CN112438429A - 一种降温滤棒、制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种降温滤棒、制备方法及其应用。该降温滤棒由低吸附颗粒粘结固化成型为一体化棒状结构，具有稳固的网络状多孔形态特征，可提供复杂而顺畅的烟气通道，可在无需采用通风稀释手段的前提下，主要基于物理降温原理大幅降低烟气进入口腔的温度，基于低吸附颗粒成型制备而成的降温滤棒对烟雾量影响较小，抽吸口感好；采用这种低吸附颗粒固化成型的全颗粒棒形式简单、结构新颖，可实现工业化连续生产，抽吸阻力小，且抽吸阻力和降温幅度均可调节。
Description
技术领域
本发明涉及一种降温滤棒、制备方法及其应用，属于卷烟生产技术领域。
背景技术
在传统卷烟抽吸过程中，卷烟燃烧锥产生的热量会被主流烟气带至滤嘴，并且随着卷烟抽吸进程，通过滤嘴的烟气温度逐步升高。研究表明，在抽吸临近结束时滤嘴端的烟气温度可高达70-80℃，过高的滤嘴温度会影响滤嘴的截留效果，同时会影响消费者对烟气感官质量的评价。适当降低烟气温度是有必要的。
一般地，加热不燃烧卷烟是通过外部加热元件对烟草制品进行加热产生烟雾，通常烟草制品在250-350℃的条件下达到雾化条件，为保证烟雾量通常情况下滤嘴端要求低吸附甚至无吸附，高温雾化烟气通过滤嘴进入口腔的温度会高于传统卷烟燃烧的温度。因此，适当降低烟气温度也是低温卷烟研制的关键技术。
申请人此前提交的专利申请CN2018104868613涉及一种降温滤棒，由表面包覆有相变材料的降温颗粒固化成型而成，降温效果突出，但由于所选用的本体材料本身具有较好的吸附能力，用于加热不燃烧卷烟时对烟雾量的有较大吸附降低，同时相变降温过程中储存的热量无法及时散去，吸食时会带给唇部灼热感，影响了抽吸体验。
中国专利说明书CN101396173公开了一种卷烟涡流降温保香的方法及其卷烟结构，是在卷烟滤嘴前设置涡流通道与空气相同，达到降温效果，结构比较复杂且不适于低温加热不燃烧卷烟。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一是，卷烟（包括传统卷烟和低温加热不燃烧卷烟）抽吸时，产生的烟雾温度偏高，对消费者口腔和/或唇部有灼烧感。
本发明要解决的技术问题之二是，降温滤棒采用打孔通风稀释降温时，烟气浓度和感受变差。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种降温滤棒，包括棒体，所述棒体由颗粒粘结固化成型而成，所述棒体的颗粒之间存在孔隙，所述棒体的有效孔隙度为30-90%；所述颗粒中聚合物、蜡、颗粒改性材料的质量比为（20-100）：（0-30）（0-50），所述聚合物包括聚乙烯、乙烯/醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氨酯、聚酰胺、聚酯酰胺、聚乳酸、聚氧化乙烯中的至少一种，所述颗粒改性材料包括改性淀粉、硬脂酸、软脂酸、硬脂酸镁、淀粉、微晶纤维素、铜粉、铁粉、不锈钢粉、铝粉中的至少一种。
本发明中，降温滤棒具有稳固的网络状多孔结构，由降温颗粒固化成型而成，内部具有复杂而连续的通道，高温烟气从降温滤棒一端进入降温滤棒后，高温烟气快速分散于降温滤棒内的孔隙内，并与颗粒充分接触换热，实现降温；相比于直通型降温滤棒，高温烟气在该降温滤棒中的相对行程大幅延长因而能量衰减更多，从而获得的降温效果更好。另外，本发明中，颗粒中含有较多高分子聚合物或蜡，可共混熔融挤出造粒为密室的颗粒，颗粒吸附性较差，对烟气中烟雾量及其他香气成分吸附影响较小；同时能起到部分相变降温的作用。此外，颗粒改性材料的添加，可在挤出滚圆造粒中有助于造粒成型，或者起到吸热降温的作用。
进一步地，所述颗粒中，聚合物、蜡、颗粒改性材料的质量比为（25-95）：（5-25）（5-50），进一步为（30-90）：（10-15）（15-35）。
进一步地，所述颗粒中，含有至少一种熔点或软化点在85℃以下的聚合物和/或蜡，进一步为80℃以下的聚合物和/或蜡，所述聚合物和/或蜡在颗粒中的比重为30-90wt%。一方面，这可满足颗粒进一步固化成型为颗粒棒的需要，另一方面，可以使降温效果得到更好的发挥。
进一步地，所述颗粒为密实的球形或近球形。
进一步地，所述颗粒的粒度为15-60目，进一步为20-55目，更进一步为25-50目，可选地，堆密度为0.8-3.5g/ml，优选为1.0-3.0g/ml。申请人反复试验发现，在该粒度条件下，滤棒具有合适的吸阻和内部孔隙率，较高的堆密度则使得颗粒内部密实，表面空洞少，进一步降低颗粒的吸附性能。
进一步地，所述的蜡为石蜡、蜂蜡、卡诺巴蜡中的至少一种。
进一步地，所述棒体的表面包裹有成型纸，一般地，所述成型纸的透气度不低于6000CU，优选为8000CU以上。高透成型纸或者也可不包含成型纸（实物照片如图1所示），能够获得远超其他滤棒更好的通风度，从而进一步增强降温效果。尽可能高的成型纸透气度可保证冷空气从降温滤棒段进入，使降温效果更好。
基于同一发明构思，本发明还提供如上所述的降温滤棒的制备方法，包括如下步骤：
S1、颗粒的制备：将聚合物、蜡、颗粒改性材料按配比混合均匀，造粒，干燥，过筛，获得所需粒度的颗粒；
S2、成型：将所述颗粒输入第一模腔进行压缩堆积，获得坯体；再将所述坯体输入第二模腔进行加热处理，使得坯体内的颗粒之间相互粘接；然后，将所述坯体输入第三模腔，冷却，固化后，切割，获得棒体；
其中，各模腔的横截面与棒体的横截面匹配。
进一步地，S1中，通过螺杆共混熔融挤出造粒、滚圆，或者施加一定润湿剂制备成软材再挤出滚圆造粒。
进一步地，S1中，所述聚合物、蜡、颗粒改性材料均为粉末物，粒径为60-200目，优选为80-150目。
进一步地，S2中，将所述颗粒通过输送带连续性通过截面形状和大小一致的至少三个模腔组件，依次进行物料压缩堆积、加热、冷却；通过全部模腔组件后按一定长度进行切割，即得结构稳固的全颗粒降温滤棒；或者进一步与醋纤棒、空管纸棒等复合得降温滤棒。可选地，冷却后，切割前，可先对棒体进行包纸处理。
进一步地，所述颗粒在第一模腔中在负压在进行压缩堆积，填满整个模腔截面。颗粒压缩堆积可保证颗粒棒具有较好的表面形态和可切割性，同时也能使颗粒间更好地的粘合成型。
进一步地，通过输送带包裹所述颗粒，依次通过第一模腔、第二模腔和第三模腔。
进一步地，S2中，加热处理时，使得颗粒温度为100-150℃，进一步为100-120℃。申请人反复研究发现，控制适当的温度可保证颗粒中聚合物或蜡能够软化形成粘合点，也能防止颗粒过度软化或熔化，保证颗粒间形成点粘合进而整体固化成型，形成孔隙分布均匀的棒体。
进一步地，所述的颗粒在第三模腔中进行冷却处理，使颗粒棒温度降至50℃以下。冷却至适当温度，使得颗粒间软化形成的粘合点固化，保证颗粒间粘合牢靠稳固。
基于同一发明构思，本发明还提供如上所述的降温滤棒或如上所述的制备方法制备而成的降温滤棒在卷烟制品中的应用。
如上所述的降温滤棒或如上所述的制备方法制备而成的降温滤棒在加热不燃烧卷烟制品中的应用。
进一步地，所述降温滤棒接制烟丝段或发烟段用于抽吸，其中降温滤棒靠近烟丝/发烟段。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1）本发明的降温滤棒中颗粒为低吸附材料，由其制备的全颗粒降温棒亦具有低吸附性，吸阻低且其可控性好，尤其适用于加热不燃烧卷烟的烟气降温，且降温效果非常显著，吸附性低，抽吸体验好；
2）采用全颗粒成型为滤棒形式简单、新颖，这种全新的滤棒形式可实现工业化生产，成本低廉，降温效果好；
3）降温滤棒为全颗粒棒，可不使用成型纸或配合使用高透成型纸，具有极高的侧面透气度，可保证冷空气从降温滤棒段进入，起到与打孔通风相似的降温效果；
4）具有稳固的网络状多孔形态特征，可提供复杂而顺畅的烟气通道，可在无需采用通风稀释手段的前提下，主要基于物理降温原理大幅降低烟气进入口腔的温度，基于低吸附颗粒成型制备而成的降温滤棒对烟雾量影响较小，抽吸口感好
5）降温滤棒由颗粒成型为一体化固态结构，外观形态可根据需要随意变更，结构稳固，无需借助成型纸支撑定型，颗粒间具有大量网络状复杂且连续的通道，可在保证降温效果的同时保证抽吸的顺畅性。
附图说明
图1为本发明的棒体的实物图。
图2为本发明实施例1的模腔组件的正视图。
图3为本发明实施例1的模腔组件的右视图。
图中，1-第一模腔，2-第二模腔，3-第三模腔，4-圆柱状腔体。
具体实施方式
以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域普通技术人员如何实施和再现本明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。
实施例1
本实施例中：
1）降温颗粒制备方法：按质量份计，分别取80目的聚乙烯20份、乙烯/醋酸乙烯共聚物80份，混合均匀后，采用商用螺杆挤出机共混熔融挤出造粒并滚圆，取20-35目颗粒即得低吸附降温颗粒，颗粒堆密度为3.0g/ml；2）降温颗粒棒制备方法：将制备的低吸附降温颗粒通过输送带连续依次送入串行分布的三个模腔组件（结构示意图如图2所示），模腔中心为圆周23.5mm的圆形通道，第一模腔中设置有负压使颗粒在其中压缩堆积，布带包裹后送往带有加热装置的第二模腔，在该模腔中颗粒被加热至120℃，颗粒部分软化并初步粘合，进一步送往第三模腔中冷却至45℃以下，颗粒重新硬化并固化成型整体颗粒棒，进一步切割为108mm长度降温颗粒棒基棒，颗粒棒内部有效孔隙度为85%；3）采用12000CU成型纸将其与84mm长度醋纤棒按18:7比例复合，并采用自透水松纸接制加热不燃烧卷烟，降温段靠近烟丝端，同步采用醋纤滤棒接制相同规格加热不燃烧卷烟作为对照。分别检测其抽吸时的烟气温度，结果见表1。
实施例2
1）降温颗粒制备方法：按质量份计，分别取100目的乙烯/醋酸乙烯共聚物70份、聚氧化乙烯10份、聚乙烯醇10份，混合均匀后采用商用螺杆挤出机共混熔融挤出造粒并滚圆，取15-25目颗粒即得低吸附降温颗粒，颗粒堆密度为2.5g/ml；2）降温颗粒棒制备方法：将制备的低吸附降温颗粒通过输送带连续依次送入串行分布的三个模腔组件，模腔中心为圆周23.5mm的圆形通道，第一模腔中设置有负压使颗粒在其中压缩堆积，布带包裹后送往带有加热装置的第二模腔，在该模腔中颗粒被加热至115℃，颗粒部分软化并初步粘合，进一步送往第三模腔中冷却至40℃以下，颗粒重新硬化并固化成型整体颗粒棒，进一步切割为108mm长度降温颗粒棒基棒，颗粒棒内部有效孔隙度为80%；3）采用12000CU成型纸将其与84mm长度醋纤棒按18:7比例复合，并采用预打孔水松纸接制加热不燃烧卷烟，降温段靠近烟丝端，同步采用醋纤滤棒接制相同规格加热不燃烧卷烟作为对照。分别检测其抽吸时的烟气温度，结果见表1。
实施例3
1）降温颗粒制备方法：按质量份计，分别取150目的聚乳酸65份、聚乙二醇10份、聚乙烯醇10份、聚乙烯10份、石蜡5份，混合均匀后采用商用螺杆挤出机共混熔融挤出造粒并滚圆，取30-60目颗粒即得低吸附降温颗粒，颗粒堆密度为2.0g/ml；2）降温颗粒棒制备方法：将制备的低吸附降温颗粒通过输送带连续依次送入串行分布的三个模腔组件，模腔中心为圆周23.5mm的圆形通道，第一模腔中设置有负压使颗粒在其中压缩堆积，布带包裹后送往带有加热装置的第二模腔，在该模腔中颗粒被加热至105℃，颗粒部分软化并初步粘合，进一步送往第三模腔中冷却至40℃以下，颗粒重新硬化并固化成型整体颗粒棒，进一步切割为108mm长度降温颗粒棒基棒，颗粒棒内部有效孔隙度为70%；3）采用8000CU成型纸将其与84mm长度醋纤棒按18:7比例复合，并采用预打孔水松纸接制加热不燃烧卷烟，降温段靠近烟丝端，同步采用醋纤滤棒接制相同规格加热不燃烧卷烟作为对照。分别检测其抽吸时的烟气温度，结果见表1。
实施例4
1）降温颗粒制备方法：按质量份计，分别取80目的乙烯/醋酸乙烯共聚物40份、蜂蜡10份、改性淀粉20份、微晶纤维素20份、硬脂酸10份，混合均匀，喷洒30份体积浓度为50%的酒精并搅拌均匀，挤出成条、切断成粒并滚圆、干燥至水分含量低于5%，过筛取20-40目颗粒即得低吸附降温颗粒，颗粒堆积密度为1.8g/ml；2）降温颗粒棒制备方法：将制备的低吸附降温颗粒通过输送带连续依次送入串行分布的四个模腔组件，模腔中心为圆周23.5mm的圆形通道，第一模腔中设置有负压使颗粒在其中压缩堆积，布带包裹后送往带有加热装置的第二模腔，在该模腔中颗粒被加热至105℃，颗粒部分软化并初步粘合，进一步送往第三模腔中冷却至40℃以下，颗粒重新硬化并固化成型整体颗粒棒，进一步送往第四模腔中包裹高透成型纸（12000CU），并切割为108mm长度降温颗粒棒基棒，颗粒棒内部有效孔隙度为60%；3）采用12000CU成型纸将其与84mm长度空管纸棒棒按18:7比例复合，并采用预打孔水松纸接制加热不燃烧卷烟，降温段靠近烟丝端，同步采用醋纤滤棒接制相同规格加热不燃烧卷烟作为对照。分别检测其抽吸时的烟气温度，结果见表1。
实施例5
1）降温颗粒制备方法：按质量份计，分别取80目的乙烯/醋酸乙烯共聚物45份、改性淀粉15份、聚乳酸10份、微晶纤维素25份、铜粉3份、铁粉2份，混合均匀，喷洒40份纯净水并搅拌均匀，挤出成条、切断成粒并滚圆、干燥至水分含量低于5%，过筛取30-50目颗粒即得低吸附降温颗粒，颗粒堆积密度为1.5g/ml；2）降温颗粒棒制备方法：将制备的低吸附降温颗粒通过输送带连续依次送入串行分布的三个模腔组件，模腔中心为圆周23.5mm的圆形通道，第一模腔中设置有负压使颗粒在其中压缩堆积，布带包裹后送往带有加热装置的第二模腔，在该模腔中颗粒被加热至105℃，颗粒部分软化并初步粘合，进一步送往第三模腔中冷却至40℃以下，颗粒重新硬化并固化成型整体颗粒棒，进一步切割为108mm长度降温颗粒棒基棒，颗粒棒内部有效孔隙度为75%；3）采用12000CU成型纸将其与84mm长度空管纸棒棒按18:7比例复合，并采用预打孔水松纸接制加热不燃烧卷烟，降温段靠近烟丝端，同步采用醋纤滤棒接制相同规格加热不燃烧卷烟作为对照。分别检测其抽吸时的烟气温度，结果见表1。
表1温度检测结果
检测表明，本发明提供的降温滤棒具有非常明显的降温效果，入口烟气温度远低于醋纤滤棒组和专利CN109363237A（主流烟气温度达39℃以上，多数情况达40℃以上）。
分别按照CN2018104868613方法与本申请发明方案制备降温滤棒，并卷制同规格加热不燃烧卷烟抽吸，采用本申请发明滤棒的卷烟烟雾量显著性大于CN2018104868613滤棒卷烟，说明本申请发明滤棒吸附性远低于申请人在CN2018104868613提供的技术方案。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。
Claims (10)
1.一种降温滤棒，包括棒体，其特征在于，所述棒体由颗粒粘结固化成型而成，所述棒体的颗粒之间存在孔隙，所述棒体的有效孔隙度为30-90%；所述颗粒中聚合物、蜡、颗粒改性材料的质量比为（20-100）：（0-30）（0-50），所述聚合物包括聚乙烯、乙烯/醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氨酯、聚酰胺、聚酯酰胺、聚乳酸、聚氧化乙烯中的至少一种，所述颗粒改性材料包括改性淀粉、硬脂酸、软脂酸、硬脂酸镁、淀粉、微晶纤维素、铜粉、铁粉、不锈钢粉、铝粉中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的降温滤棒，其特征在于，所述颗粒中，聚合物、蜡、颗粒改性材料的质量比为（25-95）：（5-25）（5-50）。
3.根据权利要求1所述的降温滤棒，其特征在于，所述颗粒中，含有至少一种熔点或软化点在85℃以下的聚合物和/或蜡，所述聚合物和/或蜡在颗粒中的比重为30-90wt%。
4.根据权利要求1所述的降温滤棒，其特征在于，所述颗粒的粒度为15-60目，堆密度为0.8-3.5g/ml，优选为1.0-3.0g/ml。
5.根据权利要求1-4任一项所述的降温滤棒，其特征在于，所述的蜡为石蜡、蜂蜡、卡诺巴蜡中的至少一种。
6.根据权利要求1-4任一项所述的降温滤棒，其特征在于，所述棒体的表面包裹有成型纸，一般地，所述成型纸的透气度不低于6000CU，优选为8000CU以上。
7.如权利要求1-6任一项所述的降温滤棒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、颗粒的制备：将聚合物、蜡、颗粒改性材料按配比混合均匀，造粒，干燥，过筛，获得所需粒度的颗粒；
S2、成型：将所述颗粒输入第一模腔进行压缩堆积，获得坯体；再将所述坯体输入第二模腔进行加热处理，使得坯体内的颗粒之间相互粘接；然后，将所述坯体输入第三模腔，冷却，固化，获得棒体；
其中，各模腔的横截面与棒体的横截面匹配。
8.根据权利要求7所述的降温滤棒的制备方法，其特征在于，通过输送带包裹所述颗粒，依次通过第一模腔、第二模腔和第三模腔。
9.根据权利要求7所述的降温滤棒的制备方法，其特征在于，S2中，加热处理时，使得颗粒温度为100-150℃。
10.如权利要求1-6任一项所述的降温滤棒或如权利要求7-9任一项所述的制备方法制备而成的降温滤棒在卷烟制品中的应用。
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