CN108143004A - 一种加热不燃烧卷烟烟气降温材料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种加热不燃烧卷烟烟气降温材料及其应用，其中加热不燃烧卷烟烟气降温材料按质量百分比由以下原料通过螺杆挤出加工获得：高分子50～75％，层状纳米材料5～15％，纤维状纳米材料4～15％，相变材料5～10％，金属粉末3～10％。本发明卷烟烟气降温材料因层状纳米材料和纤维状纳米材料的加入而呈现出较高耐热收缩性，避免了聚乳酸降温材料受热收缩的缺陷；外源性相变材料的加入使其具有更好的降温效果；另外，该降温材料对烟气截留率低，基本不影响抽吸体验。
Description
技术领域
本发明涉及一种加热不燃烧卷烟烟气降温材料及其应用，属于新型烟草制品领域。
背景技术
大量研究表明，烟碱和多数香味成分在相对较低温度下(250-500oC)就可以从烟草中释放出来并转移到烟气中，过高的温度不经会增加烟气危害成分的种类和含量，还会使香味成分转化成有害物质。因此，如果把卷烟温度降低到500oC以下，即所谓“烟草加热但不燃烧”，烟气多种有害成分可以大幅度降低，而香味成分受到的影响相对较小，某些香味成分甚至可能因热解减少而增加。
基于这种思路，“烟草加热但不燃烧”的新概念烟草制品应运而生。该烟草制品的烟丝只加热而不燃烧，烟气有害化学成分和生物毒性均大幅降低。上述卷烟的技术定义是“烟丝加热但不燃烧的卷烟”(Cigarette that primarily heat rather than burntobacco，简称Heat rather thanburn tobacco)。
加热不燃烧烟草制品的实现方式一般是将烟草与热源在物理上分离，因此，其核心之一是热源设计开发。目前，加热不燃烧烟草制品根据加热原理不同分为：电加热型(代表产品菲莫国际iQOS和英美烟草的GLO)、燃料加热型(代表产品雷诺公司REVO)和理化反应加热型。电加热是目前主流专利技术，研究最广泛、专利数量最多，但该技术存在电加热结构复杂、成本高、需更换电池等缺点。理化加热也存在反应温度难于控制问题，技术实现难度大。而燃料加热技术结构简单、造价低廉，技术难度相对较低。燃料加热技术主要采用气态、液态、固态燃料燃烧给烟芯材料加热，燃料尤以固态形式居多，主要即是碳质热源，其专利占到了燃料加热型低温卷烟制品专利总数的66.7％。碳质热源材料虽然具有安全稳定、快捷高效、价格低廉等优点，但仍然存在不易点燃、燃烧温度过高、CO释放量过高、易引燃烟丝等问题。而且碳质热源过高的燃烧温度(大于800℃)存在引燃烟丝的可能性，而烟丝一旦燃烧，就会释放大量有害成分。碳加热不燃烧卷烟(典型代表Revo)的热源与烟草仍然在同一个烟支中，存在制备工艺复杂、投入巨大的缺陷。专利CN 105533800A报道了一种卷烟用含能材料及低温加热型卷烟，该热源燃烧的温度在400-800℃之间，虽然相对于碳质热源来说，燃烧温度已经大幅降低，但仍然存在引燃烟丝的风险；根据该热源所设计的低温加热卷烟仍然沿用了碳加热不燃烧卷烟类似的结构设计，同样存在制备工艺复杂的缺陷。再者，不管对于电加热不燃烧卷烟还是碳加热不燃烧卷烟，都存在抽吸时烟气温度偏高的问题，降低烟气温度是加热不燃烧卷烟的一项关键性技术。为解决这一问题，iQOS配套烟支采用了聚乳酸薄膜作为烟气降温的材料，并将这一技术应用到碳加热卷烟的设计中。聚乳酸薄膜虽然有降温效果，但受热容易收缩。专利CN201710191528.5报道了一种添加吸热凝胶的卷烟降温滤棒，专利CN201410624331.2报道了一种由C19～C21的烷烃负载在膨胀石墨和/或多孔硅胶颗粒表面构成的复合相变材料，将该相变材料添加至卷烟滤棒中时，可有效降低卷烟抽吸烟气温度。但这两种技术存在截留烟气，从而降低抽吸体验的缺陷。因此，希望找到一种新型降温材料，能够有效降低烟气温度，并且具有较好耐热收缩性，避免降温段塌缩的问题；除此之外还希望这种降温材料对烟气吸附截留率低，对抽吸体验影响较低。
发明内容
为克服现有烟气降温材料的上述缺陷，本发明旨在提供一种加热不燃烧卷烟烟气降温材料及其应用，该降温材料具有降温效果好、受热收缩率低、烟气截留少的优点。
本发明加热不燃烧卷烟烟气降温材料为改性高分子材料，按质量百分比由以下原料通过螺杆挤出加工获得：
高分子50～75％，层状纳米材料5～15％，纤维状纳米材料4～15％，相变材料5～10％，金属粉末3～10％。
所述高分子为纤维素、聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯弹性体中的一种。
所述高分子的数均分子量为5万-20万。
所述层状纳米材料为石墨烯、蒙脱土、硫化钼、层状双氢氧化物、磷酸锆、云母中的至少一种，用以降低高分子受热收缩率。
所述纤维状纳米材料为碳纤维、碳纳米管、氧化镁晶须、碳酸钙晶须中的一种，用以降低高分子受热收缩率。
所述相变材料为聚乙二醇、氯化钙水合物、硝酸钙水合物、硫酸钠水合物中的一种，用以降低烟气温度。
所述聚乙二醇分子量为4000～20000。
所述金属粉末为铝粉或铜粉中的一种，用以提高材料导热性，从而提升降温效率。
所述金属粉末的粒径为0.1mm～2mm。
本发明卷烟烟气降温材料的物理形态为无纺布、纤维或颗粒中的一种。其中降温材料纤维的直径为0.5～1.5mm；降温材料颗粒的直径为1～3mm；降温材料无纺布是将改性高分子纤维通过热压加工成无纺布形态，无纺布的克重为30～80g/m2，优选为35～60g/m2。
本发明加热不燃烧卷烟烟气降温材料在加热不燃烧卷烟滤嘴中独立成段。
本发明加热不燃烧卷烟烟气降温材料作为降温段置于烟草段和实心滤嘴段之间，所述实心滤嘴段为醋纤滤嘴。
所述降温段长度为14～25mm。
所述烟草段长度为12～20mm。
所述实心滤嘴长度为7～15mm。
所述烟支圆周为19～25mm。
具体加工过程中，降温材料无纺布先通过压纹辊压成带有沟槽的材料，再通过嘴棒成型工艺制成降温段；降温材料纤维可通过嘴棒成型工艺直接制成降温段；降温材料颗粒需要通过三元复合工艺制备成中间为改性高分子颗粒、两端为实心醋纤封堵的三元复合滤嘴。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明卷烟烟气降温材料因层状纳米材料和纤维状纳米材料的加入而呈现出较高耐热收缩性，避免了聚乳酸降温材料受热收缩的缺陷。
2、本发明卷烟烟气降温材料除高分子本身相变吸热降温外，还可以通过外源性吸热材料的加入使其具有更好的降温效果。
3、本发明卷烟烟气降温材料对烟气截留率低，基本不影响抽吸感受。
附图说明
图1是具有颗粒状卷烟烟气降温材料的烟气冷却段的气雾产生物品纵向剖面图。
图中标号：1为烟草段，2为聚乳酸颗粒降温段，3为实心滤嘴段，4为卷烟纸。
图2是具有纤维状卷烟烟气降温材料的烟气冷却段的气雾产生物品纵向剖面图。
图中标号：1为烟草段，5为改性聚乳酸颗粒降温段，3为实心滤嘴段，4为卷烟纸。
图3是图2中具有纤维状烟气冷却段的横截面示意图。
图中标号：4为卷烟纸、51为改性高分子纤维降温段。
具体实施方式
实施例1：
称取70g聚乳酸送入螺杆挤出机中熔融挤出造粒，得到1～2mm的降温颗粒。利用该降温颗粒制备降温嘴棒(图1)，烟支圆周为24.0mm，烟草段1长度为15mm，聚乳酸颗粒段2长度为12mm，实心滤嘴3长度为8mm。在单孔道吸烟机上进行ISO模式抽吸(抽吸时间为2s，抽吸间隔为58s，每口抽吸容量为35mL)，同时以烟支气相温度检测仪在线检测滤嘴烟气温度。为47oC，收缩率10％。
实施例2：
称取70g聚乳酸、5g石墨烯、8g碳酸钙晶须、12g硝酸钙水合物和5g铝粉(直径为0.5mm)混匀，送入螺杆挤出机中熔融挤出造粒，得到1～2mm的降温颗粒。利用该降温颗粒制备降温嘴棒(图1)，烟支圆周为23.0mm，烟草段1长度为14mm，改性聚乳酸颗粒降温段5长度为15mm，实心滤嘴3长度为8mm。在单孔道吸烟机上进行ISO模式抽吸(抽吸时间为2s，抽吸间隔为58s，每口抽吸容量为35mL)，同时以烟支气相温度检测仪在线检测滤嘴烟气温度。检测结果表明，与实施例1相比相比，添加相变材料的复合滤嘴对烟气温度具有显著的降低作用，从对照样的47℃降至34℃以下，降温材料收缩率从对照样的10％降低到3％。
实施例3：
称取65g聚乳酸、7g蒙托土、11g碳纤维、10g硫酸钠水合物和7g铜粉混匀，送入螺杆挤出机中熔融挤出造粒，得到直径为0.5mm的降温线。将该降温线成束，得到降温嘴棒(图2)，烟支圆周为23.0mm，烟草段1长度为14mm，改性高分子纤维降温段5长度为15mm，实心滤嘴3长度为8mm。在单孔道吸烟机上进行ISO模式抽吸(抽吸时间为2s，抽吸间隔为58s，每口抽吸容量为35mL)，同时以烟支气相温度检测仪在线检测滤嘴烟气温度。检测结果表明，与实施例1相比相比，添加相变材料的复合滤嘴对烟气温度具有显著的降低作用，从对照样的47℃降至33℃以下，降温材料收缩率从对照样的10％降低到2.6％。
Claims (8)
1.一种加热不燃烧卷烟烟气降温材料，其特征在于按质量百分比由以下原料通过螺杆挤出加工获得：
高分子50～75％，层状纳米材料5～15％，纤维状纳米材料4～15％，相变材料5～10％，金属粉末3～10％。
2.根据权利要求1所述的加热不燃烧卷烟烟气降温材料，其特征在于：
所述高分子为纤维素、聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯弹性体中的一种；
所述层状纳米材料为石墨烯、蒙脱土、硫化钼、层状双氢氧化物、磷酸锆、云母中的至少一种；
所述纤维状纳米材料为碳纤维、碳纳米管、氧化镁晶须、碳酸钙晶须中的一种；
所述相变材料为聚乙二醇、氯化钙水合物、硝酸钙水合物、硫酸钠水合物中的一种；
所述金属粉末为铝粉或铜粉中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的加热不燃烧卷烟烟气降温材料，其特征在于：
所述高分子的数均分子量为5万-20万。
4.根据权利要求1所述的加热不燃烧卷烟烟气降温材料，其特征在于：
所述金属粉末的粒径为0.1mm～2mm。
5.根据权利要求1所述的加热不燃烧卷烟烟气降温材料，其特征在于：
所述卷烟烟气降温材料的物理形态为无纺布、纤维或颗粒中的一种。
6.根据权利要求5所述的加热不燃烧卷烟烟气降温材料，其特征在于：
降温材料纤维的直径为0.5～1.5mm；
降温材料颗粒的直径为1～3mm；
降温材料无纺布的克重为30～80g/m2。
7.一种权利要求1所述的加热不燃烧卷烟烟气降温材料的应用，其特征在于：
所述加热不燃烧卷烟烟气降温材料在加热不燃烧卷烟滤嘴中独立成段。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：
所述加热不燃烧卷烟烟气降温材料作为降温段置于烟草段和实心滤嘴段之间。
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