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聞“煙”識粒度

供稿:安東帕(上海)商貿有限公司 2021/1/12 17:14:22
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自20世紀50年代以來,由於雪茄的普及,製造商們開始注重生產過程的成本效益。機器製作的雪茄模仿手工製作的雪茄的成分,也包括茄芯、茄套和茄衣。在這種情況下,茄芯一般由切碎的煙葉組成,也稱為短茄芯,其價格比整片煙葉便宜,並且成品更均勻。由於整片煙葉對於機制雪茄來説太脆弱,因此茄套和茄衣通常都是由均質煙葉(HTL)組成的。HTL由細磨的煙草粉末製成,將其與水和纖維素混合成紙漿,然後捲成薄片。HTL增強的抵抗力和均勻性使其非常適合於自動化雪茄製造。此外,HTL有助於控制雪茄的燃燒速率,這是消費者滿意度的一個重要標準。

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 實驗設置

本文研究了HTL生產廠家提供的兩種不同的煙草粉末材料。其中一種是粉末狀煙草,用於HTL製造雪茄茄套(此後稱為“茄套”材料),另一種用於製造雪茄茄衣(“茄衣”材料)。

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圖1:PSA 1190 L/D與自動進樣器附件

 

在安東帕PSA 1190 L/D上,在室温(約25℃)下進行了濕法和幹法模式的測量。自動進樣器附件(圖1)負責取樣。茄套和茄衣分別測試3個獨立樣本,每個樣本測量3次。使用夫琅和費近似來計算粒子大小。完整的儀器設置詳見表1。

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表1:煙草粉末材料濕法和幹法模式測量參數設置

茄套材料的測試

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圖2:以濕法模式測量的茄套材料。上圖:單一代表性體積加權的粒度分佈。下圖:三個獨立樣本疊加圖,每個樣本測量三次。

 

圖2顯示了以水為溶劑,濕法模式下測量的茄套材料的粒徑分佈。此外,三個樣本的三次重複結果(共9個測量值)如圖2所示。體積加權的D值和相對標準差(RSD)見表2。

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表2:濕法模式下測量的茄套材料的體積加權D值和相對標準差。第一次:所有樣品首次測量運行的平均值。第二和第三次:所有樣品的第二次和第三次測量的平均值。

 

對於所有三個獨立的測量樣本,疊加圖(圖2,下圖)顯示了隨着測量次數的增加,粒徑向較小粒徑輕微偏移(見表2)。這表明,由攪拌器引起的機械應力破壞了一些較大的顆粒。在測量前對樣品池進行超聲處理,可以顯著提高這種效果(數據未顯示),從而證實了煙草粉末的易碎性。因此,所有的濕法模式的測量都是在沒有超聲的情況下進行的。

為了在幹法模式下測量茄套材料,使用了專利的幹射流分散(也稱為文丘裏分散)。與觀察到的濕法分散情況類似,煙草粉末對空氣壓力引起的破碎非常敏感,因為不斷增加的文丘裏壓力會使分佈向小顆粒大小傾斜(數據未顯示)。然而,當使用250 mbar的低文丘裏壓力進行測量時,顆粒破碎是有限的。因此,這裏提出的所有幹法測量都是使用這種壓力進行的。

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圖3:以幹法模式測量的茄套材料:代表性的體積加權粒徑分佈。

 

圖3顯示了幹法模式下所測得的粒徑分佈。三個獨立樣本的體積加權D值和相對標準差(RSD)見表3。

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表3:幹法模式測得的茄套樣品體積加權D值和相對標準偏差。三個獨立樣本的均值

 

用幹法測量得到的粒度結果比用濕法測量得到的要稍微低一些。對於D90值來説,這一點尤為明顯,在幹法模式下(128 μm)比在濕法模式下(第一次運行169 μm)低25%。

茄衣材料的測試

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圖4:濕法模式下測得的茄衣材料。上圖:代表基於體積加權的粒度分佈。下圖:三個獨立樣本疊加圖,每個樣本測量三次

 

圖4顯示了在濕法模式下測量的茄衣材料的典型粒徑分佈,以及三個獨立樣本上的三個重複的疊加圖。體積加權D值和相對標準差(RSD)見表4。

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表4:濕法模式下測得的茄衣材料體積加權D值及相對標準差。第一次:所有樣品首次測量運行的平均值。第二次和第三次:所有樣品的第二次和第三次測量的平均值

對於這個樣品,觀察到與茄套材料相同的效果。3次重複結果中,第1次結果比第2次和第3次的顆粒尺寸更大,表明了隨着測試次數的增加,顆粒破碎。

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圖5:在幹法模式下測量的茄衣材料:具有代表性的體積加權粒徑分佈

 

圖5顯示了在文丘裏壓力為250 mbar的幹法模式下測量得到的粒徑分佈。從三個連續測量值中計算出相應的體積加權D值和相對標準差(RSD),如表5所示。

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表5:幹法模式測得的茄衣材料體積加權D值及相對標準差。平均值來自3個獨立樣本

 

正如觀察到的茄套樣品,通過幹法測量得到的顆粒尺寸比通過濕法測量得到的要小。對於大顆粒尤其如此,幹法模式下的D90值比濕法模式下下降26%就證明了這一點。

有趣的是,無論是在濕法模式還是在幹法模式下,茄衣材料的顆粒尺寸都低於茄套。特別是,茄衣材料的D90值明顯低於茄套的D90值,説明茄衣材料的大顆粒含量比茄套少。

結論

通過實驗,我們證明了安東帕PSA能夠測量煙草粉末的粒度分佈,在濕法和幹法模式下具有很高的重複性。然而,對極容易破碎的顆粒必須小心地施加儘可能少的機械應力。在幹法模式下,通過使用慢速攪拌分散和放棄使用超聲來實現。在幹法模式下,在低文丘裏壓力(250 mbar)下分散粉末也可以減少破碎。

總的來説,茄衣比茄套材料含有更小的顆粒,並且粒度分佈略窄。這表明這兩種材料非常適合它們各自的用途。事實上,作為茄套的HTL應該是高度抗機械應力的,茄衣HTL,使雪茄的最終外觀,理想狀態下應該是薄,光滑和柔軟的。由於茄衣材料比茄套更細、更均勻,我們可以假設其對應的HTL將比其較粗的對應HTL更薄、更光滑。

審核編輯(李娜)
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