麻浆卷烟纸热裂解行为研究

图6-3　麻浆卷烟纸的热失重图

图6-3为麻浆卷烟纸的热失重图，从图上可以看到麻浆卷烟纸TG曲线有两段明显的下降过程，在360℃发生了剧烈的化学变化过程，为卷烟纸中纤维素的分解过程，670℃的化学变化过程为卷烟纸中碳酸钙的分解过程。在优化后的气相色谱和质谱条件下，分别在400，500，600，700，800和900℃下对麻浆卷烟纸进行热裂解。结果发现，麻浆卷烟纸裂解产物组分非常复杂，且不同的裂解温度直接影响生成产物的类型和相对含量。

表6-2为不同裂解温度下（400℃，500℃，600℃，700℃，800℃和900℃）用5MS色谱柱检测出的麻浆卷烟纸裂解产物的分析结果。

表6-2　麻浆卷烟纸裂解产物分析结果（PE-Elites 5MS毛细管色谱柱）

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从表6-2可以看出:用5MS色谱柱检测出的麻浆卷烟纸裂解产物的分析结果比较复杂，共检测出110种挥发性裂解产物。在400℃、500℃、600℃、700℃、800℃和900℃条件下的挥发性成分依次鉴定出39种、50种、63种、67种、66种和57种，分别占总挥发性组分的36.263%、41%、60%、73.96%、76.89%和96.54%。

在400℃和500℃裂解温度下，裂解产物少，多为一些烯类和酮类，其中1,3-环戊二烯含量最高，达到所分析出挥发性组分的21.4%，1,3-环戊二烯有类似萜烯类物质的芳香气味，能影响卷烟的风味特征和品质，随着裂解温度的增加，1,3-环戊二烯的相对含量逐渐升高，700℃后又显著降低。其次是2-甲基-2-环戊烯酮和1-戊烯-3-酮。600℃的温度下，热裂解的挥发性产物中，含量最高的仍然是1,3-环戊二烯，其次是2-甲基-2-环戊烯酮、甲苯和间甲酚。在700℃的温度下，热裂解的挥发性产物中，含量最高的是1,3-环戊二烯，并且1,3-环戊二烯含量达到最高值，多数随着裂解温度的增加相对含量先升高后降低的化合物都在此温度附近达到最大值，如1,3-环戊二烯、1-甲基-1,3-环戊二烯、1,4-二甲苯、苯酚、间甲酚等。这类化合物为卷烟纸中纤维素的裂解产物，在700℃纤维素已基本完全裂解，随着温度的增加，这些化合物又发生了断键和重排，故而含量下降。其次是甲苯和苯，在800℃的温度下，含量最高的变为苯，其次是甲苯和萘。在900℃的温度下，含量最高的为苯（相对含量达到37.756%），其次是萘（相对含量达到18.23%）。从分析结果可知，1,3-环戊二烯、1-戊烯-3-酮、苯酚、1-氢茚、邻甲酚、间甲酚、亚联苯基、芴、蒽和菲在六种裂解温度下都存在，由表6-2可知，亚联苯基、芴、蒽和菲随裂解温度的升高而升高；1-戊烯-3-酮随裂解温度的升高而下降；1,3-环戊二烯、苯酚、邻甲酚和间甲酚随裂解温度的升高先增大后减小，说明了随着裂解温度的升高，化合物断键和重排，生成其他化合物。

图6-4　麻浆卷烟纸的挥发性裂解产物含量随温度变化曲线图

麻浆卷烟纸在热裂解过程中可以产生烯类（如1,3-环戊二烯）、酮类（如2-甲基-2-环戊烯酮）、苯及其衍生物（如甲苯、乙苯和苯酚等）以及一些稠环芳烃（如蒽、菲等）。有些化合物只有在低温下才出现，这些化合物多为烯类和酮类（如3-甲基-2-环戊烯-1-酮）。有些化合物只有在高温下才出现，这些化合物多为苯及其衍生物以及一些稠环芳烃（如对乙基甲苯、苯乙酮、萘、苊）。裂解产物中烯类和酮类，苯及其衍生物以及稠环芳烃含量随温度变化曲线见图6-4。

图6-4说明随着裂解温度的增加，烯酮类的含量逐渐下降，苯及其衍生物和稠环芳烃的含量逐渐增加（如900℃的温度下，苯的相对含量达到37.756%，萘的相对含量达到18.23%）。裂解温度从800℃到900℃的变化期间，苯及其衍生物以及稠环芳烃的含量急剧增加，即高温下对人体有害的物质含量大大增加，说明了降低卷烟燃烧温度可降低高温卷烟纸裂解产生的有害成分。