析，确定多段式复合纸张的材料、规格及工艺，通过对上机打样生产过程中的单因素分析，确定最佳的上机工艺参数，减小纸张之间的缝隙，提升复合效果。