一种加热不燃烧卷烟用多层保温隔热卷烟纸的制作方法

1.本发明涉及低温不燃烧电子烟技术领域，更具体的说是涉及一种加热不燃烧卷烟用多层保温隔热卷烟纸。


背景技术：

2.近年来，新型烟草制品的发展态势迅猛，究其原因，一方面在于传统烟草所导致的健康危害等问题使其消费人口比率逐年下降，另一方面在于世界范围内的禁烟力度显著加大，根据《烟草控制框架公约》中“防止接触烟草烟雾”3.等规定，越来越多的国家制定并颁布了严格的公共场所吸烟禁令。在此背景下，新型烟草制品应运而生，且消费需求呈现指数级增加。
4.新型烟草将烟草通过外部热源加热，而非传统点燃的方式，故不会产生焦油、一氧化碳、重金属等有害物，可大大降低对人体和环境的危害，备受新型吸烟者和年轻消费者的追捧。
5.根据制品种类，新型烟草主要分为电子烟、加热不燃烧卷烟和无烟雾烟草制品。其中，加热不燃烧卷烟在无火、无灰、不释放强烈气味的前提下，能产生真正的烟草气味，因而备受消费者欢迎。
6.对于加热不燃烧卷烟，其发烟段或称加热段通过将处理烟丝(特制烟弹)加热到一定温度，但不点燃烟草，使烟丝加热到足以散发烟气的程度，故需要对该段进行温度高达300℃左右的高温加热。在保证高加热效率的同时，防止热量外溢引起卷烟外部过热是加热不燃烧卷烟发烟/加热段必须考虑的问题。
7.目前，加热不燃烧卷烟发烟/加热段的保温隔热卷烟纸主要采用以下材料：二氧化硅气凝胶、玻璃纤维布及玻璃纤维毡、隔热棉、带有铝箔层的复合卷烟纸等。其中，中国专利cn 105200865选用二氧化硅气凝胶及微米二氧化钛颗粒制备隔热层。中国专利cn 201010563640.5采用超玻璃纤维、针叶木浆与聚乙烯醇水溶液混合，中国专利cn 109291558制备了玻璃纤维毡层和玻璃纤维布层复合而成的隔热材料。中国专利cn 109793264采用玻璃纤维、粘结剂和助剂制备了一种隔热毡。中国专利cn 105747280所制得的隔热层则由玻璃纤维、陶瓷、泡沫塑料或真空隔热板制成。中国专利cn 109998174、cn 203597395和cn208490828采用隔热铝箔棉来进行保温隔热。中国专利cn 105011377则采用铝箔隔热卷材或聚氨酯隔热层材料。中国专利cn 204224922的隔热层由铝箔和碳酸钙、硫酸钙、氢氧化铝及其水合物、氧化铝等无机材料复合而成。上述专利所涉及隔热层均通过降低导热系数来实现保温隔热的功能。
8.但是，单纯的低导热系数材料往往难以兼顾低厚度和高隔热的要求，且卷烟的热量受加热方式的影响难以得到充分利用。基于以上分析，目前尚无一种切实有效的隔热卷烟纸能够同时实现低厚度、高隔热、高热利用效率这几方面的要求。
9.为此，本发明拟设计一种利用热辐射保温、辐射反射保温、气凝胶和发泡材料隔热技术相结合的多功能隔热保温膜。


技术实现要素：

10.本发明的目的在于提供一种加热不燃烧卷烟用多层保温隔热卷烟纸，以期解决上述技术问题。
11.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
12.一种加热不燃烧卷烟用多层保温隔热卷烟纸，所述卷烟纸具有多层次复合结构，由内而外依次为内层和外层；内层具有热辐射发射功能和多层次隔热功能；外层具有热辐射反射功能；
13.所述内层由耐高温的高热辐射发射率基体材料和导热系数低的气凝胶组成，基体材料具有泡孔结构。
14.在一些实施例中，所述外层由耐高温的基体材料和具有热辐射反射功能的金属薄片组成。
15.在一些实施例中，所述内层基体材料包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、纤维素、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚中的一种或多种。
16.在一些实施例中，所述内层中的导热系数低的气凝胶为以下一种或多种的组合：二氧化硅、二氧化钛。
17.在一些实施例中，气凝胶的颗粒尺寸0.2-2.0微米，重量含量为5-8wt.％。
18.在一些实施例中，所述内层厚度为30-50微米。
19.在一些实施例中，所述外层基体材料，为以下一种或多种的组合：聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、纤维素、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚。
20.在一些实施例中，所述外层中具有热辐射反射功能的金属薄片，为以下一种或多种金属的组合：银、铝、铁，其中，金属薄片的重量含量10-15wt.％。
21.在一些实施例中，所述外层厚度为10-20微米。
22.本技术所提供的一种加热不燃烧卷烟用多层保温隔热卷烟纸具有的有益效果包括但不限于：
23.本技术提供一种用于加热不燃烧卷烟的具有优良保温隔热性能的耐高温新型卷烟纸的设计及制备方法。设计了具有热辐射反射功能的外层，这一层可将内层辐射的热量返回烟丝中，因此可减少热量损失。由于具有反射热辐射功能的外层的主要成分为金属，具有高热传导率，为了降低热量在外层的传导损失，在内层设计了多层次泡孔结构，可以明显延长热传导路径和减小传热通路，因此热传导率极低，对烟丝有很好的保温效果。
附图说明
24.图1是本实施例的一种加热不燃烧卷烟用多层保温隔热卷烟纸的结构示意图；
具体实施方式
25.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术的优选实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施例，本领域普通技术
人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
26.下面结合附图对本技术的实施例进行详细说明。
27.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
28.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
29.此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或显示器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或显示器固有的其它步骤或单元。
30.以下将结合图1，对本技术实施例所涉及的一种加热不燃烧卷烟用多层保温隔热卷烟纸进行详细说明。值得注意的是，以下实施例，仅仅用于解释本技术，并不构成对本技术的限定。
31.如图1所示，一种加热不燃烧卷烟用新型多层保温隔热卷烟纸，所述卷烟纸具有多层次复合结构，由内到外依次为内层1和外层2。内层具有热辐射发射功能和多层次隔热功能；外层具有热辐射反射功能。
32.所述内层由耐高温的高热辐射发射率基体材料和导热系数极低的气凝胶组成，基体材料具有泡孔结构。
33.所述外层由耐高温的基体材料和具有热辐射反射功能的金属薄片组成。
34.内层材料在吸收烟丝的热量后，可将热量以辐射的形式传回烟丝中。由于热辐射会向内和向外同时辐射，为了防止热量向外辐射而降低热利用率，设计了具有热辐射反射功能的外层，这一层可将内层辐射的热量返回烟丝中，因此可减少热量损失。
35.由于外层的反射热辐射功能的主要成分为金属，具有高热传导率，为了降低热量在外层的传导损失，在内层设计了多层次泡孔结构，可以明显延长热传导路径和减小传热通路，因此热传导率极低，对烟丝有很好的保温效果。
36.上述方案中，所述内层基体材料，为以下一种或多种的组合：聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、纤维素、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚等。
37.上述方案中，所述内层中的导热系数极低的气凝胶为以下一种或多种的组合：二氧化硅、二氧化钛等。其中气凝胶颗粒尺寸0.2-2.0微米，重量含量为5-8wt.％。
38.上述方案中，所述内层发泡方法可选择以下一种：物理发泡、化学发泡等。
39.上述方案中，所述内层厚度为30-50微米。
40.上述方案中，所述外层基体材料，为以下一种或多种的组合：聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、纤维素、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚等。
41.上述方案中，所述外层中具有热辐射反射功能的金属薄片，为以下一种或多种金属的组合：银、铝、铁等。重量含量10-15wt.％。
42.上述方案中，所述外层厚度为10-20微米。
43.内层发泡可以采用将预处理的聚酰亚胺前驱体和气凝胶粉末置于一平板上，在160
゜
c下恒温10min，然后以3
゜
c/min的升温速度到180
゜
c，恒温发泡70min，并在260
゜
c下热处理50min后获得含有气凝胶的聚酰亚胺发泡层，即多层次保温隔热层。
44.喷涂外层可以采用将片状铝粉加入聚酰亚胺溶液中混合均匀，形成聚酰亚胺混合溶液。然后使用喷枪将聚酰亚胺混合溶液喷涂到聚酰亚胺发泡层表面，在聚酰亚胺发泡层表面制备出辐射反射层，内外层复合后形成多层次结构的高性能保温隔热膜。
45.保温性能测试方法可以采用将保温隔热膜卷绕于烟丝外面，将烟丝中心部位加热到350
゜
c后，立刻使用红外测温仪测试表面的温度。
46.实施例1
47.内层发泡：将预处理的聚酰亚胺前驱体和重量比例5％颗粒尺寸0.2微米的sio2气凝胶粉末置于一平板上，在160
゜
c下恒温10min，然后以3
゜
c/min的升温速度到180
゜
c，恒温发泡70min，并在260
゜
c下热处理50min后获得厚度为30微米的含有气凝胶的聚酰亚胺发泡层，即多层次保温隔热层。泡孔尺寸约15微米，发泡层密度约0.02g/cm3。
48.喷涂外层：将重量含量10％的片状铝粉加入聚酰亚胺溶液中混合均匀，形成聚酰亚胺混合溶液。然后使用喷枪将聚酰亚胺混合溶液喷涂到聚酰亚胺发泡层表面，在聚酰亚胺发泡层表面制备出厚度20微米的红外反射层，内外层复合后形成多层次结构的高性能保温隔热膜。
49.实施例2
50.内层发泡：与实施1不同的是气凝胶颗粒的重量比例为8％，颗粒尺寸为0.5微米，发泡层的泡孔尺寸约13微米，发泡层密度约0.15g/cm3。
51.喷涂外层：与实施例1唯一不同的是红外反射层厚度为20微米。
52.实施例3
53.内层发泡：与实施1不同的是气凝胶颗粒的尺寸为1.0微米，发泡层的泡孔尺寸约14微米，发泡层密度约0.13g/cm3，发泡层的厚度为40微米。
54.喷涂外层：与实施例1唯一不同的是红外反射层厚度为15微米。
55.实施例4
56.内层发泡：与实施1不同的是气凝胶颗粒的重量比例为8％，气凝胶颗粒尺寸为1.5微米，发泡层的泡孔尺寸约13微米，发泡层密度约0.13g/cm3，发泡层厚度为40微米。
57.喷涂外层：与实施例1不同的是铝片重量含量为15％，红外反射层厚度为15微米。
58.实施例5
59.内层发泡：与实施1不同的是气凝胶颗粒尺寸为2.0微米，发泡层的泡孔尺寸约12微米，发泡层密度约0.14g/cm3，发泡层厚度为50微米。
60.喷涂外层：与实施例1不同的是铝片重量含量为15％，红外反射层厚度为20微米。
61.对比例1
62.内层发泡：与实施1不同的是不含气凝胶颗粒，发泡层的泡孔尺寸约16微米，发泡层密度约0.11g/cm3。
63.喷涂外层：与实施例1不同的是铝片重量含量为10％，红外反射层厚度为15微米。
64.对比例2
65.内层发泡：与实施1不同的是没有发泡过程，气凝胶颗粒的重量比例为8％，发泡层厚度为40微米。
66.喷涂外层：与实施例1不同的是铝片重量比为15％，红外反射层厚度为15微米。
67.对比例3
68.内层发泡：与实施1不同的是气凝胶颗粒尺寸为0.5微米，发泡层的泡孔尺寸约14微米，发泡层密度约0.13g/cm3，发泡层厚度为40微米。
69.喷涂外层：与实施例1不同的是不含铝片，红外反射层厚度为15微米。
70.表1实验例及对比例的结构参数以及保温性能
[0071][0072]
经过测试后，各实施例及对比例的性能如表1所示。从结果可以看出，实施例3、4和5有最好的保温效果，其原因是内层(即保温)的厚度较厚，同时金属铝片的含量高，二氧化硅气凝胶颗粒尺寸较大，泡孔尺寸较小的原因。比较而言，实施例2虽然气凝胶含量高达8％，但是其内层厚度只有30微米，这可能是最终保温性能不理解的主要原因。实施例气凝胶尺寸小，且含量低(5％)，发泡层厚度也只有30微米，所以保温效果也不理想。从3个对比例看，要么不含量铝片，故没有红外反射效果，要么没有发泡，故导热系数高保温性能差，要么不含气凝胶，故不具有多层次泡孔结构，导致保温性能较差。所以3个影响因素都至关重要，对保温性能起到了决定性作用。然而，实施例1的保温性能较差，甚至比对比例的还要差，这主要是由于其厚度较小原因。这也可以从实施例5有最大厚度(50微米)，因而获得最
好保温性能得到验证。
[0073]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。