徐淑浩，李國智，朱雪峰，龍雨蛟，楊仁禮，陳 杰，馬原震，王家俊，何保剛

（1.紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，云南 昆明 650231；2.云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，云南 昆明 650231；3.大豐化工科技有限公司，云南 彌勒 652399）

圍繞卷煙搭口膠應(yīng)用性能及質(zhì)量，國內(nèi)開展了多方面的改進(jìn)與研究，對(duì)推進(jìn)卷煙工業(yè)技術(shù)發(fā)展、產(chǎn)品質(zhì)量的提升發(fā)揮了重要的作用[1～5]。隨著卷煙企業(yè)卷煙機(jī)型、卷煙產(chǎn)品規(guī)格越來越多，卷煙機(jī)烙鐵性能、被粘接物卷煙紙的特性差異越來越大；加之基于煙用材料安全性要求，限制了搭口膠中一些有利于粘接性能而不利于安全性的禁用物質(zhì)，較大程度上削弱了眾多搭口膠在卷煙機(jī)煙條烙鐵較低工作溫度下的應(yīng)用性能；現(xiàn)在多數(shù)搭口膠主要適合于240 ℃以上烙鐵溫度的應(yīng)用；卷煙機(jī)煙條烙鐵工作溫度越高，越容易產(chǎn)生烙鐵與煙條接觸面的變形及加快烙鐵性能衰減等問題，給設(shè)備維護(hù)、卷煙產(chǎn)品質(zhì)量帶來諸多不利影響[6～8]。本研究采用高固含量乙烯－醋酸乙烯（EVA）共聚乳液，制備了適合于卷煙機(jī)較低烙鐵溫度下應(yīng)用的搭口膠，在卷煙機(jī)烙鐵工作溫度160 ℃下開機(jī)，煙支搭口粘接牢固、平滑，具有干燥速率較快、性能較穩(wěn)定等特點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

乙烯－醋酸乙烯共聚（EVA）乳液，美國塞拉尼斯公司；聚乙烯醇（PVA，用時(shí)制備成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為19.75%的水乳液）,中國石化集團(tuán)四川維尼綸廠；氫氧化鈉（用時(shí)配制成2.3%的溶液），新疆中泰化學(xué)股份有限公司；甲基異噻唑啉酮（含量為1.5%），德國朗盛公司；聚二甲氧基硅氧烷（含量為24%），德國EVONIK公司；去離子水（電阻率≥18.22 MΩ·cm），自制。

1.2 儀器與設(shè)備

反應(yīng)釜，江蘇洪流化工機(jī)械有限公司；DV-II+型數(shù)字黏度儀，美國Brookfield工程實(shí)驗(yàn)公司；精密恒溫干燥箱，德國冰德公司；QMB型差示掃描量熱（DSC）儀，南京大展機(jī)電技術(shù)研究所；DCS型最低成膜溫度測試儀，上海樂傲試驗(yàn)儀器有限公司；ACQUITY型超高效液相色儀，美國WATERS公司；G188/7890B/5977A HS/GC/MSD型頂空/氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀、6980A型氣相色譜儀，美國Agilent公司；分析天平（感量為0.1 mg），瑞士梅特勒科學(xué)儀器公司；RM200A型轉(zhuǎn)盤式全自動(dòng)吸煙機(jī)、DT綜合測試臺(tái)，德國BORGWALDT KC公司。PASSIM型高速卷煙機(jī)，英國MOLINS公司；ZJ17型高速卷煙機(jī)，常德煙草機(jī)械有限公司；GD121型高速卷煙機(jī)，意大利GD公司；PROTOS 2-2型高速卷煙機(jī)，德國HAUNI公司。

1.3 搭口膠的制備

在潔凈的反應(yīng)釜中投入EVA乳液93～95 kg，開機(jī)，以130 r/min速度攪拌45 min；攪拌過程中緩慢投入19.75%的PVA乳液2～4 kg，再以1.4 g/s的滴速，滴加2.3%濃度的氫氧化鈉溶液1～1.5 kg；最后投入含量為1.5%的甲基異噻唑啉酮0.1～0.3 kg；邊攪拌邊添加一定計(jì)算量的去離子水，同時(shí)緩慢加熱反應(yīng)釜，升溫至50～60 ℃，攪拌1.5 h；停止加熱，待物料溫度降至室溫后，停止攪拌，物料經(jīng)過濾，即得所需產(chǎn)品。

1.4 性能測試

（1）外觀：采用目測方法進(jìn)行觀察。

（2）氣味：采用感官嗅覺的方式進(jìn)行。

（3）固含量（不揮發(fā)物含量）：按GB/T 2793—1995《膠粘劑不揮發(fā)物含量的測定》進(jìn)行測定。

（4）黏度：按GB/T 2794—2013《膠粘劑黏度的測定單圓筒旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)法》，采用數(shù)字黏度儀進(jìn)行測定[溫度為（25.0±0.5）℃]。

（5）pH值：按GB/T 14518—1993《膠粘劑的pH值測定》進(jìn)行測定。

（6）稀釋穩(wěn)定性、流動(dòng)性、凍融穩(wěn)定性：按照YC/T 188-2004 《高速卷煙膠》進(jìn)行測定。

（7）苯、甲苯及二甲苯類：按YC/T 334—2010 《煙用水基膠苯、甲苯及二甲苯的測定 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法》進(jìn)行測定。

（8）鄰苯二甲酸二甲酯類：按YC/T 333—2010 《煙用水基膠鄰苯二甲酸酯的測定氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法》進(jìn)行測定。

（9）甲醛：按YC/T 332—2010《煙用水基膠甲醛的測定 高效液相色譜法》進(jìn)行測定。

（10）醋酸乙烯酯：按YC/T 267—2008《煙用白乳膠中乙酸乙烯酯的測定頂空-氣相色譜法》進(jìn)行測定。

（11）鉛、砷：按YC/T 316—2014《煙用材料中鉻、鎳、砷、硒、鎘、汞和鉛殘留量的測定電感耦合等離子體質(zhì)譜法》進(jìn)行測定。

（12）大腸菌群：按GB/T 4789.3《食品衛(wèi)生微生物學(xué)檢驗(yàn)大腸菌群測定》進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 黏料的選擇

傳統(tǒng)卷煙搭口膠黏料為EVA共聚乳液，其固含量為50%～55%，黏度為1 500～2 500 mPa·s，相對(duì)最低成膜溫度為0～5 ℃，Tg（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度）為5～10 ℃，固化時(shí)間為8～10 s；成膜溫度較高、固化時(shí)間較長，在較低烙鐵溫度下難以實(shí)現(xiàn)快速粘接。而在本研究的低溫快干卷煙搭口膠研制中，選擇固含量較高的EVA為粘料，固含量為55%～60%、黏度為1 400～1 600 mPa·s、相對(duì)最低成膜溫度為0～2 ℃，Tg為 -2～2 ℃，固化時(shí)間為4～6 s；具有成膜溫度較低，固化時(shí)間較短等特點(diǎn)，有利于拓展其應(yīng)用性能。

2.2 VAE乳液用量與搭口膠固含量關(guān)系及對(duì)降低烙鐵溫度的影響

以上述VAE乳液為黏料，按照不同添加比例制備不同批次的搭口膠，測定其固含量并進(jìn)行上機(jī)耐烙鐵溫度試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 不同搭口膠批次中EVA乳液用量與膠體固含量關(guān)系及相應(yīng)的烙鐵溫度結(jié)果Fig.1 Corresponding relation between EVA emulsion amount,adhesive solid content and soldering iron temperature for different batch tap adhesives

由圖1可知：隨著EVA乳液用量的增加，膠體固含量也在增加，有利于提升搭口膠在較低烙鐵溫度下的應(yīng)用性能；但固含量不能過高，否則膠體對(duì)卷煙紙潤濕性能降低[9]，無法完成涂膠均勻性。當(dāng)EVA乳液用量為92%～93%時(shí)，搭口膠固含量約為55%，在烙鐵溫度為200 ℃時(shí)，機(jī)臺(tái)運(yùn)行正常，涂膠均勻、穩(wěn)定；當(dāng)EVA乳液用量為94%～95%時(shí)，搭口膠固含量達(dá)56%～58%，在烙鐵溫度為160～150 ℃時(shí)，機(jī)臺(tái)運(yùn)行正常，搭口面粘接強(qiáng)度較高、干燥速率較快，但涂膠嘴處有明顯積膠、上膠不均勻；因此，選擇EVA乳液用量為93%～95%，保持搭口膠固含量為56%～57%，以進(jìn)一步研究改善其應(yīng)用性能。

2.3 膠體保護(hù)劑

采用19.75%濃度的PVA乳液作為膠體保護(hù)劑[10]，添加不同PVA乳液用量對(duì)膠體黏度、穩(wěn)定性及上機(jī)適應(yīng)性的影響，結(jié)果如表1所示。

由表1可知：隨著PVA乳液用量的增加，膠體黏度和穩(wěn)定性提高；同時(shí)涂膠嘴積膠呈減少趨勢，此舉有利于增強(qiáng)膠體對(duì)卷煙紙的潤濕性；當(dāng)PVA乳液用量為2.5%～3.5%時(shí)，膠體穩(wěn)定，且在160 ℃烙鐵溫度下粘接性能較好；因此，選擇PVA乳液適宜添加量為2.5%～3.5%。

2.4 分散介質(zhì)——水

水作為乳液的分散介質(zhì)或稀釋劑，不僅是影響搭口膠黏度、流動(dòng)性等物理指標(biāo)的重要因素；也是影響上機(jī)適應(yīng)性及保證較低烙鐵溫度下應(yīng)用性能的重要因素。在VAE乳液、PVA乳液用量一定情況下，添加不同量去離子水，考查膠體黏度值、流動(dòng)性變化及上機(jī)適應(yīng)性；結(jié)果如表2所示。

表2 水用量對(duì)膠體黏度、流動(dòng)性及上機(jī)適應(yīng)效果的影響Tab.2 Effects of water amount on colloid viscosity，fluidity and machine operation

由表2可知：隨著水用量的增加，膠體黏度值呈降低趨勢，流動(dòng)性也趨好，上膠均勻、穩(wěn)定，涂膠嘴積膠較少；但在較低烙鐵溫度下的應(yīng)用性能也隨之降低。當(dāng)水量為2%～5%、膠體中含水量保持約42%～45%時(shí)，黏度值約為1 400 mPa·s，流動(dòng)性適中；此時(shí)即能保證膠體良好的涂膠、上膠穩(wěn)定性，同時(shí)在卷煙機(jī)烙鐵溫度為160 ℃時(shí)，應(yīng)用性能穩(wěn)定。

2.5 消泡劑

試驗(yàn)選擇了水溶性、熱穩(wěn)定性較好的聚醚硅氧烷共聚物乳液類消泡劑進(jìn)行消泡效果及應(yīng)用的試驗(yàn)。結(jié)果表明，消泡劑用量為0.1%時(shí)，對(duì)膠體中氣泡抑制或破壞效果相對(duì)最好；但在卷煙機(jī)烙鐵溫度為180 ℃時(shí)，出現(xiàn)跑條、爆口等現(xiàn)象，粘接性能明顯降低。而不加消泡劑搭口膠經(jīng)靜置6 h后，自然消泡完全，且在卷煙機(jī)烙鐵溫度為160 ℃時(shí)，應(yīng)用性能穩(wěn)定。

2.6 pH值調(diào)節(jié)劑

在煙用水基型乳膠應(yīng)用中，由于VAE乳液生產(chǎn)使用周期、貯存條件等可能帶來或引起乳液體系pH值發(fā)生變化，從而影響膠體性能的穩(wěn)定性及對(duì)應(yīng)用設(shè)備、卷煙原材料產(chǎn)生腐蝕，煙草工業(yè)企業(yè)對(duì)卷煙搭口膠的pH值控制要求為5.0～7.0。本研究采用2.3%的NaOH溶液作為pH值調(diào)節(jié)劑，適宜的添加用量為1.3%。

2.7 低溫快干搭口膠的組成及性能

上述試驗(yàn)是以保證較低烙鐵溫度下搭口膠應(yīng)用性能為目標(biāo)的，該搭口膠配方優(yōu)化組成（質(zhì)量份）為：VAE乳液93%～95%，PVA乳液2%～4%，輔助劑2%～3%，搭口膠中水分含量42%～45%。產(chǎn)品主要性能及安全性指標(biāo)如表3、表4所示。

表3 低溫快干搭口膠性能Tab.3 Performance of low-temperature and fast-drying adhesive

表4 低溫搭口膠安全性指標(biāo)Tab.4 Safety indicators of low-temperature and fast-drying adhesive

2.8 低溫快干搭口膠卷煙產(chǎn)品物理、煙氣、感官質(zhì)量

2.8.1 低溫快干搭口膠卷煙產(chǎn)品質(zhì)量的評(píng)價(jià)

選擇PASSIM、ZJ17、GD121和PROTOS 2-2等高速機(jī)型，對(duì)烙鐵溫度、施膠技術(shù)進(jìn)行研究，并確定搭口膠適宜的烙鐵工作溫度；按照GB/T 5606標(biāo)準(zhǔn)，檢驗(yàn)卷煙產(chǎn)品物理指標(biāo)（質(zhì)量、圓周、吸阻、總通風(fēng)率、長度和硬度）、煙氣以及感官質(zhì)量等（詳見表5～7）。

2.8.2 低溫快干搭口膠卷煙產(chǎn)品的性能分析

在 PASSIM、 ZJ17、 GD121和 PROTOS 2-2中高速卷煙機(jī)型上，調(diào)整烙鐵工作溫度為160 ℃并開機(jī)及生產(chǎn)運(yùn)行，對(duì)各機(jī)型生產(chǎn)的卷煙產(chǎn)品進(jìn)行抽樣、分析；各牌號(hào)、機(jī)型和低溫快干搭口膠卷煙產(chǎn)品的物理指標(biāo)、煙氣和感官質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果如表5～表7所示。

表5 低溫快干搭口膠卷煙產(chǎn)品物理指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Measured results of physical indicators of cigarette products

表6 低溫快干搭口膠卷煙產(chǎn)品煙氣指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果Tab.6 Measured results of smoke indicators of cigarette products

表7 低溫快干搭口膠卷煙產(chǎn)品感官質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果Tab.7 Measured results of sensory quality of cigarette products

由表5～表7可知：低溫快干搭口膠的應(yīng)用，對(duì)卷煙產(chǎn)品的物理、煙氣和抽吸質(zhì)量無明顯影響。

3 結(jié)論

通過對(duì)低溫快干卷煙搭口膠進(jìn)行上機(jī)試驗(yàn)分析，結(jié)果表明：①該膠完全可以滿足卷煙機(jī)7 000～11 000 支/min的機(jī)速要求，烙鐵工作溫度可以維持在160 ℃左右；②其最優(yōu)配方組成（質(zhì)量份）為，固含量為55%～60%的 VAE乳 液 93%～ 95%、 濃 度 為 19.75%的PVA溶液2%～4%、輔助劑2%～3%；③該搭口膠應(yīng)用在中高速卷煙機(jī)上，生產(chǎn)的卷煙產(chǎn)品經(jīng)過物理、煙氣和感官質(zhì)量等檢驗(yàn)，結(jié)果無明顯差異，卷煙產(chǎn)品內(nèi)外在質(zhì)量較穩(wěn)定。

[1]劉巍,許若飛,陳章玉.快速卷煙紙搭口膠的發(fā)展趨勢[J].煙草科學(xué)研究,2005,3(3):39-40.

[2]王海榮.高速卷煙膠的研制[J].貴州化工,2002,27(6):21-23.

[3]裴惠,蔣建利,韓志慧,等.卷煙用高速包裝搭口膠的研究[J].包裝工程,2004,25(6):61-62.

[4]溫光和,沈靖軒,馬濤,等.新型搭口膠的制備及其對(duì)卷煙品質(zhì)的影響[J].應(yīng)用化工,2010,39(11):1722-1725.

[5]陳元武.FHX-2高速卷煙膠粘劑的制備[J].中國粘膠劑,2000,10(2):22-24.

[6]孫歷.卷煙搭口膠應(yīng)用探討[J].上海煙業(yè),2000,3(3):6-8.

[7]尹俊林,牟定榮,溫光和,等.卷煙搭口膠現(xiàn)狀和發(fā)展[J].中國膠粘劑,2005,14(10):43-46.

[8]熊安言,郜海民,張愛忠,等.不同搭口膠施膠量對(duì)卷煙質(zhì)量的影響[J].科技通報(bào),2015,31(9):120-122.

[9]李明.VAE系列高速卷煙機(jī)用乳膠的研究[J].化學(xué)與黏合,1995,3(3):167-169.

[10]唐紅玉,王亞明,張松.高速卷煙接嘴膠的研制[J].當(dāng)代化工,2008,37(1):71-73.