烟草薄片,又名再造烟草(Reconstituted Tobacco),是利用烟末、烟梗、碎烟片等烟草物质为原料制成片状或丝状的再生产品,用作卷烟填充料[24]。用造纸法制成的烟草薄片称为造纸法烟草薄片,它是特殊的造纸产品。一般来说,优质薄片的要求是具有良好的松厚度、吸收性、柔软性,特别是松厚度大吸收性好有利于涂布液在烟草薄片基片上的浸涂或喷涂;烟草薄片作为特殊的造纸产品,其抗张强度并不是要求越高越好,只要满足纸机抄造即可,抄造好的基片要进行后期涂布处理,所以要求烟草基片具有一定的湿强度,即优质烟草基片需要有较好的松厚度、柔软性和合适的干/湿抗张强度[25]。在卷烟中加入造纸法烟草薄片,是提高卷烟安全性的有效途径,不仅可以充分利用烟叶资源,降低生产成本,还能有效降低卷烟焦油量。造纸法烟草薄片的常规化学组成含量低于烟叶,加入卷烟后,可引起总糖、还原糖、烟碱、总氮等不同程度的下降,有较强的可人为干预性,可通过改变薄片的某些成分(如烟碱含量、糖含量等)来调节卷烟中的某些成分,也可根据不同产品的需要,通过加香加料来弥补或部分弥补其对卷烟内在品质的影响[26~28]。
白晓莉[29]等利用热重分析仪深入比较3种烟草薄片在不同升温速率和不同气氛下的热分解行为(图3-67),结果表明在氮气气氛下,提高升温速率会使分解剩余物的比例增加;在相同的升温速率下,薄片在空气中的分解温度要稍低,空气中的氧气会加速样品氧化分解。其中分析的样品为:国产薄片a、b;进口薄片c。
图3-67 3种薄片的TGA曲线
图3-68是相对应的3种薄片的微商热重(DTG)曲线。如图中所示,3种薄片在100℃以下均有一个小的分解峰,薄片a 的峰值温度略低于薄片b、c。这是薄片样品中含有的水分和挥发性物质受热引起的。随着温度的进一步升高,在165℃左右出现一个热失重峰,这是样品中的单糖和其他一些小分子物质因热裂解而引起的。单糖在烟叶中的裂解温度要稍高于其在薄片中的裂解温度,这是由于薄片在生产过程中要人为加入一些香料和小分子盐,这些添加物会加速单糖的裂解所致。单糖含量是烟叶品质的重要标志,通常品质好的烤烟烟叶中含有较多单糖。单糖含量也影响薄片产品的吸食品质,增加烟气和顺。DTG结果表明薄片a、c的单糖含量高于薄片b。随着温度的进一步升高,3种薄片在260℃左右出现第3个热失重峰,这是薄片中半纤维素热分解造成的。这3种薄片都是由烟梗等纤维素含量较高的烟草废弃物通过造纸法制成的,所以半纤维素含量相对较高。图3-67中结果表明薄片c的半纤维素含量在三者之中最低。3种薄片在310℃左右出现最明显的热失重峰,在此处3个样品均失去约30%的质量,这是由样品中的纤维素分解引起的。一般来说烟叶中纤维素质量分数为11%左右,薄片中纤维素含量要远高于烟叶中的纤维素含量。3种薄片的半纤维素和纤维素分解温度都分别在260℃左右和310℃左右,差别较小,说明高分子物质的热分解不受样品中单糖和小分子盐的影响。随着温度的升高,3种薄片在350~500℃之间均有少量热失重,这是薄片中其他多糖物质(多为高分子物质如木质素等)发生热裂解。在650℃左右薄片a、b出现CaCO3的热分解峰,薄片c在680℃出现分解峰,可能是由于薄片c中CaCO3含量较高,部分CaCO3与其他物质相互作用导致分解温度稍高。薄片c中CaCO3含量最高,表明此薄片包灰性好。此外,烟草的燃烧性随着碳酸盐含量的提高而变好,薄片c的综合性能优于薄片a、b。DSC图可以看出,3种薄片的热行为比较相似,在90℃附近均有一个较大的吸热峰,这是样品中的水汽和一些挥发性物质引起的;在170℃附近出现明显的吸热峰,这是纤维素晶体熔融峰,表明3种薄片中的纤维素晶体晶型相同;随着温度的升高,在260℃附近出现放热峰,这是由于薄片中半纤维素的吸热降解造成的;超过300℃高温处3个样品均出现个明显的放热峰,这是由纤维素吸热降解造成的。
图3-68 3种薄片的DTG曲线
笔者利用热裂解气相色谱质谱法研究对比了几种不同类型烟草薄片热裂解产物。样品类型为:国产薄片a,b,进口薄片c。结果如图3-69至图3-72所示。
将薄片样品磨成粉末状,称取2 mg薄片样品,放入热裂解石英管中,用石英棉塞堵住管两端,再将样品加入已设定好温度的裂解炉中,在900℃下进行瞬间裂解,裂解产物被载气直接导入气相色谱-质谱联用仪中进行分离和鉴定。(www.xing528.com)
图3-69 薄片a在不同分解条件下的TGA曲线
图3-70 薄片a在不同分解条件下的DTG曲线
图3-71 3种薄片产品在空气中的TGA曲线
图3-72 3种薄片的DSC曲线
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