一种基于聚合物多芯纤维管的过滤器及其应用的制作方法

本发明属于烟草滤棒制造技术领域，具体涉及一种基于聚合物多芯纤维管的过滤器及其应用。

背景技术

近年来，电子烟、加热不燃烧烟草制品等新型烟草制品正在快速兴起。电子烟并不直接使用烟丝形态的烟草，主要是将来源于烟草的尼古丁液体雾化形成气状物。加热不燃烧烟草制品是利用外部热源加热烟草而不是点燃烟草以产生具有烟草风味气体，有炭加热、电加热等方式。新型烟草被誉为传统烟草产品的一个更健康的替代品，烟气中的有害物质相对较少。但是由于新型烟草采用密闭加热的方式，且烟支较短，导致入口烟气温度过烫，在抽吸体验与抽吸感受等方面与传统卷烟尚存在较大差距。因此，选取合适的降温材料对降低烟气温度、提高烟气口感具有重要的意义。

专利201210336384公开了一种可降低烟气温度的滤嘴棒及其制备方法，在包裹材料正面通过胶层附着微孔铝层，利用微孔铝的冷凝作用降低烟气温度，但是该发明仅用于传统烟草，对于出口烟气温度更高的新型烟草效果不明。

专利201710785910.9公开了一种增香降温基棒，在滤棒中掺杂一定比例的直径为0.45～0.6mm的聚乳酸纤维颗粒或醋酸纤维颗粒。专利201710785572.9公开了一种降温增香薄膜聚拢基棒，在滤棒中包裹锯齿状且具有若干大小和形状均不规则的烟气通道的折叠状聚乳酸纤维薄膜或醋酸纤维薄膜。不论是颗粒材料还是薄膜材料，共同的问题是堆积密度较小，材料与烟气接触面积有限，难以实现对烟气快速降温的作用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于聚合物多芯纤维管的过滤器，尤其是提供一种可以实现高温烟气瞬时降温的过滤器。本发明提供的基于聚合物多芯纤维管的过滤器的出口烟气温度低于45℃，降温幅度大于30％。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种基于聚合物多芯纤维管的过滤器，包括包裹材料，还包括聚合物多芯纤维管，包裹材料内紧密包裹至少一根聚合物多芯纤维管形成均匀的圆柱体棒材；聚合物多芯纤维管内部密集分布着若干沿轴向平行排列的细长孔道，孔道组成气体流道；聚合物多芯纤维管由玻璃化温度小于100℃、熔点低于200℃且比热容大于1.5kj·kg^-1·k^-1的热塑性树脂制成。

作为一种改进，热塑性树脂为聚砜、聚醚砜、聚醚砜酮、磺化聚砜、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚全氟羧酸、聚全氟磺酸、醋酸纤维素、硝酸纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、再生纤维素、聚酰胺、聚酰亚胺、聚苯砜对苯二甲酰胺、芳香聚酰胺酰肼、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、乙烯-乙烯醇共聚物、聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯并咪唑、聚吡嗪酰胺、壳聚糖、甲壳素、聚乳酸、聚电解质、聚醚嵌段共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚间苯二甲酰间苯二胺、有机硅的一种或几种的混合物，优选聚丙烯、聚乙烯、聚乳酸、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、有机硅、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯的一种或几种的混合物。

作为一种改进，聚合物多芯纤维管，多芯纤维管直径为0.9～10.0mm，多芯纤维管上的孔道内径为0.1～2.0mm，孔道体积占多芯纤维管体积20～80％。

作为一种改进，上述多芯纤维管的制备方法为：

(1)将热塑性树脂投入螺杆挤出机，在120～320℃下，将热塑性树脂经喷丝头连续熔融挤出；

(2)将上述得到的初生多芯纤维管分别经过逐步冷却、拉伸、热定型处理和剪裁，进而获得所述多芯纤维管。

其中，拉伸倍数为1～20倍，热处理温度为70～130℃。

作为一种改进，多芯纤维喷管丝头包括树脂通道与气体通道，气体通道为细长的中空金属针，密集地排布在圆柱形的树脂通道内，其中，中空金属针内径0.1～2.0mm，相邻中空金属针中心间距为0.12～4.0mm，树脂通道直径为0.9～10.0mm。

作为一种改进，包裹材料为卷烟纸。

作为一种改进，过滤器长度为2～20mm。

本发明还提供了一种基于聚合物多芯纤维管的过滤器在烟草制品中的应用。

发明原理：

多芯纤维管结构不仅极大地提高了过滤器与烟气接触交换比表面，而且其细长的孔道起到节流降温的作用。本发明中，多芯纤维管起着类似多孔塞的作用，高温烟气只能从多芯纤维管内部密布的细长孔道中通过。由于通道迅速收缩，烟气流动受到阻碍，压力逐渐变小，温度也随之下降。一般而言，孔道越细，长度越长，节流效果也越明显，但是相应地也会使得烟气流动不畅。所以，调整多芯纤维管内部孔道的尺寸是本发明的一大关键。

多芯纤维管本体材料也是强大的热能存储器。本发明中用于制备多芯纤维管的热塑性树脂，玻璃化温度小于100℃、熔点低于200℃且比热容大于1.5kj·kg^-1·k^-1，显热值远高于一般聚合物材料，在人体口感舒适温度附近具有很宽的吸收热量但不变形的温度范围，可以大量吸收高温烟气所附带的热量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、多芯纤维管本体材料具有较高的显热值，玻璃化温度小于50℃、熔点低于200℃且比热容大于1.5kj·kg^-1·k^-1，在人体口感舒适温度附近具有很宽的吸收热量但不变形的温度范围，可以大量吸收高温烟气所附带的热量。

2、多芯纤维管结构极大地提高了过滤器与烟气接触交换比表面，从而提升热交换速率，快速降低高温烟气的瞬时温度。

3、采用连续熔融挤出、逐步冷却、拉伸、热定型处理和剪裁一次成形法制备多芯纤维管，可实现全自动化生产。

附图说明

图1为本发明一种基于聚合物多芯纤维管的过滤器的径向截面示意图；

图2为实施例1-10中的测温点位置示意图；

图3为多芯纤维管喷丝板示意图。

图中，1-包裹材料；2-聚合物多芯纤维管；3-烟气流道；4-烟草材料段；5-三元复合嘴棒；6-第一测温点；7-第二测温点；8-第三测温点；9-树脂通道；10-气体通道。

具体实施方式

以下的实施例可以使本专业技术领域的技术人员更全面的了解本发明，但不以任何方式限制本发明。

一种基于聚合物多芯纤维管的过滤器，长度为2～20mm，包括包裹材料1与聚合物多芯纤维管2。包裹材料1为卷烟纸，包裹材料1内紧密包裹一根或数根平行排列的聚合物多芯纤维管，多芯纤维管直径为0.9～10.0mm。聚合物多芯纤维管内部密集分布着轴向平行排列的细长孔道3，孔道内径为0.1～2.0mm，孔道体积占多芯纤维管体积20～80％，所有孔道组成气体流道。

热塑性树脂为聚砜、聚醚砜、聚醚砜酮、磺化聚砜、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚全氟羧酸、聚全氟磺酸、醋酸纤维素、硝酸纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、再生纤维素、聚酰胺、聚酰亚胺、聚苯砜对苯二甲酰胺、芳香聚酰胺酰肼、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、乙烯-乙烯醇共聚物、聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯并咪唑、聚吡嗪酰胺、壳聚糖、甲壳素、聚乳酸、聚电解质、聚醚嵌段共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚间苯二甲酰间苯二胺、有机硅的一种或几种的混合物。

多芯纤维管制备方法如下：将热塑性树脂投入螺杆挤出机，在120～320℃下，热塑性树脂经喷丝头连续熔融挤出，分别经过逐步冷却、拉伸、热定型处理和剪裁，进而获得多芯纤维管；其中，拉伸倍数为1～20倍，热处理温度为70～130℃。喷丝头包括树脂通道9与气体通道10，气体通道10为细长的中空金属针，密集地排布在圆柱形的树脂通道9内，其中，中空金属针内径0.1～2.0mm，相邻中空金属针中心间距为0.12～4.0mm，树脂通道9直径为0.9～10.0mm。

实施例1

如图1所示，一种基于聚合物多芯纤维管的过滤器，由卷烟纸包裹一根聚丙烯多芯纤维管，形成长度为2mm的圆柱体棒材。聚丙烯多芯纤维管直径7.8mm，孔道内径为0.1mm，孔道体积占多芯纤维管体积80％。

聚丙烯多芯纤维管的制备步骤为：

(1)将聚丙烯投入螺杆挤出机，在180℃下，将热塑性树脂经喷丝头连续熔融挤出；

(2)将上述得到的初生多芯纤维管分别经过逐步冷却、拉伸20倍、在100℃的条件下进行热定型处理和剪裁，进而获得聚丙烯多芯纤维管。

其中，喷丝头(如图3所示)中空金属针内径为0.1mm，相邻中空金属针中心间距为0.12mm，树脂通道直径为7.8mm。

实施例2

如图1所示，一种基于聚合物多芯纤维管的过滤器，由卷烟纸包裹一根聚乙烯多芯纤维管，形成长度为4mm的圆柱体棒材。聚乙烯多芯纤维管直径7.8mm，孔道内径为0.2mm，孔道体积占多芯纤维管体积76％。

聚乙烯多芯纤维管的制备步骤为：

(1)将聚乙烯投入螺杆挤出机，在120℃下，将热塑性树脂经喷丝头连续熔融挤出；

(2)将上述得到的初生多芯纤维管分别经过逐步冷却、拉伸15倍、在70℃的条件下进行热定型处理和剪裁，进而获得聚乙烯多芯纤维管。

其中，喷丝头(如图3所示)中空金属针内径为0.2mm，相邻中空金属针中心间距为0.24mm，树脂通道直径为7.8mm。

实施例3

如图1所示，一种基于聚合物多芯纤维管的过滤器，由卷烟纸包裹一根聚乳酸多芯纤维管，形成长度为6mm的圆柱体棒材。聚乳酸多芯纤维管直径7.7mm，孔道内径为0.3mm，孔道体积占多芯纤维管体积74％。

聚乳酸多芯纤维管的制备步骤为：

(1)将聚乳酸投入螺杆挤出机，在160℃下，将热塑性树脂经喷丝头连续熔融挤出；

(2)将上述得到的初生多芯纤维管分别经过逐步冷却、拉伸10倍、在90℃的条件下进行热定型处理和剪裁，进而获得聚乳酸多芯纤维管。

其中，喷丝头(如图3所示)中空金属针内径为0.3mm，相邻中空金属针中心间距为0.36mm，树脂通道直径为7.7mm。

实施例4

如图1所示，一种基于聚合物多芯纤维管的过滤器，由卷烟纸包裹一根聚偏氟乙烯多芯纤维管，形成长度为8mm的圆柱体棒材。聚偏氟乙烯多芯纤维管直径7.7mm，孔道内径为0.4mm，孔道体积占多芯纤维管体积72％。

聚偏氟乙烯多芯纤维管的制备步骤为：

(1)将聚偏氟乙烯投入螺杆挤出机，在200℃下，将热塑性树脂经喷丝头连续熔融挤出；

(2)将上述得到的初生多芯纤维管分别经过逐步冷却、拉伸8倍、在100℃的条件下进行热定型处理和剪裁，进而获得聚偏氟乙烯多芯纤维管。

其中，喷丝头(如图3所示)中空金属针内径为0.4mm，相邻中空金属针中心间距为0.48mm，树脂通道直径为7.7mm。

实施例5

如图1所示，一种基于聚合物多芯纤维管的过滤器，由卷烟纸包裹一根聚对苯二甲酸乙二醇酯多芯纤维管，形成长度为10mm的圆柱体棒材。聚对苯二甲酸乙二醇酯多芯纤维管直径8.5mm，孔道内径为0.5mm，孔道体积占多芯纤维管体积70％。

聚对苯二甲酸乙二醇酯多芯纤维管的制备步骤为：

(1)将聚对苯二甲酸乙二醇酯投入螺杆挤出机，在320℃下，将热塑性树脂经喷丝头连续熔融挤出；

(2)将上述得到的初生多芯纤维管分别经过逐步冷却、拉伸6倍、在130℃的条件下进行热定型处理和剪裁，进而获得聚对苯二甲酸乙二醇酯多芯纤维管。

其中，喷丝头(如图3所示)中空金属针内径为0.5mm，相邻中空金属针中心间距为0.6mm，树脂通道直径为8.5mm。

实施例6

如图1所示，一种基于聚合物多芯纤维管的过滤器，由卷烟纸包裹一根聚酰胺多芯纤维管，形成长度为15mm的圆柱体棒材。聚酰胺多芯纤维管直径9.2mm，孔道内径为0.6mm，孔道体积占多芯纤维管体积60％。

聚酰胺多芯纤维管的制备步骤为：

(1)将聚酰胺投入螺杆挤出机，在280℃下，将热塑性树脂经喷丝头连续熔融挤出；

(2)将上述得到的初生多芯纤维管分别经过逐步冷却、拉伸4倍、在110℃的条件下进行热定型处理和剪裁，进而获得聚酰胺多芯纤维管。

其中，喷丝头(如图3所示)中空金属针内径为0.6mm，相邻中空金属针中心间距为0.72mm，树脂通道直径为9.2mm。

实施例7

如图1所示，一种基于聚合物多芯纤维管的过滤器，由卷烟纸包裹一根聚偏氟乙烯-聚乳酸多芯纤维管，形成长度为20mm的圆柱体棒材。聚偏氟乙烯-聚乳酸多芯纤维管直径10.0mm，孔道内径为2.0mm，孔道体积占多芯纤维管体积20％。

聚偏氟乙烯-聚乳酸多芯纤维管的制备步骤为：

(1)将聚偏氟乙烯与聚乳酸投入螺杆挤出机，在200℃下，将热塑性树脂经喷丝头连续熔融挤出；

(2)将上述得到的初生多芯纤维管分别经过逐步冷却、拉伸1倍、在90℃的条件下进行热定型处理和剪裁，进而获得聚偏氟乙烯-聚乳酸多芯纤维管。

其中，喷丝头(如图3所示)中空金属针内径为2.0mm，相邻中空金属针中心间距为4.0mm，树脂通道直径为10.0mm。

实施例8

如图1所示，一种基于聚合物多芯纤维管的过滤器，由卷烟纸包裹20根有机硅-聚偏氟乙烯-聚对苯二甲酸乙二醇酯多芯纤维管，形成长度为6mm的圆柱体棒材。有机硅-聚偏氟乙烯-聚对苯二甲酸乙二醇酯多芯纤维管直径为0.9mm，孔道内径为0.2mm，孔道体积占多芯纤维管体积80％。

有机硅-聚偏氟乙烯-聚对苯二甲酸乙二醇酯多芯纤维管的制备步骤为：

(1)将有机硅、聚偏氟乙烯与聚对苯二甲酸乙二醇酯投入螺杆挤出机，在270℃下，将热塑性树脂经喷丝头连续熔融挤出；

(2)将上述得到的初生多芯纤维管分别经过逐步冷却、拉伸15倍、在120℃的条件下进行热定型处理和剪裁，进而获得有机硅-聚偏氟乙烯-聚对苯二甲酸乙二醇酯多芯纤维管。

其中，喷丝头(如图3所示)中空金属针内径为0.2mm，相邻中空金属针中心间距为0.24mm，树脂通道直径为0.9mm。

实施例9

如图1所示，一种基于聚合物多芯纤维管的过滤器，由卷烟纸包裹一根聚乙烯醇-有机硅-聚乙烯吡咯烷酮-聚苯乙烯多芯纤维管，形成长度为8mm的圆柱体棒材。聚乙烯醇-有机硅-聚乙烯吡咯烷酮-聚苯乙烯多芯纤维管直径8.5mm，孔道内径为0.3mm，孔道体积占多芯纤维管体积76％。

聚乙烯醇-有机硅-聚乙烯吡咯烷酮-聚苯乙烯多芯纤维管的制备步骤为：

(1)将聚乙烯醇、有机硅、聚乙烯吡咯烷酮与聚苯乙烯投入螺杆挤出机，在200℃下，将热塑性树脂经喷丝头连续熔融挤出；

(2)将上述得到的初生多芯纤维管分别经过逐步冷却、拉伸10倍、在100℃的条件下进行热定型处理和剪裁，进而获得聚乙烯醇-有机硅-聚乙烯吡咯烷酮-聚苯乙烯多芯纤维管。

其中，喷丝头(如图3所示)中空金属针内径为0.3mm，相邻中空金属针中心间距为0.36mm，树脂通道直径为8.5mm。

实施例10

如图1所示，一种基于聚合物多芯纤维管的过滤器，由卷烟纸包裹一根聚甲基丙烯酸甲酯多芯纤维管，形成长度为10mm的圆柱体棒材。聚甲基丙烯酸甲酯多芯纤维管直径为9.2mm，孔道内径为0.4mm，孔道体积占多芯纤维管体积74％。

聚甲基丙烯酸甲酯多芯纤维管的制备步骤为：

(1)将聚甲基丙烯酸甲酯投入螺杆挤出机，在250℃下，将热塑性树脂经喷丝头连续熔融挤出；

(2)将上述得到的初生多芯纤维管分别经过逐步冷却、拉伸6倍、在110℃的条件下进行热定型处理和剪裁，进而获得聚甲基丙烯酸甲酯多芯纤维管。

其中，喷丝头(如图3所示)中空金属针内径为0.4mm，相邻中空金属针中心间距为0.48mm，树脂通道直径为9.2mm。

值得注意的是：除上述实施例以外，本行业技术人员在不付出创造性劳动的情况下，将聚合物多芯纤维管替换为以下材料：聚砜、聚醚砜、聚醚砜酮、磺化聚砜、聚四氟乙烯、聚全氟羧酸、聚全氟磺酸、醋酸纤维素、硝酸纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、再生纤维素、聚酰亚胺、聚苯砜对苯二甲酰胺、芳香聚酰胺酰肼、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、乙烯-乙烯醇共聚物、聚氨酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯并咪唑、聚吡嗪酰胺、壳聚糖、甲壳素、聚电解质、聚醚嵌段共聚物、聚间苯二甲酰间苯二胺一种或几种的混合物，其余条件仿照上述实施例设置，均能达到预期效果。

上述各个实施例所得的基于聚合物多芯纤维管的过滤器，经下列测试方法进行性能测试评价，测试结果见表1。

1、降温效果测试

将所得基于聚合物多芯纤维管的过滤器与烟草材料组成四元复合结构(烟草材料段3+三元复合嘴棒4)，其中三元复合嘴棒的中间段为基于聚合物多芯纤维管的过滤器。实验选取3个测温点6、7、8，分别位于相应位置烟支横截面的圆心，如图1所示。

温度降幅计算方法：x＝(t第一测温点－t第二测温点)/t第一测温点

表1采用不同实施例过滤器的烟支温度测试结果

本发明的实际范围不仅包括所公开的实施例，还包括在权利要求书之下实施或者执行本发明的所有等效方案。