CN111387557A - 多层隔热材料、其制备方法及其应用和加热卷烟器具 - Google Patents

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黄建
黄玉川
邓勇
邓加云
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王帅鹏
包毅
汤磊
赵德清
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Abstract

本发明涉及加热卷烟耗材技术领域，具体而言，涉及多层隔热材料、其制备方法及其应用和加热卷烟器具。该多层隔热材料用于加热卷烟器具加热卷烟时隔热保温，其包括依次连接的热辐射发射层、镜面反射层和保温隔热层，热辐射发射层的辐射发射率为0.61‑0.92，镜面反射层的反射率为92％‑98％，保温隔热层的导热系数为0.025–0.100W/(m·k)。该多层隔热材料可以同时满足加热卷烟器具对保温材料高隔热和高热利用率的要求。

Description

多层隔热材料、其制备方法及其应用和加热卷烟器具
技术领域
本发明涉及加热卷烟耗材技术领域，具体而言，涉及多层隔热材料、其制备方法及其应用和加热卷烟器具。
背景技术
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”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。
新型烟草将烟草通过外部热源加热，而非传统点燃的方式，故而不会产生焦油、一氧化碳、重金属等有害物，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。
根据制品种类，新型烟草主要分为电子烟、加热卷烟和无烟雾烟草制品。其中，加热卷烟在无火、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。
对于加热卷烟，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，而该段加热的温度高达300℃左右。在保证高加热效率的同时，防止热量外溢，从而引起卷烟外部过热成为加热卷烟发烟/加热段必须考虑的问题。因此，现有技术利用采用的保温材料对其进行保温隔热，但是卷烟的热量受加热方式的影响难以得到充分利用，也就是降低了热利用率，因此，现有的保温材料不能同时实现高隔热和高热利用率的要求。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供多层隔热材料、其制备方法及其应用和加热卷烟器具。该多层隔热材料可以同时满足加热卷烟器具对保温材料高隔热和高热利用率的要求。
本发明是这样实现的：
第一方面，实施例提供一种多层隔热材料，其用于加热卷烟器具加热卷烟时隔热保温，其包括依次连接的热辐射发射层、镜面反射层和保温隔热层，所述热辐射发射层的辐射发射率为0.61-0.92，所述镜面反射层的反射率为92％-98％，所述保温隔热层的导热系数为0.025–0.100W/(m·k)。
在可选的实施方式中，热辐射发射层的辐射发射率为0.90-0.92；
优选地，形成所述热辐射发射层的原料包括金属氧化物、硅化物、高分子聚合物以及碳类物质中的至少一种；
优选地，所述金属氧化物包括过渡金属氧化物；
优选地，所述过渡金属氧化物包括氧化锌、二氧化锆、二氧化铪、二氧化钛、三氧化二铁和三氧化二铬中的至少一种；
优选地，所述硅化物包括二氧化硅、碳化硅和氮化硅中的至少一种；
优选地，所述高分子聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、纤维素、聚酰亚胺、聚醚醚酮和聚苯硫醚中的至少一种；
优选地，所述碳类物质包括炭黑、碳纳米管和石墨中的至少一种。
在可选的实施方式中，所述镜面反射层的反射率为96％-98％；
优选地，形成所述镜面反射层的金属类物料包括金属单质或金属氧化物；
优选地，所述金属单质包括金、银、铜、铝、锡和铁中的任意一种；
优选地，所述金属氧化物包括二氧化钛、二氧化铪和氧化锌中的任意一种。
在可选的实施方式中，所述保温隔热层的导热系数为0.025–0.050W/(m·k)；
优选地，形成所述保温隔热层的物料包括气凝胶；
优选地，形成气凝胶的原料包括二氧化硅。
在可选的实施方式中，所述热辐射发射层的厚度为35-78微米；
优选地，所述镜面反射层的厚度为41-86微米；
优选地，所述保温隔热层的厚度为600-1300微米。
第二方面，实施例提供一种前述实施方式任一项所述的多层隔热材料的制备方法，包括：
将形成保温隔热层的物料和形成所述热辐射发射层的物料分别与镜面反射层复合形成热辐射发射层、镜面反射层和保温隔热层依次连接的多层隔热材料。
在可选的实施方式中，包括：将镜面反射层与形成保温隔热层的物料复合，形成镜面反射层和保温隔热层连接的双层复合层；
而后将所述双层复合层与形成所述热辐射发射层的物料复合，形成热辐射发射层、镜面反射层和保温隔热层依次连接的多层隔热材料；
优选地，所述镜面反射层的制备包括：在10-20MPa压力下将金属类物料处理10-20分钟，形成镜面反射层；
优选地，所述双层复合层的制备步骤包括：在所述镜面反射层的一侧涂覆胶黏剂，而后再涂覆形成所述保温隔热层的物料，并在1-2MPa压力下处理10-20分钟。
在可选的实施方式中，所述双层复合层与形成所述热辐射发射层的物料复合的步骤包括：在所述镜面反射层相对远离所述保温隔热层的一侧涂覆形成所述热辐射发射层的物料，形成所述多层隔热材料。
第三方面，实施例提供一种加热卷烟器具，其包括用于容纳卷烟的容纳管和前述实施方式任一项所述的多层隔热材料，所述多层隔热材料设置于上述容纳管内；
优选地，所述加热卷烟器具还包括用于加热卷烟的发热片和加热器底座，所述容纳管内设置有用于容纳所述卷烟的容纳腔，所述发热片设置于所述容纳腔内，并与所述加热器底座连接，所述容纳管的一端与所述加热器底座连接。
第三方面，实施例提供一种前述实施方式任一项所述的多层隔热材料在加热卷烟器具中的应用；
优选地，所述应用为用于加热卷烟器具加热卷烟时隔热保温。
本发明具有以下有益效果：本发明通过采用依次连接的热辐射发射层、镜面反射层和保温隔热层并分别限定各层的反射率和导热系数等，使得多层隔热材料具有良好的隔热效果，同时，使得加热卷烟产生的热量能够被充分利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1提供的多层隔热材料的结构示意图；
图2为本发明实施例7提供的加热卷烟器具的结构示意图。
图示：100-多层隔热材料；101-热辐射发射层；102-镜面反射层；103-保温隔热层；200-加热卷烟器具；201-容纳管；202-发热片；203-加热器底座；204-容纳腔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
本实施例提供一种多层隔热材料，其用于加热卷烟器具加热卷烟时隔热保温，其包括依次连接的热辐射发射层、镜面反射层和保温隔热层，通过采用上述三层能够保证制备得到的多层隔热材料具有良好的隔热效果，同时，能够对加热卷烟产生的热量充分利用。
进一步地，热辐射发射层能够将热量进行发射，提升隔热效果，且热辐射发射层的辐射发射率为0.61–0.92，优选为0.90-0.92；热辐射发射层为上述辐射发射率，能够与镜面反射层、保温隔热层更好地作用，进行保温隔热，提升加热卷烟的热量的利用。
形成所述热辐射发射层的原料包括金属氧化物，金属氧化物包括过渡金属氧化物；过渡金属氧化物包括氧化锌、二氧化锆、二氧化铪、二氧化钛、三氧化二铁和三氧化二铬中的至少一种。
形成所述热辐射发射层的原料还可以是硅化物，其中，硅化物包括二氧化硅、碳化硅和氮化硅中的至少一种。
形成所述热辐射发射层的原料还可以是高分子聚合物，其中，高分子聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、纤维素、聚酰亚胺、聚醚醚酮和聚苯硫醚中的至少一种。
形成所述热辐射发射层的原料还可以是碳类物质，而碳类物质包括炭黑、碳纳米管和石墨中的至少一种。
上述形成热辐射发射层的原料可以选自上述原料一种也可以是多种或者多类进行组合。例如单独选择金属氧化物，而后将金属氧化物制备为具有纳米结构的物质，形成具有特定发射率的热辐射发射层。且形成热辐射发射层的原料还可以是其他的材料，只要其能够满足热辐射发射层的辐射发射率和厚度要求即可。
进一步地，镜面反射层能够进一步对产生的热量等进行反射，提升隔热效率，也提升热利用率，镜面反射层的反射率为92％-98％，优选为96％-98％；镜面反射层为上述反射率，能够与热辐射发射层、保温隔热层更好地作用，进行保温隔热，提升加热卷烟的热量的利用率。
形成所述镜面反射层的金属类物料包括金属单质或金属氧化物；其中，所述金属单质包括金、银、铜、铝、锡和铁中的任意一种；所述金属氧化物包括二氧化钛、二氧化铪和氧化锌中的任意一种。
形成该镜面反射层可以是表面含有金属镀层的物质，也可以是金属制成的金属箔层。形成镜面反射层的原料只要其能够满足镜面反射层的发射率和厚度要求即可。
进一步地，保温隔热层的导热系数为0.025–0.100W/(m·k)，优选为0.025–0.050W/(m·k)。而形成所述保温隔热层的物料包括气凝胶；形成气凝胶的原料包括二氧化硅。本发明可以利用上述原料形成气凝胶，而后再形成保温隔热层，继而使得多层隔热材料具有良好的隔热功效，且有较高的热利用率。形成保温隔热层的原料只要其能够满足保温隔热层的导热系数和厚度要求即可。
进一步地，热辐射发射层的厚度为35-78微米，镜面反射层的厚度为41-86微米，保温隔热层的厚度为600-1300微米。采用上述厚度限定，使得多层隔热材料厚度较薄，同时，进一步满足了多层隔热材料厚度较薄、良好隔热和高热利用率的要求。
进一步地，本发明实施例提供一种多层隔热材料的制备方法，包括：将形成保温隔热层的物料和形成所述热辐射发射层的物料分别与镜面反射层复合形成热辐射发射层、镜面反射层和保温隔热层依次连接的多层隔热材料。
其中，一种方式可以是：将镜面反射层与形成保温隔热层的物料复合，形成镜面反射层和保温隔热层连接的双层复合层；而后将所述双层复合层与形成所述热辐射发射层的物料复合，形成热辐射发射层、镜面反射层和保温隔热层依次连接的多层隔热材料。
需要说明的是，也可以先将形成所述热辐射发射层的物料与镜面发射层作用，而后再与形成保温隔热层的物料复合。
具体地，在10-20MPa压力下将金属类物料处理10-20分钟，形成镜面反射层，例如，在上述压力下将具有一定厚度地金属层或者金属箔层或者金属块压制成厚度为满足本发明需求的镜面发射层。
在所述镜面反射层的一侧涂覆胶黏剂，而后再涂覆形成所述保温隔热层的物料，并在1-2MPa压力下处理10-20分钟，继而使得保温隔热层和镜面反射层能够紧密连接，提升多层隔热材料的性能。
在所述镜面反射层相对远离所述保温隔热层的一侧涂覆形成所述热辐射发射层的物料，形成所述多层隔热材料。若形成热辐射发射层的物料本身便具有一定粘附性，可以直接涂覆并压制，若不具有粘附性，则需要现涂覆粘结胶，而后再涂覆形成所述热辐射发射层的物料。
实施例1
参见图1，本实施例提供一种多层隔热材料100，其包括依次连接的热辐射发射层101、镜面反射层102和保温隔热层103，其中，热辐射发射层101的辐射发射率为0.92，厚度为78微米，镜面反射层102的反射率为98％，厚度为86微米，保温隔热层103的导热系数为0.025W/(m·k)，厚度为1284微米。
本实施例提供一种多层隔热材料的制备方法，具体如下：
制备二氧化硅纳米纤维：二氧化硅纳米纤维的制备采用静电纺丝的方式，将摩尔比为1：0.01：11的正硅酸乙酯(TEOS)、磷酸(H2PO4)和去离子水在室温下磁力搅拌混合均匀，搅拌时间为12h，制备溶液A。溶液B为10wt％的聚乙烯醇(PVA)溶液。将溶液A和溶液B以质量比为1：1的比例混合，磁力搅拌4h，形成静电纺丝用的预纺丝液。将一定量的预纺丝液加入到10ml注射器中，置于静电纺丝机中，施加20kv的电压，以1.0ml/h的推进速度进行纺丝。得到的PVA/TEOS纳米纤维首先在60℃真空干燥4h，然后在空气氛围下进行高温煅烧，煅烧温度为850℃，升温速率为5℃/min。
使用高速混合器将上述二氧化硅纳米纤维进行搅拌、打断，以借用高速混合器的强剪切力破坏二氧化硅纤维间的缠结和层间堆叠。而后将AlBSi、聚丙烯酰胺和二氧化硅纳米纤维形成分散液，并加入到事先准备好的模具中，利用干冰/丙酮浴对其进行冷冻处理，并最终得到二氧化硅气凝胶。
将购得的铝箔进行在20MPa的条件下处理5分钟，形成厚度为86微米的镜面反射层。在铝箔层的一面涂覆适量胶粘剂，使之与上述二氧化硅气凝胶进行复合，将复合后的双层复合材料在0.2MPa下进行热处理15分钟，以增强其结合力，形成具有镜面反射层和保温隔热层的双层复合层。
将上述步骤中得到的双层复合层与购买的聚酰亚胺胶带进行复合，具体地，在镜面反射层相对远离所述保温隔热层的一侧与聚酰亚胺胶带进行复合形成多层隔热材料。
实施例2-实施例6
实施例2-实施例6提供的多层隔热材料与实施例1提供的多层隔热材料的结构一致，区别每层的限定有所不同。实施例2-实施例6提供的多层隔热材料的制备方法与实施例1提供的多层隔热材料的制备方法相同。具体如下表：
Figure BDA0002417873650000081
Figure BDA0002417873650000091
实施例7
参见图2，本实施例加热卷烟器具200，其包括容纳卷烟的容纳管201、加热卷烟的发热片202和加热器底座203，所述容纳管201内设置有用于容纳所述卷烟的容纳腔204，所述发热片202设置于所述容纳腔204内，并与所述加热器底座203连接，所述容纳管201的一端与所述加热器底座203连接。
其还包括上述多层隔热材料100，多层隔热材料100设置于上述容纳管201内，且所述多层隔热材料100的热辐射发射层101相对靠近容纳管201的内壁。
对比例1-4
按照实施例1的方法制备多层隔热材料，以玻纤布替代实施例1的气凝胶形成保温隔热层，区别如下表：
Figure BDA0002417873650000092
Figure BDA0002417873650000101
对比例5-6
按照实施例1的方法制备多层隔热材料，区别如下表：
Figure BDA0002417873650000102
利用热流法对实施例和对比例进行导热率测试。测试结如下表：
导热率(W/mK) 导热率(W/mK)
实施例1 0.039 对比例3 0.9038
实施例2 0.043 对比例4 0.8561
实施例3 0.061 对比例5 0.086
实施例4 0.089 对比例6 0.032
实施例5 0.025
实施例6 0.037
对比例1 0.7254
对比例2 0.6053
根据上表可知，本发明制备的不燃烧卷烟用多层隔热材料的导热率得到了明显的降低，从而保证了更好的隔热效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多层隔热材料，其用于加热卷烟器具加热卷烟时隔热保温，其特征在于，其包括依次连接的热辐射发射层、镜面反射层和保温隔热层，所述热辐射发射层的辐射发射率为0.61-0.92，所述镜面反射层的反射率为92％-98％，所述保温隔热层的导热系数为0.025–0.100W/(m·k)。
2.根据权利要求1所述的多层隔热材料，其特征在于，热辐射发射层的辐射发射率为0.90-0.92；
优选地，形成所述热辐射发射层的原料包括金属氧化物、硅化物、高分子聚合物以及碳类物质中的至少一种；
优选地，所述金属氧化物包括过渡金属氧化物；
优选地，所述过渡金属氧化物包括氧化锌、二氧化锆、二氧化铪、二氧化钛、三氧化二铁和三氧化二铬中的至少一种；
优选地，所述硅化物包括二氧化硅、碳化硅和氮化硅中的至少一种；
优选地，所述高分子聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、纤维素、聚酰亚胺、聚醚醚酮和聚苯硫醚中的至少一种；
优选地，所述碳类物质包括炭黑、碳纳米管和石墨中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的多层隔热材料，其特征在于，所述镜面反射层的反射率为96％-98％；
优选地，形成所述镜面反射层的金属类物料包括金属单质或金属氧化物；
优选地，所述金属单质包括金、银、铜、铝、锡和铁中的任意一种；
优选地，所述金属氧化物包括二氧化钛、二氧化铪和氧化锌中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的多层隔热材料，其特征在于，所述保温隔热层的导热系数为0.025–0.050W/(m·k)；
优选地，形成所述保温隔热层的物料包括气凝胶；
优选地，形成气凝胶的原料包括二氧化硅。
5.根据权利要求1-4任一项所述的多层隔热材料，其特征在于，所述热辐射发射层的厚度为35-78微米；
优选地，所述镜面反射层的厚度为41-86微米；
优选地，所述保温隔热层的厚度为600-1300微米。
6.一种权利要求1-5任一项所述的多层隔热材料的制备方法，其特征在于，包括：
将形成保温隔热层的物料和形成所述热辐射发射层的物料分别与镜面反射层复合形成热辐射发射层、镜面反射层和保温隔热层依次连接的多层隔热材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，包括：将镜面反射层与形成保温隔热层的物料复合，形成镜面反射层和保温隔热层连接的双层复合层；
而后将所述双层复合层与形成所述热辐射发射层的物料复合，形成热辐射发射层、镜面反射层和保温隔热层依次连接的多层隔热材料；
优选地，所述镜面反射层的制备包括：在10-20MPa压力下将金属类物料处理10-20分钟，形成镜面反射层；
优选地，所述双层复合层的制备步骤包括：在所述镜面反射层的一侧涂覆胶黏剂，而后再涂覆形成所述保温隔热层的物料，并在1-2MPa压力下处理10-20分钟。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述双层复合层与形成所述热辐射发射层的物料复合的步骤包括：在所述镜面反射层相对远离所述保温隔热层的一侧涂覆形成所述热辐射发射层的物料，形成所述多层隔热材料。
9.一种加热卷烟器具，其特征在于，其包括用于容纳卷烟的容纳管和权利要求1-5任一项所述的多层隔热材料，所述多层隔热材料设置于上述容纳管内；
优选地，所述加热卷烟器具还包括用于加热卷烟的发热片和加热器底座，所述容纳管内设置有用于容纳所述卷烟的容纳腔，所述发热片设置于所述容纳腔内，并与所述加热器底座连接，所述容纳管的一端与所述加热器底座连接。
10.权利要求1-5任一项所述的多层隔热材料在加热卷烟器具中的应用；
优选地，所述应用为用于加热卷烟器具加热卷烟时隔热保温。
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