一种适用于再造烟叶生产的三元助留体系及其应用
技术领域
本发明属于再造烟叶生产技术领域，具体涉及一种适用于再造烟叶生产的三元助留体系及其应用。
背景技术
造纸法再造烟叶（Paper-process reconstituted tobacco）又称烟草薄片，该技术是以烟梗、烟碎片、烟末、烟棒烟草物质等为原料，运用造纸技术加工得到具有烟草特征气息的产品，造纸法再造烟叶由于具有耐加工性能好、降焦效果显著、产品质量可塑性强等特点，在烟草行业得到了广泛的运用。造纸法烟草薄片生产中所用助剂的选择必须要求天然、无毒，同时具有良好的助留助滤和增强等性能。传统的造纸法烟草薄片常用的天然有机聚合物助留剂有壳聚糖、瓜尔胶的改性物等，其中壳聚糖由氨基葡萄糖通过β-1,4糖苷键连接而成，其分子链上分布着许多羟基、氨基，还有一些N-乙酰氨基的线性大分子，是自然界存在的唯一碱性多糖；而瓜尔胶以β-1,4-D-甘露吡喃糖单元为骨架连接形成主链，每两个甘露吡喃单元由1,6连接的半乳吡喃糖单元作为侧链，相对分子质量约为20-30万，与纤维素类似的结构。
造纸法再造烟叶生产过程中的湿部成型阶段对基片物理性能以及纸机运行的稳定性都有非常重要的影响。成型过程中浆料的滤水性好、留着率高，可以产生增加脱水效率，降低能耗，减少断纸以及避免细小组分的过多流失等有利的效果。而在浆料中添加适量的助留剂可以有效的提高浆料的滤水性和留着率，由于烟草行业对产品安全性的要求，造纸法再造烟叶生产过程中所使用的助剂需要在行业许可使用的物质名录里。因此，行业里通常都使用单一的瓜尔胶或壳聚糖作为助留剂，其助留助滤效果远远不及高效的合成助剂。
随着造纸法烟草薄片抄造技术的进步与发展，传统的单元助留助滤体系已不能适应操作要求。目前，微粒助留助滤体系在造纸工业中得到了大量的应用，典型的阴离子微粒助留助滤体系是由阳离子聚合物和带负电的无机微粒组成，其中阳离子淀粉/胶体二氧化硅、阳离子聚丙烯酰胺/膨润土微粒助留体系在生产过程中得到了大量的应用。
申请号为CN103584272A的文件公开了一种双元微粒助留助滤体系，采用聚丙烯酰胺/膨润土组成的双元微粒助留体系替代现有的瓜尔胶单一的助留助滤方法，滤水量及留着率都得到了提高，但是该体系使用的聚丙烯酰胺对人体神经有毒害作用，即使在微量配比的情况下，仍具有对消费者的潜在威胁，因此不适用于造纸法再造烟叶的生产体系中，因此，开发出一种适用于造纸法再造烟叶生产的、符合行业安全性要求的高效助留体系具有十分重要的意义。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种适用于再造烟叶生产的三元助留体系，通过构建一种由固着剂、阳离子絮凝剂和阴离子助留剂组成的三元助留体系，同时将其应用于生产浆料中，能显著提供再造烟叶生产中浆料的留着率和滤水性，同时也符合烟草行业对助剂安全性的要求。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种适用于再造烟叶生产的三元助留体系，包括：固着剂、阳离子絮凝剂、阴离子助留剂，其中，固着剂为高阳离子密度助剂中的一种；阳离子絮凝剂为高分子量阳离子助剂中的一种；阴离子助留剂为阴离子助剂中的一种。
本发明助留助滤体系采用微絮聚机理，即首先在浆料中加入阳离子型高分子聚合物与纤维形成较大的絮聚物，当絮聚物收到高剪切力的破坏后，会分散成小的絮聚体，再加入带有阴电荷的无机微粒，由于无机微粒其自身的高阴离子性、高比表面积等特性，通过电荷中和、架桥等形成结构致密而尺寸较小的絮聚体，从而改善浆料的留着率与滤水性能。
作为本发明的优选，所述固着剂为阳离子电荷密度≥5meq/g的高阳离子密度助剂。
作为本发明的优选，所述阳离子絮凝剂为粘度＞1000mP •s的高分子量阳离子助剂。
作为本发明的优选，所述阴离子助留剂为阴离子电荷密度＞0.5meq/g的阴离子助留剂。
在本发明中，由于烟草原料中果胶质、水溶性糖和蛋白质等物质含量较高，制浆时容易以溶解于胶体物质（DCS）的形式存在于浆料当中，添加阳离子助剂时大量的阳离子助剂会被浆料中的阴离子干扰物质消耗，降低助剂的作用效果，而本领域技术人员大都会选择添加大于0.1%的阳离子助剂来抵消阴离子干扰物质的消耗，而经本发明人的研究发现，采用高阳离子密度助剂既可将阳离子助剂添加量减少到0.1%以下，同时高密度的阳离子分布，与浆料作用时同一与细小组分、填料作用，此时固着剂与胶体物质发生中和的效率更高，更易形成复合物从而起到捕捉剂的作用；而选用高粘度的高分子量阳离子絮凝剂，更易絮聚浆料中的纤维和细小组分构成较大的絮聚物，增加了后续剪切破坏时的可加工性；最后配合与固着剂相匹配电荷密度的阴离子助留剂（经本发明人试验得阴离子电荷密度＞0.5meq/g即可）将阳离子絮团重新连接，最终使得浆料得到较高的留着率和滤水性，同时有利于基片匀度的提高。
作为本发明的进一步优选，所述固着剂为改性壳聚糖，这是经本发明人的研究发现，经改性形成的高阳离子密度的壳聚糖与瓜尔胶相比其电荷密度更高，同时壳聚糖的分子量高，更易于与烟草浆料通过桥联作用形成絮凝体从而提高留着率。
作为本发明的进一步优选，所述阳离子絮凝剂为瓜尔胶，经本发明人发现，使用单一的壳聚糖容易使浆料形成保水性大的絮凝体，从而降低滤水性能，因此，加入高粘度的瓜尔胶可中和壳聚糖产生的部分滤水效果，使整体的助留助滤体系更加趋于完善。
作为本发明的进一步优选，所述阴离子助留剂为普鲁兰多糖、膨润土中的一种。
本发明还提供一种适用于再造烟叶生产的三元助留体系的应用方法，包括以下步骤：
（1）在混合烟草浆、外加纤维、填料的再造烟叶浆料中添加所述固着剂，充分混合后得到浆料a；
（2）向所述浆料a中添加所述阳离子絮凝剂，充分混合后得到浆料b；
（3）将所述浆料b用冲浆泵、压力筛处理后，加入所述阴离子助留剂，充分混合后得到三元助留体系。
作为本发明的优选，所述步骤（1）中固着剂的添加量为0.01~0.1wt%。
作为本发明的进一步优选，所述步骤（2）中阳离子絮凝剂的添加量为0.05~0.5wt%，所述步骤（3）中阴离子助留剂的添加量为0.1~1wt%。
本发明具有以下有益效果：
本发明首先使用高电荷密度的阳离子助剂作助留体系中的固着剂，用于减少浆料中阴离子物质对助留体系的影响；再选用中等电荷密度的高分子量阳离子助剂做絮凝剂，用于絮聚浆料中的纤维和细小组分；最后在浆料絮团被浆料流送过程中的剪切力打散后，选用阴离子助留剂做阴离子吸附剂，将阳离子絮团重新连接，最终使得浆料得到较高的留着率和滤水性，同时有利于基片匀度的提高；与再造烟行业使用的壳聚糖或瓜尔胶单一助留剂相比，助留助滤效果明显提升，同时也有利于基片匀度和强度的改善。
说明附图
附图1为助剂添加量-留着率效果图。
附图2为助剂添加量-滤水时间效果图。
具体实施方式
各实施例采用的阳离子壳聚糖样品、阳离子瓜尔胶样品的参数如下表1、表2所示：
表1. 阳离子壳聚糖样品
表2. 阳离子瓜尔胶样品
实施例1
一种适用于再造烟叶生产的三元助留体系的应用，包括以下步骤：
（1）取生产线再造烟叶浆料（包含烟草浆、外加纤维、填料），在其中添加1#阳离子壳聚糖0.05%（相对于绝干浆料，下同）；
（2）充分混合后添加1#阳离子瓜尔胶0.2%；
（3）浆料经过搅拌器900转/分钟（模拟浆料输送过程中受到的剪切力）下搅拌30s后，添加普鲁兰多糖0.8%。
使用动态滤水仪检测浆料性能。
对比例1
本对比例与实施例1的不同之处在于：
取生产线再造烟叶浆料（包含烟草浆、外加纤维、填料），在其中仅添加1#阳离子瓜尔胶0.2%，浆料经过搅拌器900转/分钟（模拟浆料输送过程中受到的剪切力）下搅拌30s后使用动态滤水仪检测浆料性能。
对比例2
本对比例与实施例1的不同之处在于：
取生产线再造烟叶浆料（包含烟草浆、外加纤维、填料），在其中仅添加1#阳离子壳聚糖0.05%，浆料经过搅拌器900转/分钟（模拟浆料输送过程中受到的剪切力）下搅拌30s后使用动态滤水仪检测浆料性能。
对比例3
本对比例与实施例1的不同之处在于：
（1）取生产线再造烟叶浆料（包含烟草浆、外加纤维、填料），在其中添加1#阳离子壳聚糖0.05%（相对于绝干浆料，下同）；
（2）充分混合后添加1#阳离子瓜尔胶0.2%；
（3）浆料经过搅拌器900转/分钟（模拟浆料输送过程中受到的剪切力）下搅拌30s后使用动态滤水仪检测浆料性能。
对比例4
本对比例与实施例1的不同之处在于：
（1）取生产线再造烟叶浆料（包含烟草浆、外加纤维、填料），在其中添加1#阳离子瓜尔胶0.2%（相对于绝干浆料，下同）；
（2）浆料经过搅拌器900转/分钟（模拟浆料输送过程中受到的剪切力）下搅拌30s后，添加普鲁兰多糖0.8%，使用动态滤水仪检测浆料性能。
得到的实验结果如下表3所示：
表3.
实验结果表明，三元助留体系的助留助滤效果明显好于单一助留剂及二元助留体系。
为了检测助剂的添加量是否会影响助留助滤效果，设置变量组，工艺步骤与上述实施例1相同，同样的浆料仅改变三元助留体系中壳聚糖的添加量，同时设置两组对照组（即一组仅添加瓜尔胶，另一组仅添加壳聚糖，改变瓜尔胶或壳聚糖的添加量）检测其性能，结果如附图1、附图2所示；实验结果表明，仅仅依靠增加单一助剂壳聚糖或者瓜尔胶的添加量无法达到三元助留体系的助留助滤效果。
为了检测改变助剂的添加顺序是否会影响三元助留体系的助留助滤效果，设置对比例5、对比例6，仅改变助剂的添加顺序，与实施例1相比，实验数据如下表4所示：
表4.
实验结果表明，三元助留体系需按照设计的顺序依次添加固着剂、絮凝剂和阴离子助剂，否则将无法达到理想的助留助滤效果。实验结果验证了本发明所设计的固着剂+絮凝剂+阴离子助剂的三元助留体系的作用机理。
实施例2
一种适用于再造烟叶生产的三元助留体系的应用，包括以下步骤：
（1）取生产线再造烟叶浆料（包含烟草浆、外加纤维、填料），在其中添加2#阳离子壳聚糖0.05%（相对于绝干浆料，下同）；
（2）充分混合后添加1#阳离子瓜尔胶0.2%；
（3）浆料经过搅拌器900转/分钟（模拟浆料输送过程中受到的剪切力）下搅拌30s后，添加普鲁兰多糖0.8%。
使用动态滤水仪检测浆料性能。
实施例3
一种适用于再造烟叶生产的三元助留体系的应用，包括以下步骤：
（1）取生产线再造烟叶浆料（包含烟草浆、外加纤维、填料），在其中添加3#阳离子壳聚糖0.05%（相对于绝干浆料，下同）；
（2）充分混合后添加1#阳离子瓜尔胶0.2%；
（3）浆料经过搅拌器900转/分钟（模拟浆料输送过程中受到的剪切力）下搅拌30s后，添加普鲁兰多糖0.8%。
使用动态滤水仪检测浆料性能。
实施例4
一种适用于再造烟叶生产的三元助留体系的应用，包括以下步骤：
（1）取生产线再造烟叶浆料（包含烟草浆、外加纤维、填料），在其中添加1#阳离子壳聚糖0.05%（相对于绝干浆料，下同）；
（2）充分混合后添加2#阳离子瓜尔胶0.2%；
（3）浆料经过搅拌器900转/分钟（模拟浆料输送过程中受到的剪切力）下搅拌30s后，添加普鲁兰多糖0.8%。
使用动态滤水仪检测浆料性能。
实施例5
一种适用于再造烟叶生产的三元助留体系的应用，包括以下步骤：
（1）取生产线再造烟叶浆料（包含烟草浆、外加纤维、填料），在其中添加1#阳离子壳聚糖0.05%（相对于绝干浆料，下同）；
（2）充分混合后添加3#阳离子瓜尔胶0.2%；
（3）浆料经过搅拌器900转/分钟（模拟浆料输送过程中受到的剪切力）下搅拌30s后，添加普鲁兰多糖0.8%。
使用动态滤水仪检测浆料性能。
实施例6
一种适用于再造烟叶生产的三元助留体系的应用，包括以下步骤：
（1）取生产线再造烟叶浆料（包含烟草浆、外加纤维、填料），在其中添加1#阳离子壳聚糖0.05%（相对于绝干浆料，下同）；
（2）充分混合后添加1#阳离子瓜尔胶0.2%；
（3）浆料经过搅拌器900转/分钟（模拟浆料输送过程中受到的剪切力）下搅拌30s后，添加膨润土0.8%。
使用动态滤水仪检测浆料性能。
上述实施例1~6的实验结果如下表5所示：
表5.
实验结果表明，选用阳电荷密度较高的1#壳聚糖作为固着剂，黏度较高的1#瓜尔胶作为絮凝剂先后添加，浆料的留着效果和滤水效果都要好于使用较低阳电荷密度的壳聚糖和低黏度的瓜尔胶，这是由于高密度阳电荷能与浆料中的阴离子互相作用从而进一步减少阴离子对助留体系的影响；而粘度较高的絮凝剂可更加高效地絮聚浆料中的纤维和细小组分，最后利用阴离子吸附剂将阳离子絮团重新连接，从而使得浆料得到了较高的留着率和滤水性。因此，实验结果验证了本发明所设计的固着剂+絮凝剂+阴离子助剂的三元助留体系的作用机理。实验结果同样表明，采用普鲁兰多糖作为阴离子助剂，助留助滤效果优于使用膨润土。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
