CN104449586B - 一种可调控卷烟滤嘴烟气温度的有机/无机复合相变材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调控卷烟滤嘴烟气温度的有机/无机复合相变材料及其制备方法和应用，该复合相变材料由C₁₉～C₂₁的烷烃负载在膨胀石墨或多孔氧化硅颗粒上构成，其制备方法是将C₁₉～C₂₁的烷烃加热熔融后，加入膨胀石墨和/或多孔硅胶颗粒，充分搅拌，得到混合物，所得混合物在温度不高于25℃的条件下冷却结晶，即得；该制备方法原料易得、操作简单、低成本，制得的复合相变材料具有较高的相变潜热和热传导性能，将其添加在卷烟滤棒中可有效降低卷烟主流烟气的温度，且具有添加量少、降温效果明显的特点。

Description

一种可调控卷烟滤嘴烟气温度的有机/无机复合相变材料及 其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种可调控卷烟滤嘴烟气温度的复合相变材料及其制备方法和应用，属于卷烟技术领域。

背景技术

卷烟燃吸后产生的主流烟气气溶胶由气相和粒相两部分组成，烟气中粒相物质约占4.5％，气相物质中的水分和二氧化碳约占气相90％。卷烟滤嘴因为其对烟气粒相物的强过滤作用，可显著减少烟气中有害成分对人体健康的危害，并改善抽吸品质，在卷烟产品中得到了广泛的应用。滤嘴的作用是使烟气中的气溶胶颗粒经直接截留、惯性碰撞和扩散沉积而被过滤。而烟气温度对被拦截的气溶胶颗粒速度、小尺寸颗粒的重新凝聚、烟气物质小颗粒的冷凝沉积等具有重要的影响，是影响滤嘴截留效果的重要因素。

在卷烟抽吸过程中，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渐升高。前人的研究结果表明，在抽吸接近结束的前2-3口抽吸时，滤嘴端的烟气温度最高可达70℃～80℃，在深度抽吸模式下滤嘴端的烟气温度最高温度甚至达到了100℃左右，过高的滤嘴温度不仅影响滤嘴对烟气气溶胶颗粒物在滤嘴中的截留效果，同时也会影响消费者对烟气感官质量的认可度。所以，滤嘴中烟气温度分布调控对滤嘴截留效率和产品质量能够起到关键作用。

在ISO标准抽吸模式下，每口抽吸容量是35mL，卷烟滤嘴中每口35mL烟气从70℃降至30℃需释放1.57J热量。而相变材料在温度高于相变点时吸收热量而发生恒温相变(储能过程)，当温度下降，低于相变点时发生逆向相变(释放能量过程)，具有很强的储能和控温能力。如烷基相变材料，虽然具有相变功能，但是存在导热系数偏低，传热性能相对差，而吸热后变成液态，流动性大的问题，无法在生活实际中应用，应用受到局限。

发明内容

针对现有技术中卷烟滤嘴抽吸过程中由于烟气温度过高，导致滤嘴截留效率降低和烟的感官质量差等问题，本发明的目的是在于提供一种廉价、安全无害，且具有较高的相变潜热和热传导性能的适用于卷烟滤嘴的无机/有机复合相变材料。

本发明的另一个目的是在于提供一种原料易得、操作简单、低成本制备所述复合相变材料的方法，该方法完全满足工业化生产。

本发明的第三个目的是在于提供一种所述复合相变材料在卷烟中的应用，将所述复合相变材料添加在卷烟滤棒中可有效降低卷烟主流烟气的温度，且具有添加量少、降温效果明显的特点。

本发明提供了一种可调控卷烟滤嘴烟气温度的有机/无机复合相变材料，该有机/无机复合相变材料由C₁₉～C₂₁的烷烃负载在膨胀石墨和/或多孔硅胶颗粒表面构成；其中，各原料组分的质量百分比含量为：

C₁₉～C₂₁的烷烃70～96％；

膨胀石墨和/或多孔硅胶4～30％。

优选的有机/无机复合相变材料中C₁₉～C₂₁的烷烃为C₁₉～C₂₁的带支链或直链烷烃；最优选为C₁₉～C₂₁的直链烷烃。

本发明还提供了一种所述的有机/无机复合相变材料的制备方法，该方法是将C₁₉～C₂₁的烷烃加热熔融后，加入膨胀石墨和/或多孔硅胶颗粒，充分搅拌，得到混合物，所得混合物在温度不高于25℃的条件下冷却结晶，即得。

优选的制备方法中冷却结晶时间为2～4h。

本发明还提供了一种所述的复合相变材料的应用，该应用是将所述的有机/无机复合相变材料添加在卷烟滤棒中应用于降低卷烟主流烟气的温度。

本发明的应用方法还包括以下优选方案：

优选的方案中有机/无机复合相变材料在卷烟滤棒中的添加量为10～60mg/支；最优选为30～40mg/支。

优选的方案中复合相变材料添加在滤棒的靠烟丝端和/或靠近滤棒中间位置，或者混合在整个滤棒的纤维丝束中。

优选的应用方法中所述复合相变材料在制备滤嘴时进行添加。

本发明的有益效果：本发明采用的C₁₉～C₂₁的烷烃是一种优良的有机类相变材料，其熔化相变热约为240J/g，相变温度约为32℃，但是其在相变过程中存在导热系数偏低，传热性能相对差，而吸热后变成液态，流动性大的问题，限制了其应用。本发明首次将其与膨胀石墨和/或硅胶复合制备具有很高的相变潜热和合适的相变温度的有机/无机复合相变材料，有效地克服了C₁₉～C₂₁的烷烃在相变过程中存在的问题，并成功地将复合相变材料应用到卷烟领域中来。将本发明的复合相变材料添加在卷烟滤棒中能有效地将卷烟主流烟气温度控制在35℃左右。本发明复合相变材料的制备方法简单、原料易得、无需特殊设备、成本低、可工业化大生产。

附图说明

【图1】为实施例1制得的复合相变材料的DSC曲线。

【图2】为实施例1制得的复合相变材料对卷烟滤嘴烟气的影响关系曲线。

具体实施方式

以下实施例旨在进一步阐述本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。

实施例1

称取18.8g二十一烷(C₂₁H₄₄)加热至50℃熔融后，在搅拌条件下加入1.2g膨胀石墨进行等体积浸渍，最后在温度不高于25℃的条件下冷却结晶2小时，得20.0g有机无机复合相变材料，其中二十一烷的担载量为94％。该有机无机复合相变材料的相变热为156J/g，相变温度为32℃，其DSC曲线如图1所示。称取30mg/支复合相变材料制备复合滤嘴，在单孔道吸烟机上进行ISO模式抽吸(抽吸时间为2s，抽吸间隔为58s,每口抽吸容量为35mL)，同时以烟支气相温度检测仪在线检测滤嘴烟气温度。检测结果表明，与对照样相比，添加相变材料的复合滤嘴对烟气温度具有显著的降低作用，特别是抽吸的最后三口，从对照样的70℃降至35℃以下，如图2所示。

实施例2

称取16g二十一烷(C₂₁H₄₄)加热至50℃熔融后，在搅拌条件下加入4.0g硅胶颗粒(30-60目)进行等体积浸渍，最后在温度不高于25℃的条件下冷却结晶2小时，得20.0g有机无机复合相变材料，其中二十一烷的担载量为80％。该有机无机复合相变材料的相变热为128J/g，相变温度为33℃。称取40mg/支复合相变材料制备复合滤嘴，在单孔道吸烟机上进行ISO模式抽吸(抽吸时间为2s，抽吸间隔为58s,每口抽吸容量为35mL)，同时以烟支气相温度检测仪在线检测滤嘴烟气温度。检测结果表明，与对照样相比，添加相变材料的复合滤嘴对烟气温度具有显著的降低作用，特别是抽吸的最后三口，从对照样的70℃降至35℃以下。

实施例3

称取18g二十烷(C₂₀H₄₂)加热至50℃熔融后，在搅拌条件下加入2.0g膨胀石墨进行等体积浸渍，最后在温度不高于25℃的条件下冷却结晶2小时，得20.0g有机无机复合相变材料，其中二十一烷的担载量为90％。该有机无机复合相变材料的相变热为136J/g，相变温度为34℃。称取40mg/支复合相变材料制备复合滤嘴，在单孔道吸烟机上进行ISO模式抽吸(抽吸时间为2s，抽吸间隔为58s,每口抽吸容量为35mL)，同时以烟支气相温度检测仪在线检测滤嘴烟气温度。检测结果表明，与对照样相比，添加相变材料的复合滤嘴对烟气温度具有显著的降低作用，特别是抽吸的最后三口，从对照样的70℃降至35℃以下。

Claims (6)

1.一种有机/无机复合相变材料的应用，其特征在于，将所述的有机/无机复合相变材料添加在卷烟滤棒中应用于降低卷烟主流烟气的温度；

所述有机/无机复合相变材料由C₁₉～C₂₁的烷烃负载在膨胀石墨和/或多孔硅胶颗粒表面构成；其中，各原料组分的质量百分比含量为：

C₁₉～C₂₁的烷烃70～96％；

膨胀石墨和/或多孔硅胶4～30％。

2.如权利要求1所述的有机/无机复合相变材料的应用，其特征在于，所述的C₁₉～C₂₁的烷烃为C₁₉～C₂₁的带支链或直链烷烃。

3.如权利要求1所述的有机/无机复合相变材料的应用，其特征在于，所述的C₁₉～C₂₁的烷烃为C₁₉～C₂₁的直链烷烃。

4.如权利要求1所述的有机/无机复合相变材料应用，其特征在于，所述的有机/无机复合相变材料在卷烟滤棒中的添加量为10～60mg/支。

5.如权利要求4所述的有机/无机复合相变材料应用，其特征在于，所述的有机/无机复合相变材料在卷烟滤棒中的添加量为30～40mg/支。

6.如权利要求5所述的有机/无机复合相变材料应用，其特征在于，所述的复合相变材料添加在滤棒的靠烟丝端和/或靠近滤棒中间位置，或者混合在整个滤棒的纤维丝束中。