CN105614955B - 一种多孔碳质热源材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多孔碳质热源材料的制备方法，利用混合机将各组分和水进行初混，然后送入螺杆挤出机中继续混合，同时将发泡剂CO₂注入螺杆挤出机，发泡后挤出成型，再经干燥切割，得到多孔碳质热源材料。本发明碳质热源的多孔特性使其较易引燃、燃烧充分且热流传递顺畅，避免了复杂的纵向通道设计带来的加工成型的困难以及力学强度的降低。

Description

一种多孔碳质热源材料的制备方法

一、技术领域

本发明涉及一种卷烟用热源材料的制备方法，具体地说是一种多孔碳质热源材料的制备方法，可用于低温卷烟，属于新型烟草制品领域。

二、背景技术

低温加热型卷烟一般是通过加热不燃烧烟草的方式将满足感和烟草香味传递给消费者，其外观与消费方式上也与传统卷烟相似，在一定程度上适应和满足了消费者的生理需要和心理需求。这种“加热不燃烧”的方式，使烟草只在较低的温度下(理想温度区间450-550℃)被加热，避免了烟草燃烧时高温环境导致的大量有害化合物生成，而且由于基本没有侧流烟气，不会产生二手烟气，不会对公共环境产生影响，在一定程度上缓解了吸烟和公共场所禁烟的矛盾。

低温加热型卷烟的实现方式一般是将烟草与热源材料在物理上分离，因此，热源材料是其设计的核心。其中，碳质热源材料因具有安全稳定、快捷高效、价格低廉等优点，已成为低温卷烟的主要热源之一。现有的碳质热源经常设置多个纵向通道(CN102458165A，US4881556，CN101420876A，CN89104936.3，CN1100453A、CN103263084A等)，以提高其引燃性、燃烧充分性以及热量传递效率，但复杂的物理结构给材料加工带来了难度，也降低了材料的力学强度，进而降低了加工耐受性和耐热塌缩性。CN103233295A和CN103263077A提出了一种使用钙盐交联碳质热源材料的方法，其制备的材料结构疏松，存在间隙，热气流可顺利通过，且交联固化的网状结构能够提高力学强度以及耐热塌缩性，但使用的碳粉尺寸过大，对材料燃烧性以及力学强度势必有较大损伤。CN 104432538 A提出了将生物质/金属离子进行水热碳化，并经高温处理后，得到孔道发达的碳材料。CN 105212275 A提出了将生物质和金属离子凝胶化后，经冷冻、干燥、高温碳化，得到多孔碳材料。但这两种方法制备工艺繁琐，能耗高。

三、发明内容

为克服现有碳质热源材料所存在的上述缺陷，本发明提供了一种多孔碳质热源材料的制备方法，利用挤出发泡技术，制备出易引燃、低收缩、低CO释放量以及热流传输通畅的碳质热源材料。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种多孔碳质热源材料的制备方法，包括如下步骤：

利用混合机将碳质热源各组分和水进行初混，然后送入螺杆挤出机中继续混合，同时将发泡剂CO₂注入螺杆挤出机，发泡后挤出成型，再经干燥切割，得到多孔碳质热源材料。

所述水用量为碳质热源各组分总质量的0.5～1.5倍。

螺杆挤出机工艺参数设置为：温度为25-35℃，螺杆转速为100-200转/分。

发泡剂CO₂的注入流量为5-20mL/min。

所述多孔碳质热源材料的各组分按质量百分比构成如下：

所述碳粉由木炭粉和竹炭粉按质量比为3：1组成，尺寸为2-30μm。

所述粘结材料由海藻酸钾和海藻酸钠按质量比2：1组成。

所述无机晶须材料为氧化镁晶须、氧化铝晶须、碳酸镁晶须、碳酸钙晶须、硫酸钙晶须、碱式硫酸镁晶须、钛酸钾晶须中的至少一种，用以提高碳质热源加工性能、力学强度和耐热塌缩脱落性；所述晶须长度为10-30μm，直径为0.1-10μm；长径比≥30。

所述助燃剂由高锰酸钾、硝酸钾、碳酸钾和碳酸钠按质量比为2：1：4：3组成，用以提高碳质热源的引燃性、降低CO释放量。

所述催化剂为纳米氧化铁和纳米氧化镧按质量比为1：1组成，用以将CO转化为CO₂，从而降低CO释放量。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明碳质热源的多孔特性使其较易引燃、燃烧充分且热流传递顺畅，从而避免了复杂的纵向通道带来的加工成型的困难以及力学强度的降低。

2、本发明无机晶须材料的加入，可以有效提高热源材料力学强度，同时将其受热时的变形率降至最低，显著提高耐热缩性。

3、本发明竹炭粉的使用可以赋予热源燃烧时释放竹炭香味。

4、本发明多孔碳质热源材料生成周期短、效率高、成本低。

以下通过具体实施方式对本发明作进一步说明。

四、具体实施方式

实施例1：

本实施例中多孔碳质热源材料的各组分构成如下：

将上述原料和60g水进行初混，然后送入螺杆挤出机中继续混合，同时将发泡剂CO₂注入挤出机，发泡后挤出成型，再经干燥切割，得到多孔碳质热源材料。

螺杆工艺参数设置为：温度为25-35℃，螺杆转速为100转/分。

发泡剂CO₂的注入流量为6mL/min。

实施例2：

本实施例中多孔碳质热源材料的各组分构成如下：

将上述原料和100g水进行初混，然后送入螺杆挤出机中继续混合，同时将发泡剂CO₂注入挤出机，发泡后挤出成型，再经干燥切割，得到多孔碳质热源材料。

螺杆工艺参数设置为：温度为25-35℃，螺杆转速为150转/分。

发泡剂CO₂的注入流量为10mL/min。

实施例3：

本实施例中多孔碳质热源材料的各组分构成如下：

将上述原料和130g水进行初混，然后送入螺杆挤出机中继续混合，同时将发泡剂CO₂注入挤出机，发泡后挤出成型，再经干燥切割，得到多孔碳质热源材料。

螺杆工艺参数设置为：温度为25-35℃，螺杆转速为180转/分。

发泡剂CO₂的注入流量为16mL/min。

将实施例1、实施例2和实施例3制备的碳质热源进行引燃性、CO释放量以及燃烧收缩率三个指标的评价，结果见表1。

从表1可以看出，本发明所制备的碳质热源的引燃温度、CO释放量以及收缩率均优于某市售产品。其中，引燃温度依据热重切线法确定，CO释放量才用稳态管式炉实验平台测定，收缩率直接用游标卡尺度量。

表1各实施例与某市售产品的引燃性、CO释放量以及收缩率对比

样品	引燃温度(℃)	CO释放量(mg/g)	收缩率
				某市售产品	226	6.8	30％
实施例1	216	5	8％
				实施例2	208	5.6	5％
实施例3	220	5.9	9％

Claims (4)

1.一种多孔碳质热源材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

利用混合机将各组分和水进行初混，然后送入螺杆挤出机中继续混合，同时将发泡剂CO₂注入螺杆挤出机，发泡后挤出成型，再经干燥切割，得到多孔碳质热源材料；

所述各组分按质量百分比构成如下：

所述碳粉由木炭粉和竹炭粉按质量比为3：1组成，尺寸为2-30μm；

所述粘结材料由海藻酸钾和海藻酸钠按质量比2：1组成；

所述无机晶须材料为氧化镁晶须、氧化铝晶须、碳酸镁晶须、碳酸钙晶须、硫酸钙晶须、碱式硫酸镁晶须、钛酸钾晶须中的至少一种；晶须长度为10-30μm，直径为0.1-10μm，长径比≥30；

所述助燃剂由高锰酸钾、硝酸钾、碳酸钾和碳酸钠按质量比为2：1：4：3组成；

所述催化剂为纳米氧化铁和纳米氧化镧按质量比为1：1组成。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

水的添加量为碳质热源各组分总质量的0.5-1.5倍。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

螺杆挤出机工艺参数设置为：温度为25-35℃，螺杆转速为100-200转/分。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

发泡剂CO₂的注入流量为5-20mL/min。