CN109567268B - 一种多层式低温卷烟及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多层式低温卷烟及其制备方法。所述多层式低温卷烟的烟丝段包括中空导热纸筒、烟丝、卷烟纸;所述中空导热纸筒的内部和外部均填充有所述烟丝;所述中空导热纸筒为包括植物纤维、金属粉及粘合剂的原料抄造、超压制成;所述中空导热纸筒中,每克植物纤维添加金属粉的质量=ρ×A×10‑6 g;其中ρ为金属粉密度,单位为g/m3,A为换算系数,A取值为0.1~1.5。将导热材料制成中空导热纸筒与烟丝混合制成多层式低温卷烟,在燃烧过程中,不但保持了燃烧时有更充分的热接触面和导热散热面,从而获得更低的燃烧温度,还能减少金属材料的添加量,既避免燃烧前金属粉末掉落影响导热率和造成浪费,又保证燃烧后金属粉末分离、掉落,从而避免金属粉末结团、外露带来的安全隐患问题。
Description
技术领域
本发明涉及卷烟工艺领域,尤其涉及一种多层式低温卷烟及其制备方法。
背景技术
卷烟在燃烧时,会产生非常多的有害物质,如:焦油、一氧化碳等,严重时危害吸烟者和周围群众的身体健康,因此,如何降低卷烟有害物质的释放量是一个迫在眉睫的问题。卷烟的降焦减害的技术难点在于,既要实现有效降低卷烟燃烧产生的焦油和有害物质,又要合理控制降焦幅度,保证卷烟的整体感官风格能满足消费者的口味。相关研究表明,降低卷烟燃烧锥温度,可大幅降低有害物质的释放量,且在一定降温幅度范围内,随着燃烧锥温度降低香味物质释放量降低幅度很小。
目前,卷烟降焦减害的具体方法主要从烟叶原料和烟用辅助材料入手,例如叶组配方、“三纸一棒”和在线生产工艺等方式,通过物理、化学及生物等多种途径以及各项配套技术的集成作用,从而达到降焦减害的效果。这些降焦技术主要是通过调节烟丝燃烧状态实现降焦减害,但这些方法的降温效果并不明显。为此有研究提出添加金属膜或金属片等金属结构在卷烟纸上,通过金属的导热性达到降温效果。然而,这些设计都存在明显的缺陷,无法应用于实际的卷烟产品。采用金属膜方式的设计,由于金属熔点高,而卷烟燃烧锥固相温度只有900℃左右(降温后更是只有700℃左右),且在各卷烟纸接触点处的高温时间段极短、只有二、三十秒,因此不足以让金属熔化随烟灰掉落,造成燃吸卷烟过程中金属膜逐渐显现,不仅影响美观,而且较高温度金属带来了巨大的潜藏风险。而采用非连续性的金属片设计,虽然解决了金属随烟灰掉落的问题,避免了外观缺陷及高温持续加热金属带来的安全性风险,但由于金属片间互相不接触,导热性大受影响,实际降低卷烟燃烧温度不足50℃,降温减害效果不够明显。
现有技术中,还有一种通过降温实现降焦减害的卷烟,即低温燃烧卷烟设计。在卷烟烟丝中***各类型导热棒或导热线等方式,可以有效降低卷烟燃烧温度,实现烟气有害物释放量的大幅降低。然而,该低温卷烟目前大多停留在实验室阶段,要实现大批量工业化制备、将导热材料准确植入卷烟烟支中心,仍存在一定难度。例如CN108451007A,公开一种铜粉与纤维形成的复合纸卷成的实心棒作为导热棒,其虽然有良好的降温作用和减害效果,但在进行工业化大批量制备时,却存在困难。同时,实心导热棒铜粉的用量十分大,容易在卷烟储运过程中发生掉粉等问题,影响导热效率和降温减害效果的稳定性;且铜粉比重大又处于燃烧锥中央,容易在燃烧过程中铜粉结团而掉落困难,带来安全隐患。CN206565283U、CN106723323A公开一种夹心式卷烟,其利用在烟丝层中增加具有导热功能的金属筒层来实现降温,但是金属筒层在卷烟燃烧过程中不会随着烟灰掉落,反而增加了危险。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中的不足,提供一种多层式低温卷烟。这种低温卷烟不但保持了燃烧时有更低的燃烧温度,能避免掉粉等问题。
本发明的另一目的在于提供所述降温卷烟的制备方法。
本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现:
一种多层式低温卷烟,所述多层式低温卷烟的烟丝段包括中空导热纸筒、烟丝、卷烟纸;所述中空导热纸筒的内部和外部均填充有所述烟丝;所述中空导热纸筒为包括植物纤维、金属粉及粘合剂的原料抄造、超压制成;所述中空导热纸筒中,每克植物纤维添加金属粉的质量=ρ×A×10-6g;其中ρ为金属粉密度,单位为g/m3,A为换算系数,A取值为0.1~1.5。
发明人发现,采用中空导热纸筒的方式能在降低金属粉的加入量的同时,保持理想的降温效果。由于金属粉的加入量减少了,所以掉粉的问题得到有效的解决,由于金属粉的添加量减小,也不会造成过度的浪费。超压处理,能够使金属粉更牢固地与纤维结合,如果不采用超压处理,所制备出来的导热材料的导热性能将大受影响。
所述金属粉可以是单一金属,或者合金,或者其混合物,例如,所述金属粉为铜、铝、锌、锡、铁、银、金中一种或多种组成的金属颗粒混合物,或所述金属粉为铜、铝、锌、锡、铁、银、金中一种或多种为主成分的合金颗粒,其它成分含量少于10%。
为了更好地使金属粉与植物纤维进行混合,优选地,所述金属粉的粒径为3~40微米。更优选地,所述金属粉具有球形或者接近球形的外貌。
优选地,所述A取值优选为0.5~1。
优选地,所述粘合剂的添加量为每克植物纤维添加0.03~0.3g粘合剂。
优选地,所述粘合剂的添加量优选为每克植物纤维添加0.06~0.2g粘合剂。
优选地,所述粘合剂可以是瓜尔胶、角豆胶、虫胶、明胶以及黄原胶中的任意一种或多种。
优选地,粘合剂在使用前可以先用水进行稀释,稀释比例优选为1:1~20。更优选地,粘合剂的稀释比例更优选为1:1~5。
所述中空导热纸筒中,还可以加入助剂。助剂的选择包括香精、香料、色素、分散剂等。
所述中空导热纸筒的数量可以为一个或多个,优选为1~3个,且当所述中空导热纸筒的数量为多个时,各中空导热纸筒的直径均不相同。
优选地,所述中空导热纸筒的直径优选为3~9mm,更优选4~7mm。
优选地,所述中空导热纸筒的长度与所述多层式低温卷烟的卷烟纸长度相同。
优选地,所述中空导热纸筒的厚度优选为0.1~0.5mm。
优选地,所述中空导热筒的中心轴平行于所述多层式低温卷烟的纵向中心。
最优选地,所述中空导热筒的中心轴与所述多层式低温卷烟的纵向中心重合。
为了保证位于所述中空导热筒内的烟丝,在燃吸过程中有较充分的氧气供给,所述中空导热纸筒上带有面积为3×10-4~9mm2的孔洞。更优选地,所述孔洞的直径为2×10-3~4mm2。所述孔洞可以采用圆形、椭圆形、矩形、菱形、或其它图案。所述孔洞可以采用静电打孔、激光打孔、机械打孔等打孔方式,其中机械打孔大多应用于面积大于0.03mm2的孔洞,静电打孔则大多应用于面积小于0.005mm2的孔洞,激光打孔则适用于不同面积的孔洞。
本发明中,卷烟纸的作用是包裹烟丝,所述卷烟纸为常规卷烟纸。如果在卷烟纸中加入导热成分,将其替换为具有导热功能的卷烟纸,也是一种可行的方案。即所述卷烟纸可以为常规卷烟纸或导热纸。
所述中空导热纸筒的制备方法,包括如下步骤:
S1.将粘合剂、植物纤维、金属粉抄造、超压制成导热片材;
S2.将导热片材卷制成中空导热纸筒。
所述多层式低温卷烟的制备方法,包括如下步骤:
S1.将粘合剂、植物纤维、金属粉抄造、超压制成导热片材;
S2.将导热片材卷制成中空导热纸筒;
S3.将中空导热纸筒与烟丝及卷烟各部分组合,得到所述多层式低温卷烟。
S1.中,所述导热片材可以是:1)湿法抄造、2)辊压法、或3)先制备利用植物纤维制成纸基,再涂布粘合剂和金属粉的方式制备成导热纸基,并超压制成。
优选地,所述粘合剂在使用前可以先用水进行稀释处理。
超压处理的次数可以是一次或者多次,超压处理的压力为5~16MPa。当超压处理的次数为一次时,超压的压力优选为12~16MPa。
当超压处理的次数为多次时,优选次数不多于6次。并且,优选地,每次超压处理的压力逐次提高。
优选地,S2.中,还可以在导热片材上打孔,再卷制成中空导热纸筒。
优选地,打孔的方式可以是激光打孔、静电打孔、或机械打孔等方式中的一种或多种。
最优选地,所述打孔的方式最优选为激光打孔。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
本发明提供一种新型的多层式低温卷烟,将导热材料制成中空导热纸筒与烟丝混合制成多层式低温卷烟,从而在燃烧时有更充分的热接触面和导热散热面,从而获得更低的燃烧温度,还能减少金属材料的添加量,既避免燃烧前金属粉末掉落影响导热率和造成浪费,又保证燃烧后金属粉末分离、掉落,从而避免金属粉末结团、外露带来的安全隐患问题。
附图说明
图1为本发明所述多层式低温卷烟的一种结构示意图。
图2为本发明所述多层式低温卷烟的另一种结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚、完整的描述本发明的技术方案,以下通过具体实施例进一步详细说明本发明,应当理解,此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明,并不用于限定本发明,可以在本发明权利限定的范围内进行各种改变。
所用的植物纤维为木浆纤维。实施例中所用的其他原料,均为市售原料。
实施例制备的含有一个中空导热纸筒的低温卷烟结构如图1所示,由滤嘴段1和烟丝段2构成,烟丝段2包括中空导热纸筒21、烟丝22、卷烟纸23;所述中空导热纸筒21的内部和外部均填充有所述烟丝22。
实施例制备的含有两个中空导热纸筒的低温卷烟结构如图2所示,由滤嘴段1和烟丝段2构成,烟丝段2包括第一中空导热纸筒21、第二中空导热纸筒24、烟丝22、卷烟纸23;所述第一中空导热纸筒21及第二中空导热纸筒24的内部和外部均填充有所述烟丝22,且第二中空导热纸筒的直径大于第一中空导热纸筒。
实施例1~8
按照表1的配方和工艺,将瓜尔胶、植物纤维、金属粉混合后进行湿法抄造成型,得到导热片材,然后卷制成厚度为0.2mm,长度与卷烟纸等长,直径为4mm的中空导热纸筒,与烟丝、常规卷烟纸制成多层式低温卷烟,所述低温卷烟中,含有一个中空导热纸筒。
实施例1~8中,选用的金属粉为铜粉,密度ρ为8.9×106g/m3,粒径为8μm,并采用激光打孔法打孔,平均孔洞面积为0.01mm2。
表1
同时,对实施例1~8的导热片材进行电镜扫描,从电镜镜头中可以看到,导热片材中铜粉颗粒通过粘合剂的粘合,与纤维紧密地结合;铜粉粒子之间互相接触,可形成局部的导热链,导热链相互联结和贯穿,形成贯穿整个导热片材的导热网络,使导热片材的导热性能得到显著提高。
对比例2
选用实施例3的配方和工艺制成导热片材,再按照CN108451007A的方式卷成实心导热棒,装填入卷烟烟丝内部。
对比例3
选用实施例3的配方、但不进行超压处理,制成导热片材,再卷成实心导热棒,装填入卷烟烟丝内部。
对比例4
在对比例1的导热片材上,采用机械打孔方式进行打孔,孔径为2mm,再卷成实心导热棒,装填入卷烟烟丝内部。
对比例5
按照CN108451007A的实施例1的配方及方式卷成实心导热棒,装填入卷烟烟丝内部。
降温效果和减害效果测试
实施例1~8及对比例1~5的降温效果详见表2。各项指标的测定方法为本领域技术人员通用的测定方法,在此不再赘述。空白对照品为不加铜粉和粘合剂的纤维制备的纸基直接卷成的纸筒制成的卷烟。
表2
从对比例2、实施例3对比可以看出在相同铜粉用量下,由于导热纸的表面积较大,导热纸筒的降温效果更佳。从对比例5与实施例3对比可以看出,相对于现有技术较大的铜添加量的情况下,本发明的铜添加量大大减少,降温效果有所下降,但仍能接受。从对比例3与对比例2的比较、及对比例1与实施例3的比较可以看出,超压处理是关键因素,不进行超压处理,降温效果大受影响;对本专利方案,该影响尤其突出。从实施例5与实施例3、实施例7和实施例8可以看出,对导热纸筒打孔会对导热效果有影响,对降温效果有一定影响但幅度不大,但打孔对提升减害效果有帮助。孔的尺寸与降温效果关系不大,但打孔越大导热效果越差。
另外,虽然是否进行打孔与对降温幅度影响不大,但从烟支燃烧状态看,打孔处理更有利于导热棒式低温卷烟在燃烧过程中金属粉随着烟灰掉落。但无论打孔孔径大小,导热棒式低温卷烟,仍然会出现卷烟燃烧过程中金属粉结团现象,需要抖动烟支才能掉落。
而本发明的多层式低温卷烟,在燃烧过程中不存在金属粉结团现象,导热纸筒在燃烧后能与卷烟纸、烟丝等烟灰一同掉落。
同时,发明人还通过测定烟气有害组分释放,进行一步分析不同方案的减害效果,具体见表3。测试指标如下:
CO测量方法:GB/T23356《卷烟烟气气相中一氧化碳的测定非散射红外法》。
HCN测量方法:YC/T403《卷烟主流烟气中氰化氢的测定离子色谱法》
巴豆醛测量方法:YC/T254《卷烟主流烟气中主要羰基化合物的测定高效液相色谱法》。
苯酚测量方法:YC/T255《卷烟主流烟气中酚类化合物的测定高效液相色谱法》。
表3
CO,mg/cig | HCN,μg/cig | 苯酚,μg/cig | 巴豆醛,μg/cig | |
空白对照品 | 12.0 | 109 | 11.3 | 21.2 |
对比例1 | —— | —— | —— | —— |
对比例2 | 10.4 | 76 | 9.4 | 20.9 |
对比例3 | —— | —— | —— | —— |
对比例4 | 9.8 | 79 | 9.9 | 20.6 |
对比例5 | 8.8 | 67 | 8.6 | 19.4 |
实施例1 | 8.1 | 65 | 7.4 | 19.5 |
实施例2 | 8.2 | 55 | 6.5 | 18.7 |
实施例3 | 7.9 | 49 | 6.1 | 18.2 |
实施例4 | 7.3 | 52 | 5.4 | 16.9 |
实施例5 | 9.7 | 56 | 6.8 | 19.0 |
实施例6 | 7.6 | 51 | 5.9 | 18.3 |
实施例7 | 8.1 | 52 | 5.7 | 18.4 |
实施例8 | 7.2 | 48 | 5.7 | 17.9 |
注:对比例1和对比例3由于降温效果完全达不到要求,因此不进行后续的烟气有害物释放量系列测试。
对照表2和表3可以看出:(1)虽然中空导热纸筒式卷烟的降温幅度明显不如CN108451007A专利的导热棒式的,但意外的是,其减害效果要优于导热棒式的。(2)无打孔及孔径小时虽然降温效果略好,但对于中空导热纸筒式卷烟的烟气有害物释放量却会有明显影响,无打孔时烟气CO释放量明显偏高。
综合表2和表3的分析可见,本发明的中空导热纸筒,金属粉的加入量大大减少,而降温幅度虽然稍低于CN108451007A的,但仍超过100℃降温,且减害效果意外地更加良好。同时,中空导热纸筒,在卷烟燃烧过程中金属粉末容易随烟灰掉落,少有像导热棒那样的金属粉末结团现象。
实施例9~16导热材料的制备
按照表4的配方和工艺,将3克粘合剂、100克植物纤维、及定量金属粉制成导热片材,其中,金属粉用量为ρ×A×10-4g(ρ为金属粉密度,单位为g/m3;换算系数A的取值为1)。然后将导热材料卷制成厚度为0.1mm的中空导热纸筒,与烟丝、卷烟纸制成多层式低温卷烟。实施例9的低温卷烟中,含有两个中空导热纸筒,一个直径为3mm,一个直径为6mm;实施例10~16中,含有一个中空导热纸筒,直径为5mm。实施例10的卷烟纸为导热纸,导热纸是在卷烟纸中掺有金属线的导热纸。实施例11~14替换了多种金属,实施例15的导热片材采用辊压法制备,实施例16的导热片材采用先将植物纤维制成纸基,再把金属粉与粘合剂混合涂于纸基上,超压并烘干得到。
表4
实施例9~16的降温效果详见表5
表5
燃烧锥处最高温度,℃ | 降温幅度,℃ | |
空白对照品 | 774 | —— |
实施例9 | 633 | 141 |
实施例10 | 629 | 145 |
实施例11 | 648 | 126 |
实施例12 | 665 | 109 |
实施例13 | 663 | 111 |
实施例14 | 672 | 102 |
实施例15 | 671 | 103 |
实施例16 | 662 | 112 |
从表5中可以看出,本发明的各方案均能达到较好的降温效果。从实施例9可以看出,当中空导热纸筒数量大于1个,降温效果有提升。从实施例10可以看出,当卷烟纸换成有导热功能的导热纸后,降温效果有提升。从实施例15和16可以看出,采用干法(辊压法)或先制备纸基再涂金属粉的方法制备导热片材,降温效果会受到一定影响,但降温幅度仍然超过100℃,满足使用要求。
表6
CO,mg/cig | HCN,μg/cig | 苯酚,μg/cig | 巴豆醛,μg/cig | |
空白对照样 | 12.0 | 109 | 11.3 | 21.2 |
实施例9 | 7.1 | 49 | 5.2 | 17.8 |
实施例10 | 6.5 | 46 | 5.1 | 16.8 |
实施例11 | 7.5 | 53 | 5.9 | 17.5 |
实施例12 | 8.5 | 60 | 6.2 | 18.5 |
实施例13 | 8.2 | 54 | 6.5 | 18.8 |
实施例14 | 8.9 | 63 | 6.9 | 19.6 |
实施例15 | 8.6 | 60 | 7.1 | 19.1 |
实施例16 | 8.0 | 55 | 6.3 | 18.4 |
从烟气有害物释放量检测结果看,采用铜锌银合金粉末等金属合金粉末取代铜粉,或调整复合纸张制备方案(辊压法、涂压法取代造纸法),应用所制得导热片材卷制多层式低温卷烟,同样能有效降低烟气有害物释放量。
显然,本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。本领域技术人员应当理解,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种多层式低温燃烧卷烟,其特征在于,所述多层式低温燃烧卷烟的烟丝段包括中空导热纸筒、烟丝、卷烟纸;所述中空导热纸筒的内部和外部均填充有所述烟丝;所述中空导热纸筒为包括植物纤维、金属粉及粘合剂的原料抄造、超压制成;所述中空导热纸筒中,每克植物纤维添加金属粉的质量=ρ×A×10-6g;其中ρ为金属粉密度,单位为g/m3,A为换算系数,A取值为0.1~1.5;
所述中空导热纸筒的直径为3mm~9mm。
2.根据权利要求1所述多层式低温燃烧卷烟,其特征在于,所述金属粉为铜、铝、锌、锡、铁、银、金、或以其作为主要成分的合金中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2任一项所述多层式低温燃烧卷烟,其特征在于,所述金属粉的粒径为3微米~40微米。
4.根据权利要求1所述多层式低温燃烧卷烟,其特征在于,所述粘合剂的添加量为每克植物纤维添加0.03g~0.3g粘合剂。
5.根据权利要求1所述多层式低温燃烧卷烟,其特征在于,所述中空导热纸筒的数量为1~3个,且当所述中空导热纸筒的数量为多个时,各中空导热纸筒的直径均不相同。
6.根据权利要求1或5所述多层式低温燃烧卷烟,其特征在于,所述中空导热纸筒上带有面积为3×10-4mm2~9mm2的孔洞。
7.根据权利要求1所述多层式低温燃烧卷烟,其特征在于,所述卷烟纸为常规卷烟纸或导热纸。
8.根据权利要求1所述多层式低温燃烧卷烟,其特征在于,所述中空导热纸筒经湿法抄造制成,抄造后,先进行超压处理,再进行烘干。
9.权利要求1至8任一项所述多层式低温燃烧卷烟的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1.将粘合剂、植物纤维、金属粉制成导热片材;
S2.将导热片材卷制成中空导热纸筒;
S3.将中空导热纸筒与烟丝及卷烟各部分组合,得到所述多层式低温燃烧卷烟。
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