CN106701237A - 一种加热非燃烧烟草炭质供热材料成型加工工艺 - Google Patents

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Abstract

一种加热非燃烧烟草炭质供热材料成型加工工艺，包括备料、粉料预混、二次混配、压制成型、煅烧炭化工序，其特征在于：所用原料包括煅焦粉、氧化石墨粉、天然石墨经粉碎成粒径均匀的粉状物料，通过加入粘接剂混配，再进行压制成型在高温环境下煅烧炭化制成。本发明的优点在于：1、炭质供热材料易点燃，燃烧供热性能稳定；2、炭质供热材料的点燃时间、燃烧速率可调可控。通过改变炭质原料配方比例与压制成型条件，可方便地调节炭质供热材料的点燃时间、燃烧速率，满足不同加热非燃烧烟草的供热需求；3、加工工艺简单，无外污染源引入，加工能耗较低，易于实现规模化生产。

Description

一种加热非燃烧烟草炭质供热材料成型加工工艺
技术领域
本发明涉及一种加热非燃烧烟草炭质供热材料及其成型加工工艺。具体是将多种炭质材料，通过一定的设备和流程，在合适的工艺流程及设备工艺参数的控制下，获得性能优异的炭质供热材料，属于烟用材料生产技术领域。
背景技术
吸烟与健康是烟草行业当前面临的主要挑战之一。近年来，在世界卫生组织(WHO)、许多国家政府和各种反吸烟团体的积极推动下，全球性的反吸烟运动日益高涨，烟草行业受到的社会压力越来越大。我国烟草行业《卷烟危害性指标体系》项目的开展与应用推广，明确了通过CO、HCN、NNK、NH 、苯并[α ]芘(B[α]P)、苯酚、巴豆醛等7项指标来表征卷烟主流烟气的生物危害性，为系统开展卷烟减害研究提供了努力方向。影响健康的有害物质主要存在于卷烟烟气中，而卷烟烟气中的化学成分是经过一系列的化学和物理过程形成的，其化学物理过程包括烟草中挥发成分的蒸发和蒸馏过程、非挥发成分的热解过程、热解所形成焦的不完全燃烧过程及初始产物的二次反应，还包括阴燃和抽吸条件下的传递过程(质量，热量和动量)等变化，因此卷烟燃烧状态是发生何种化学物理过程的基础，通过调控卷烟燃烧状态可以实现从源头控制卷烟烟气中有害物质的释放量。尼古丁和多数烟草致香成分在200-500摄氏度就可以转移到烟气中，常规卷烟燃烧温度在800摄氏度以上，如果把卷烟受热温度降低到500摄氏度以下，烟气多种有害成分可以大幅度降低，同时香味成分受到的影响相对较小。因此，研究一种避免烟丝燃烧又满足消费者烟瘾需求的加热非燃烧卷烟吸烟装置非常有意义。
目前，市场出现了通过加热不燃烧烟草的方式向人体传送烟碱和香味的卷烟产品，其装填的是经过处理的烟草原料。这种卷烟采用“加热不燃烧”的方式。相关研究表明，在500℃以下的较低温度下，只加热但不燃烧烟草，烟碱和部分烟草香味成分就可将满足感和部分烟草香味传递给消费者，基本没有侧流烟气。与传统卷烟相比，加热非燃烧卷烟能够整体大幅度降低有害成分的释放量。目前，这类加热非燃烧烟草制品主要有电加热型烟草制品和炭加热型烟草制品。其中电加热型烟草制品以菲莫公司开发的Accord和Heatbar为代表，他们均由电加热器和配套卷烟两部分构成，消费者抽吸时需要在使用专门的电加热器进行抽吸，与传统卷烟抽吸方式存在较大差异，使用不便，消费者接受程度较低。炭加热型烟草制品以雷诺公司的Eclipse为代表，其通过炭质热源端的燃烧对填充的卷烟原料进行加热，在抽吸的作用下产生烟气，这种加热非燃烧卷烟不需要改变传统抽吸方式，因此其接受度要远远高于其他新型卷烟制品。随着该类产品的逐步出现，对炭质热源材料的需求也逐渐的加大，所以，炭质热源逐步应从实验室研制阶段，通过一定的工艺与设备的设计制造，向规模化产品制造发展，而炭质热源的加工工艺能够改善质量，节约成本，因此优化并规范炭质热源的加工工艺技术就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的正是基于上述应用背景和现有技术状况，提供一种炭质供热材料的成型加工工艺，成型后的供热材料不仅具有易点燃，燃烧持续时间可控和燃烧充分特点，而且产品质量稳定性好，加工工艺简单，设备制造难度小，无外污染源引入，整体能耗低，易于规模化生产。
本发明的目的是通过以下技术方案来使得：一种加热非燃烧烟草炭质供热材料成型加工工艺，包括备料、粉料预混、二次混配、压制成型、煅烧炭化工序，其中：
备料工序是将加工所用炭质原料分别粉碎，并筛分获得粒径均匀的粉状物料，分类放置待用，采用的炭质原料包括煅焦粉、氧化石墨粉、天然石墨粉中的两种或两种以上的组合；煅焦粉破碎筛分后的粒度范围控制在10-200微米，氧化石墨粉破碎筛分后的粒度范围控制在20-400微米，天然石墨粉破碎筛分后的粒度范围控制在10-400微米。
粉料预混工序是将备料工序获得的不同炭质原料，按照以下比例加入混合设备中，对粉料进行干混处理，煅焦粉质量比例为10-50%，氧化石墨粉质量比例为5-30%，天然石墨粉质量比例为30-85%；
二次混配工序，二次混配工序将预混后的粉料与粘结剂按一定比例充分搅拌、并混合均匀，粘接剂质量比例为5-15%；采用的粘结剂可为固相粘结剂，也可为液相粘结剂，固相粘结剂包括沥青粉、无机硅酸盐粘结剂以及有机高分子粘结剂，液相粘结剂包括淀粉胶黏剂、纤维素胶黏剂及木质素胶黏剂。
压制成型工序，是将混配后的干粉物料注入压制模具，进而压制成型为特定形态的炭质颗粒；压制方法包括热压成型方法或冷压成型方法，所用粘结剂为固相粘结剂时，采用热压成型方法对配料进行压制成型，热压条件为压力1-50MPa、温度300-850度、热压时间1-70小时，优选5-20小时；所用粘结剂为液相粘结剂时，采用冷压成型方法对配料进行压制成型，冷压条件为压力1-50MPa，压制时间为10-30分钟。
煅烧炭化工序，煅烧炭化工序是将成型的炭质颗粒在惰性气氛和高温环境下进行煅烧炭化，最终形成本发明的炭质供热材料，所述的惰性气氛为N2气氛或Ar气氛，煅烧温度为300-600度，煅烧时间为0.5-5小时。
本发明所提供的炭质供热材料及成型加工工艺优点在于：
1、炭质供热材料易点燃，燃烧供热性能稳定；
2、炭质供热材料的点燃时间、燃烧速率可调可控。通过改变炭质原料配方比例与压制成型条件，可方便地调节炭质供热材料的点燃时间、燃烧速率，满足不同加热非燃烧烟草的供热需求；
3、加工工艺简单，加工能耗较低，易于实现规模化生产。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明做进一步详细描述。
实施例1
将10%的粒度为20微米的煅焦粉，20%的粒度为50微米的氧化石墨粉，65%的粒度为100微米石墨粉以及5%的沥青粉混合均匀，在5MPa，450度下热压5小时，即获得所述的炭质供热块材料。直径5毫米的炭棒，点燃时间为3秒，燃烧速度为1分钟/厘米。
实施例2
将20%的粒度为50微米的煅焦粉，20%的粒度为90微米的氧化石墨粉，50%的粒度为200微米石墨粉以及10%的无机硅酸盐胶混合均匀，在10MPa，350度下热压15小时，即获得所述的炭质供热块材料。直径5毫米的炭棒，点燃时间为2秒，燃烧速度为1.5分钟/厘米。
实施例3
将30%的粒度为10微米的煅焦粉，30%的粒度为20微米的氧化石墨粉，30%的粒度为300微米石墨粉以及10%的高分子粘结剂混合均匀，在25MPa，550度下热压70小时，即获得所述的炭质供热块材料。直径5毫米的炭棒，点燃时间为1.5秒，燃烧速度为2分钟/厘米。
实施例4
将40%的粒度为200微米的煅焦粉，10%的粒度为100微米的氧化石墨粉，35%的粒度为300微米石墨粉以及15%的沥青粉混合均匀，在5MPa，800度下热压20小时，即获得所述的炭质供热块材料。直径5毫米的炭棒，点燃时间为2秒，燃烧速度为1分钟/厘米。
实施例5
将60%的粒度为100微米的煅焦粉，25%的粒度为50微米的氧化石墨粉以及15%的淀粉胶混合均匀，室温下，在30MPa压制20分钟，然后在N2气氛下，350度煅烧1小时，即获得所述的炭质供热块材料。直径5毫米的炭棒，点燃时间为2秒，燃烧速度为0.6分钟/厘米。

Claims (7)

1.一种加热非燃烧烟草炭质供热材料成型加工工艺，包括备料、粉料预混、二次混配、压制成型、煅烧炭化工序其特征在于：
所述备料工序是将加工所用炭质原料分别粉碎，并筛分获得粒径均匀的粉状物料，分类放置待用，采用的炭质原料包括煅焦粉、氧化石墨粉、天然石墨粉中的两种或两种以上的组合；
所述粉料预混工序是将备料工序获得的不同炭质原料，按照以下比例加入混合设备中，对粉料进行干混处理，煅焦粉质量比例为10-50%，氧化石墨粉质量比例为5-30%，天然石墨粉质量比例为30-85%；
所述二次混配工序，二次混配工序将预混后的粉料与粘结剂按一定比例充分搅拌、并混合均匀，粘接剂质量比例为5-15%；
所述压制成型工序，是将混配后的干粉物料注入压制模具，进而压制成型为特定形态的炭质颗粒；
所述煅烧炭化工序，煅烧炭化工序是将成型的炭质颗粒在惰性气氛和高温环境下进行煅烧炭化，最终形成本发明的炭质供热材料。
2.根据权利要求1所述的成型加工工艺，其特征在于：在备料工序，煅焦粉破碎筛分后的粒度范围控制在10-200微米，氧化石墨粉破碎筛分后的粒度范围控制在20-400微米，天然石墨粉破碎筛分后的粒度范围控制在10-400微米。
3.根据权利要求1所述的成型加工工艺，其特征在于：采用的粘结剂为固相粘结剂或液相粘结剂，固相粘结剂包括沥青粉、无机硅酸盐粘结剂以及有机高分子粘结剂，液相粘结剂包括淀粉胶黏剂、纤维素胶黏剂及木质素胶黏剂。
4.根据权利要求1所述的成型加工工艺，其特征在于：压制方法包括热压成型方法或冷压成型方法，采用的粘结剂为固相粘结剂时，采用热压成型方法对配料进行压制成型，热压条件为压力1-50MPa、温度300-850度、热压时间1-70小时；采用的粘结剂为液相粘结剂时，采用冷压成型方法对配料进行压制成型，冷压条件为压力1-50MPa，压制时间为10-30分钟。
5.根据权利要求4所述的成型加工工艺，其特征在于：热压时间为5-20小时。
6.根据权利要求1所述的成型加工工艺，其特征在于：在压制成型工序，采用的惰性气氛为N2气氛或Ar气氛，煅烧温度为300-600度，煅烧时间为0.5-5小时。
7.根据权利要求1所述的成型加工工艺，其特征在于：所述炭质供热材料成品形状为直径5毫米的炭棒。
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