CN108185518A - 一种具有可降解功能的滤芯 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有可降解功能的滤芯，是由下列质量份的原料制成的通管：可降解高分子材料1~20份、粉末材料0~5份、液体香料0~4份、辅助成型材料0~2份；将上述原料按比例备料后采用化学熔融、物理搅拌等方式充分混合后，根据材料性质采用挤出拉伸成型、注塑成型或3D打印等工艺，即得到具有可降解功能的滤芯。本发明提供的滤芯降解速率得到大大提高，具有生物降解性能好，环保价值高的优点；能够赋予滤棒特征香味，增加卷烟香气和提升抽吸口感，还有效吸附烟气中的酚类物质。本发明提供的滤芯具有不同结构和端面图案，具有独特的产品外观特征，可达到突出品牌、识别卷烟外观和防伪目的，可广泛应用于传统卷烟制品和新型烟草制品。

Description

一种具有可降解功能的滤芯

技术领域

本发明属于传统烟草和新型烟草辅材技术领域，具体涉及一种具有可降解功能的滤芯。

背景技术

卷烟烟气过滤技术是卷烟制品的关键技术之一。目前，应用于卷烟产品中的过滤材料主要是二醋酸纤维（属于醋纤滤材）。二醋酸纤维因其良好的过滤性能和吸味口感得到广泛应用。随着行业的发展和技术的革新，以醋纤滤材为基础，各种形式的新型滤棒不断涌现，如胶囊滤棒、芯线滤棒、颗粒滤棒、凝胶缓释滤棒、同轴心滤棒、三元空腔复合滤棒、异形镂空滤棒等。滤棒技术及产品的创新对卷烟产品和品牌的影响越来越显著，对卷烟产品和品牌的发展也具有越来越重要的意义。胶囊滤棒、芯线滤棒等新型滤棒，在于突显产品外观，或提升抽吸品质，或增强用户体验，其成本较之醋纤滤棒有不同程度的升高。但上述以醋纤滤材为基础的滤棒均存在降解性能较差的问题，降解过程缓慢，且纤维丝束中添加增塑剂后，纤维丝束间粘结更为牢固，导致降解更加困难。

可降解滤材及滤棒的研究已有见报道。例如，专利CN101805937A采用聚左旋丙交酯和聚右旋丙交酯为原料（为聚乳酸的两种）制备可降解烟用丝束，再集束卷制成滤棒。这是一种新型丝束，加工过程需要克服一系列问题，如工艺稳定性、溶剂回收、产品稳定性及应用品质等，才能实现对醋纤丝束的部分或全部替代。然而，实际上，聚乳酸丝束对烟气中酚类物质截留率不如醋纤，且丝束不易切割、滤棒硬度偏低且不易控制。又如，专利CN203801722U将聚乳酸发泡体制成圆柱状，并在其外圆周表面纵向设计可使气流通过的泡孔，再分别以聚乳酸发泡体和造纸法烟草薄片为原料制备滤棒，将两者复合制成二元复合滤棒。该技术所述的带泡孔圆柱体经聚乳酸/气体均相体系形成、气泡成核、泡孔长大并定型等工序制备而成，存在高温、高压、降温、释压等系列过程，而滤棒是尺寸较为精微的器件，因此，制备过程的工艺控制难度大，且纯聚乳酸发泡体成本较高。再如，专利CN103300475A将可食用谷类、薯类、豆类或淀粉类物质粉碎成粒度均一的颗粒并加入环糊精、明胶和水充分混合，再挤压膨化成型制备得到膨化滤芯，以膨化滤芯和常规醋纤丝束为材料，制备成二元复合滤棒。膨化滤芯为柱状时，虽然结构疏松，但不具备气流通道，应用时必须专门设计气流通道以使卷烟烟气通过，使卷烟吸食成为可能，该技术与前述专利技术存在相同的缺陷；膨化滤芯为颗粒时，加入醋纤中制备颗粒滤棒，与中草药颗粒滤棒、烟梗颗粒滤棒等形式无异，且颗粒负载性能、降解性能等不如直接将原料粉碎或再造成颗粒进行添加。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种降解性能好、环保性能高、具有加香、防伪等功能的滤芯。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：一种具有可降解功能的滤芯，该滤芯是由下列质量份的原料制成的通管：

可降解高分子材料1~20份、粉末材料0~5份、液体香料0~4份、辅助成型材料0~2份。

所述通管是纵向具有单个或多个气流通道的管，通管的横截面为任意形状，如圆形、多边形、心形。

所述通管的壁厚度为0.10mm至1.0mm。

所述可降解高分子材料为聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）、聚己内酯（PCL）及它们的改性材料中的一种或几种。

所述粉末材料为植物粉、矿物粉、淀粉、醋酸纤维粉、活性炭粉中的一种或几种。所述粉末材料的粒径为18~830μm。

所述植物粉是采用药用植物、芳香植物的根、茎、叶、花或果实经物理粉碎或经提取、浓缩、干燥、制粉等步骤而制得的粉末中的一种或几种。优选地，所述植物粉的原料为烟梗、烟末、烟叶、陈皮、柚子皮、茶叶/花、沉香木/叶、葛根、罗汉果中的一种或几种。

所述矿物粉为硅藻土、蛭石、沸石、凹凸棒石、海泡石、蒙脱石中的一种或几种经物理粉碎制备而成。

所述液体香料为酯溶性、醇溶性香料、果香类香料、花香类香料、药/木香香料、凉味香料中的一种或几种；进一步地，酯溶性和醇溶性香料为烟草类香料烟梗、烟末、烟叶的提取物或净油，果香类香料为陈皮、甜橙、柠檬、蓝莓的提取物或净油，花香类香料为玫瑰、山茶花的提取物或净油，药/木香香料为沉香、木香的提取物或净油，凉味香料为薄荷脑、薄荷醇中的一种或几种。

所述辅助成型材料为线性低密度聚乙烯（LLDPE）、热塑性弹性体（TPE）、热塑性聚氨酯（TPU）、相容剂、偶联剂中的一种或几种。

所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯，偶联剂为硅烷偶联剂KH550。

将上述原料按比例备料后采用化学熔融、物理搅拌等方式充分混合后，根据材料性质采用挤出拉伸成型、注塑成型或3D打印等工艺，即可制备成所需形式的具有可降解功能的滤芯。

所得具有可降解功能的滤芯具有定制的截面图案、香味，具有突出的外观特征和改善卷烟制品抽吸品质的功能。

所得具有可降解功能的滤芯单独使用作为一元滤棒，或与醋纤滤棒等组合作为一元、二元或三元滤棒应用于卷烟制品或烟嘴制品等。

本发明的优势在于：

1）本发明提供的具有可降解功能的滤芯降解速率得到大大提高，除辅助成型所需添加的材料外，所用的其他材料均为可全降解生物材料，具有生物降解性能好，环保价值高的优点。植物粉、淀粉等物质的添加，有效加快高分子可降解材料的崩解，进一步提高滤棒降解速率，提高环保价值。

2）本发明提供的具有可降解功能的滤芯，添加的植物粉（相当于固体香料）及液体香料，能够赋予滤棒特征香味，增加卷烟香气和提升抽吸口感。

3）本发明提供的具有可降解功能的滤芯，添加的矿物粉和活性炭粉均为高比表面积多孔材料，滤棒各通道的内表面充分与烟气接触，可有效吸附烟气中的有害物质；添加的醋纤粉采用废弃醋纤加工而成，一方面有效利用资源，另一方有效吸附烟气中的酚类物质。

4）本发明提供的具有可降解功能的滤芯，添加的粉末材料在粒径较大时，可显著提升产品的外观特征，滤棒表面呈现不规则的斑点结构，具有防伪效果。

5）本发明提供的具有可降解功能的滤芯，为具有不同结构和端面图案的滤棒，具有独特的产品外观特征，可达到突出品牌、识别卷烟外观和防伪目的。

6）具有可降解功能的滤芯可广泛应用于传统卷烟制品，如普通规格烟支、细支烟、短支烟等，还可用于新型烟草制品，如低温不燃烧卷烟、不加热抽吸制品等，可单独使用或与醋纤滤棒或其衍生形式的新型滤棒复合使用。

附图说明

图1为实施例1所得滤芯的横截面示意图；

图2为实施例2所得滤芯的横截面示意图；

图3为实施例4所得滤芯的横截面示意图；

图4为实施例5所得滤芯的横截面示意图；

图5为实施例7复合滤棒的横截面示意图。

具体实施方式

结合实施例进一步对本发明进行阐述，但实施例不能视为是对本发明的限定。

实施例1

将蛭石物理除杂后机械粉碎并筛分，取粒径380~830 μm粉末（颗粒），备用。取20份PBAT并加热至熔融状态，取5份制备好的蛭石粉末缓慢加入熔融状态的PBAT中，充分搅拌至粉末与熔融PBAT混合均匀。采用挤出拉伸成型工艺，经挤出、定型、冷却、牵引、切割等工序，制备具有可降解功能的滤芯。所得滤芯表面具有不规则点状花纹，滤芯截面为圆环形，外径7.7mm，壁厚1.0 mm，长度120 mm。将所得滤芯与醋纤滤棒以5:25比例（长度比）复合，得二元复合滤棒。

实施例2

将硅藻土、沸石、凹凸棒石、海泡石、蒙脱石分别进行物理除杂、机械粉碎，筛分粒径18~48μm的粉末，分别各取1份粉末，并充分混匀，备用。取10份PLA、2份LLDPE在搅拌机内充分混匀并加热至熔融状态，将已混匀的粉末缓慢加入熔融的PLA、LLDPE混合物中，搅拌至充分混合均匀。采用挤出拉伸成型工艺，经挤出、定型、冷却、牵引、切割等工序，制备具有可降解功能的滤芯。滤芯截面为①形，外径7.1 mm，壁厚0.2 mm，长度120 mm。将所得滤芯与醋纤滤棒以5:20比例（长度比）复合，得二元复合滤棒。

实施例3

将5年陈皮除杂后机械粉碎并筛分，取粒径150~250μm粉末，备用。取1份PBS、0.5份LLDPE搅拌混匀并加热至熔融状态，取0.1份制备好的陈皮粉末及0.1份马来酸酐接枝聚乙烯缓慢加入熔融混合物中，搅拌至充分混合均匀。采用挤出拉伸成型工艺，经挤出、定型、冷却、牵引、切割等工序，制备具有可降解功能的滤芯。所得滤芯具有陈皮香味，滤芯截面为圆环形，外径5.2 mm，壁厚0.4 mm，长度100 mm。将所得滤芯与醋纤滤棒进行三元复合，得醋纤滤棒：滤芯：醋纤滤棒为12:6:12的三元复合滤棒，用作低温不燃烧烟草的烟气过滤和降温段。

实施例4

将烟梗、烟末、烟叶烘干，分别除杂后进行机械粉碎，筛分粒径为120~180 μm的粉末，取1份烟梗粉末、0.5份烟末、0.5份烟叶粉末充分混匀。取0.1份烟草提取物，溶解于乙醇中，均匀喷洒于粉末混合物中，并搅拌均匀，所得混合物备用。取10份PCL、1份LLDPE、1份TPE搅拌混匀后熔融，将备用混合物全部缓慢加入熔融物中，采用挤出拉伸成型工艺，经挤出、定型、冷却、牵引、切割等工序，制备具有可降解功能的滤芯。所得滤芯具有烟草本香，香气浓郁饱满，滤芯截面为形，外径7.7mm，壁厚0.3 mm，长度120 mm。将所得滤芯与醋纤滤棒以15:15比例（长度比）复合，得二元复合滤棒。

实施例5

将醋酸纤维进行机械粉碎，筛分粒径为75~150 μm的粉末。取5份醋纤粉，加入1份的蓝莓提取物，充分混合均匀，备用。取7份PLA、10份PBAT在搅拌机内充分混匀并加热至熔融状态，将预混过蓝莓提取物的醋酸纤维粉缓慢加入熔融的PLA和PBAT混合物中，搅拌至充分混合均匀。采用挤出拉伸成型工艺，经挤出、定型、冷却、牵引、切割等工序，制备具有可降解功能的滤芯。所得滤芯具有蓝莓特征果甜气息，滤芯截面为瓦楞形，外径7.1 mm，壁厚0.4 mm，长度100 mm。将所得滤芯与醋纤滤棒以6:24比例（长度比）复合，得二元复合滤棒。

实施例6

取3份甜橙油和1份薄荷脑，溶解于辛癸酸甘油酯中，将所得物喷雾加入20份PBAT粒料中，混合均匀。将上述混合物通过挤出拉伸工艺成型，并适量添加色母粒于混合物中，经熔融、挤出、定型、冷却、牵引等工序，制备橙色的具有可降解功能的滤芯。所得滤芯横截面为圆环形，外径3.0 mm，壁厚0.4 mm，收卷成盘。将所得连续不断的滤芯（芯条）通过专门的工艺填埋于醋纤丝束中心，制备横截面为中心带橙色圆形可降解滤芯的复合滤棒，可视化效果好，复合滤棒应用卷烟，具有改善口感、生津感的作用，并有果甜香韵。

同时，在未添加甜橙油及薄荷脑的情况下，制备同规格的以PBAT为材质的可降解滤芯（芯条），除特色香味和口感不同外，所得滤芯、复合滤棒和卷烟具有相同的可视化外观效果。

实施例7

筛分粒径为75~180 μm的淀粉，备用。取10份PLA、2份LLDPE在搅拌机内充分混匀并加热至熔融状态，取1份筛分好的淀粉缓慢加入熔融状态的PLA、LLDPE混合物中，搅拌充分至混合均匀。用挤出拉伸成型工艺，经挤出、定型、冷却、牵引等工序，制备具有可降解功能的滤芯。所得滤芯截面为“☆”形，最大外径2.0 mm，壁厚0.2 mm，收卷成盘。将所得连续不断的滤芯（芯条）通过专门的工艺填埋于醋纤丝束中心，制备横截面为中心带“☆”形可降解滤芯的复合滤棒，可视化效果好，复合滤棒应用卷烟，具有差异化的产品外观，具有防伪效果。

采用土埋法检测滤棒降解性能，实施例1、5、6的滤芯约60天开始发生生物降解，实施例2、3、4、7的滤芯约150天开始发生生物降解。

Claims (10)

1.一种具有可降解功能的滤芯，其特征在于：该滤芯是由下列质量份的原料制成的通管：

可降解高分子材料1~20份、粉末材料0~5份、液体香料0~4份、辅助成型材料0~2份。

2.根据权利要求1所述的具有可降解功能的滤芯，其特征在于：所述通管是纵向具有单个或多个气流通道的管，通管的横截面为任意形状。

3.根据权利要求1所述的具有可降解功能的滤芯，其特征在于：所述通管的壁厚度为0.10mm至1.0mm。

4.根据权利要求1所述的具有可降解功能的滤芯，其特征在于：所述可降解高分子材料为聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚己内酯及它们的改性材料中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的具有可降解功能的滤芯，其特征在于：所述粉末材料为植物粉、矿物粉、淀粉、醋酸纤维粉、活性炭粉中的一种或几种；粉末材料的粒径为18~830μm。

6.根据权利要求5所述的具有可降解功能的滤芯，其特征在于：所述植物粉是采用药用植物、芳香植物的根、茎、叶、花或果实经物理粉碎或经提取、浓缩、干燥、制粉而制得的粉末中的一种或几种。

7.根据权利要求5所述的具有可降解功能的滤芯，其特征在于：所述矿物粉为硅藻土、蛭石、沸石、凹凸棒石、海泡石、蒙脱石中的一种或几种经物理粉碎制备而成。

8.根据权利要求1所述的具有可降解功能的滤芯，其特征在于：所述液体香料为酯溶性、醇溶性香料、果香类香料、花香类香料、药/木香香料、凉味香料中的一种或几种；酯溶性和醇溶性香料为烟草类香料烟梗、烟末、烟叶的提取物或净油，果香类香料为陈皮、甜橙、柠檬、蓝莓的提取物或净油，花香类香料为玫瑰、山茶花的提取物或净油，药/木香香料为沉香、木香的提取物或净油，凉味香料为薄荷脑、薄荷醇中的一种或几种。

9.根据权利要求1所述的具有可降解功能的滤芯，其特征在于：所述辅助成型材料为线性低密度聚乙烯、热塑性弹性体、热塑性聚氨酯、相容剂、偶联剂中的一种或几种。

10.根据权利要求9所述的具有可降解功能的滤芯，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯，偶联剂为硅烷偶联剂KH550。