一种含相变冷却材料的加热不燃烧卷烟冷却单元及加热不燃烧卷烟

本发明属于卷烟材料领域，具体涉及一种含相变冷却材料的加热不燃烧卷烟冷却单元及加热不燃烧卷烟。

背景技术：

1、现有的电子烟相对成熟，雾化效果好，种类繁多，但其安全性存在一些问题。相比之下，加热不燃烧型卷烟由于其卷烟加热方式不同于传统卷烟制品，使其能够在满足消费者对于卷烟产品的感官需求的同时提供更加健康的抽吸体验。加热不燃烧型卷烟是将烟插入加热器具中，通过加热器具加热释放烟碱和其他芳香物质。加热不燃烧烟草制品也越来越受到市场的欢迎，各烟草公司纷纷推出相应的产品。

2、然而，目前加热不燃烧卷烟的大规模推广仍存在不少问题。一方面，加热不燃烧卷烟的加热温度为200-380℃，导致部分香味物质无法充分释放，口感不足；另一方面，加热不燃烧卷烟烟支普遍较短，同时为了保证抽吸口数，滤嘴的长度也相应缩短，相较于传统卷烟，烟气传输过程中容易导致烟气过热，烟气进入口腔时的温度过高，抽吸时口腔有灼烧感，消费者热刺感和干燥感较强，影响了抽吸体验。各烟草公司的产品均存在滤棒降温性能不好的弊端。目前常用的加热不燃烧卷烟降温材料是聚乳酸(pla)薄膜，但聚乳酸膜机械强度差、聚拢折叠过程中易断裂，并且聚乳酸膜具有热塑性，受热容易发生形变，导致冷却单元塌陷，从而影响冷却单元对烟支的支撑性能，并且变形的聚乳酸膜会封堵部分烟气通道，影响降温效果并降低烟雾量，此外，聚拢的聚乳酸膜降温效果有限，经过聚拢的聚乳酸膜后的烟气温度仍然无法降至让口腔舒适的温度。而现有的以聚乙二醇为主的相变材料冷却体系，在使用或者夏季储存、室外运输过程中聚乙二醇受热易产生流淌，存在着渗漏的问题，从而影响了制品外观和性能，限制了其在加热不燃烧卷烟中的应用。因此，寻找一种经济的、安全环保的、降温性能稳定、品质稳定的降温冷却单元并进一步提高加热不燃烧卷烟的抽吸体验始终是本技术领域的追求。

技术实现思路

1、本发明采用以下技术方案来解决上述问题：

2、一种含相变冷却材料的加热不燃烧卷烟冷却单元，其至少由载体纸及载体纸上涂布的相变冷却材料构成，所述的相变冷却材料在载体纸上呈现非全覆盖的分布；所述涂布有相变冷却材料的载体纸以卷绕、折叠、聚拢、弯曲、褶皱中的至少一种方式形成多个纵向延伸的通道，并且沿纵向方向具有40％-90％的孔隙率；其中，所述的相变冷却材料，其包含55-96重量份的聚乙二醇、1-5重量份的原位增强材料、3-40重量份的导热填料；其中，所述的聚乙二醇，其分子量为1500-2500da，熔点为45-60℃；其中，所述的原位增强材料，其能够在聚乙二醇基体中充分分散，并在原位起到物理增强作用，其选自醋酸纤维素，或分子量为5-15万的聚乳酸。

3、在本发明中，所述的载体纸选自宣纸、卷烟纸、接装纸、成型纸、烟草薄片、纤维素纸、无尘纸、陶瓷纤维纸。

4、在本发明一个实施方式中，所述的载体纸选自具有高热导率的陶瓷纤维纸。

5、在本发明中，对于所述载体纸的尺寸及厚度并不做限定，其根据产品实际需求(如所需的卷烟冷却单元长度、卷烟条棒直径)及产品实际性能进行选择。

6、在本发明的具体实施方式中，所述载体纸的长度优选为100-300mm，所述载体纸的宽度优选为7-28mm，所述载体纸的厚度优选为0.05-0.5mm。

7、在本发明中，所述的相变冷却材料在载体纸上呈现非全覆盖的规则分布；所述的非全覆盖，指的是相变冷却材料并不以完全覆盖的方式涂布于载体纸上(即相变冷却材料在载体纸上的涂布率始终小于100％)，在载体纸上始终保留有一定的留白区域不覆盖所述的相变冷却材料；所述的规则分布，指的是相变冷却材料在载体纸上的分布方式并非采用随机分布，而是具有一定的分布规则，通过分布使得载体纸上留有一定的留白区域，优选的分布规则是采用“均匀分布规则”；所述的均匀分布规则，指的是相变冷却材料在载体纸上采用等距间隔的分立分布，其之间保持一定的均匀的间距，从而保证载体纸上各区域的相变冷却材料具有一致的涂布密度，以确保均匀的效果。

8、在本发明中，所述的留白区域在载体纸以卷绕、折叠、聚拢、弯曲、褶皱的方式构成冷却单元后，能够形成多个纵向延伸的通道，从而保证烟气在冷却单元中具有一定的通过率，大幅提升了有效换热面积，防止出现卷烟烟气浓度降低，吸阻增加的问题，使消费者获得良好的抽吸体验，载体纸所提供中空的内腔也保持了一定的机械刚性；此外，烟气在通过纵向延伸通道时，载体纸上各区域的相变冷却材料能够均匀受热，从而获得良好的降温效果，并且所述的留白区域能够在冷却单元中的相变冷却材料受热相变过程中，为其提供一定的流淌空间，起到类似于“泄洪区”的作用，从而有效地抑制相变冷却材料中的聚乙二醇发生渗漏。

9、进一步的，所述的相变冷却材料在载体纸上的分布方式选自以均匀的间隔条带状结构分布、或者以均匀的间隔网状结构分布、或者以均匀的海岛状结构分布。

10、进一步的，所述的相变冷却材料在载体纸上的涂布率为30％-90％，优选50％-80％。合适的涂布率保证了相变冷却材料在制品使用过程中能够起到良好的吸热降温作用，并且载体纸上保留有的合适的留白区域为相变冷却材料的流淌以及作为烟气通道为消费者提供了良好的抽吸体验。

11、在本发明中，所述的含相变冷却材料的加热不燃烧卷烟冷却单元，其沿纵向方向具有40％-90％的孔隙率。通过调整适当的孔隙率可以确保烟气在冷却单元中正常流通，并起到良好而稳定的降温效果。在本发明中，所述的孔隙率进一步优选为60％-90％。

12、在本发明中，所述的孔隙率指的是冷却单元中被通孔所占据的横向横截面面积的百分比。

13、在本发明中，所用术语“纵向方向”指的是沿卷烟条棒的柱轴线或平行于条棒的柱轴线延伸的方向。

14、在本发明中，所述的聚乙二醇作为相变材料在温度高于相变点时相能够吸收热量而发生恒温相变(储能过程)，当温度低于相变点时发生逆向相变(释放能量过程)，具有很强的储能和控温能力。利用聚乙二醇具有储存或释放热量这一特性，可以用来控制或调节工作源或材料周围环境的温度，以此能实现其特定的应用功能。

15、在本发明中，所述的聚乙二醇的分子量为1500-2500da，熔点为45-60℃，其在固态向液相转变的过程中，伴随着吸热过程。当相变冷却材料中的聚乙二醇熔点低于45℃时，在自然储存及室外运输时冷却单元上会有流体状物质扩散，影响保存及使用；当熔点高于60℃时，相变冷却材料中的聚乙二醇熔融状态下黏度增大、固化后硬度偏大，制备工艺及其品质稳定性降低。选用此分子量分布及熔点范围的聚乙二醇，保证了其既具有一定的稠度，配合原位增强材料和导热填料后能够有效缓解相变冷却材料在自然储存及室外运输过程中在冷却单元内产生形变和流淌，同时又保证其在加工温度下具有较好的流动性，冷却后具有合适的黏度以及硬度，且整体制备工艺及其品质稳定。选用此分子量及熔点范围的聚乙二醇，在与原位增强材料和导热填料共混后形成的相变冷却材料，其相变温度范围正好处于50-60℃的合适温度区间，具有较高的吸热效率，从而作为卷烟冷却单元具有良好的吸热降温效果。

16、在本发明的一个实施方式中，选用醋酸纤维素作为原位增强材料，作为原位增强材料的醋酸纤维素能够均匀分散于聚乙二醇基体中，起到纤维的原位增强作用，并且聚乙二醇中分布的纤维结构也阻碍了聚乙二醇受热相变时的流动，缓解了聚乙二醇的流淌和渗漏。

17、在本发明的一个实施方式中，选用分子量为5-15万的聚乳酸作为原位增强材料，此分子量的聚乳酸，能够在加热时与聚乙二醇熔融共混而不分相，冷却时又凭借其所具有的高分子量分散于聚乙二醇基体中，起到物理铆钉的作用，从而对聚乙二醇基体进行原位增强，又阻碍了聚乙二醇受热相变时的流动，缓解了聚乙二醇的流淌和渗漏。

18、在本发明中，所述的导热填料选自氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅、二氧化硅、二硫化钼、导热碳粉、导热石墨、石墨烯；所述的导热填料可以选自微米级或者纳米级。相变冷却材料中的导热填料可以极大地提高高分子基体的传热能力，构建出连续均匀的传热网络，从而更有利于热量扩散，达到良好的冷却效果，同时也起到一定的补强作用和物理防流淌作用。

19、进一步的，所述的导热填料选自具有高导热性的氧化铝、氮化铝、氮化硼、导热石墨、石墨烯。

20、在本发明的一个优选实施方式中，所述的导热填料的添加量为10-20重量份。

21、在本发明中，所述的相变冷却材料中还可以选择性地加入有增香剂。在本发明中，增香剂的主要作用为增补烟香，并赋予卷烟独特的香气特征。当烟气经过冷却单元时，相变冷却材料吸热后增香剂内的香味物质释放出来，可有效补充加热不燃烧卷烟的香气，达到提升加热不燃烧卷烟的口感和舒适度的目的。

22、在本发明中，所述的增香剂可选自烟草类、花香类、果香类、茶香类、药草香类、酒香类、奶香类以及薄荷类增香剂中的一种或几种。所述的烟草类增香剂优选烟草香精，所述的花香类增香剂优选玫瑰香精，所述的果香类增香剂优选橙味香精、所述的茶香类增香剂优选铁观音香精、所述的药草香类增香剂优选中草药香精、所述的酒香类增香剂优选白酒香精、所述的奶香类增香剂优选奶香香精、所述的薄荷类增香剂优选薄荷香精。

23、在本发明中，所述的增香剂的添加量为0-10重量份。

24、在本发明中，所述的含相变冷却材料的加热不燃烧卷烟冷却单元，其通过以下步骤进行制备：

25、(1)将导热填料加入到聚乙二醇中，加热到60-80℃混合均匀，得到预混物，之后采用第一方式或者第二方式得到相变冷却材料；其中，第一方式是以醋酸纤维素作为原位增强材料，将其溶解于有机溶剂中并与预混物混合均匀后除溶剂得到相变冷却材料；第二方式是以聚乳酸作为原位增强材料，将其与预混物加热到120-230℃混合均匀后冷却得到相变冷却材料；

26、(2)采用涂布剂量可控的热转印法或喷墨法在载体纸上涂布相变冷却材料，使相变冷却材料形成规则的间隔分布；其中，所述的热转印法，是将相变冷却材料有规则地涂布于印版上，将印版加热到50-80℃，将载体纸通过热转印技术在其相应位置处印上相变冷却材料，然后进行冷却；其中，所述的喷墨法，是将相变冷却材料加热后通过喷墨打印技术按照设定的分布方式直接喷涂于载体纸上，然后进行冷却风干；

27、(3)将涂布有相变冷却材料的载体纸通过卷绕、折叠、聚拢、弯曲、褶皱构成所述的加热不燃烧卷烟冷却单元。

28、其中，步骤(1)中所用到的有机溶剂可选自乙醇、乙醚、丙酮、四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、醋酸甲酯、二甲基甲酰胺中的一种或者两者以任意比例混合而成的混合溶剂。所用的有机溶剂优选低沸点的丙酮。

29、在本发明中，所述的混合方式可选自机械搅拌、磁力搅拌、超声。在混合过程中，可以采用适当加热的方式促进组分间的混合。

30、在本发明中，采用热转印法时，可以采用凸版印刷、凹版印刷、胶版印刷、丝网印刷的印刷工艺将相变冷却材料有规则地涂布于印版上，所述的各类印刷工艺，其均为本领域成熟且熟知的工艺方法，本领域技术人员可以根据本领域内技术进行选择、掌握、操作。

31、在本发明中，所述的印版可以为凸版、凹版、平版、镂空版，其根据所采用的印刷工艺而定，所述印版的材质可以为木版、石版、锌版(亚铅版)、铝版、铜版、镍版、钢版、玻璃版、石金版、镁版、电镀多层版、尼龙版、塑胶版、合金版等，在本发明中，优选适用于加热的金属印版。

32、在本发明的某些实施方式中，可以在所述载体纸中复合有金属丝或刚性纤维束，其不仅可以增强载体纸的支撑强度，提高冷却单元乃至整支卷烟的抗热变形能力，还可以起到良好的导热作用。

33、在本发明中，所述的金属丝包括但不仅限于铁丝、铜丝、铝丝、不锈钢丝、镍丝。

34、在本发明中，所述的刚性纤维束，其由刚性纤维交缠、粘结、螺旋扭转而成；所述的刚性纤维包括但不仅限于聚丙烯纤维、尼龙纤维、聚甲醛纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维。

35、在本发明中，所述的金属丝和刚性纤维束的直径优选在0.1-1mm。

36、在本发明的具体实施方式中，金属丝或刚性纤维束在载体纸中的复合方式包括但不仅限于穿插、粘合、包覆。

37、在本发明的某些实施方式中，可以在所述载体纸上设置有压痕、凹陷、规则的几何图形凹槽，其不仅可以增强载体纸的支撑强度，提高冷却单元乃至整支卷烟的抗热变形能力，同时，所设置的压痕或凹槽等结构还能增加相变冷却材料的容纳能力及其与载体纸的结合强度，避免在成型过程中脱落。

38、在本发明的某些实施方式中，可以在所述载体纸上复合有金属箔片、聚合物薄片中的至少一种。所述的金属箔片包括但不仅限于金箔、银箔、铜箔、铝箔、锡箔。所述的聚合物薄片包括但不仅限于聚乙烯片、聚丙烯片、聚氯乙烯片、聚对苯二甲酸乙二醇酯片、聚乳酸片、聚酰胺片。所述的金属箔片和/或聚合物薄片可以通过与载体纸复合叠加，起到提供进一步支撑或者导热的作用。

39、在本发明的具体实施方式中，金属箔片、聚合物薄片在载体纸上的复合方式包括但不仅限于粘合、轧压、包镀、电镀、喷镀、化学气相沉积(cvd)、真空蒸镀。

40、在本发明中，所述含相变冷却材料的加热不燃烧卷烟冷却单元的长度优选介于7-28mm。

41、在本发明中，所述的相变冷却材料，其相变温度范围为50-60℃，其相变焓大于80j/g，所述数值可以通过差示扫描量热仪测定相变冷却材料的相变温度和相变焓得到。

42、在本发明中，所述的含相变冷却材料的加热不燃烧卷烟冷却单元，其在使用过程中所吸收的热量大于2j。

43、本发明还公开了一种加热不燃烧卷烟，其包括按照条棒形式依序紧密组装的发烟单元(1)、中空隔离单元(2)、如本发明上述的含相变冷却材料的加热不燃烧卷烟冷却单元(3)、滤嘴单元(4)，以及包裹上述单元所用的包装单元(5)。

44、在本发明中，所述的发烟单元(1)，其通过条状或片状烟草材料竖向排列收拢而成，烟草材料之间密布不规则的透气孔。所述的烟草材料可选自香草叶、烟草叶、烟草肋的碎片、烟草薄片、均质烟草、挤制烟草以及膨胀烟草中的一种或多种的粉末、颗粒、球团、碎片、意大利面条状件、条或片。

45、在本发明中，所述的包装单元(5)，其由卷烟纸、成型纸、接装纸组成。

46、在本发明中，所述的加热不燃烧卷烟的总长度优选介于40 -95mm。

47、本发明的有益效果如下：

48、1、本发明采用的相变冷却材料具有相变潜热高、热滞后效应低、吸热效率高、无毒、无刺激性、性能稳定等特点，既具有一定的稠度，又具有良好的加工性，在自然储存及室外运输过程中不易产生形变和流淌，作为卷烟冷却单元具有良好的吸热降温效果；此外，相变冷却材料中均匀分散的原位增强材料和导热填料自身形成的物理屏障网络不仅对聚乙二醇基体进行了原位增强，提升了冷却单元的机械性能，防止其受热塌陷；同时也抑制了聚乙二醇受热相变时的流动，对烟草燃烧产生的有害物质的扩散亦具有阻隔作用，降低了人体对有害物质的摄入，从而构建出连续均匀的传热、阻隔、增强网络，降低了卷烟烟气温度，大大提升了相变材料冷却体系的加热不燃烧卷烟实用价值。

49、2、本发明中的相变冷却材料在载体纸上呈现非全覆盖的规则分布，通过规则分布使得载体纸上留有一定的留白区域，所述的留白区域在载体纸以卷绕、折叠、聚拢、弯曲、褶皱的方式构成冷却单元后，能够形成多个纵向延伸的通道，从而保证烟气在冷却单元中具有一定的通过率，防止出现卷烟烟气浓度降低，吸阻增加的问题，使消费者获得良好的抽吸体验，载体纸所提供中空的内腔也保持了一定的机械刚性；此外，烟气在通过纵向延伸通道时，载体纸上各区域的相变冷却材料能够均匀受热，烟气可有效地与相变材料进行热交换，从而获得良好的降温效果，并且所述的留白区域能够在冷却单元中的相变冷却材料受热相变过程中，为其提供一定的流淌空间，从而有效地抑制相变冷却材料在自然储存及室外运输过程中产生的渗漏。

50、3、本发明所采用的含相变冷却材料的加热不燃烧卷烟冷却单元的整体制备工艺简易，能够实现原位增强材料和导热填料在聚乙二醇基体中的充分分散，并且实现了载体纸上相变冷却材料的可控计量、可控区域涂布，整体制备工艺及其品质稳定。

51、4、本发明加热不燃烧卷烟冷却单元中的相变冷却材料具有合适的相变温度(50-60℃)以及高相变焓(大于80j/g)，单位质量下具有更高的相变潜热，实现了真正意义上具有实用价值的相变吸热，具有较高的吸热效率，将其作为卷烟冷却单元具有良好的吸热降温效果，使用过程中烟气平均温度相比现有国内产品降低了10℃以上，有效减少了烟气对口腔的灼烧感，提高了加热不燃烧卷烟的吸食体验感。

52、5、本发明加热不燃烧卷烟样品在使用过程中外观完整不塌陷、外表无渗漏，解决了以聚乳酸薄膜作为降温材料存在的机械强度差、聚拢折叠过程中易断裂，受热容易发生形变塌陷，聚乳酸膜封堵部分烟气通道的问题，以及聚乙二醇相变材料体系存在的渗漏问题。