CN116135051B - 一种含有多孔材料和多元醇的复合体系发烟剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含有多孔材料和多元醇的复合体系发烟剂及其应用，所述复合体系发烟剂包括复合多元醇以及分散于所述复合多元醇中的多孔材料，且多孔材料的孔隙中负载有复合多元醇。该发烟剂能较好地适配各类加热卷烟，具有烟雾释放量大、烟雾释放均匀性好、化学性质稳定、释放转移率高等特点，有效提升加热卷烟的内在品质和抽吸感官评价。

Description

一种含有多孔材料和多元醇的复合体系发烟剂及其应用

技术领域

本发明属于烟草材料技术领域，涉及一种发烟剂及其应用，具有涉及一种含有多孔材料和多元醇的复合体系发烟剂及其应用。

背景技术

加热卷烟是发展形势好、消费者认可度高的一种新型烟草制品。它主要通过加热的方式，将烟草薄片中的香味物质和尼古丁挥发出来提供给吸烟者。加热卷烟由于加热不燃烧的特性，其本身加热释放的烟雾量较传统卷烟的烟雾量小，因此常常需要额外的添加发烟剂到加热卷烟烟芯中，改善其发烟效果。

加热卷烟的烟雾量大小是感官评价的一个重要指标，直接影响加热卷烟的抽吸品质，对促进香气的释放和提高劲头满足感具有较大影响。加热卷烟的烟雾释放量通常无法持续保持稳定状态，一般呈现出先升高后逐渐降低的趋势。这是由于加热烟具所采用的加热源通常是固定的，当加热卷烟插入烟具中时，随着加热时间的延长，加热源周围的发烟剂将会逐渐减少，因此加热卷烟的烟雾释放量会逐渐衰减。

目前，国内外商品化加热卷烟常使用甘油作为主要发烟剂，且甘油的使用量较大，使用占比一般为烟草薄片质量的14％-22％。尽管甘油作为一种常用的发烟剂被大量使用，具有较好地应用效果，但加热卷烟中使用甘油作还存在一些不利因素。首先，甘油具有很强的吸湿性，使得加热卷烟在空气中容易吸湿影响质量与品质，且不利于生产与存储。其次，甘油在高温时化学性质不稳定，容易发生分子内、分子间以及与烟草中固有物质反应，生成甘油醛、二聚甘油、单乙酸甘油酯等反应产物，对加热卷烟的抽吸品质也会产生一定影响。最后，由于甘油沸点较高，需要较高的加热温度才可以挥发释放，因此甘油在加热卷烟中的释放转移率低、残留率高，造成甘油的有效利用率不高。

鉴于加热卷烟烟雾释放特征及甘油使用的一些缺点，需要研发一种新型加热卷烟发烟剂，以期获得更好的抽吸品质。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种发烟剂及其应用，具体提供一种含有多孔材料和多元醇的复合体系发烟剂及其应用。该发烟剂能较好地适配各类加热卷烟，具有烟雾释放量大、烟雾释放均匀性好、化学性质稳定、释放转移率高等特点，有效提升加热卷烟的内在品质和抽吸感官评价。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种含有多孔材料和多元醇的复合体系发烟剂，所述复合体系发烟剂包括复合多元醇以及分散于所述复合多元醇中的多孔材料，且多孔材料的孔隙中负载有复合多元醇。

本发明所涉及的复合体系发烟剂的主要组分为复合多元醇以及分散于所述复合多元醇中的多孔材料，还可选地包括分散剂等其他助剂组分。

在本发明中，所述复合体系发烟剂由包括如下步骤的制备方法制得：

(1)将多孔材料进行加热活化，然后在干燥环境中进行抽真空处理并通入惰性气体，得到充满惰性气体的多孔材料；

(2)将充满惰性气体的多孔材料与复合多元醇溶液混合，加热搅拌，再与分散剂混合搅拌，冷却后即得所述含有多孔材料和多元醇的复合体系发烟剂。

本发明采用上述特定的制备工艺制得所述的复合体系发烟剂，首先需要对多孔材料做一系列预处理，其中加热活化的目的是排尽多孔材料孔隙内的水分，进一步进行抽真空处理并通入惰性气体的目的是确保孔隙内的干燥环境，经过该预处理后的多孔材料能够使多元醇分子容易且稳定地进入且负载于其孔隙中，最终促进烟雾的稳定且长效释放，提升加热卷烟的内在品质和抽吸感官评价。并且，本发明所涉及的复合体系发烟剂可由上述特定的制备工艺制得，该制备工艺操作简单，易于工业化生产。

优选地，所述加热活化的温度为200-400℃，例如200℃、220℃、250℃、280℃、300℃、320℃、350℃、380℃、400℃等；时间为1-5h，例如1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h等。上述各数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。

所述加热活化选择上述工艺参数时，最终产品在提升加热卷烟的内在品质和抽吸感官评价的效果上更佳。

优选地，所述惰性气体包括氦气、氮气、二氧化碳或氩气中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述加热搅拌在40-120℃(例如40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃等)下进行10-240min(例如10min、30min、50min、70min、100min、130min、150min、200min、220min、240min等)。上述各数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。

优选地，所述分散剂包括无机分散剂和/或有机分散剂。

本发明使用的分散剂种类可以是无机分散剂，包括硅酸盐类和碱金属磷酸盐类分散剂；也可以是有机分散剂，包括烷基芳基磷酸盐、烷基苯磺酸盐等阴离子型分散剂，包括胺盐、季铵盐、吡啶鎓盐等阳离子型分散剂，以及包括脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基胺、多元醇烷基化物等非离子型分散剂，还可以是聚羧酸盐、聚丙烯酸衍生物等高分子类分散剂。

优选地，所述分散剂与多孔材料的质量比为1:100-1:5，例如1:100、1:90、1:80、1:70、1:60、1:50、1:40、1:30、1:20、1:10、1:5等。

优选地，所述复合多元醇选自二元醇、三元醇或聚乙二醇中的任意一种或至少两种的组合；优选二元醇和三元醇的组合。

优选地，所述二元醇选自乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇或己二醇中的任意一种或至少两种的组合；所述三元醇选自丙三醇、丁三醇、戊三醇或己三醇中的任意一种或至少两种的组合；所述聚乙二醇选自分子量200-1000的聚乙二醇(例如PEG200、PEG400、PEG500、PEG600、PEG800、PEG1000等)。

进一步优选地，所述复合多元醇包括丙三醇、丙二醇和丁二醇的组合。

本发明还发现上述特定组合方式的复合多元醇在提高加热卷烟的内在品质和抽吸感官评价的效果上更佳。

优选地，所述丙三醇、丙二醇与丁二醇的质量比为1:(1-2):(2-4)，例如1:1:2、1:1:3、1:1:4、1:2:2、1:2:3、1:2:4等，该数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。

优选地，所述多孔材料选自金属、金属合金、金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物、金属硼化物、金属硅化物、金属硫化物、金属硅酸盐或金属磷酸盐中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述多孔材料的孔径范围为0.4-50nm。多孔材料可以为含有序多孔和无序多孔的固体粉末。

所述多孔材料的孔径范围可以在0.4-50nm范围内根据选择的复合多元醇类型进行随意调节，使孔径能够保证多元醇的进入而阻止加热卷烟其他制备原料的进入，确保发烟剂产品的稳定性。

第二方面，本发明提供一种加热不燃烧卷烟，所述加热不燃烧卷烟的制备原料包括第一方面所述的含有多孔材料和多元醇的复合体系发烟剂。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明创造性地将具有一定分子直径的复合多元醇负载于匹配孔穴的多孔材料上，形成一种新型的复合体系发烟剂，本发明利用具有相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的多孔材料为载体，其具有大量不规则的孔穴，比表面积大，可以吸附容纳多元醇，这使得烟草薄片加热时，自由态的多元醇在加热前期先挥发释放，而多孔材料内部吸附的多元醇在中后期才开始逐渐释放，同时多孔材料内部也会随着多元醇的释放逐渐拥有越来越多的气化中心和沸腾核，从而进一步地促进了发烟剂烟雾的稳定且长效释放。

本发明还利用了双组分或多组分的多元醇形成的恒沸混合物的特点，使共沸温度相较于单组分显著降低，产生的总蒸气压显著增大，更容易挥发释放。此外本发明还有效替代或降低了甘油的使用量，使加热卷烟产品物理性质稳定不易受吸湿影响，且加热时化学性质也相对稳定，不易生成甘油醛、二聚甘油、单乙酸甘油酯等反应产物，因此能有效提升加热卷烟的抽吸感官品质。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例来进一步说明本发明的技术方案，但本发明并非局限在实施例范围内。

下述实施例或对比例涉及的部分原料来源方式如下：

多元醇：甘油、1,2-丙二醇、1,3-丁二醇，分析纯，均购自国药集团化学试剂公司；

多孔材料：氮化硼多孔材料、铝硅酸盐多孔材料、二氧化钛多孔材料，均购自西安瑞禧生物科技有限公司；

分散剂：异辛醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基氯化铵，化学纯，均购自国药集团化学试剂公司。

实施例1

本实施例提供一种复合体系发烟剂，其制备方法如下：

(1)将质量比为2:3:5的甘油、1,2-丙二醇和1,3-丁二醇混合，配制成复合母液。

(2)将氮化硼多孔材料(孔径0.90nm)在马弗炉中加热到280℃进行活化3小时，活化后待氮化硼多孔材料降温到180℃以下后，将其放入带有三通阀的真空干燥器中进行抽真空；抽吸完毕后，打开阀门通入二氧化碳气体，冷却放置。

(3)将冷却后的多孔材料浸入甘油/1,2-丙二醇/1,3-丁二醇体系母液中，升温至70℃搅拌45min，然后加入十二烷基聚氧乙烯醚分散剂(分散剂与多孔材料的质量比为1:100)，搅拌均匀，冷却后得到氮化硼-甘油/1,2-丙二醇/1,3-丁二醇发烟剂。

实施例2

本实施例提供一种复合体系发烟剂，其制备方法如下：

(1)将质量比为1:1的甘油和1,3-丁二醇混合，配制成复合母液。

(2)将铝硅酸盐多孔材料(孔径0.75nm)在马弗炉中加热到300℃进行活化2小时，活化后待铝硅酸盐多孔材料降温到200℃以下后，将其放入带有三通阀的真空干燥器中进行抽真空；抽吸完毕后，打开阀门通入氮气，冷却放置。

(3)将冷却后的多孔材料浸入甘油/1,3-丁二醇体系母液中，升温至60℃搅拌60min，然后加入十二烷基苯磺酸钠分散剂(分散剂与多孔材料的质量比为1:50)，搅拌均匀，冷却后得到铝硅酸盐-甘油/1,3-丁二醇发烟剂。

实施例3

本实施例提供一种复合体系发烟剂，其制备方法如下：

(1)将质量比为2:3的1,2-丙二醇和1,3-丁二醇混合，配制成复合母液。

(2)将二氧化钛多孔材料(孔径0.65nm)在马弗炉中加热到350℃进行活化2.5小时，活化后待二氧化钛多孔材料降温到200℃以下后，将其放入带有三通阀的真空干燥器中进行抽真空；抽吸完毕后，打开阀门通入氦气，冷却放置。

(3)将冷却后的多孔材料浸入1,2-丙二醇/1,3-丁二醇体系母液中，升温至80℃搅拌40min，然后加入十六烷基三甲基氯化铵分散剂(分散剂与多孔材料的质量比为1:30)，搅拌均匀，冷却后得到二氧化钛-1,2-丙二醇/1,3-丁二醇发烟剂。

应用例1-3

采用稠浆法制作工艺，分别将实施例1-3制得的4.92g发烟剂与15.6g烟粉(福建地区醇化烟叶)、94g水、0.7g木质纤维(无锡斯木德公司)、0.12g羧甲基纤维素钠(化学纯，国药集团化学试剂公司)混合搅拌均匀，用涂布器将其均匀的涂布在平板上，将其烘干剥离，制得发烟剂质量分数为18％的烟草薄片。取1.5g烟草薄片，将烟草薄片切成烟丝装填到加热卷烟空烟支中，制成三种加热卷烟(分别记为样品1-3)。

应用例4-6

参照应用例1-3制备加热卷烟的方法，区别仅在于将实施例1-3制得的发烟剂分别替换为不含多孔材料仅含复合多元醇的发烟剂，多孔材料减少的质量由复合多元醇补足，制得三种加热卷烟(记为样品4-6)。

应用例7-9

参照应用例1-3制备加热卷烟的方法，区别仅在于将实施例1-3制得的发烟剂分别替换为不含多孔材料仅含单一多元醇(甘油、1,2-丙二醇、1,3-丁二醇)的发烟剂，多孔材料减少的质量由单一多元醇补足，制得三种加热卷烟(记为样品7-9)。

测试例1

使用内芯针式加热烟具(江苏中烟，iROD X1型)对上述九种加热卷烟进行加热，使用带烟气捕集器的直线型加热卷烟吸烟机(合肥众沃，SML600型)进行抽吸，使用烟气物理特性检测仪器(合肥众沃，SHT100型)对加热卷烟每口烟雾量进行检测，抽吸模式为HCI模式(55mL，间隔30s)，抽吸口数10口。加热样品烟雾量的相关数据见表1。

表1不同种类发烟剂在加热卷烟中的逐口烟雾量

由表1可知，不同种类发烟剂应用在加热卷烟中，烟雾量的均值大小顺序为，含多孔材料的多元醇复合发烟剂>多元醇复合发烟剂>单一多元醇发烟剂，其中多元醇复合发烟剂的烟雾量要明显大于单一多元醇发烟剂的烟雾量。

不同种类发烟剂应用在加热卷烟中，含多孔材料的多元醇复合发烟剂的加热卷烟，在抽吸后期烟雾量的衰减程度较低，其释放均匀性和一致性明显高于多元醇复合发烟剂和单多元醇发烟剂。

应用例10-12

参照应用例1-3制备加热卷烟的方法，区别仅在于将实施例1-3制得的发烟剂中的多孔材料不进行热活化、气体置换和加热搅拌处理，而是将多孔材料直接浸入到相应的多元醇体系母液中，进行常温搅拌，其他制备工艺均分别与实施例1-3保持一致，制得三种加热卷烟(记为样品10-12)。

测试例2

采用与测试例1相同的检测方法对加热卷烟进行烟雾量测定，结果如下表2。

表2多孔材料预处理对加热卷烟逐口烟雾量的影响

由表2可知，未经预处理的多孔材料多元醇复合发烟剂加热卷烟样品10-12的烟雾量均值比样品1-3有了一定幅度的下降，且烟雾量后期下降同样比较明显，说明多孔材料的热活化、气体置换和搅拌加热处理对发烟剂的烟雾释放量有较大影响，且对烟雾的释放均匀性和一致性也有明显影响。

测试例3

按照国标《卷烟第四部分：感官技术要求》(GB5606.4—2005)样品取样方法进行取样，组织10位特级评吸员，每人一份加热卷烟感官评价表，依据表3-表4的评价内容及评判标准，对样品1-9分别从六个维度进行评吸打分，感官质量指标的打分均采用百分制。

表3

感官质量评价指标	定义
		烟雾量	烟雾大小或浓度的程度
烟雾均匀性	抽吸过程中烟雾量递送稳定性情况
		香气香味	抽吸过程中感受到的令人愉悦的芳香和味道
劲头	烟气烟碱带来的生理满足感
		刺激性	烟气对感官所带来的不适感受，如鼻腔、口腔刺激等
余味	烟气离开口腔和鼻腔后产生的感觉，主要用舒适程度和干净程度描述

表4

注：刺激性的分数越高，代表刺激性越小；余味的分数越高，代表的余味残留越小。

各组样品的感官质量评价结果统计表如表5所示(以10位特级评吸员的平均打分值呈现)：

表5不同发烟剂种类加热卷烟的感官评价

样品	烟雾量	均匀性	香气	劲头	刺激性	余味	总分
								1	19	19	18	17	9	10	92
2	18	19	17	18	10	9	91
								3	16	18	16	17	9	9	85
4	18	17	17	16	8	9	85
								5	17	16	16	16	9	8	82
6	15	16	16	15	8	8	78
								7	15	14	16	17	7	7	76
8	13	15	14	13	8	7	70
								9	14	14	15	14	8	8	73

由表5的评价结果可知，不同发烟剂加热卷烟的评价总分大小顺序为，含多孔材料的多元醇复合发烟剂>多元醇复合发烟剂>单多元醇发烟剂。相较于甘油样品7，多元醇复合样品4-6的烟雾量得到了较大的提升，均匀性小幅提升，刺激性和余味均有改善。而含多孔材料的多元醇复合样品1-3，相较于甘油样品7，其烟雾量和均匀性有了明显的提升，刺激性和余味也有较大的提升。加热卷烟样品1-3抽吸时，烟雾量大，均匀性好，香气充足，劲头适宜，以及刺激和余味残留小。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的一种含有多孔材料和多元醇的复合体系发烟剂及其应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种含有多孔材料和多元醇的复合体系发烟剂，其特征在于，所述复合体系发烟剂包括复合多元醇以及分散于所述复合多元醇中的多孔材料，且多孔材料的孔隙中负载有复合多元醇；

所述复合多元醇由丙三醇、丙二醇和丁二醇组成；

所述复合体系发烟剂由包括如下步骤的制备方法制得：

(1)将多孔材料进行加热活化，然后在干燥环境中进行抽真空处理并通入惰性气体，得到充满惰性气体的多孔材料；

(2)将充满惰性气体的多孔材料与复合多元醇溶液混合，加热搅拌，再与分散剂混合搅拌，冷却后即得所述含有多孔材料和多元醇的复合体系发烟剂。

2.根据权利要求1所述的含有多孔材料和多元醇的复合体系发烟剂，其特征在于，所述加热活化的温度为200-400℃，时间为1-5h。

3.根据权利要求1所述的含有多孔材料和多元醇的复合体系发烟剂，其特征在于，所述惰性气体包括氦气、氮气、二氧化碳或氩气中的任意一种或至少两种的组合。

4.根据权利要求1所述的含有多孔材料和多元醇的复合体系发烟剂，其特征在于，所述加热搅拌在40-120℃下进行10-240min。

5.根据权利要求1所述的含有多孔材料和多元醇的复合体系发烟剂，其特征在于，所述分散剂包括无机分散剂和/或有机分散剂。

6.根据权利要求1所述的含有多孔材料和多元醇的复合体系发烟剂，其特征在于，所述分散剂与多孔材料的质量比为1:100-1:5。

7.根据权利要求1所述的含有多孔材料和多元醇的复合体系发烟剂，其特征在于，所述丙三醇、丙二醇与丁二醇的质量比为1:(1-2):(2-4)。

8.根据权利要求1所述的含有多孔材料和多元醇的复合体系发烟剂，其特征在于，所述多孔材料选自金属、金属合金、金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物、金属硼化物、金属硅化物、金属硫化物、金属硅酸盐或金属磷酸盐中的任意一种或至少两种的组合。

9.根据权利要求1所述的含有多孔材料和多元醇的复合体系发烟剂，其特征在于，所述多孔材料的孔径范围为0.4-50nm。

10.一种加热不燃烧卷烟，其特征在于，所述加热不燃烧卷烟的制备原料包括权利要求1-9中任一项所述的含有多孔材料和多元醇的复合体系发烟剂。