滤嘴材料
出处：按学科分类—工业技术 广东经济出版社;中国轻工业出版社《烟草工业手册》第263页（9929字）
(一)对滤嘴材料的一般要求
(1)无毒、无臭、无异味，符合食品卫生安全法规的要求。对卷烟品质无不良影响。
(2)具有良好地过滤性能，通过吸附、键合或拦截等作用，能减少烟气中的焦油量和其他有害成分。
(3)具有一定的强度，质地均匀，有良好的可加工性能。
(4)具有一定的经济合理性。
(二)滤嘴材料的分类
根据滤嘴材料的原料成分，大致可分为：纸、天然纤维、合成纤维、吸附剂和其他辅助材料。表5－2－1为部分已使用的滤嘴材料。
表5－2－1 滤嘴材料分类
目前使用较普遍的主要有：醋酸纤维丝束、聚丙烯纤维丝束、纸、活性炭和三醋酸甘油酯等。
(三)醋酸纤维丝束
1．醋酸纤维丝束的主要特性
醋酸纤维丝束的主要特性包括单丝线密度、丝束线密度、截面形状与卷曲数等参数。
(1)单丝线密度(单纤度)。单丝线密度是指一根1000m长单丝的质量克数，单位为“特［克斯］”，单位符号“tex”。也可以“分特(dtex)”为单位。
1特(tex)=10分特(dtex)
原国际上习惯于沿用纺织行业的表示方法，即以9000m长单丝的克重称为单丝“旦”数，单位符号为“den”。两种表达方式的换算公式为：
1特(tex)=1／9旦(den)
“旦”的表示方法已被“特”所取代。
醋酸纤维丝束的单丝线密度的使用范围通常在0．2～0．9tex之间。
(2)丝束线密度(总纤度)。丝束线密度是指在一定拉伸力下，1000m长度丝束的质量克数，单位tex或dtex。过去常以9000m长丝束的克重表示，也称总旦数。
丝束线密度是影响滤棒质量、硬度和吸阻的主要技术参数之一，也是与吨丝产棒率有关的主要经济参数。丝束线密度的选择范围通常在3111～5000tex(28000den～45000den)之间。
(3)单丝截面形状。单丝截面形状主要有Y型、O型、I型与X型等。当单丝线密度一定时，Y型截面纤维的表面积较大，滤棒成型时可获得较高的填充性和过滤效率，因而是首选截面形状。
(4)卷曲数。卷曲数通常是指25mm长度的纤维上波状弯曲的个数。单位符号为“个／25mm”。适宜的卷曲有助于增加滤棒的硬度，减轻滤棒质量，降低滤棒成本，提高截滤效率。一般认为，在25mm长度纤维上18～35个卷曲数是较为合适的。
(5)润滑剂。醋酸纤维丝束生产过程中要以少量矿物油作为润滑剂，以控制单丝间的摩擦，防止产生静电。润滑剂含量应在0．3%～0．9%的范围。
(6)水分。醋酸纤维丝束有在空气中吸收水分的性质。一般要求产品的水分含量在6%±2%范围内。
2．对醋酸纤维丝束的技术要求
醋酸纤维丝束的主要技术要求见表5－2－2。
表5－2－2 醋酸纤维丝束主要技术要求
注：*在此范围选定一个值。
此外，要求丝束在包内规则排放，易于抽出。丝束应无异味，无影响滤棒加工的缺陷。
丝束在包内的断头数不得超过2个。
丝束包的质量为(500±100)kg。
3．醋酸纤维丝束产品规格
醋酸纤维丝束产品规格多样，根据产品的需求而定。表5－2－3为部分醋酸纤维丝束的规格。
表5－2－3 醋酸纤维丝束规格举例
资料来源：1．大塞路卷烟滤嘴技术培训中心信息，1996。
2．卷烟滤棒生产技术介绍，烟资(86)－041986。
3．中国标准化质量监检中心测试结果。
(四)聚丙烯纤维丝束
1．聚丙烯纤维丝束的主要特性
聚丙烯纤维丝束的主要特性包括单丝线密度、丝束线密度、截面形状、卷曲数等参数。由于聚丙烯丝束具有较高的单丝强度和较强的化学稳定性，带来加工的特殊性。
(1)单丝线密度。聚丙烯纤维的单丝线密度一般在0．50～1．00tex之间。常规丝束为0．8～0．9tex，改性丝束为0．6～0．7tex，生产加胶滤棒的丝束在0．4～0．5tex范围。
(2)丝束线密度。常用聚丙烯纤维丝束线密度为4000～5400tex，与其相对应，生产120mm长滤棒的产棒率约为140～110万支／t丝。加胶滤棒用丝束的线密度约为3500tex左右，吨丝产120mm长滤棒在155万支左右。
(3)卷曲数。聚丙烯纤维丝束的卷曲数通常在27～43个／25mm之间。
(4)卷曲度。卷曲度是指一定长度的纤维经规定的张力拉伸与未拉伸前长度之差的百分比。
聚丙烯丝束的卷曲度在30%左右，且变异系数较大，因此易产生丝束的不均匀性。
(5)截面形状。聚丙烯丝束纤维的截面形状一般为Y型或Y、O混合型。
2．聚丙烯纤维丝束的技术要求
聚丙烯纤维丝束主要技术要求见表5－2－4。
此外，要求丝束外观无分股、无毛边、无污渍。纯白色，无明显亮光。
丝束每包净重70～150kg时，包内结头不得超过1个；大于150kg包装，每包内结头不得超过2个。
表5－2－4 聚丙烯纤维丝束主要技术要求
3．聚丙烯纤维丝束产品规格
聚丙烯丝束产品规格多样，依据产品的需求而定。国内部分聚丙烯丝束生产厂家的产品规格见表5－2－5，表5－2－6，表5－2－7及表5－2－8。
表5－2－5 无锡太极实业股份公司产品规格
表5－2－6 深圳美丝化学纤维有限公司产品规格
表5－2－7 上海申花滤嘴材料公司产品规格
表5－2－8 哈尔滨化学纤维厂产品规格
4．聚丙烯纤维丝束与醋酸纤维丝束理化性能的比较
聚丙烯纤维丝束属人造合成纤维，醋酸纤维丝束系再生天然纤维，二者理化特性差异见表5－2－9所示。
表5－2－9 聚丙烯纤维与醋酸纤维理化特性比较
(五)纸质滤材
1．纸质滤材的主要特性
纸质滤材包括有湿法压纹纸和干法纸。其共同的特性：
(1)以天然纸浆为原料，来源广泛，安全卫生。
(2)吸附性强，有助于提高滤嘴卷烟的过滤效率。
(3)可作为活性炭等吸附剂的载体，用于生产品种多样的滤棒。
2．纸质滤材的制造工艺
(1)湿法压纹纸。湿法压纹纸是以100%亚硫酸盐纸浆为原料制成的外观纯白的原料纸，经干压或湿压而成。
干压工艺：选用软质纸，在干燥状态下进行纵向压纹。
湿压工艺：选用较坚实的纸，在充分吸水的状态下，进行纵向压纹，加热干燥。
干压纸生产出的滤棒比湿压纸滤棒有硬度大，压降和过滤效率低的特点。
(2)干法纸。干法纸以针叶树的漂白纸浆为原料。将纸浆开松呈纤维状，在干燥成型机网带上将纤维铺成均匀的薄层，经正反两面分别喷胶、干燥、分切、卷盘而成。
干法纸滤棒的外观、圆度和过滤效率等指标均优于湿法纸滤棒。
3．产品规格
表5－2－10为湿法压纹纸的产品规格。
表5－2－10 湿法压纹纸产品规格举例
(六)活性炭吸附剂
1．活性炭的基本性能
活性炭通常以木屑、硬果壳(如椰子壳)、果核(如桃核、橄榄核等)、柏油、金属碳化物等为原料，在转炉中高温炭化，再经水蒸气活化制得。
活性炭为多孔结构，具有较大比表面积，碳含量在90%以上，还含有少量氢、氧以及钾、铝、硅、钠和铁的氧化物。其结构特点表现在具有非极性表面，是疏水性和亲有机物质的非极性吸附剂。
活性炭性能稳定，无臭、无味，不溶于水。耐酸、耐碱。高温下解析再生其晶体结构没有什么变化。
活性炭的堆积密度为0．38～0．50g／cm3。在活化过程中发展起来的孔隙按半径大小分为微孔、过渡孔和大孔，规格见表5－2－11。
表5－2－11 活性炭的孔径结构
活性炭的吸附作用与孔径结构有关。比表面积为1200m2／g的活性炭可很好地吸收焦油物质，但对烟碱的截留能力很小；比表面积为900m2／g的活性炭对焦油和烟碱具有几乎同等程度的吸收效率。
2．活性炭的规格
常用的活性炭吸附剂规格见表5－2－12。
表5－2－12 常用活性炭吸附剂规格
3．活性炭的应用
活性炭滤棒的加工方式通常有以下几种：
(1)在醋酸纤维丝束或聚丙烯纤维丝束成型滤棒过程中，将活性炭颗粒均匀地撒在丝束上，使之裹携并固定在滤棒之中。
(2)把颗粒度较细的不定型颗粒活性炭均匀地分散在纸浆中，抄成纸后再卷制成纸质活性炭滤棒。
(3)将活性炭颗粒(或活性炭与其他吸附材料的混合物)嵌夹在两段棒之间的空腔里，成为复合滤棒。
在接装卷烟的二元或三元活性炭复合滤嘴中，每支平均含炭量分别为40～60mg和80～120mg。
(4)将活性炭粉加到皱纹纸中，添加量约为2．5mg／mm。
(七)硅胶吸附剂
1．硅胶的基本特性
硅胶通常是以低模数的硅酸钠与酸反应，水解得到一种不稳定的单硅胶，在水中自聚合成聚硅酸。在凝结槽中随pH和氧化硅浓度的变化，聚硅酸呈胶冻状态。经固化和老化后，用水冲洗掉其中包藏的盐和剩余的酸，最后脱水干燥而成硅胶。
在含有机溶剂(如乙醇、丙酮)的水溶液中老化，能使凝胶的胶团分散度稳定，增加硅胶的比表面积。当pH=5时，控制热水处理凝胶的温度和时间，可得比表面积小、孔径大的硅胶。
硅胶分子式为SiO2·nH2O。为无色或淡黄色颗粒。不溶于水和无机酸，溶于氢氟酸、浓苛性钠溶液。机械强度高，耐磨性好。
硅胶的孔径分布相对较为单一和窄小，通常在2～20mm之间。
硅胶是一种坚硬无定形链状和网状结构的硅酸聚合物。由于表面羟基极性的作用，对极性分子和不饱和烃有明显的选择性，而对烷烃等非极性有机物质则难以吸附，为亲水性极性吸附剂。
2．硅胶的规格
常用硅胶吸附剂的规格见表5－2－13。
表5－2－13 常用硅胶吸附剂的规格
3．硅胶的应用
(1)将细粒度硅胶(约200目)与漂白硫酸盐木浆或亚硫酸盐木浆均匀混合打浆、抄造、压纹成型、干燥与分切后，可加工成湿法硅胶纸滤棒。
原料配比中，以硅胶用量为17%左右为宜，成品棒中硅胶保留量为5%；压纹形状以梯形沟纹优于三角形沟纹，纹距1．3～1．5mm，硅胶的加入使滤棒白度明显提高，可免加增白剂。
(2)将40～70目粒度的硅胶夹在两段滤棒之间的空腔内，成为复合滤棒。平均每支卷烟滤嘴中的硅胶颗粒为60～100mg。如硅胶中吸附有薄荷醇，可制成薄荷香型滤棒。
(八)海泡石吸附剂
1．海泡石的基本性能
海泡石吸附剂通常是将块状矿石采用常规方法破碎而得，可以不经特别处理而直接使用，亦可进行活化处理后使用。
海泡石的活化方法包括表面改性、高温煅烧、高能放射、酸碱处理、催化剂改型和复合工艺处理等，以加热与酸处理较为常用。将海泡石加热至100～150℃，除去海泡石孔径内的吸附水，可增大其比表面积；以酸洗海泡石，清除掉孔隙中的碳酸盐等杂质，可增加孔容积。
海泡石分子式为Mg8(H2O)4(Si6O15)2(OH)2·8H2O，其中常有铁、铝、钛、钙、镁、钾、钠的氧化物共生。相对密度2～2．3。呈致密的粘土或纤维状集合体。颜色为白中混杂着灰黄，光泽暗淡，触感光滑。
海泡石有内、外孔结构，不同地区、不同品位的海泡石孔隙结构不尽相同，比表面积从130～200m2／g不等。海泡石对极性分子和直径小的分子如卷烟烟气中的一氧化碳、二氧化碳、腈类、乙醛、丙烯醛等有较强的选择性吸附作用。
2．海泡石的规格
常用海泡石产品规格为：
粒径：0．15～0．4mm，0．4～0．9mm
比表面积：138～199m2／g
经酸活化后，比表面积可达200m2／g以上。
3．海泡石的应用
用海泡石吸附剂加工滤棒的方法主要有：
(1)将海泡石与针叶木浆以适当配比混合打浆，加工成海泡石木浆纸，经压纹、干燥、分切后卷制成滤棒。
(2)将海泡石粉末喷洒在潮湿或涂胶的薄纸上压纹、干燥、分切、成型为海泡石纸滤棒。
(3)在醋酸纤维、聚丙烯纤维丝束成型过程中，将海泡石粉末撒布在丝束带上，卷制成含吸附剂的滤棒。
(4)将海泡石以发泡成型的方法制成泡沫状圆柱体，与醋酸纤维滤棒等复合。
(5)将海泡石颗粒夹在两段滤棒之间的空腔里，成为复合滤棒。
(九)其他类型滤棒吸附剂
一些各具特色的滤棒吸附剂的组成与使用特点见表5－2－14。
表5－2－14 各种类型滤棒吸附剂举例
(十)增塑剂
在醋酸纤维丝束滤棒成型过程中，要加入三醋酸甘油酯作为增塑剂，可对纤维粘合固化，增加滤棒硬度，减少滤棒缩头。
1．三醋酸甘油脂的基本特性
三醋酸甘油酯由一分子甘油与三分子的醋酸酐经酯化反应制得。
三醋酸甘油酯相对分子质量为218．21，沸点258℃，融点－78℃。
三醋酸甘油酯为无毒无臭的油状液体，微溶于水，易溶于醇、醚等有机溶剂。主要质量指标见表5－2－15。
表5－2－15 三醋酸甘油酯主要质量指标
2．三醋酸甘油酯与滤棒质量的关系
(1)与滤棒硬度的关系。当滤棒增塑剂含量在一定的范围内时，滤棒硬度与增塑剂含量呈正相关系。见图5－2－1。图中L为长度，C是圆周。
图5－2－1 增塑剂与滤棒硬度
(2)与滤棒压降的关系。增塑剂可使纤维表面溶解、粘合、固化。随着增塑剂含量的增大，滤棒压降增高。图5－2－2显示了其相关性。
图5－2－2 增塑剂与滤棒压降
(3)与滤棒缩头的关系。在滤棒成型过程中，增塑剂的加入对改善缩头现象有明显效果。见图5－2－3所示：
随着增塑剂含量从0%逐渐增加，缩头逐步降至最低点，之后再度逐渐增大。增塑剂含量在10%左右时滤棒缩头最小。
图5－2－3 增塑剂与滤棒缩头
(4)与滤棒纤毛的关系。经三醋酸甘油酯增塑的醋酸纤维滤棒中有细小的纤毛，用粘性琼脂可从滤棒中粘附掉，但从烟气和其冷凝物中却未检出。说明三醋酸甘油酯有防止纤毛吸入口中的作用。
3．其他增塑剂品种
可用于醋酸纤维丝束成型的增塑剂除三醋酸甘油酯外，还有三甘醇二醋酸酯、三乙烯醇二醋酸酯等。其配方与使用特点见表5－2－16。
表5－2－16 醋酸纤维丝束用增塑剂举例
注：以上为伊斯曼公司产品。
(十一)滤棒卷纸
1．主要性能
滤棒卷纸有普通卷纸与中、高透气度滤棒卷纸之分。中、高透滤棒卷纸通常与打孔接装纸配合使用，生产通风滤嘴卷烟。
卷纸性能对滤棒质量有一定影响。
(1)滤棒卷纸与硬度的关系。以普通滤棒卷纸(厚0．0035mm)和高透气度卷纸P－2000(厚0．0049mm)、P－10000(厚0．0065mm)三者成型滤棒的硬度比较见图5－2－4。
图5－2－4 滤棒卷纸与硬度
由图5－2－4可见，随卷纸厚度增加，滤棒的硬度是提高的。
(2)滤棒卷纸与缩头的关系。滤棒卷纸的透气度对滤棒缩头有一定的影响。以普通盘纸和P2000，P－10000两种高透盘纸比较，在丝束填充量相同的情况下，滤棒卷纸的透气度加大，则滤棒的缩头也会有所增大，见图5－2－5。
图5－2－5 滤棒卷烟与缩头
(3)滤棒卷纸透气度与通风率的关系。在通风滤嘴卷烟设计中，应选择具有适宜透气度的滤棒卷纸，与预打孔水松纸配合使用，达到预定的滤嘴通风率。从图5－2－6可找出滤棒卷纸透气度与通风率之间的对应关系。
图5－2－6 滤棒卷纸与通风率
2．滤棒卷纸规格见表5－2－17，表5－2－18。
表5－2－17 普通滤棒卷纸规格举例
表5－2－18 高透气度滤棒卷纸规格举例
