包含球形活性炭的丝束单元、过滤器及烟草制品的制作方法

1.本实用新型属于烟草制品领域，具体涉及一种包含球形活性炭的丝束单元、过滤器及烟草制品。


背景技术：

2.传统烟草制品的历史悠久，在20世纪之前主要包括香烟和雪茄，其通常制法为将烟草卷制而成，吸食时点燃其中一端，然后在另一端用口吸咄，产生烟气。现代研究发现，烟草及烟气中包含数千种化合物，其中包括香味成分、成瘾成分、有害成分等，包括尼古丁、焦油和一氧化碳。香烟烟气中，各成分可能以油相、气相或半挥发相等形式存在。已有研究结果表明，烟草制品的烟气中的有害成分与癌症、呼吸道疾病、心脑血管疾病等具有相关性。随着人们对吸烟与健康的关系问题的日益关注和《烟草控制框架公约》的实施，烟草制品的降焦减害不仅是烟草行业发展的必然趋势，同时也成为消费者和公众对烟草制品的期待。
3.多年来广大烟草科技工作者从烟草栽培、在香烟生产过程中掺用膨胀烟丝、烟草薄片、滤嘴、材料添加技术等方面进行了大量降焦减害的研究工作,并取得一定的进展。其中，尽管改良栽培技术可使烟叶焦油量减少,但是目前尚不足以达到商业生产的需要。膨胀烟丝的添加可增加香烟的燃烧性,降低烟气中co、焦油等的含量，但会使烟气浓度降低、香气减少、劲头减弱，大幅影响香烟吸咄时的感受。传统的香烟过滤嘴(或称“滤嘴”)可由纤维素或醋酸纤维素等材料制成，其可吸附和过滤烟气中的部分有害成分。但是，这些技术对于烟气中的有害成分如nox、苯系物、羰基化合物、焦油稠环芳烃和/或亚硝胺类化合物等的滤除仍有很大的提升空间。
4.近年来，活性炭作为一种多孔性吸附材料，具有吸附容量大、加工性能优良、且可由天然原料制备得到，其逐渐成为烟草制品中用于吸附烟气有害物质的添加剂。然而现有技术中，多为通过对活性炭进行改性，以达到对某些有害成分的选择性滤除。这无疑造成了烟草制品加工步骤繁复、生产成本高的问题。
5.因此，如何从改进结构层面提升以活性炭作为添加剂的烟草制品，以控制和/或改善烟气中有害成分的含量，甚至实现某些不期望成分的选择性吸附或滤除，以降低人体对烟草制品有害物质的摄入，改善烟气对空气环境的影响等问题，成为亟待改善的技术问题。


技术实现要素：

6.本实用新型提供一种包含球形活性炭的丝束单元，包括丝束和球形活性炭，所述球形活性炭的至少一部分位于丝束内。
7.根据本实用新型的实施方案，所述丝束选自用于香烟过滤嘴的已知纤维材料，例如纤维、纤维素、聚丙烯或纸张；示例性为乙酸纤维素或乙酸纤维。
8.根据本实用新型优选的实施方案，所述丝束为圆柱体或棒状。
9.根据本实用新型的实施方案，所述丝束包含可以容纳球形活性炭的空腔。优选地，所述球形活性炭位于所述空腔内。所述空腔可以是在向丝束加入球形活性炭之前或之后形
成的。
10.根据本实用新型的实施方案，所述球形活性炭可以全部位于丝束内，或者所述球形活性炭的一部分位于丝束内且其余的部分位于丝束表面。
11.根据本实用新型的实施方案，当描述球形活性炭位于丝束内时，意指球形活性炭的外表面不突出于丝束的外表面之外，优选不突出丝束的轴向外表面和/ 或径向外表面。
12.根据本实用新型的实施方案，当描述所述球形活性炭位于丝束表面时，意指球形活性炭的外表面突出于丝束的外表面之外，优选突出于丝束的轴向外表面之外和/或径向外表面之外。
13.根据本实用新型的实施方案，位于丝束内的球形活性炭的数量不低于，优选高于位于丝束表面的球形活性炭的数量。
14.根据本实用新型的实施方案，所述丝束内球形活性炭的数量大于1，优选大于10，例如20以上、30以上、40以上、50以上、60以上、70以上、80以上、90 以上或100以上。
15.根据本实用新型的实施方案，所述丝束内球形活性炭的质量为1
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200mg，例如5
‑
100mg，如20
‑
50mg，例如10mg、20mg、30mg、40mg、50mg、60mg、70mg、 80mg、90mg或100mg。
16.根据本实用新型的实施方案，所述丝束内容纳球形活性炭的空腔的数量不低于球形活性炭的数量。
17.根据本实用新型的实施方案，所述球形活性炭的至少一部分或全部连续或非连续分散在丝束内部和/或表面。
18.根据本实用新型的实施方案，所述连续分散意指球形活性炭的分布从丝束单元的一个端面，沿丝束单元的轴向连续延伸至丝束单元的另一相对的端面。所述连续意指当将丝束单元看成由多个顺次排列的径向横截面组成时，每个径向横截面均至少含有一个球形活性炭的至少一部分。
19.根据本实用新型的实施方案，在沿丝束轴向连续分布的径向横截面中，至少两个相邻横截面中球形活性炭的分布位置相同或不同。优选地，至少两个相邻横截面中球形活性炭的分布位置不同。
20.根据本实用新型的实施方案，所述沿丝束轴向连续分布的径向横截面中，至少存在一个横截面，其中的球形活性炭在所述横截面的平面上呈不均匀的分布。所述不均匀的分布意指，以所述横截面平面的至少一个中线分隔开的两个平面部分中，各自分布的球形活性炭不构成镜像对称。
21.根据本实用新型的实施方案，所述非连续分散为间隔均匀分散或间隔非均匀分散。
22.根据本实用新型的实施方案，所述间隔均匀分散指丝束单元至少含有一组包含球形活性炭的丝束段和不包含形活性炭的丝束段，在每一段包含球形活性炭的丝束段或整个丝束单元中，球形活性炭呈规律性分散。所述规律性分散意指球形活性炭颗粒间具有特定距离和/或球形活性炭颗粒特定排列方式。
23.例如，在每一段包含球形活性炭的丝束段中，相邻径向横截面中球形活性炭的分布位置相同，或者，在每一段包含球形活性炭的丝束段或整个丝束单元中，相邻球形活性炭的颗粒与颗粒之间的距离相等。优选地，各个包含球形活性炭的丝束段中，球形活性炭的分布密度(此处的分布密度意指单位体积的包含球形活性炭的丝束段内球形活性炭的数量)
可以相同或不同，满足每个丝束段内球形活性炭的均匀分散即可。优选地，不同的球形活性炭的丝束段的径向横截面中，球形活性炭的分布位置相同或不同。优选地，各个包含球形活性炭的丝束段中，球形活性炭可以为连续分散；所述连续分散具有如上文所述的含义。
24.作为实例，所述丝束单元包括至少一个包含球形活性炭的丝束段和至少一个不包含球形活性炭的丝束段。应当理解，所述丝束单元也可以包括相互连接的一个包含球形活性炭的丝束段和一个不包含球形活性炭的丝束段。
25.当所述丝束单元包括多于一个的包含球形活性炭的丝束段或多于一个的不包含球形活性炭的丝束段时，包含球形活性炭的丝束段和不包含球形活性炭的丝束段可以交替排列；在包含球形活性炭的丝束段中，球形活性炭的分布从该丝束段的一个端面，沿丝束单元的轴向连续延伸至该丝束段的另一相对的端面，在每个径向横截面中，球形活性炭的分布位置相同。优选地，各个包含球形活性炭的丝束段的长度相同或不同。
26.根据本实用新型的实施方案，所述间隔非均匀分散指丝束单元含有至少一组包含球形活性炭的丝束段和不包含球形活性炭的丝束段，在每一段包含球形活性炭的丝束段或整个丝束单元中，球形活性炭呈不规律性分散。
27.优选地，不同的包含球形活性炭的丝束段的径向横截面中，球形活性炭的分布密度相同或不同；所述分布密度具有如上文的定义。
28.当所述丝束单元包括多于一个的包含球形活性炭的丝束段或多于一个的不包含球形活性炭的丝束段时，包含球形活性炭的丝束段和不包含球形活性炭的丝束段可以交替排列；每一段包含球形活性炭的丝束段横截面中，球形活性炭的分布位置不同。
29.优选地，各个不包含球形活性炭的丝束段的长度相同或不同。
30.优选地，各个包含球形活性炭的丝束段的长度相同或不同。
31.优选地，包含球形活性炭的丝束段和不包含球形活性炭的丝束段长度相同或不同。
32.根据本实用新型的实施方案，所述“球形活性炭”(又称“碳球”或“球碳”) 是指呈球体的活性炭或呈类球体的活性炭，其中所述呈类球体的活性炭在至少1 个平面上的正投影是圆形、椭圆形或基本上呈圆形或椭圆形，优选地，所述呈类球体的活性炭在至少2个，优选3个，如至少5或10个平面上的正投影是圆形、椭圆形或基本上呈圆形或椭圆形。
33.根据本实用新型的实施方案，所述球形活性炭的体积v＝γπ(d/2)3，其中γ选自1.0～2.0的数，如1.2～1.5的数，例如1.3～1.4的数，优选4/3；d为球形活性炭的最大直径。
34.根据本实用新型的实施方案，所述球形活性炭的平均粒径可以为0.1
‑
2.0mm，例如0.1
‑
1.5mm，如0.2
‑
1.0mm，如0.2
‑
0.8mm，比如0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、 0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、 1.4mm、1.5mm。
35.根据本实用新型的实施方案，所述球形活性炭具有多孔结构。
36.本实用新型还提供一种过滤器，包括上述包含球形活性炭的丝束单元。
37.根据本实用新型的实施方案，所述过滤器包括包装层，所述包装层用来包覆和/或容纳所述包含球形活性炭的丝束单元。例如，所述包装层的材质可以为纸张或塑料。
38.根据本实用新型的实施方案，所述过滤器为过滤嘴(或滤嘴)。
39.根据本实用新型的实施方案，所述滤嘴的结构可以选自单滤嘴、二元滤嘴、三元滤嘴、单或多腔室滤嘴、凹进滤嘴、自由流动的滤嘴，上述多种滤嘴的结合或类似物。例如，所
述滤嘴的端部可设置多个滤孔，所述滤孔的直径介于 400
‑
550μm之间，优选420
‑
530μm。
40.根据本实用新型的实施方案，所述过滤器内还可以含有其他吸附剂、催化剂和/或添加剂的单元。
41.本实用新型还提供一种烟草制品，包括上述包含球形活性炭的丝束单元和/ 或上述过滤器。
42.根据本实用新型的实施方案，所述烟草制品包括含烟草单元和所述包含球形活性炭的丝束单元，所述包含球形活性炭的丝束单元与含烟草单元连接。
43.根据本实用新型的实施方案，所述烟草制品包括含烟草单元和所述过滤器，所述过滤器中的包含球形活性炭的丝束单元与含烟草单元连接。优选的，所述丝束单元中的包含球形活性炭的丝束段与含烟草单元连接。
44.本实用新型的有益效果
45.本实用新型提供的包含球形活性炭丝束单元中球形活性炭能够与丝束很好地贴合，当其接触烟草燃烧产生的烟气，能对烟气中的有害物质进行有效吸附。尤其是当相邻端面的横截面处的球形活性炭的分布浓度不同时，可以实现球形活性炭和烟气更多的接触，以吸附烟气中的有害物质。
附图说明
46.图1为实施例1提供的包含球形活性炭的丝束单元的结构示意图；其中，(a) 为端面一的横截面，(b)为端面二的横截面。
47.图2为实施例2提供的包含球形活性炭的丝束单元的剖面结构示意图。
48.图3为实施例3提供的包含球形活性炭的丝束单元的剖面结构示意图。
49.附图标记：1
‑
丝束，2
‑
球形活性炭，a1、a1
’‑
包含球形活性炭的丝束段， a2、a2
’‑
包含球形活性炭的丝束段，b、b1、b2
‑
不包含球形活性炭的丝束段。
具体实施方式
50.下文将结合具体实施例对本实用新型的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本实用新型，而不应被解释为对本实用新型保护范围的限制。凡基于本实用新型上述内容所实现的技术均涵盖在本实用新型旨在保护的范围内。
51.除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
52.实施例1
53.如图1所示的包含球形活性炭的丝束单元，包括丝束1和球形活性炭2，球形活性炭2连续分散在丝束1内部，丝束1的材质为乙酸纤维素，球形活性炭2的平均粒径为0.2
‑
0.6mm，且具有多孔结构。
54.连续分散为球形活性炭2的分布从丝束单元的一个端面沿丝束单元的轴向连续延伸至丝束单元的另一相对的端面。任意相邻的径向端面，以相邻径向端面：端面一(如图1中的a)和端面二(如图1中的b)为示例，两个端面的径向横截面中，球形活性炭2的分布位置不同。且端面一和端面二的平面上，球形活性炭呈不均匀的分布。
55.实施例2
56.如图2所示的包含球形活性炭的丝束单元，包括丝束1和球形活性炭2，球形活性炭2非连续分散在丝束1内部，丝束1的材质为乙酸纤维素，球形活性炭2的平均粒径为0.3
‑
0.7mm，且具有多孔结构。
57.非连续分散为间隔均匀分散，丝束单元包括两个包含球形活性炭的丝束段 a1和a2，和与丝束段a1和丝束段a2分别连接的不包含球形活性炭的丝束段b，在包含球形活性炭的丝束段a1和a2中，球形活性炭的分布从该丝束段的一个端面沿丝束单元轴向方向连续延伸至该丝束段的另一相对的端面，在每个相邻径向横截面中，球形活性炭的分布位置相同。
58.实施例3
59.如图3所示的包含球形活性炭的丝束单元，包括丝束1和球形活性炭2，球形活性炭2非连续分散在丝束1内部，丝束1的材质为乙酸纤维素，球形活性炭2的平均粒径为0.3
‑
0.7mm，且具有多孔结构。
60.非连续分散为间隔非均匀分散，丝束单元包括两个包含球形活性炭的丝束段a1’和a2’，和不包含球形活性炭的丝束段b1和b2，丝束段按照a1’、b1、a2’和b2的顺序排列。在包含球形活性炭的丝束段a1和a2中，每一段包含球形活性炭的丝束段中，某一相邻的径向横截面中，球形活性炭的分布位置不同。
61.实施例4
62.过滤器，包括纸质包装层和实施例1、2或3提供的任一种结构的丝束单元，丝束单元的柱体表面被纸质包装层包覆。
63.实施例5
64.烟草制品，包括含烟草单元和实施例4提供的过滤器，过滤器中的丝束单元中的包含球形活性炭的丝束段与含烟草单元连接。
65.以上对本实用新型的示例性实施方式进行了说明。但是，本实用新型的保护范围不限定于上述实施方式。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。