CN101757891A - 一种天然植物炭化材料的制备方法及其在卷烟滤棒中的应用 - Google Patents
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Abstract
一种天然植物炭化材料的制备方法及其在卷烟滤棒中的应用，炭化材料的制备是将天然植物原料进行前处理后再进行炭化处理得到炭化材料。在卷烟滤棒中的应用是将粒径为20～60目的颗粒状炭化材料调节水分至含水率为6％～8％，然后将炭化材料均匀地撒在滤棒丝束上，通过卷烟滤棒成型设备加工制成卷烟滤棒；或者是将炭化材料粉碎至100目以下的粉状炭化材料，再将粉状炭化材料均匀地涂层在纸质嘴棒可涂布的纸滤棒芯纸上或均匀撒在纸滤棒芯纸上或烟用瓦楞滤嘴棒纸上，通过卷烟滤棒成型设备加工制成卷烟滤棒。本发明以天然植物为资源制作的炭化材料应用于卷烟滤棒，能有效降低卷烟烟气有害成分，且不影响中式卷烟产品的抽吸品质和风格特征。
Description
技术领域
本发明属于卷烟辅料制备技术领域，具体涉及应用于卷烟滤棒中的天然植物炭化材料的制备方法及在卷烟滤嘴中的应用。
技术背景
近几年来，随着吸烟与健康的问题不断凸现，“高香气、低焦油、低危害”已成为中式卷烟产品的发展方向，在《烟草控制框架公约》的推动下，自2005年后中国产卷烟的平均焦油量控制在12mg/支以内的要求，进一步促进了卷烟产品向低焦油方向发展。
作为低焦油卷烟产品开发的重要手段，活性炭复合嘴棒在国内外已成为应用最为广泛的过滤材料之一。在国外，低焦油卷烟的滤嘴中通常采用活性炭进行过滤和吸附，如世界性的卷烟品牌“SuperLight 555”和日本“柔和七星”等，主要通过在嘴棒中加入活性炭材料并制作成二元或三元复合滤棒来提高滤棒对卷烟主流烟气的过滤效率，从而降低卷烟焦油、达到减少卷烟对人体危害的目的。在国内，由于受中式卷烟产品抽吸品质和风格特征的影响，现有成熟的活性炭复合滤棒在卷烟中应用也相对较少，已形成一定生产规模的仅有北京卷烟厂低焦油“中南海”等少数几个卷烟牌号。
目前，一般卷烟滤棒中添加的活性炭为果壳和木质，由于其本身原料及制造工艺，其制备的复合滤棒在卷烟中应用后或多或少都会给烟气带来一些“炭”味，与中式卷烟产品的抽吸品质和风格特征带来较大差异，进而制约了其在中式卷烟滤棒中的应用。为进一步开发适合中式卷烟发展需要的复合卷烟滤棒，中国专利CN1883320A公开了“一种含有天然提取物的加料活性炭制备方法及应用”，以活性炭为载体，选择与烟草具有亲缘关系的植物，提取其中的有效成分施加到活性炭上制成加料活性炭，并应用到活性炭滤棒中，以掩盖“炭”味给烟气带来的不良吸味。但由于该类活性炭材料质地坚硬，容易在滤棒成型后的分切及卷烟卷制分切过程中造成分切刀片磨损较大、切磨出的炭粉容易污染滤棒，设备维护费用增大。同时，活性炭通过加料处理会进一步增加卷烟滤棒的制造成本，也不利于其在卷烟产品中的应用。专利CN101103845A公开了“一种新型卷烟滤棒用过滤材料及其制备方法”，以烟梗制备的颗粒材料为基础，均匀撒在滤棒丝束上制成复合滤棒来降低烟气中的焦油量和烟碱含量；专利CN101347266A公开了“一种卷烟过滤材料的制备方法”，以灯芯草为原料，通过载重处理、干燥、造粒等工艺形成卷烟吸附颗粒，应用于卷烟嘴棒中制备成复合滤棒。该类方法主要依赖于天然植物资源制备的颗粒材料自身的表面物理化学性状对烟气进行过滤、吸附，并且对烟气气溶胶主要通过绕流形成拦截，对卷烟烟气有害成分的选择性吸附和过滤能力往往具有一定的局限性。
因此，筛选与烟草品质特性相近的天然植物资源，经适宜工艺对天然植物材料微观物理结构和相关化学基团改性进行处理，制备成具有一定通透性、比表面积大和吸附性能强且不影响卷烟抽吸品质的炭化材料应用于卷烟滤棒，对烟气有害成分选择性截流、改善烟支抽吸品质及促进卷烟产品减害降焦具有重要的发展前景和意义。
发明内容
本发明的目的在于针对目前卷烟滤棒中活性炭、天然植物颗粒应用存在的缺陷，以与烟草品质特性相近的天然植物为资源，开发具有一定通透性、比表面积大、吸附性能强且不影响卷烟抽吸品质的炭化材料应用于卷烟滤棒，达到有效降低卷烟烟气有害成分，同时不影响中式卷烟产品的抽吸品质和风格特征。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的。
一种天然植物炭化材料的制备方法，其方法步骤为：
①将天然植物原料进行前处理：将原料进行清选，控制原料水分为6～18％，粉碎，筛分；
②炭化处理：将炭化原料放入密闭的容器中，依次在温度为120℃～160℃、200℃～260℃、280℃～320℃三个温度段进行预热，每段的预热时间为30min～160min，然后将炭化原料加热到低温段400℃～500℃或中温段600℃～700℃或高温段900℃～1000℃，进行60min～120min炭化，之后在绝氧状态下冷却至常温，得到炭化材料。
本发明上述步骤①所述筛分，其筛分范围是15～50目的物料。
本发明将上述将步骤②得到的炭化材料进行筛分，筛分出粒径为20～60目的颗粒状炭化材料。
本发明所述的天然植物原料为烟梗、烟杆、茶饼、毛竹、山毛榉中的一种或几种。
本发明在将天然植物原料进行前处理之前，采用微波膨胀或溶剂膨胀方法对天然植物原料进行膨胀后自然醇化。
本发明的制备方法，烟梗、烟杆、茶饼原料选择低温段400℃～500℃进行炭化处理，毛竹选择中温段600℃～700℃进行炭化处理，山毛榉原料选择高温段900℃～1000℃进行炭化处理。
将本发明制备的天然植物炭化材料应用于卷烟滤棒中，是将粒径为20～60目的颗粒状炭化材料喷施水蒸气或喷洒去离子水调节水分至含水率为6％～8％；然后将炭化材料均匀地撒在滤棒丝束上，通过卷烟滤棒成型设备加工制备成卷烟滤棒。
将本发明制备的天然植物炭化材料应用于卷烟滤棒中，还可以是将炭化材料粉碎至100目以下的粉状炭化材料，再将粉状炭化材料均匀地涂层在纸质嘴棒可涂布的纸滤棒芯纸上或均匀撒在纸滤棒芯纸上或烟用瓦楞滤嘴棒纸上，通过卷烟滤棒成型设备加工制备成卷烟滤棒。
本发明具有以下优点：
(1)天然植物原料经适当炭化处理后，能大大增强炭化材料孔隙结构间的通透性和材料的比表面积，进而有利于提升其对卷烟烟气成分的有效过滤、吸附能力。
(2)炭化材料的制备不需经过酸洗、水洗等复杂工序进行处理，大大简化了制备工艺，并且避免了酸洗、水洗过程中对炭化材料结构的重复破坏，造成得率降低。
(3)制备的炭化材料质地相对松软，容易在滤棒成型后及卷烟卷制过程中进行分切，有利于降低分切刀片之间的磨损和设备维护费用。
(4)所筛选的炭化原料来自纯天然植物，在结构和品质特性方面与烟草相近，有利于减小与卷烟抽吸品质和风格特征之间的差异。
具体实施方式
下面以实例进一步说明本发明的内容，但本发明的内容并不限于此，也不以任何方式对本发明加以限制。
实施例1：
(1)选用烟杆为原料，清水泡后去除烟杆表皮及中心的囊状物，然后清洗干净、晾干，将水分控制在16％～18％进行初切，长度控制在不超过2cm；然后采用破碎机对初切的原料进行破碎和筛分，选取粒级在15～50目之间的颗粒物料为炭化原料；
(2)将合格炭化原料放入密闭的容器中进行炭化。依次在150℃、200℃、300℃对炭化原料预热40min～45min。然后将炭化原料加热至低温段450℃～500℃，保温95min～100min，然后采用自然冷却的方式冷却至室温，得到炭化材料；
(3)将得到的炭化材料进行筛分，筛分出粒径为20～60目的颗粒状炭化材料；
(4)对炭化材料进行水分检测及调节，通过喷施水蒸气或喷洒去离子水调节水分至不低于6％；
(5)然后将炭化材料均匀地撒在滤棒丝束上，通过卷烟滤棒成型设备加工制备成卷烟滤棒，并应用于卷烟产品中进行评价，结果见表1、表2。
从表中结果可以看出，与普通未加入活性炭的滤嘴对照相比，该炭化材料在卷烟烟气指标方面，有利于降低烟气焦油量；而在感官质量方面，有利于提升香气质感、细腻性、烟气的柔和性，且对杂气和刺激略有降低。
实施例2：
(1)选用烟梗为原料，采用微波膨胀或溶剂膨胀方法对其进行膨胀后自然醇化，然后将水分调节至15％左右进行破碎和筛分，选取粒级在20～40目之间的颗粒物料为炭化原料；
(2)将炭化原料放入密闭的容器中进行炭化，依次在150℃、200℃、300℃对炭化原料预热30min～35min。然后将炭化原料加热至低温段400℃，保温60min～65min，然后采用自然冷却的方式冷却至室温，得到炭化材料；
(3)将炭化材料粉碎成20～60目的粉状炭化材料；
(4)将所得粉状炭化材料均匀地涂层在纸质嘴棒可涂布的纸滤棒芯纸上或烟用瓦楞滤嘴棒纸上，或均匀撒在纸滤棒芯纸上，通过卷烟滤棒成型设备加工制备成卷烟滤棒，应用于卷烟产品中进行评价，结果见表1、表2。
从表中结果可以看出，与普通未加入活性炭的滤嘴对照相比，该炭化材料在烟气指标方面，有利于降低卷烟烟气焦油量和一氧化碳含量；而在感官质量方面，有利于提升香气质感、细腻性、烟气的柔和性，且对杂气和刺激稍有改善。
实施例3：
(1)选用茶饼为原料，清洗后将水分控制在6％，然后采用破碎机对初切的原料进行破碎和筛分，选取粒级在15～50目之间的颗粒物料为炭化原料；
(2)将炭化原料放入密闭的容器中进行炭化，依次在120℃、200℃、280℃对炭化原料预热30min～35min。然后将炭化原料加热至低温段400℃～450℃，保温60min～65min，然后采用强制冷却方式冷却至室温，得到炭化材料；
(3)将得到的炭化材料进行筛分，筛分出粒径为30～60目的颗粒状炭化材料；
(4)将炭化材料进行水分检测及调节，喷洒去离子水使水分控制在不超过8％，然后均匀添加到滤棒丝束上进行成型，制备成二元复合卷烟滤棒，并应用于卷烟产品中进行评价，结果见表1、表2。
从表中结果可以看出，与普通未加入活性炭的滤嘴对照相比，该炭化材料在烟气指标方面，有利于降低卷烟焦油和一氧化碳含量；而在感官质量方面，香气质感、细腻性、烟气的柔和性、协调性有所提升。
实施例4：
(1)选用毛竹为原料，去除表皮杂质后将水分控制在12％进行初切，长度控制在不超过2cm，然后采用破碎机对初切的原料进行破碎和筛分，选取粒级在15～50目之间的颗粒物料为炭化原料；
(2)将炭化原料放入密闭的容器中进行炭化，依次在160℃、260℃、320℃对炭化原料预热155min～160min。然后将炭化原料加热至中温段600℃～650℃，保温120min，然后采用强制冷却方式冷却至室温，得到炭化材料；
(3)将得到的炭化材料进行筛分，筛分出粒径为40～50目的颗粒状炭化材料；
(4)将炭化材料进行水分检测及调节，通过喷施水蒸气使水分控制在7％左右，然后按所需比例均匀添加到滤棒丝束上进行成型，制备成二元复合卷烟滤棒，并应用于卷烟产品中进行评价，结果见表1、表2。
从表中结果可以看出，与普通未加入活性炭的滤嘴对照相比，该炭化材料在烟气指标方面，有利于降低卷烟焦油和一氧化碳含量；而在感官质量方面，香气质感、细腻性、烟气的柔和性、协调性明显提升。
实施例5：
(1)选用毛竹为原料，去除表皮杂质后将水分控制在14％进行初切，长度控制在不超过2cm，然后采用破碎机对初切的原料进行破碎和筛分，选取粒级在15～50目之间的颗粒物料为炭化原料；
(2)将炭化原料放入密闭的容器中进行炭化，依次在160℃、260℃、320℃对炭化原料预热155min～160min。然后将炭化原料加热至中温段650℃～700℃，保温100min，然后采用强制冷却方式冷却至室温，得到炭化材料；
(3)将得到的炭化材料进行筛分，筛分出粒径为40～50目的颗粒状炭化材料；
(4)将炭化材料进行水分检测及调节，通过喷施水蒸气使水分控制在7％～8％，然后按所需比例均匀添加到滤棒丝束上进行成型，制备成二元复合卷烟滤棒，并应用于卷烟产品中进行评价，结果见表1、表2。
从表中结果可以看出，与普通未加入活性炭的滤嘴对照相比，该炭化材料在烟气指标方面，有利于降低卷烟焦油和一氧化碳含量；而在感官质量方面，香气质感、细腻性、烟气的柔和性、协调性明显提升。
实施例6：
(1)选用山毛榉为原料，去除表皮杂质后将水分控制在15％进行初切，长度控制在不超过2cm，然后采用破碎机对初切的原料进行破碎和筛分，选取粒级在15～50目之间的颗粒物料为炭化原料；
(2)将炭化原料放入密闭的容器中进行炭化，依次在150℃、250℃、320℃对炭化原料预热125min左右。然后将炭化原料加热至高温段900℃～950℃，保温115mi n，然后采用强制冷却方式冷却至室温，得到炭化材料；
(3)将得到的炭化材料进行筛分，筛分出粒径为30～60目的颗粒状炭化材料；
(4)将炭化材料进行水分检测及调节，喷洒去离子水使水分控制在6％～7％左右，然后均匀添加到滤棒丝束上进行成型，制备成二元复合卷烟滤棒，并应用于卷烟产品中进行评价，结果见表1、表2。
从表中结果可以看出，与普通未加入活性炭的滤嘴对照相比，该炭化材料在烟气指标方面，有利于降低卷烟焦油和一氧化碳含量；而在感官质量方面，香气细腻性、烟气的柔和性、协调性有所提升。
实施例7：
(1)选用山毛榉为原料，去除表皮杂质后将水分控制在16％进行初切，长度控制在不超过2cm，然后采用破碎机对初切的原料进行破碎和筛分，选取粒级在15～50目之间的颗粒物料为炭化原料；
(2)将炭化原料放入密闭的容器中进行炭化，依次在150℃、250℃、320℃对炭化原料预热125min左右。然后将炭化原料加热至高温段950℃～1000℃，保温120mi n，然后采用强制冷却方式冷却至室温，得到炭化材料；
(3)将得到的炭化材料进行筛分，筛分出粒径为30～60目的颗粒状炭化材料；
(4)将炭化材料进行水分检测及调节，喷洒去离子水使水分控制在8％左右，然后均匀添加到滤棒丝束上进行成型，制备成二元复合卷烟滤棒，并应用于卷烟产品中进行评价，结果见表1、表2。
从表中结果可以看出，与普通未加入活性炭的滤嘴对照相比，该炭化材料在烟气指标方面，有利于降低卷烟焦油和一氧化碳含量；而在感官质量方面，香气细腻性、烟气的柔和性、协调性有所提升。
表1 天然植物炭化材料复合滤棒应用于卷烟中的烟气指标检测结果
总粒相物 焦油量 烟碱量 一氧化碳 水分 抽吸口数
样品名称
(mg/支) (mg/支) (mg/支) (mg/支) (mg/支) (口/支)
对照
16.58 13.68 1.32 13.26 1.58 8.7
(未加活性炭)
烟杆 15.30 12.56 1.23 13.15 1.51 9.0
烟梗 15.11 12.40 1.20 12.66 1.51 8.9
茶饼 15.26 12.54 1.22 12.56 1.50 9.0
毛竹 15.20 12.47 1.21 12.18 1.52 8.8
山毛榉 15.23 12.50 1.22 12.39 1.51 9.4
表2 试验样品感官质量评价结果
样品名称 感官质量描述
对照
香气透发、尚细腻，烟气略粗，尚协调，略有杂气和刺激，余味干净
(未加活性炭)
香气透发、细腻，烟气柔和，较协调，微有杂气和刺激，余味干净，保持风格
烟杆
特征不变
香气透发、细腻，烟气柔和，较协调，微有杂气和刺激，余味干净，保持风格
烟梗
特征不变
香气透发、细腻，烟气柔和，较协调，微有杂气和刺激，余味干净，保持风格
茶饼
特征不变
香气透发、细腻，烟气柔和，尚协调，微有杂气和刺激，余味干净，保持风格
毛竹
特征不变
香气透发、细腻，烟气柔和，较协调，微有杂气和刺激，喉部微有干燥感，余
山毛榉
味干净。
Claims (9)
1.一种天然植物炭化材料的制备方法，其特征在于：
①将天然植物原料进行前处理：将原料进行清选，控制原料水分为6～18％，粉碎，筛分；
②炭化处理：将炭化原料放入密闭的容器中，依次在温度为120℃～160℃、200℃～260℃、280℃～320℃三个温度段进行预热，然后将预热后的原料加热到低温段400℃～500℃或中温段600℃～700℃或高温段900℃～1000℃，进行炭化，之后在绝氧状态下冷却至常温，得到炭化材料。
2.根据权利要求1所述的一种天然植物炭化材料的制备方法，其特征在于：步骤①所述的筛分范围为15～50目。
3.根据权利要求1所述的一种天然植物炭化材料的制备方法，其特征在于：将步骤②得到的炭化材料进行筛分，筛分出粒径为20～60目的颗粒状炭化材料。
4.根据权利要求1所述的一种天然植物炭化材料的制备方法，其特征在于：将步骤②所述的预热为每温度段预热30min～160min，炭化的时间为60min～120min。
5.根据权利要求1所述的一种天然植物炭化材料的制备方法，其特征在于：所述的天然植物原料为烟梗、烟杆、茶饼、毛竹、山毛榉中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种天然植物炭化材料的制备方法，其特征在于：将天然植物原料进行前处理之前，采用微波膨胀或溶剂膨胀方法对天然植物原料进行膨胀后自然醇化。
7.根据权利要求3所述的一种天然植物炭化材料的制备方法，其特征在于：烟梗、烟杆、茶饼原料选择低温段400℃～500℃进行炭化处理，毛竹选择中温段600℃～700℃之间进行炭化处理，山毛榉原料选择高温段900℃～1000℃进行炭化处理。
8.天然植物炭化材料在卷烟滤棒中的应用，其特征在于：将粒径为20～60目的颗粒状炭化材料调节水分至含水率为6％～8％，然后将炭化材料均匀地撒在滤棒丝束上，通过卷烟滤棒成型设备加工制备成卷烟滤棒。
9.天然植物炭化材料在卷烟滤棒中的应用，其特征在于：将炭化材料粉碎至100目以下的粉状炭化材料，再将粉状炭化材料均匀地涂层在纸质嘴棒可涂布的纸滤棒芯纸上或均匀撒在纸滤棒芯纸上或烟用瓦楞滤嘴棒纸上，通过卷烟滤棒成型设备加工制备成卷烟滤棒。
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