CN1146141A - 烟草烟雾过滤材料的改进 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及挤制的含水溶性多糖的烟草烟雾过滤材料的后续处理方法和装置。在把挤出物从挤压机的挤出模(2)输送到切割机(6)的过程中，将挤出物加热、成型和冷却，以便提供尺寸和物理特性符合要求的烟草烟雾过滤材料。

Description

烟草烟雾过滤材料的改进
本发明涉及挤制的烟草烟雾过滤材料的后续处理方法和装置。
本文所用的术语“后续处理”是指，挤出的材料或挤出物从挤压机的挤出模挤出后的处理或处置。
在食品和塑料工业中，挤出工艺是众所周知的。在食品工业中，挤出产品的后续处理通常包括挤出物挤出后立即切割，然后将切割的挤出物作进一步的处理，例如油炸，常常使其进一步膨胀。在挤出后不立即切割食品(例如通心粉)的场合，挤出物通常是按接近其最终直径的尺寸挤出的。在挤出食品时，对食品的具体尺寸或形状也很少有要求。在塑料工业中，挤出的产品例如塑料管通常是按挤出模的尺寸挤出的，且一经挤出，就只需用冷却来固定制品的形状和尺寸。例如在这种情况，通常是使具有预定尺寸的挤出制品通过水浴进行冷却。
在烟草工业中，我们要求过滤材料从挤出模中挤出时发泡或膨胀，以使烟草的烟能通过过滤材料吸出，从而有效地减少烟尘中的某些微粒成分。我们还要求能提供圆周尺寸和压降特性一致的过滤材料棒。就挤制的烟草烟雾过滤材料而言，这些特性是对烟草工业的特殊要求。在食品或塑料挤出工业中未遇到过这些要求，因此，满足上述要求的重担自然落到挤压工艺的技术人员的肩上。
本发明的目的是提供一种生产尺寸或形状一致的过滤材料，并由此过滤材料生产烟草烟雾过滤芯的方法。
本发明的另一个目的是提供一种可降解的烟草烟雾过滤材料。本文所用的术语“可降解的”指的是加水时，所有水溶性的或水分散性的成分均溶解或分散，而非水溶性或非水分散性的成分不形成粘稠的或软化的混合物。由于水和/或日光的作用，挤出物会出现物理形态的变化，失去其强度和形状。
本发明提供一种用于生产烟草烟雾过滤芯的含水溶性多糖的挤制烟草烟雾过滤材料的后续处理方法，该方法包括以下步骤：将挤出物从挤压机的挤出模输送到切割机，如果需要，在输送挤出物的过程中除去其中过量的水分，提供适宜于挤出物成形的温度，使挤出物成形至基本上达到所需要的圆周尺寸，将成形的挤出物冷却到预定的切割温度，然后，将成形的挤出物切割成过滤芯的长度、该长度的倍数或另外所要求的长度。
本发明还提供了特别适用于含水溶性多糖的烟草烟雾过滤材料的后续处理装置，该装置包括能在相当于挤出物离开挤出模的挤出速度下输送挤出物的输送装置、需要时能将挤出物加热以除去其中过量水分的装置、使挤出物成形的成形装置、冷却挤出物的冷却装置以及将成形的挤出物切割成过滤芯的长度、该长度的倍数或另外要求的长度的切割机。含水溶性多糖的挤压产物可含有0-90％的塑料材料或无机材料、5-100％水溶性多糖膨胀介质和0-50％的粘合剂。另一选择是，含水溶性多糖的挤出物也可以具有欧洲专利申请94301642.8中所述的任一种组成。水溶性多糖材料可以是淀粉、改性淀粉、纤维素粘合剂或改性纤维素粘合剂。
优选采用加热步骤从挤出物中除去过量水分。如果挤出物是采用在挤出之前能有效地干燥，即降低挤出混合物的水分含量的方法(例如采用真空排气挤出机)挤出的，则可以不需要加热步骤。另一种方案是挤出物也可以在后续处理阶段中不需要加热步骤的水分含量存在下挤出。
挤出物输送装置用于使挤出物从挤压机挤出模离开，并可在相同于或大于挤出物从挤压机中挤出的速度下运行。优选输送装置的运行速度是固定的，但为了控制起见，也可以改变运行速度。将输送装置的运行速度与挤出物的物理测量装置，例如挤出物的直径测量装置联系起来是有利的。适宜的反馈***可以包括激光测微器。
挤出物的输送装置可以包括一台或多台输送装置，以使将挤出物从挤压机输送出去。挤出物输送装置包括环带，例如挠性输送带，其上适当地装设与离开成形装置的已成形挤出物的尺寸相同或比其小的凹槽是有利的。另一种方法是，挤出物输送装置可以是多孔的输送带，输送带上的孔眼能使来自加热装置的热空气或来自冷却装置的冷空气加热或冷却处在多孔输送带上的挤出物。多孔输送带可以是网状的。在另一种方案中，挤出物的输送装置可以包含一系列的辊。此外，对于挤出物的输送装置，还有一种方案是气垫装置，例如称作气刀(air knives)的一些装置。
在上述所有的情况下，都优选将挤出物的输送装置设在成形装置的下游。另外，也可将这种或者其它挤出物输送装置设置在成形装置的上游。在挤出物发生某种程度的冷却之前，可不必设置挤出物的输送装置。
如果输送装置是挠性输送带，它也可以是使挤出物成形至基本上达到所要求的圆周尺寸的成形装置。
优选去除挤出物过量水分的装置包括加热装置。加热装置利用热风鼓风机是有利的，例如，优选将加热装置的空气加热到85°-300℃，85°-300℃是适宜的，优选至少为100℃。使热风从逆向、同向或横向流向所输送的挤出物都是合适的。在另一种方案中，可以采用微波、红外线或射频加热，从挤出物中除去适度过量的水分。另一种方案所配置的加热装置是能围住挤出物的加热夹套。即使挤出物已经处在离开的条件下，但加热装置可以是该挤出物所遇到的第一台设备。
成形装置包括带有孔眼逐渐缩小到所需圆周尺寸的金属模是有利的。另一方案，成形装置可以包括确定挤出物形状和尺寸的附件以及挠性带。在另一种方案中，成形装置可以包括一个或多个可控制温度的开槽辊，辊轴一端的凹槽朝向辊轴另一端呈逐渐缩小的辐射状。也可采用装有旋转整形模的组合式开槽双辊。在又一种方案中，成形装置可以是真空成形装置。可使在直径小于所要求尺寸下挤出的挤出物通过真空成形装置，并借助真空膨胀到所要求的尺寸。与此同时或稍后，该挤出物会有一定程度的干燥。
成形装置与例如空气或水循环的冷却装置也可有利地结合。成形装置也可有一部分起着冷却装置的作用，以使挤出物离开成形装置时就处在可进行切割的温度下。
冷却装置适合包括冷空气或环境空气气源，例如冷风鼓风机，或包括使挤出物在冷却的表面上通过的装置，例如冷却夹套或成形模，它们可以是水冷的、冷冻剂冷却的或珀尔帖(Peltier)冷却的。
切割机可以是旋转切割机、往复式切割机、圆筒切割机、剪切机或激光切割机或在常规香烟和过滤嘴生产机器上所采用的切割装置。可以将成形的挤出物切割成例如1米长，然后输进多台切割机中。
使挤压机和与其有关的真空排气装置配置在一起是有利的。可以利用真空排气来控制挤出模出口的挤出物水分含量，而不需要利用加热步骤除去过量的水分。还适宜安装保证挤出物进入成形装置之前仍然保持在柔软的温度下的装置。
在挤出模的出口，挤出物的温度优选为90-200℃，且最好为100℃-150℃。在挤出物的加热阶段，挤出物的温度优选为50℃-200℃，且适宜的温度为80℃-100℃，在此温度下，挤出物是一种挠性的柔软材料。为了除去挤出材料中的水分，优选比挤出物更热的加热空气，优选比挤出物的温度至少高10°-50℃，高10°-30℃更适合。
在进入成形装置时，挤出物的外表温度为50-200℃，适宜温度为80°-100℃，也可约为100℃。如果挤出物只由水冷成形装置进行冷却，当其离开成形装置时，其外表温度可低至约40℃。如果挤出物在同一设备中成形并冷却到预定的切割温度，其外表温度可约为30℃。
在该方案中，在成形装置内沿着成形模或锥形孔，成形装置具有可控制的温度梯度。在成形装置的成形端或细端，温度梯度高是有利的，而朝向下游端温度梯度逐渐降低。
预定的切割温度优选低于40℃，且更优选低于30℃，从而使挤制的成形烟草烟雾过滤材料保持其形状不变，或圆周尺寸和物理特性即压降基本上不变。
挤出物输送装置可在5-600米/分的速度下运行。要相应于所要求的挤压机产量确定输送装置的速度。挤出物的物理特性随着挤出物离开速度高于挤出物从挤出模中的挤出速度的不同而变化。
可以将挤出后切割成段的烟草烟雾过滤材料输送到过滤嘴安装机的加料斗中。
挤出模可以包括许多模，从而可以提高挤压机的产量。
为了使本发明容易了解和便于实施，现在参考所附根据本发明绘制的后续处理装置的示意图。
该图示出了特别适合于用含淀粉的烟草烟雾过滤材料生产烟草烟雾过滤芯的挤压机和后续处理装置1。在挤出模2的下游，装置1包括加热装置3、成形装置4、挤出物输送装置5和切割机6。加热装置是供给约100℃热空气的热风鼓风机，以除去挤出物7中的过量水分。由BC21Clextral挤压机挤出的挤出物7包含65％的醋酸纤维素片状粉末、24％的玉米淀粉和11％的羟丙基纤维素的混合物。将25％的甘油水溶液以1.14升/小时的速率加入料筒中。通过料筒的给料速率是8.86千克/小时。挤出模2是圆形的，直径为6mm，挤出模出口温度为115℃。沿着料筒的温度分布是65℃、85℃和在料筒末端是115℃。
输送装置5包括一对组合式开槽输送带8。凹槽半径合起来构成8mm公称直径。因此，开槽的输送带8适合在任一选择的速度下从挤出模拉出挤出物7，或拖出挤出物。输送装置5是在15米/分下运行的，而且在任一所控速度下可由变速马达驱动。根据所需产品的特性，按要求改变输送装置的速度。速度的改变可由反馈***的记录，例如对挤出物的物理特性的记录进行控制。在成形步骤之后，挤出物7可能出现一些伸长。就所用的条件而言，输送装置在10-20米/分的速度下运行是有利的。输送装置也可采用更高的输送速度，这要根据所用的挤压机、所要求的产量和所要求的挤出物的物理特性而定。
在本实施方案中，成形装置4包括用水冷却的金属模9，金属模上带有锥形孔10，孔径逐渐缩小到公称直径8mm。挤出物7进入成形装置4时的外表温度约为100℃，在此温度下，挤出物仍然是挠性的和柔软的。在成形装置4的出口，挤出物的外表温度为60℃。我们发现，为了生产物理特性一致的过滤材料棒，在可以切割之前，挤出物7需要冷却到预定的切割温度。就本实施方案的诀窍而言，整个挤出物坯体上的预定切割温度约为30℃。
然后可使已成形并切割的，通常长度为过滤芯长度的倍数的挤出物通过贮料斗(未示出)输送到过滤嘴安装机。
在另一个实施方案中，输送装置可以包括一系列的辊。可以在加热装置的上游和下游以及成形装置的下游设置几套辊，以便在整个后续处理阶段支承挤出物。可根据输送装置的辊在处理过程中所处的位置，按要求将它们加热或冷却。
                          实施例1
为了查明挤出物输送装置的输送速度对挤出物物理特性的影响，采用在第一个实施方案中所述的装置进行了三次试验。对于25％(重量)的甘油水溶液，除甘油加料速率为1.08升/小时以外，采用同样的挤压机条件和相同的配方，及挤出模的直径尺寸为5.5mm。下面的表1给出了详细的结果。
                            表1
       试验编号  20/1/94/01    20/1/94/02    20/1/94/03
拖出速度(m/min)    12.9      15.5      11.3
反压(bar)      7        7        8
产量(g/min)     159       155       156
挤出物的水分含量(％)    8.44     7.95       8.36
挤出物的甘油含量(％dwb)    4.47     4.58       4.32
重量(mg/108mm棒)    1420     1180       1720
圆周(mm)    25.60     25.59       27.45
压降(mmWG/108mm棒)      594      435        689
稳固性(％)    89.89     87.96       92.33
密度(mg/cc)     252      210        266
dwb＝以干重计
根据本发明生产的含水溶性多糖的挤制烟草烟雾过滤材料是一种海绵状多孔结构，能够通过它吸烟并过滤掉烟尘中的微粒物质，而且在天然环境的气候条件下它是可降解的。
当使用具有两个模孔的挤出模实施本方法时，从每个模得到的挤出物基本上是相同的。

Claims (31)

1、一种用于生产烟草烟雾过滤芯的含水溶性多糖的挤制烟草烟雾过滤材料的后续处理方法，该方法包括以下步骤：将挤出物从挤压机的挤出模输送到切割机，如果需要，在输送挤出物的过程中除去其中过量的水分，提供适宜于挤出物成形的温度，将挤出物成形至基本上达到所需要的圆周尺寸，将成形的挤出物冷却到预定的切割温度，然后，将成形的挤出物切割成过滤芯的长度、该长度的倍数或另外所要求的长度。
2、根据权利要求1的方法，其中通过加热步骤从所述挤出物中除去过量的水分。
3、根据权利要求1或2的方法，其中使所述的挤出物从挤压机的挤出模离开。
4、根据权利要求3的方法，其中在相同或大于挤出物从挤压机中挤出的速度下，通过从所述挤压机的挤压模移开该挤出物，而使其离开。
5、根据权利要求1-4中任一项的方法，其中所述挤出物的成形，是使该挤出物通过能提供所需尺寸的成形装置进行的。
6、根据权利要求1-4中任一项的方法，其中所述挤出物的成形，是使该挤出物通过真空成形装置，将其膨胀到所需尺寸实现的。
7、根据权利要求1-6中任一项的方法，其中成形阶段也包括冷却所述挤出物。
8、根据权利要求1-7中任一项的方法，其中所述挤压机包括真空排风装置，以便控制离开挤压机挤出模的挤出物的水分含量。
9、根据权利要求1-8中任一项的方法，其中挤出物在挤出模出口的温度为90-200℃。
10、根据前述权利要求中任一项的方法，其中在加热阶段挤出物的温度为50-100℃。
11、根据前述权利要求中任一项的方法，其中当所述挤出物进入所述成形装置时，该挤出物的外表温度为50-200℃。
12、根据前述权利要求中任一项的方法，其中当所述挤出物离开成形装置时，其外表温度低至40℃。
13、根据权利要求12的方法，其中挤出物的外表温度约为30℃。
14、根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述挤出物的预定切割温度低于40℃。
15、根据权利要求14的方法，其中所述挤出物的预定切割温度低于30℃。
16、用于挤制的含水溶性多糖烟草烟雾过滤材料的后续处理装置，所述装置包括能在相当于挤出物离开挤出模的挤出速度下输送挤出物的输送装置、需要时能将挤出物加热以除去其中过量水分的装置、使挤出物成形的成形装置、冷却挤出物的冷却装置以及将成形的挤出物切割成过滤芯的长度、该长度的倍数或另外要求的长度的切割机。
17、根据权利要求16的装置，其中所述挤出物的输送装置包括挠性输送带。
18、根据权利要求17的装置，其中挠性输送带包括尺寸与成形的挤出物相同或更小或另定尺寸的凹槽，以便使所述挤出物成形。
19、根据权利要求16的装置，其中所述挤出物的输送装置是多孔输送带。
20、根据权利要求16的装置，其中所述挤出物的输送装置包括一系列的辊。
21、根据权利要求16-21中任一项的装置，其中所述挤出物的输送装置安装在所述成形装置的下游。
22、根据权利要求17的装置，其中装有一台或多台挤出物的输送装置。
23、根据权利要求16-22中任一项的装置，其中加热挤出物除去过量水分的装置选自热风鼓风机、微波加热器、红外线加热器、射频加热器或加热夹套中的一种或多种。
24、根据权利要求16-23中任一项的装置，其中所述成形装置包括带有凹槽或一个或多个孔的装置，这些孔的半径或直径沿着其路径逐渐缩小，以便使挤出物成形达到所需尺寸。
25、根据权利要求24的装置，其中所述成形装置包括下列部件之一：其孔逐渐缩小到所需圆周尺寸的金属模；附件和挠性带；一个或多个可控制温度的开槽辊，辊轴一端的凹槽朝向辊轴另一端呈逐渐缩小的辐射状；装有旋转整形模的组合式开槽双辊或真空成形装置。
26、根据权利要求24或25的装置，其中所述成形装置还包括冷却装置。
27、根据权利要求16-26中任一项的装置，其中所述切割机选自旋转切割机、往复式切割机、圆筒切割机、剪切机、激光切割机或在常规香烟和过滤嘴生产机器上所采用的切割装置。
28、根据权利要求16-27中任一项的装置，其中挤压机包括一套真空排气装置。
29、根据权利要求16-28中任一项的装置，其中所述冷却装置选自冷风鼓风机、冷却夹套或冷却成形模。
30、一种挤制的含水溶性多糖烟草烟雾过滤材料的后续处理方法，该方法基本上与本文图1中所描述的相同。
31、用于挤制的含水溶性多糖烟草烟雾过滤材料的后续处理装置，该装置基本上与本文图1所描述的相同。
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