一种卷烟滤嘴用降温颗粒及其制备方法与流程

1.本发明属于烟草制品生产技术领域，涉及加热卷烟滤嘴用降温颗粒及其制备方法。


背景技术：

2.新型加热卷烟由烟具、烟弹组成。使用时将烟弹插入烟具中，通过烟具给烟弹加热，使 烟弹中的烟草受热而不燃烧并产生烟气。加热卷烟的抽吸方式、烟气质量与传统卷烟相似， 其烟气中含有的有害物质少于传统卷烟。
3.加热卷烟所产生的烟气温度并不高，但由于烟支长度较短、烟气中水分含量较高，高温 的水蒸气进入口腔冷凝后会释放热量使口腔产生灼痛感，吸烟者口腔感受到的烟气感官温度 要高于传统卷烟。因此需要通过设计特殊嘴棒使得烟气温度降低，改善吸烟者的抽吸体验。
4.加热卷烟降温材料多为相变材料，即在一种状态向另一种状态转变时吸收或释放能量而 温度保持不变或几近不变的物质，其中聚乳酸在加热烟草制品的烟气降温中应用较多。但当 前加热卷烟制品所采用的聚乳酸降温段存在聚乳酸受热熔融堵塞烟气通路的现象，导致烟气 与聚乳酸降温元件接触面积减小，烟气温度无法有效降低且吸阻过大，影响抽吸。
5.专利号为cn201721683861.x的专利将聚乳酸薄片纵向贯穿开孔，使得聚乳酸熔融塌缩 后留下的空间和后段薄片的孔形成烟气通道，保持了烟气通畅，但该设计仍会导致与烟气接 触的前段聚乳酸薄片熔融塌缩，开孔部位同样会被堵塞，一定程度上影响了烟气通畅。
6.专利cn201821588035.1制作出一种复合的内覆膜棒，由至少两层醋酸纤维纸带和至少两 层聚乳酸薄膜通过同步螺旋工艺缠绕成管状料棒，由醋酸纤维纸带阻止熔融聚乳酸粘连，但 需要多层纸带复合并螺旋缠绕，制作工艺复杂，成本较高，不适合大规模工业生产。
7.专利cn202010509032.x将聚乳酸母粒、sebs(氢化苯乙烯—丁二烯嵌段共聚物)、pp (聚丙烯)按一定比例混合经熔融纺丝制得聚乳酸降温改性丝束，制成滤棒后比传统聚乳酸 纤维滤棒熔点高、耐热性强，避免了受热塌缩，但制备工艺较为复杂，需要多种化学原料， 成本较高。
8.专利cn201811476757.2通过注塑机将聚乳酸制成实心及空心球体颗粒，经成型纸包裹作 为降温段，但并没有改变聚乳酸熔融塌缩的弊端。
9.专利cn202010146958.7制备了一种二醋酸纤维素复合定型相变颗粒，以10％～50％的二 醋酸纤维素、50％～90％的聚乙二醇、1％～5％的导热金属粉末(铜粉、银粉)为原料，通过溶 剂共混法制得溶液，经干燥、粉碎过筛后得到有一定直径的不规则颗粒。二醋酸纤维素具备 的刚性网状结构和高熔点使颗粒具有优良的热稳定性，聚乙二醇相变后吸热降低烟气温度， 导热金属粉末的加入提高了吸热速率，可快速降温。卷制成加热卷烟滤
嘴时可通过海绵条固 定颗粒并调整吸阻。但制备过程较为复杂，导热金属粉(铜粉、银粉)价格较高，且需要额 外加装海绵条，工艺难度大。
10.目前应用于加热卷烟降温领域的诸多专利技术仍存在一些问题，聚乳酸虽然有着丝束、 薄膜、颗粒等多种应用形式，但仍存在受热熔融的弊端，对其进行改性可以提高熔点，却也 提升了成本，工艺复杂，不利于推广。菲利普莫里斯生产公司最早提出利用表面褶皱的聚乳 酸薄片作为烟气降温段，将其折叠聚集形成多条纵向延伸的通道后包裹在包裹材料中形成柱 状滤棒。高温烟气经过滤棒后使得聚乳酸玻璃化转变，吸收烟气热量，烟气温度降低，但聚 乳酸薄片会因此熔融粘连，堵塞纵向延伸的烟气通道，且聚乳酸薄片不存在除纵向外其他方 向的烟气通道，因此一旦纵向通道被粘连，烟气便无法通过，导致吸阻增大。单纯的醋酸纤 维吸阻小但没有显著降温效果，无法满足烟气降温的需要。因此，研发一种有效降低烟气温 度且不增大吸阻影响抽吸体验，制备工艺简单可大规模生产的加热卷烟降温材料十分必要。 采用聚乳酸作为加热卷烟烟气的降温材料需要解决聚乳酸受热熔融粘连的问题，或者减轻其 粘连程度，避免烟气通道的完全堵塞。醋酸纤维是卷烟滤嘴的常用材料，在加热卷烟烟气温 度下形态不发生变化，可作为聚乳酸的支撑材料一起用作烟气降温段。颗粒卷制成降温段后 会形成曲折分布的烟气通道，有部分粘连烟气仍能从其他方向经过，有效避免吸阻的增大。


技术实现要素：

11.针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供加热卷烟滤嘴用降温颗粒及其 制备方法，该降温颗粒经成型纸卷制成滤棒后用作加热卷烟降温部件，可有效降低烟气温度 并改善聚乳酸熔融后吸阻过大的问题，并且制备方法简单，原料易得、成本低，适合工业生 产。
12.涉及一种加热卷烟滤嘴用降温颗粒。该降温颗粒是聚乳酸纤维、醋酸纤维经混合、梳理 成网、热压成板、裁剪形成的长方体颗粒，然后经成型纸包裹后制成圆柱体降温段。所述聚 乳酸纤维具有相变降温作用，会在烟气温度高于相变温度时熔融吸热；所述醋酸纤维会在聚 乳酸熔融时防止烟气通道粘连堵塞，起到支撑作用。
13.本发明制备的降温颗粒卷制成滤棒后在滤棒内部形成可供烟气通过的无规则曲折通路， 同时烟气也可从颗粒内的醋酸纤维间隙通过，这一过程中聚乳酸熔融吸热，醋酸纤维支撑烟 气通路不被粘连堵塞，烟气温度降低，解决了加热卷烟烟气温度过高、抽吸体验差的问题， 同时改善了聚乳酸材料受热熔融堵塞烟气通路导致吸阻增大的弊端。所述降温颗粒制备方法 工艺简单，原料方便易得且安全无害，成本较低，适合工业化生产。
14.本发明解决所述技术问题的技术方案是：
15.一种卷烟滤嘴用降温颗粒，所述降温颗粒中包含具备相变降温作用的聚乳酸纤维和起支 撑防粘连作用的醋酸纤维。
16.进一步，所述降温颗粒为长方体颗粒，每边的边长为0.5-20mm。
17.优选地，所述长方体每边的边长为0.8-4mm；堆积密度为0.25-0.44g/ml。
18.可选地，所述长方体的厚度、长度、宽度的比例为(0.5-2.0mm)︰(2～20mm)︰(2～20mm)。
19.优选地，所述长方体的厚度、长度、宽度的比例为(0.5-2.0mm)︰(1～5mm)︰(1～
5mm)。
20.所述醋酸纤维细度为1.5～8.0d，长度为30～70mm，所述聚乳酸纤维细度为1.5～8.0d。
21.所述聚乳酸纤维占比为10％～90％，醋酸纤维占比为90％～10％。
22.优选地，所述聚乳酸纤维占比为15％～60％，醋酸纤维占比为40～85％。
23.一种卷烟滤嘴用降温段，其中包含上述的降温颗粒。
24.所述降温段为成型纸包裹所述降温颗粒形成的圆柱体棒材。
25.所述降温段长为5～25mm，优选10～20mm。
26.所述降温段由成型纸卷制而成，颗粒填充量为0.05g～0.5g，进一步可选0.05～0.2g。
27.所述卷烟滤嘴用降温颗粒的制备方法，将醋酸纤维、聚乳酸纤维混合、梳理成网、热压 成板、裁剪，制得所述卷烟滤嘴用降温颗粒。包括以下步骤：
28.(1)开松混合，使用开松机对一定混比的聚乳酸纤维和醋酸纤维进行开松、混合，使其 充分混合均匀；
29.(2)梳理，将开松混合均匀的醋酸纤维和聚乳酸纤维混合料喂入盖板梳理机中梳理成纤 维网；
30.(3)热压，将纤维网剪切成合适大小，将纤维网送入平板硫化仪热压成板材；
31.(4)裁剪，测量板材厚度，将参数输入塑料板材裁剪机，由塑料板材裁剪机将板材裁剪 切割为长方体颗粒。
32.步骤(1)中，所述聚乳酸纤维占比为10％～90％，醋酸纤维占比为90％～10％。，优选聚 乳酸纤维占比为15％～60％，醋酸纤维占比为40～85％。
33.步骤(2)中，纤维网克重在600g/m2～900g/m2之间。
34.步骤(3)中，平板硫化仪温度设定在170℃～200℃、热压时间30s～1min、压力 0.5mpa～1.5mpa。
35.步骤(4)中，所述长方体颗粒每边的边长为0.5～20mm，优选0.8～4mm。
36.本发明使用的成型纸符合yc/t208-2006烟草行业标准规定的各种普通滤棒成型纸与高 级滤棒成型纸，是目前市场上销售的产品。本发明使用聚乳酸纤维和醋酸纤维因聚乳酸相变 吸热而具有改善的降温作用，聚乳酸纤维和醋酸纤维都是市场上销售的产品。
37.所述降温颗粒在降温颗粒段中的作用是通过聚乳酸相变吸收热量，降低烟气温度，通过 醋酸纤维在颗粒与颗粒之间支撑烟气通路防止其堵塞，增加烟气流通路径，进一步降低烟气 温度和提升抽吸体验。
38.与现有技术相比，本发明的创新点在于将聚乳酸纤维和醋酸纤维混合并梳理成网，热压 成板材后裁剪为长方体颗粒。聚乳酸纤维为相变材料，当温度超过其相变温度时聚乳酸纤维 融化将醋酸纤维粘结，冷却后聚乳酸重新固化，可进行裁剪切割。烟气通过长方体颗粒时， 温度超过聚乳酸的相变温度，聚乳酸吸收热量熔化，降低烟气温度；醋酸纤维在烟气温度下 不会融化，在长方体颗粒间起到支撑烟气通路的作用，并且纤维间的疏松结构也可使烟气通 过，有效解决了聚乳酸熔融堵塞烟气通路的弊端。长方体颗粒中的聚乳酸和醋酸纤维含量可 以根据实际降温需要和吸阻增大程度灵活改变，达到最佳的抽吸体验。长方体颗粒在成型纸 包裹成圆柱体滤棒后，会在滤棒内部形成曲折分布的烟气通路，颗粒
中的醋酸纤维疏松结构 也会形成烟气通路，大大增加了烟气与长方体颗粒的接触面积，提高了吸热效率，增强了降 温效果。
39.与现有技术相比，本发明有益效果在于：
40.1.本发明制备的降温颗粒由聚乳酸和醋酸纤维组成，聚乳酸吸热熔融降低烟气温度，醋 酸纤维在烟气温度下不会熔化，防止烟气通路被熔融聚乳酸粘连堵塞，起到支撑烟气通路、 降低吸阻的功效。同时烟气也会沿醋酸纤维间的空隙通过降温颗粒，对烟气中的有害物质有 一定的过滤和吸附作用，增大了与降温颗粒的接触面积，增强降温效果的同时降低了吸阻；
41.2.本发明制备的降温颗粒在滤棒中形成曲折分布的烟气通路，延长了烟气与降温颗粒的 接触时间，增大了与烟气的接触面积，降温效率和效果得到增强。
42.3.本发明制备降温颗粒的工艺过程简单易行，使用平板硫化仪热压成板材、塑料板材裁 剪机裁剪成颗粒的工艺将不同混比的聚乳酸纤维和醋酸纤维制作成长方体颗粒。原料采用成 品的聚乳酸纤维和醋酸纤维，便于原料采购、储存及加工。所用原料安全无害、方便获得、 成本低，适合工业化大规模生产。
附图说明
43.图1为本发明加热卷烟制品的降温颗粒示意图。
44.图2为本发明加热卷烟制品的降温颗粒段横截面示意图。
45.图3为本发明加热卷烟制品的降温颗粒段正视示意图。
46.图4为本发明加热卷烟制品的降温颗粒段的烟支示意图。
47.图中标记：1-成型纸；2-相变降温颗粒；3-颗粒降温段；4-支撑段；5-烟草段；6-滤嘴段。
具体实施方式
48.以下结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
49.图1是本发明加热卷烟制品的降温颗粒示意图，可以看出颗粒呈长方体状，内部有醋酸 纤维，纤维大致朝一个方向排列，但也存在其它方向的交织，构成了纤维间的疏松缝隙，有 利于烟气通过；聚乳酸纤维熔融冷却后将醋酸纤维包裹、粘结，形成固体颗粒。
50.用成型纸将长方体降温颗粒包裹定型为特定长度和直径的圆柱体棒材，用作加热卷烟滤 嘴的降温部件。所述加热卷烟制品的降温颗粒段具体结构参见图2和图3。
51.图2是本发明加热卷烟制品的降温颗粒段横截面示意图，可以看出长方体颗粒经成型纸 包裹后在滤棒随意堆叠形成若干曲折通路，有利于烟气与长方体颗粒充分接触。
52.图3是本发明加热卷烟制品的降温颗粒段正视示意图，长度在5mm～25mm范围，可根据 所需降温效果和抽吸体验选择合适长度填装颗粒，例如在直径7.0mm、长15mm的圆柱空腔 内，采用不同纤维组成比例的降温颗粒进行自由组合，此不赘述。
53.图4是本发明加热卷烟制品的降温颗粒段的烟支示意图，展示了降温颗粒在滤嘴中的使 用。
54.下面给出本发明的具体实施例。
55.实施例1
56.选取聚乳酸纤维长度38mm，细度1.5d，醋酸纤维长度38mm，细度3.0d；所用梳理机 是上海纺织工学院机械工厂生产的as181a型梳理机，所用平板硫化机是青岛博格达检测仪 器有限公司生产的bgd-8120型平板硫化机。
57.取聚乳酸纤维与醋酸纤维比例为30:70，经开松机开松混合后喂入梳理机中梳理成网，克 重为800g/m2。将梳理后的纤维网裁剪成15*15cm大小的试样。送至平板硫化机中进行热压， 在温度180℃，加压时间30s，1mpa压力的条件下进行热压，冷却后获得一块800g/m2的 板状材料。使用塑料板材裁剪机将板状材料按厚度切割成长方体颗粒，得到所述长方体降温 颗粒，边长为1mm*1mm*2mm，堆积密度约0.35g/ml。
58.将成型纸卷制成长15mm，直径7.0mm的圆柱形腔体，将100mg长方体颗粒填充入腔体 中形成棒材，与加热卷烟的烟条和滤嘴卷接得到烟支样品实例1，烟支吸阻0.45kpa。
59.所述烟支样品结构参见图4，由成型纸1包裹，从左至右依次为滤嘴段6、颗粒降温段3、 支撑段4、烟草段5，其中颗粒降温段3中添加有所述相变降温颗粒2。
60.滤嘴段6、颗粒降温段3、支撑段4、烟草段5的长度分别为8mm，15mm，10mm，12mm。
61.按照国家标准gb/t19609-2004规定的卷烟抽吸模型进行模拟吸烟，采用加拿大深度抽吸 模式(hci)，其抽吸参数为：抽吸容量55ml，抽吸频率30s，抽吸持续时间2s。使用热电偶 温度检测器检测抽吸卷烟样品烟气温度数值，其中烟嘴棒中心距离嘴端0mm处的温度，降温 段前温度，检测结果见表1。
62.表1卷烟烟气温度数据(单位：℃)
63.抽吸口数降温段前温度实例1169.0
±
3.660.5
±
1.8277.9
±
5.359.7
±
1.1387.7
±
10.455.1
±
0.7496.5
±
10.252.8
±
1.05104.8
±
8.850.6
±
1.2
64.从表1中可以发现，添加了本实施例的降温颗粒，烟气温度大幅降低，最高温度60.5℃， 降幅＞10℃。
65.实施例2
66.选取聚乳酸纤维长度38mm，细度1.5d，醋酸纤维长度38mm，细度8.0d；所用梳理机 是上海纺织工学院机械工厂生产的as181a型梳理机，所用平板硫化机是青岛博格达检测仪 器有限公司生产的bgd-8120型平板硫化机。
67.取聚乳酸纤维与醋酸纤维比例为60:40，经开松机开松混合后喂入梳理机中梳理成网，克 重为900g/m2。将梳理后的纤维网裁剪成15*15cm大小的试样，送至平板硫化机中进行热压， 在温度190℃，加压时间45s，0.5mpa压力的情况下进行热压，冷却后获得一块800g/m2的板状材料。使用塑料板材裁剪机将板状材料按厚度切割成长方体颗粒，得到所述长方体降 温颗粒，边长为0.8mm*1mm*3mm，堆积密度是0.44g/ml。
68.本实例的烟支样品的结构与实例1的烟支样品相同，将成型纸卷制成长15mm，直径 7.0mm的圆柱形腔体，从左至右依次为滤嘴段6、颗粒降温段3、支撑段4、烟草段5，其中 颗粒降温段3中添加有所述相变降温颗粒2。滤嘴段6、颗粒降温段3、支撑段4、烟草段5 的长度分别为8mm，15mm，10mm，12mm。区别在于，颗粒降温段内添加的是本实例提供 的相变降温颗
粒，添加量为200mg，得到的加热卷烟产品为实例2，烟支吸阻0.51kpa。卷烟 烟气温度数据见表2。
69.表2实例2烟气温度数据(单位：℃)
70.抽吸口数实例2158.2256.9352.7450.9549.0
71.对比实例1样品，随聚乳酸纤维比重增加，颗粒添加量增加，烟气温度进一步降低，最 高温度降低约2℃。
72.实施例3
73.选取聚乳酸纤维长度38mm，细度1.5d，醋酸纤维长度38mm，细度5.0d；取聚乳酸纤 维与醋酸纤维比例为15:85，经开松机开松混合后喂入梳理机中梳理成网，克重为800g/m2。 将梳理后的纤维网裁剪成15*15cm大小的试样，送至平板硫化机中进行热压，在温度190℃， 加压时间45s，1mpa压力的情况下进行热压，冷却后获得一块800g/m2的板状材料。使用塑 料板材裁剪机将板状材料按厚度切割成长方体颗粒，得到所述长方体降温颗粒，边长为1mm *1.2mm*4mm，堆积密度0.25g/ml。
74.本实例的烟支样品的结构与实例1的烟支样品相同，将成型纸卷制成长15mm，直径 7.0mm的圆柱形腔体，从左至右依次为滤嘴段6、颗粒降温段3、支撑段4、烟草段5，其中 颗粒降温段3中添加有所述相变降温颗粒2。滤嘴段6、颗粒降温段3、支撑段4、烟草段5 的长度分别为8mm，15mm，10mm，12mm。区别在于，颗粒降温段内添加的是本实例提供 的相变降温颗粒，添加量为50mg，得到的加热卷烟产品为实例3，烟支吸阻0.46kpa。卷烟 烟气温度数据见表3。
75.表3实例3烟气温度数据(单位：℃)
[0076][0077][0078]
对比实例1样品，降低聚乳酸纤维比重和颗粒添加量，烟气温度略有提升。
[0079]
对比例1：
[0080]
将实施例1中所述气降温段替换为聚乳酸薄膜折叠材料，所述聚乳酸薄膜折叠材料的长 度为15mm，厚为50μm，长度为20mm，所述聚乳酸薄膜折叠材料在所述复合嘴棒的添
加量 为160mg，得到的加热卷烟产品为对照样，其吸阻为0.53kpa。
[0081]
表4试样卷烟吸阻、最高烟气温度和烟气组成释放量
[0082]
样品烟支吸阻kpa最高烟气温度℃烟气量mg/cig烟碱mg/cig实例10.4560.539.01.99实例20.5158.240.01.98实例30.4661.239.41.99对照样0.5361.437.31.78
[0083]
上表4检测结果表明，对比对照样，使用本发明的降温颗粒的烟支吸阻小，卷烟主流烟 气最高温度降低。实施例3中50mg的添加量，即可达到基本一致的降温效果，同时烟雾量 和烟碱的释放量高于对照样，烟气过滤降低，改善了吸烟者的抽吸感受。
[0084]
本发明未述及之处适用于现有技术。
[0085]
上述相关说明以及对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本 发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些内容做出各种修改，并把在此说明的一 般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述相关说明以 及对实施例的描述，本领域的技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进 和修改都应该在本发明的保护范围之内。