低引燃倾向卷烟纸在混合型和烤烟型卷烟中热分解产物研究_刘志华

研究文论

· 烟纸卷·

引低燃倾卷向纸在烟混 合和型烟烤型烟卷 中热分产解研物

刘志究

华者简介： 刘作志华先，生 硕， 士 副研究 ； 员 要 主事从烟草学研究。

化摘要 ： 采用热重红气外相谱质色谱用技术研联究 了 种3引燃低倾向（ LP）I 卷烟纸两、种成烟 丝 （ 品混型、烤烟型） 、以及合L P 卷烟I与烟纸丝混样合品的分热性解。采用电质观察镜 LI 卷P纸的烟表 面理状物。结态表明果， 经LPI 材料涂过覆卷烟的表纸透面孔气明减少 显，热分 解温也稍低于 未度覆涂分部。各品样的分热解物产红外谱图经断 判，生成主要物质种的变类不大化。气 色相谱谱质分析 明表当 ， 种3 IL P烟纸用于卷烟卷，时混型卷烟合的分解产热物没有化变， 烤烟型卷烟生成的双戊 的烯对相含会减少量， 但主其成分要并发未明生显变。化 键关词： 引低燃向卷倾烟 ；纸 合型卷混；烟 烤型烟烟；卷 热解分 中分类号图 ：TS71. 26 献文识标码： A章编文：号 250-5480X（ 0122 ） 5-0009207-

1 ，

何

2沛

1

春波

刘

1

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王明亚

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缪

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1

1（ .云省南草烟学化点重实室验， 南烟草科学研究院云云，昆明南，6 5006 ； 1.2 明理昆大工化学学程工学院 ，南昆明，云652042）

E fefct o Lfw oIgntiion Propnestiy Cigreatet Papreso n Prylosys iofB ledenda ndV iginira Cgaietret

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-全界世围内

范，未灭熄卷烟都是引起火灾的一的个 重要原之因，降低卷烟一着火向、倾止防吸引起 烟的火是灾目欧美前立法监的管要内容重之一。 美纽 国州于 2004约年 6月 2 8日先通率法过，强令制施行降 低香引燃烟性标。准在随后数年的，内多很国家和地［1-4 ］ 因此， 。传统卷在烟产 品都进区行相了关立法的中 使低引用燃向 倾（lo winigitno prponseiy，t LPI ） ［5卷 7 ］。烟纸 势在行必2

12 年第 01 卷3第5 期 《国中造纸

》

随低引着 燃 向倾卷 烟 市场 的 普 及 ，L I P卷 烟的 ［810 ，］ 外国 安流性问全也渐渐引题了人起们的意 注行的主是要合混卷烟 ， 而国型内的品一产般为烟烤 卷烟 ，型卷烟 型类差异使得的进口 ILP 烟纸在国

卷收稿期日 ：2021-102-8 （ 改修稿 基）项金目： 云中烟工南业公科技开发计司 （划 2100C0P 1 ）， 云 南创新团省建队项目 2设09CI001 。4

29·

·

究论文研

内

烤烟型烟卷的上用使得变为尤慎重。 对针种情 况 ， 本此实验 3将 进种 L口I 卷烟P纸别分和进口混 合红外 型光 、 产烤烟国型烟搭配 ， 并首次采卷热用重 谱相色气谱 质 联谱用 设 备 进 行 分 ，析模 卷拟烟 燃 烧状态 ， 免避线分离所析产的生次二应问反 题。结 果 显示， 所考察的进 口LIP 卷烟用纸烤于型卷烟 烟虽时然某些对气烟成分对含量有一相定的变改， 可 能 起吸引味变的 ， 化并但会不给气烟成带分显著来改变 。 1 .11 实

验入热重

析分中仪， 缓慢升温 50至 ℃ ，启热重分析动程 快序速升，温同开时红启外光谱程实序时监测 根。据热 重 线曲 判断 样，品 的最 大失 重 曲 线拐 点 位于 20℃ 附近。3因， 选择此3 0℃2 时热分解产物的切 入相气谱色质联用仪进谱行测检。 重实热条件验 ：初温始度为 05 ℃，自 50 ℃开始 2以0 /℃ imn升至 900 ℃，热 解围为氮气，氛流量为 50 L m/ mn。热i分析仪重与外光谱仪传输红温度线 2为70℃ ，外红光仪谱的收池吸温度设为 72℃ 。0 GCM S 分析 ：PHMS 色5 柱，谱 进样 口 温 2度05℃ G，C升 程温： 序80℃（ 1mni ）  20→0  ℃ →25℃0 （ 0 min）1。 质 传谱线输温 280℃ ，离度子温源度220 。 2 2.℃1 果与讨结论电镜分

5析 / ℃mn 1i℃ 0/ imn

实验

材和料器 仪卷纸烟 ：口进 LIP 烟纸，有卷 ，ab，c3 种纸样

。卷

：烟 国烤烟型卷产 Y 和烟口混合进卷型烟M 。 仪器： 台式描扫子电显微镜 Penhm o（荷 兰FEI S eptcum 10r0F TIR红 公 司 ）； STA 0600 热重分析C仪lruas600 气相色谱 仪Carlsu6 0T 质0仪谱外光 谱联仪设用备 （美 国 Prkie nlmerE 司公 ） 1.。2 1. .21 实 方验法 品制样备卷烟纸 样 品： a 、b 、 3c LIP种纸 样 按 全 涂 覆（t

） 未、涂覆（ t） 和半n覆 （涂 m） ， 各 取相同积面3

对，abc 3， 纸种的涂覆样区域和涂未覆域进区行了 镜分析，放电 大00 倍后的卷烟5纸镜图如电图 2示所。

t，

an， ta；m b，tb 纸样种 （如图 1 所 ） 示，即 an t，bm ct；，cntc，。m

图1

L

P I烟纸卷取样示图意

卷

烟和卷纸样烟品搭： 配 如a纸样 的涂全样品 覆Y；t 以类推， 此即与 Y成烟品丝配搭， 表示为 a则tY， nat，Y am， btY， Ybt所n样有品可分 a为Y b，mY ，ct，Yc tYn ，cmY a，tM， ntM，aam ， btM， bntMM ，bMm， cM，tc tn， cmM。M实 际卷烟卷烟中纸质量的相对烟丝于质要低量 多很为，了免避于量过由少产而的现象生不显情况明发 ，实验生将卷中纸烟烟丝的质量比与高提至1∶1 ； 在热分析仪中重的纯样品放量都入制控在8 ～ 9 m ， g 混合样品控制在则1 7 ～8 1m 范围内g 。. 2.12

·30·

热重实

图2验

at、

at、ntbbn、、ttc 和 cnt放大 500 倍的 镜照电片C ihna Pupl＆ Paer pVol.31 ，No. 5 2，120

将

～89 mg 的 品样 （混 样合为品 1 ～71 8mg ）放

研

究论文

从图2 中 3 组电镜照片的可以出，看LI P阻燃 料涂涂覆在卷纸表烟面后明显膜成 与，未覆部分涂 比，透相气显度降低。这表明著， IPL卷 烟阻纸作用燃除了 在涂材料中使用覆阻燃成了分外，减 原小烟纸 卷的气 透 度 也 能可是 导致 其 燃烧 性 下 的 降 重要 原 因之。 2一. 2重热析分a， ，c b3 纸样和 种Y M 两种烟丝及、其合物 混的热曲线重如图 所3示 从。图 3可以 出看 ，纸样纯 （包括涂全覆、未涂 和覆半覆涂）的 热失主要分重为 5 个段阶 第。阶一 段 为0℃5到 2 0℃3 左右这一，阶的主段热要失为重 卷纸中烟去水失分和小子；分第 2阶段为 30℃ 左右到2 3约7℃0 这 一，阶 段 要主 纸是 张中 纤维 成 分 分

的

解 ； 3第阶段 为3 0℃ 7右左到约 603 ， ℃一阶 这段失重为较缓，平是纸中张添剂加等分成的解分以及

［

1121

］

纤维素原成的进分步分解；一 第 4阶 段为 63℃0左右 到约 75 ℃0 此，阶仍段有量少有机难解的分纤维素 和添剂加分成分，解但主要失重卷是烟纸 中aCC3O的分 解 成的造； 高于7 05 ℃为后 5 第段阶，此，时机有 已基物分解完本全可，能要主稳定是性高的较少无量［

111 ］2

［

2 ］1 物机的热解裂段，所以阶图在表现中得较平为 。 图缓 3 的 中 组曲6的整体趋势是一致的，说线涂

覆明L IP 阻燃涂不能对卷烟料的热裂纸温度解产较生 大响。影第在2 段中阶未涂覆和半涂的覆品样热分温 解度高略于全完覆涂的品。样 一这变化可是能由 于ILP阻 燃涂中的料些成某分的热分解温较度所低致的导。 t Y，ant ，Ya 中，其合混的 后 与a c纸

样 （at Y cn，tY，c m，Ya M，t Ym，can M，tamM， cMt，cntM cm，）M的热 重 线 斜 率 曲介于 纯烟 （丝 Y 或 M ） 和卷烟 纸 （ta ant， am，，ct， ctn，cm ， b， tm） 之b间，很 地满足加和好律。规而，当 然bt 与n 混Y合，时第其2 段热失阶重 原比烟卷纸多更。 M 混与合时， 2 n第 少t。这表示bn 阶t段失重热则 比b本的成身会分与 Y 和 M发不生同的反应 。 其，中 与 混合Y 分热解 新 生 成易挥的发性质物多。 更因此从热分解的角度，看，不同的 LI P卷烟 在纸用于烟烤型卷烟时，可能 发生会少量不同的分热解应，反 但整体势不会变化，趋本保持了原 基有烟和卷烟纸的特卷性 2。 . 3外红光分谱 与热重析机的联红外谱仪检测光所得 的 ab，， c3 种样纸的涂全覆、未 覆涂和涂覆样半的热品分产解物时 随间化变红外光的谱如图 4图所示 。 从 图 中可4以看，3 种纸样出 无是全涂论覆，未覆涂是半还覆涂，其热分解 物的红外吸收峰的位产基本置－1 变化不 大 ，但于 位520 0m c右的左 强峰度随间变化较为明时。显对比an 和 tnct 可发以现， 种3样纸 t，n-b

图

3

，b，a c3种纸样 Y、M 和两烟种丝其及合混物热重曲的

线未涂覆

部热分解分各种的产物含的 并不完量全相同， 在 00 6～ 900 范s

围 3·1·

202 年第 31 卷第 1 5 期中《造纸国》

研究论文

·3 ·2

hinaCP lpu Paper＆

Vo

. l3 ，1No.5 ， 012

2

研究

文论

nt 的 裂热 解 产 物在25 0 0内 （第 2 段 阶 重 失 ） c，1 cm－ 近附红外的吸明收显于 an高t和 nb 的，t 在 但 t和cm 在 阶段该的吸收 涂覆强LI P阻 燃料涂， 后度c与又a 纸和样b 纸基样相本，同表这 c示纸 涂样覆 的L IP阻燃材料在卷烟 的热纸解过程中分化学反的应 a与纸样和 b纸样 并完不全同相 这一。果同样说结 明不同的， ILP卷 纸烟所的卷烟用纸原和燃阻材料都 尽不同相， 此所产生因烟气的成分在含量存在上 差，异但体整物产类并没有发生明种显变 改 根据。图3 卷烟纸中重曲线的热失拐重判点断 ，卷 烟 第 2 纸阶失段重点拐的度温为点3 0℃2， 应时对间为 8 0 s1因此。选 择180 时的s外光谱红图作为比谱 对图3， 卷种烟样纸品的32 ℃0时热 解分物产红的光 谱外图如 图5 所。示由图 5 可看出以，a、 b 、c 3 种，bt ，c t 、 ）涂未纸样的全涂 覆 a（ntbnt、、cnt ）半涂覆和（ a覆 （ ma、mbcm、 ）品在 32样0 ℃的热分解产物 红外图的谱各收峰吸位置都 的没有化变，没也发有明显的不现于同其 他谱的吸收图峰这，明 LIP表阻燃 材的加入料不会卷烟使纸烧产生燃新类型的 合物化但。于卷由原纸烟本身的差异，在 余其吸各峰强度收变不 －化1大 情况下，的位 于25 0

0～ 2000 cm的 吸峰收强度有却较着的大异 差。 其 和 tm 差a别不大， 略高于 但中a atn ； 纸样的吸收峰依b为 次nb ＞ btt ＞mb； 纸 c样的 tc和 cm基 相本n 。 t这一区域主 要，但同明显低于 c是三或累键积双的伸缩振动键区。 这 nt 样纸身本热解产 裂变化一说，a明的生易挥性不饱和非发香族化芳合物 较，所涂少覆的 ILP阻燃材料 不能 也为显著地产生较类化合该；物b 纸样 和 c 纸样些有似，类本产身生的饱 和非芳不族化合物较多，但在涂覆香各 自用的所L I P燃材阻料产生后的类该 合物反化而幅度大少。减 当ab、c、 3 纸样分种与 别 和YM 合后混， 其20℃ 时热分解产3的 红物光外图如图 谱 6所示。由 于合混样品中烟卷和烟丝纸的 总量大于烟纯样品丝，此在因外谱红

2120 第年 13卷 第5 期中《国纸造》 6图

图中

合样品混分解产物热的外红高都高峰纯于丝样烟品 产的物高； 峰但吸收各峰的置位都没有显变明，化 这示表无 L论I 卷P纸烟的涂全覆未涂覆或是、涂半覆 品与烤烟样型的Y 或混型的合 M混 合时分热解产 生质的物类型并有没发变化生 2。.4 色谱质谱分 将析以上样品 在32℃0时的各种热分解 产进物， 进入样相气色质谱谱用仪， 联以a 纸为样例， 全涂其 ）t 未 涂、 覆（ an t） 和半 覆涂 （a ） 样m 品 覆、（ aY 、 M及其合物在 3混20℃ 时分解所得的热相气色谱 总图子离流如图 7 所图示 。图 7 由可以发现， 有所谱色 图.900 下的主以峰 本类似基，许少谱峰色置略有漂位移这主要，是于由仪 状态不器定稳致导的 其。中， 于 9.位33 和1 . 70

2

，ab，c 3种 样的全纸涂（覆a ，btt，c） t，涂覆未 （at，nnt，cbtn ）m，mbc，m） 品与 Y 和样 M 混后在合 20℃ 时3 和的涂半覆 （ a热分解物红产光外谱图 ·33·

研

论文究

附

存在近2 烟草个有的特色峰，谱纯在烟纸卷品样中没 有现发经质谱分。， 析于位9 .3 3的处峰归于双属 3 ， WlieyS8T质 谱 库） ， 位 戊于烯 （CS： A31-88671. 02 处 分的则 归属 于烟 碱 （ ACS：5 1154 ， iWly8STe质谱 ） 。库烟当丝卷与纸烟混合，后在 发生不 何化学任变的情况下化由于，丝和烟卷烟共有产纸 峰物的积增累高，烟特草有物峰产高的度应减该小原 为Yt，a Mt ，anYt 高，的度半左一。 如右 7图 的 中anaM，amY 和 tmaM， 位 17.于 20 附的近碱烟

峰都好地较满这一足规。 当律3 种卷 纸分烟别与M 混时合，9.33 近附双 的戊的峰高烯也样降同为烟原丝产物高的峰半左一右； 但在与 混合Y后 此处，峰则高出现幅大度降低，即 产 的该物质的生量减。这说明小 ，烟型烤烟和丝 这 3种卷烟组合纸后，热 分解生的双成烯的量戊减会，少 混而

合型则化变大。 这一现象不明， 表选取 的3 L种PI 烟卷纸混与型合烟丝搭时配 ，不明会地改变显 气烟成分，但与烤型烟烟搭配则会丝现烟出某些气分成

7 ·图3 4

·a纸 的全涂覆样 （a t 、未涂覆 （ an））t、半涂 覆（ ma ）品样、Y、M 其及合样混的品气相谱色总离子流图 hCian uPlp＆ Pap erV o.l31 ，No. 5 ， 0221

研

论究

文

的变，进化而能会可造卷成烟吸味改的 。变但烟气其主 成要的种类分和含都量有没出明显变化现 。 综所述，同一种 上IP 卷烟L可能纸对会烤烟型 和混型合卷烟气产烟生同不的影， 响致导吸味改的， 但其主变要分成变改不并明显 。外此， 真在的卷烟实中 卷，纸与烟丝烟质的量比很，因小，此其影响更 会微弱。 3 结 加

［论 2］A SMT E127-890 ，Stndaard eTst eMhod ftro Masurengi he tgnIitoni． STAM nterIntaioanl，esW tCnsohhoocStkenrgth o fiCgaertet s［S ］neP，．A ［ 3］I OS 18632 ： 210 （0E ，S）andartd estt mthedofor asessisgnt hei ngitoi nropepnitsy foCi greatts e S［］ ．Intrneatinaol rOgnizatiao nfr Sotnadraidzation，wiSzetlarnd ．［ 4 ］E N61156： 2 100，Ci gartteeAsssssmene otf te hgniiiont proepsity n［S］ ． Bitirh sStadanrd snsIittuito．n ［5 ］adotJP，B daa C． Lon iwnigiot propnesnity（ LI）Ppap r semking oarictlse：US， 20 50170972 7［］P ．2050-2001 ． 6［］Miller H H ，Kagrr e．EP orudtcoino f IP cLgirateestu sngit h roe mdehto［Cd/］/0028C ORESA CTnoregs，shSaghnai 200，． 8 ［］7V niecn tJ H，Hnkea y，TJnidall I Po．tnetials uroesco fmaeurseemt enrro rhwn meesauringth e pemraebiity ol flo igwitinonpro epnstiy （ LP） Iapprse t ISoO 962［C5］/ /In： OCRETSA eMte，Smke ociS．2 00．7P odr． eThcon ．rGupos，eJuIslanjd ，［ ］ 8Hilell RAlpetrR，cihradJ， Cononr ，Oetc ．Rceetn dvAacns en iigCarette Ingiion ProtepsntyiR esaechr adnD eelvomepn［J］t． Fre Tiechnlogo，y20 1 0 4，6（ 2） ， 27．5［ ］ 9aWnn Ja． （T 020 ） 7Fere iarbu rnig snomkingar iclts wetih rdeuecd gniiitn．op roclvity ihacartcristices： US ，Pteatn 0207 /2095348［P ］．2 0712207．［ 1］0 丁丽，婷 ［ 王11］ 王 笛张， ，等． 瑞LP I烟纸的卷化优计设在及烤 ．烟 中造纸国 20，11 3， （ 0 1）： 15 ．卷型中的烟应用J］ ［晔，王维，生百战刘． 卷纸烟热重和失裂热行为 探解 索 C［// ］中国烟草学 20会5 0年文论， 集025．0

过电通照镜片分析 了 3低种引燃倾 （ L向I ） 卷P烟纸的表 物理状面，态采用重红热外气色相质谱 谱用联术技对 3种LIP 卷 纸和烟合型混、烟烤型种两 烟卷其及合物进行混热分了解质和产物性研究。 果发 现，结有 IL 阻燃P料涂覆的材烟纸热分解卷温度低稍 于未覆部涂分根据纯品和。合物混的热分产物的红解 谱图分析外断，判成生的要物质主种

类变不大化，但 生的成饱不非芳和香族合化物物的质的对量有相变改 气。相色谱法质谱和分析表明，当 3种 LI P卷 烟纸于 用烟型烤卷时，烟相对于合型卷烟，其混生成双戊烯 的量减少会可，能会导烟致吸气的味变改但烟气主要，成分变 并化明不显。

参［

1 邢 军］荆 ，，刘

熠考

文

献

［ 21 罗丽莉］，黄群海 ，绍文杨 等， ．卷烟纸常纤用维原料热裂产解物 ］J 中．造纸， 国0208， 2 7（ 4 ） ：4．7的 分［ C析P

P，等． 低引燃锋倾 向（ LP I 卷）纸对卷烟烟

引燃性能的影响［C］

/ 中国/烟学草 2会00 9年学论术集 （ 文业部 20工09．分 ），

（

责任编：辑 赵旸宇

）



·消息·

于关征集十第届中国科四年协会十第会场 分“生物 炼精技研术会”讨论 文通的

知由中 国 科 协和 河 北 省 人 民政府 联 合 办，主以 “ 科创新技经济与构调整结 为”题的主十四届第中国 协科会将年 于2021 年9 月 8 —1 0日 在 石 家庄举 行 。同期 围绕，科发展等学前沿交叉问设题20 个分场 会行进流交研与讨中，造国学会纸与北省造河学纸共会同 办承第 十 分 会场 题，目 为“ 生 精物炼 技 术 研讨 。 现就关有论征文事集宜通如知下： 会 ”、一征文容内 .1制浆造 与生纸物精炼2. 物质生能 3.源 生物质制备高加值附材新料及化品 学4.生物 质抽提后对制续浆影 5响 半纤维素.木质、素用利6 .纳米微晶 纤维及其素应用7. 黑液气化 . 酶水解技8术生与质精物 二、炼各请方学地会专、委员会业企业、、等院高2 012 年 第3 1第 5 卷期《 中造国》 校、研究设计纸所院单等位技术的员人跃提踊相关 论文供 三、文截论稿期为 2日02 年1 7月 31 日四、 撰论写的文写要作 求请登录科网站，协 下 载《十四届第中国科协 。网年址为： 学会交术流会场分文征求 要 》htpt ：/ /www ．ast． cogr ．c n n3/058 1/n3 548 8 n1/8203714． fiesl/ n38131239．doc m ali 发学会箱，邮审 核五文章、成完后请用 E编后辑，统上一中国科传协。 、会议六具的体地和日点期中待科协年国会公办室确 定后另会议发通知知 。告 系人：联雷煌 （ 1362 2213186） 天 （ 陶1532213958 1 ）邮 箱 l：iehunag@ tcapi or.g.c n12 321@ c3atip o.rg cn .（中 造纸国会学 ）·3 ·5