造纸法再造烟叶是采用废弃的烟梗、烟片和烟 末等物质为原料用纸机抄造成片状的再生产品，最 后作为卷烟中的填充料[1]。原料在磨浆过程中会形 成大量的细小组分，同时还有烟草水溶性物质与填 料存在于浆料体系中，这会对浆料体系的留着和滤 水产生严重的负面影响，因此必须选用合适的助留 助滤剂。这样，一方面可以提高填料和细小纤维的 留着，改善白水循环，减少污染；另一方面可以增强 浆料的滤水性能，提高纸机脱水效率，增加纸机车 速，从而提高再造烟叶基片的抄造效率[2一3]。

由于再造烟叶作为食品原料的特殊性，需要选用 天然且无毒的助剂。瓜尔胶和壳聚糖符合上述要求， 并己在造纸行业中得到了应用[夂5]，但在造纸法再造 烟叶行业中的应用较少。

收稿日期:2013-02-20(修回）

本文选用壳聚糖和阳离子瓜尔胶这2种天然 化合物为湿部助剂，详细研究了上述助剂对再造烟 叶浆料Zeta电位、打浆度、助留助滤性能以及再造 烟叶基片物理性能的影响，同时给出了合适的助剂 添加条件，为其在造纸法再造烟叶中的应用提供实 践依据。

1实验 1.1原料和仪器

原料:氢氧化钠、醋酸，均为分析纯;阳离子瓜尔 胶；壳聚糖；轻质碳酸钙。瓜尔胶和自制壳聚糖的 脱乙酰度和电荷密度如表1所示。

表1瓜尔胶和自制壳聚糖的脱乙酰度和电荷密度

助剂脱乙酰度/%电荷密度/(mmo卜g_f)

1号壳聚糖70.710.48

2号壳聚糖81.311.15

3号壳聚糖90.611.83

阳离子瓜尔胶-2.56

仪器:SZP-06型Zeta电位测定仪;PCD-03颗粒 电荷测定仪;DDJ动态滤水仪;SX 2-4-10型高温箱 型电炉;ZSP-300高浓磨实验盘磨机;PF1磨浆机； PTI抄片机;ZUS4型纸张厚度测定仪;ZL-300A型 纸与纸板抗张试验机;YT-DL 100定量取样器。

1.2实验方法 1.2.1制浆实验

按照5 : 3 : 2的质量比混合烟梗、烟片和烟末； 混合后用水萃取再固液分离，经盘磨机磨浆后获得 烟草浆(22.5 °SR);漂白长纤木板加水浸泡后，经 PFI磨浆机磨浆后获得外添木浆（33.6 °SR);烟草 浆、外添木浆和轻质碳酸钙混合后获得再造烟叶基 片浆料，其中烟草浆与外添木浆的质量配比为9 : 1， 轻质碳酸钙的添加量为浆料质量的20%。

1.2.2抄片实验

称取再造烟叶基片浆料（浆料绝干质量为2.5 g)，加入助剂搅拌均匀，再倒入抄片机抄造成形获得 再造烟叶基片。基片分别按GB/T 12914— 1991、GB/ T 451.3—1989 和 GBA1 451.2—1989 测定抗张强度、 厚度和定量。基片松厚度=基片厚度/基片定量。

1.2.3助剂影响Zeta电位的实验

在500 mL浆料(浆浓为0.3%)中加入助剂，搅 拌均匀后于Zeta电位测定仪上测定浆料体系的Zeta 电位。

1.2.4助剂影响滤水的实验

在1 000 mL浆料(浆浓为0.3%)中加入助剂，搅 拌均匀后把浆料倾入动态滤水仪中，选择“Drainage” 模式，在500 r/min的转速下转动1 min后开启阀门， 收集前10 S的滤液并称量，绘制动态滤水曲线。

按照GB 3332—1982测定不同助剂加入后浆料

的打浆度。

1.2.5助剂影响留着的实验

在500 mL浆料(衆浓为0.3%)中加入助剂，搅拌 均匀后把浆料倾入动态滤水仪中，选择“Retention”模 式，在500 r/min的转速下转动1 min后开启阀门，收 集前100 mL的滤液，采用文献[6]中的方法测定滤 液浓度，浆料的单程留着率=(浆料浓度-滤液浓度V 浆料浓度X100%。

2结果与讨论

2.1助剂对浆料体系Zeta电位的影响

Zeta电位与填料留着、滤水性能和纸张的干湿 强度有着直接的联系[7],因此有必要研究助剂的加 入对浆料体系Zeta电位的影响。不同助剂对浆料 体系Zeta电位的影响见图1所示。

由图1可以看出，随着助剂用量从0增加到 1%质量分数，浆料体系的Zeta电位均有逐渐增大 的趋势，这是因为助剂与带有负电荷的微小纤维发 生了絮聚，纤维中的负离子电位逐渐被中和；同等 用量下，壳聚糖对浆料体系Zeta电位的改变强于阳 离子瓜尔胶。当2号和3号壳聚糖的用量分别达到 0.6%和0.7%时，浆料体系的电荷性质反转;而阳离 子瓜尔胶在1.0%的用量之内，体系的电荷性质并不 会发生逆转，这是因为壳聚糖的阳电荷密度明显高 于阳离子瓜尔胶（见表1);1号壳聚糖的用量在1% 以内也不会引起电荷转性，这可能是因为1号壳聚 糖脱乙酰度太低，溶解性不好。

从理论上讲，体系Zeta电位为0时具有最大 助留和最好的滤水性能，但是由于体系的复杂性， 最适宜的Zeta电位值不总是为0, 一般将Zeta电

5 0 5 0 5 3 3 2 2 1

Hs-sf 狳y

0 5 0 5 0 5 9 8 8 7 76

位值控制在微负值（0〜-8 mV)[8]，因此需要选择 合适的助剂和适合的添加量。

2.2助剂对浆料滤水性能的影响 2.2.1助剂对打浆度的影响

打浆度是衡量浆料悬浮液性能的指标，直接反 映了浆料的滤水性能，因此有必要研究助剂的引入 对打浆度的影响，结果见图2所示。

由图2可以看出，浆料的打浆度起初随着助剂 用量的增加逐渐降低，这意味着浆料体系的滤水性 能逐渐变好；当阳离子瓜尔胶和3种壳聚糖用量均 为0.6%时，浆料的打浆度分别降低了 25%、37%、 45%以及47%;同等条件下，壳聚糖对打浆度的影 响大于阳离子瓜尔胶；当2号和3号壳聚糖的用量 超过0.6%时，打浆度反而上升，这表示浆料的滤水 性能有所下降，与上述Zeta电位试验（2号和3号 壳聚糖的用量分别达到0.7%和0.6%时，浆料体系 的电荷性质反转）相吻合。这可能是因为纤维素纤 维、细小组分及非纤维物质与助剂之间形成的复合 物被过度中和，重新悬浮于浆料体系中，因此导致 滤水性能下降。

2.2.2助剂对浆料动态滤水的影响

图3显示了不同助剂对浆料动态滤水性能的

影响。

由图3得知，浆料的滤水量起初随着助剂用量 的增加也逐步增加；当阳离子瓜尔胶和3种壳聚糖 的用量均为0.6%时，前10 s的滤水量较空白样分 别提高了 47.9、73.7、141.2和182.1 g;壳聚糖对浆 料滤水性能的改善强于阳离子瓜尔胶；当2号和3 号壳聚糖用量超过0.6%时，浆料的滤水速度反而 下降。结合图1可知，当用量超过0.6%时，浆料体 系的电荷发生了逆转，从而使得2号和3号壳聚瑭

图3不同助剂对浆料动态滤水性能的影响

的助留效果变差；1号壳聚糖由于脱乙酰度低，与 纤维素底物之间的吸附不如高脱乙酰度的壳聚糖 强烈，所以助滤效果不如后二者好。

2.3助剂对单程留着率的影响

图4显示了不同助剂对浆料单程留着率的 影响。

0.00.20.40.60.81.0

w(助剂添加量)/%

图4不同助剂对浆料单程留着率的影响

从图4可知，浆料的单程留着率起初随着助剂 用量的增加逐渐增大；同等条件下，壳聚糖的助留 效果强于阳离子瓜尔胶，4种助留剂用量同为0.6% 时，3号壳聚糖要比瓜尔胶高出11.1%,这是因为 壳聚糖具有更高的阳离子电荷，可以更好地与细小 纤维和无机填料发生静电中和、桥联、镶嵌及氢键 作用，使浆料更好地絮凝，从而提高再造烟叶浆料 中细小组分和填料的留着率；另外，2号和3号壳 聚糖的用量分别超过0.8%和0.6%时，其助留效果 开始下降，而阳离子瓜尔胶和1号壳聚糖在1%的 用量之内，单程留着率一直上升，但用量大于0.6% 时，上升趋势趋于平缓。

从图5可以看出，加入助剂后，基片的抗张■ 度有所下降。当助剂用量为0.2%时，下降幅度较 降幅为25%〜34%。当用量超出0.2%后，抗张: 度呈现不规律变化，但是不同助剂间的区别不明显 图6显示了不同助剂对基片松厚度的影响。 从图6得知，加入助剂后，烟草基片的松厚) 有所提高；当4种助剂的用量均为0.6%时，再造j 叶基片的松厚度可以提髙0.2〜0.3 cm3/g。

总的来讲，4种助剂的加入对再造烟叶基片| 抗张强度和松厚度等物理性能的影响不显著，基; 处于同一水平。

2.S壳聚糖应用于造纸法再造烟叶的正交优化试?

通过以上的实验可知，壳聚糖在助留助滤方i

图6不同助剂对基片松厚度的影响

都要优于阳离子瓜尔胶，因此选用壳聚糖为湿部助 剂继续进行实验研究，以确定合适的添加工艺条件。 实验以壳聚糖的脱乙酰度、添加量和体系的pH为 考察因素，以浆料的滤水性能、浆料的单程留着率 为指标，设计“3因素3水平”正交试验，考察的因素 水平见表2所示。

表2因素水平表

因素

水平ABC

脱乙酰度/%w(添加量)/%体系pH

170.70.45

281.30,66

390.60.87

依据上述试验条件设计正交优化试验如表3

正交实验结果

实验因素实验结果

试验号A

脱乙酰度/%B

«；(添加量)/%C

体系pH滤水量/g程留着率/%

170.70.4524682.3

270.70.6628685.4

370.70.8727084.7

481.30.4632089.7

581.30.6732888.5

681.30.8531291.1

790.60.4734992.5

890.60.6537096.1

990.60.8634593.3

W267/84.1305/88.2309/89.8一—

k叫320/89.8328/90.0317/89.5-—

355/94.0309/89.7315/88.6--

RtR,87/6.623/1.88/1.2一_

注:先、女2和it,表示的是滤水量;和知'表示的是单程留着率。

表3

所示。

从正交试验结果来看，各因素对浆料滤水性 能、单程留着率和填料留着率的影响有相同的规 律。根据脱乙》度>/? ®加置>•/?(«，其重要性依次为： 壳聚糖脱乙酰度、壳聚糖添加量和体系pH。根据it 值确定合适的添加条件，不论是以滤水量还是单程 留着率为指标，最佳工艺参数均为為52C2，即壳聚 糖的脱乙酰度为90%，添加量为0.6%，体系pH选 择6。在此条件下进行验证试验，所得结果为:滤水量 为383 g，单程留着率为96.0%，填料留着率为 71.8%,表明正交试验所确定的优化条件可信度较髙。

3结论

(1)与阳离子瓜尔胶相比，壳聚糖对再造烟叶 浆料的Zeta电位、打浆度、动态滤水和单程留着率 的影响更为明显，而且脱乙酰度越高，效果越好。但 对于高脱乙酰度的壳聚糖，过高的用量反而不利于 浆料的留着和滤水，因此要注意控制助剂的用量。

(2)壳聚糖和阳离子瓜尔胶的加入会影响再造 烟叶基片的物理性能。4种助剂的加入均会降低基 片的抗张强度，当助剂用量为0.2%时，基片的抗张 强度可以下降25%〜35% ;但是助剂的加入均有利 于提高基片的松厚度。不同助剂对于基片物料性能 上的影响区别并不明显。

(3)通过正交试验对壳聚糖的应用条件进行 优化，最佳工艺条件为：壳聚糖的脱乙酰度为90%， 添加量为0.6% ,体系pH为6,并通过验证试验确 认所优化的工艺条件较为可靠。