CN107772531A - 一种植物多糖基气凝胶香烟过滤嘴的制造工艺及装备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中式卷烟的香烟过滤嘴或过滤嘴棒的制造工艺，具体步骤为：a.将制备香烟过滤嘴的原料配成胶液，并将胶液注入管状模具中，之后通过传送装置依次将载有胶液的管状模具经隧道输送通过冷却熟化间和预冻结固化间进行熟化和冻结固化；b.将充分冻结固化后的胶液进行脱模处理，脱模后的胶棒随后送入深冻间进一步冻结，深冻后的半成品再送入真空冷冻干燥舱中进行干燥；最后将干燥后的半成品在嘴棒卷制机中包封成形纸定型即得所述香烟过滤嘴，以及将所述香烟过滤嘴切成预定长度的过滤嘴棒；所制备的香烟过滤嘴或过滤嘴棒具有较好生物降解性，28d内的降解率达到65％，适合大规模工业生产。

Description

一种植物多糖基气凝胶香烟过滤嘴的制造工艺及装备
技术领域
本发明属于香烟过滤嘴棒或多段过滤嘴制造技术领域，具体涉及一种植物多糖基气凝胶香烟过滤嘴的制造工艺及装备。
背景技术
卷烟的生产已有数百年的历史，吸烟是一个危害人类健康的主要问题，已经证实许多疾病和吸烟都有着密切的联系，例如心脑血管和肺部疾病。但在世界范围内无法全面禁烟，因此努力地降低卷烟中的有毒有害成分来减少香烟对人们的危害已经成为了一种迫不得已的手段。香烟过滤嘴作为吸烟者与主流烟气之间的桥梁，不仅起到装饰作用，更重要的是能够减少吸烟时入口的烟雾、焦油和燃烧时产生的悬浮粒子，亦可减少烟的有害性。1930年，以棉花作为滤材的首个卷烟过滤嘴棒问世，直到后来醋酸纤维嘴棒的出现，由于其综合性能良好，卷烟过滤嘴才得到人们的认可和青睐。发展至今，香烟过滤嘴的原料主要采用醋酸纤维材料和聚丙烯纤维。在已知的方法中，CN104585878、CN1826061A、CN106102486等专利利用醋酸纤维或/和聚丙烯纤维的丝束捆通过喷嘴压缩捆包的形式将其提供给滤芯卷绕机，再在滤芯上包上一层或多层材料用于增强过滤嘴性能。但是这两种纤维材料都难以生物降解，对环境造成污染。近年来，也有些专利如CN1399923A、CN104905409A等是将甲壳质、玉米淀粉等天然材料添加入醋酸纤维中做香烟过滤嘴，这些天然材料的添加可以有效提高香烟过滤嘴的吸附性能同时还能提高其生物降解性，但依旧不能使过滤嘴完全降解。对比本专利申请人原专利CN102423132A文件是以魔芋多糖为基料制成的香烟过滤嘴，该方法得到的气凝胶嘴棒由于是天然多糖为主材料因此生物降解性能较好，可以自然降解,对环境不会造成污，且滤嘴过滤综合性能较好，但该专利没有提出特定的生产工艺装备方案，无法进行大规模的工业化生产。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种可完全生物降解的新型香烟过滤嘴或过滤嘴棒及其连续化工业生产的生产方法和工艺装备。该工艺将原料胶液(液体)灌入管道模具进入低温环境，离开模具即实现冻结(固体)成型，中间过程无任何有机溶剂添加，安全环保，且工艺设备简单、能够实现大规模的连续化生产。
为了解决上述问题，本发明采取的技术方案为：
一种中式卷烟的香烟过滤嘴(20)或过滤嘴棒(21)的制造工艺，具体步骤为：a.将制备香烟过滤嘴的原料配成胶液，并将胶液注入管状模具(9)中，之后通过传送装置(10)依次将载有胶液的管状模具(9)经隧道输送通过冷却熟化间(16a)和预冻结固化间(16b)进行熟化和冻结固化；b.将充分冻结固化后的胶液进行脱模处理，脱模后的胶棒随后送入深冻间(18a)进一步冻结，深冻后的半成品再送入真空冷冻干燥舱(18b)中进行干燥；最后将干燥后的半成品在嘴棒卷制机(19)中包封成形纸定型即得所述香烟过滤嘴(20)，以及将所述香烟过滤嘴(20)切成预定长度的过滤嘴棒(21)。
其中，所述胶液是由魔芋粉和/或其他天然多糖、蛋白质与水混合配置而成；其中，所述其他天然多糖为淀粉、纤维素或壳聚糖中的一种或多种，所述蛋白质为大豆蛋白、胶原蛋白中的一种或多种。
所述胶液配置是在配料罐(7)中配制，配制后利用泵(4)将胶液通过导管(5)抽到多头定量灌注头(8)中，然后再将胶液灌注入到管状模具(9)中。
所述灌注时将多头定量灌注头(8)插入管状模具(9)底部,在灌注过程中，边灌注边抬高灌注头(8)同时保证灌注头(8)在液面以下，当胶液量达到管状模具(9)规定值后停止出料并退出，使管状模具(9)中胶液分布均匀且无气泡产生。
所述传送装置(10)的传送速度为匀速传送，冷却熟化间(16a)内温度为0℃到4℃，预冻结固化间(16b)内温度为-5℃到-20℃。
所述脱模具体为:利用活塞棒(15)将冻结固化后的胶液顶推,使之从预冻结固化间(16b)底部脱模，落到托盘(17)中，之后送入深冻间(18a)进一步冻结。
所述深冻间(18a)的温度为-20℃到-45℃，真空冷冻干燥舱(18b)的温度为-40℃到-60℃，真空度为2-15Pa。
另外，本发明还要求保护一种中式卷烟的新型香烟过滤嘴(20)或过滤嘴棒(21)，它是按照上述制造工艺制成的，并且该香烟过滤嘴或过滤嘴棒是被至少一种包封材料包住，该包封材料具有可压缩和/或弹性，并且基本上不透烟气或者完全不透烟气的特性，所述包封材料为滤嘴棒成型纸。
本发明还要求保护一种用于生产上述中式卷烟的新型香烟过滤嘴(20)或过滤嘴棒(21)的装置，所述装置包括配料单元(1)，注模、熟化、预冻结、脱模单元(2)，深冻、真空冷冻干燥、包装单元(3)；其中，所述配料单元(1)包括配料罐(7)、进料管(6)、泵(4)、料液导管(5)、多头定量灌注头(8)和管状模具(9)，所述注模、熟化、预冻结、脱模单元(2)包括：传送装置(10)、冷却熟化间(16a)、预冻结固化间(16b)、脱模机(14)和活塞棒(15)，所述深冻、真空冷冻干燥、包装单元(3)包括：托盘(17)、深冻间(18a)、真空冷冻干燥舱(18b)和嘴棒卷制机(19)。
其中，所述配料单元(1)的具体操作为：将胶液在配料罐(7)中配制，配制后利用泵(4)将胶液通过导管(5)抽到多头定量灌注头(8)中，然后再将胶液灌注入到管状模具(9)中；所述注模、熟化、预冻结、脱模单元(2)的具体操作为：首先，将多头定量灌注头(8)插入管状模具(9)底部,边灌注边抬高灌注头(8)同时保证灌注头(8)在液面以下，当胶液量达到管状模具(9)的规定值后停止出料并退出，使管状模具(9)中胶液分布均匀且无气泡产生，然后将管状模具(9)通过传送装置(10)经隧道依次输送通过冷却熟化间(16a)和预冻结固化间(16b)进行熟化和冻结固化，冻结固化后利用活塞棒(15)将冻结固化后的胶液顶推,使之从预冻结固化间(16b)底部脱模；所述深冻、真空冷冻干燥、包装单元(3)的具体操作为：冻结固化后的胶液脱模后落到托盘(17)中，随后送入深冻间(18a)进一步冻结，深冻后的半成品再送入真空冷冻干燥舱(18b)中进行干燥，最后将干燥后的半成品在嘴棒卷制机(19)中包封成形纸定型。
与现有技术相比，本发明具有以下的明显有益效果：
(1)本方案植物多糖基气凝胶香烟过滤嘴的工艺实现了液体原料到固体成品相变的连续化大规模生产，且在生产加工过程中无任何有毒、有害、有机溶剂添加引入，因此整个生产加工过程完全绿色环保；
(2)采用本方案的材料和构成，用相应的生产加工方法所制备的香烟过滤嘴或过滤嘴棒具有较好吸附性能及生物降解性，得到的香烟过滤生物降解性优异，可以看出，在土壤掩埋条件下，本发明新型过滤嘴或过滤嘴棒在28d内的降解率达到65％，按照相关规定制度，28天内降解率大于等于30％即视为可降解，28天内降解率小于30％即视为不可降解。可见本案中的材料是可生物降解的；
(3)本发明方案生产制造的产品批次质量稳定性好，产量规模易于放大，并且设备投资较传统工艺醋酸纤维嘴棒节省约50％以上。
附图说明
图1为本发明一种新型香烟过滤嘴或过滤嘴棒生产工艺的流程图；
图2为本发明一种新型香烟过滤嘴或过滤嘴棒生产工艺中配料单元的示意图；
图3为本发明一种新型香烟过滤嘴或过滤嘴棒生产工艺中注模、熟化、预冻结、脱模单元的示意图；
图4为本发明一种新型香烟过滤嘴或过滤嘴棒生产工艺中深冻、真空冷冻干燥、包装单元的示意图；
图5为本发明实施例1植物多糖干凝胶与对照品市售醋酸纤维丝棒28天降解速率对比图；
图6为本发明实施例1-3与对照品市售醋酸纤维丝棒的烟气中总粒相物的对比图；
其中，附图标记：1－配料单元；2－注模、熟化、预冻结、脱模单元；3－深冻、真空冷冻干燥、包装单元；4－泵；5－料液导管；6－进料管；7－配料罐；8－多头定量灌注头；9－管状模具；10－传送带；11a－前置传动齿轮；11b－后置传动齿轮；12－支撑传动齿轮；13－电机；14－脱模机；15－活塞棒；16a－冷却熟化间；16b－预冻结固化间；17－托盘；18a－深冻间；18b－真空冷冻干燥舱；19－嘴棒卷制机；20－香烟过滤嘴；21－过滤嘴棒。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种新型香烟过滤嘴或过滤嘴棒的制备方法，其步骤是：
(1)配制胶液：将魔芋粉、淀粉、纤维素衍生物、大豆蛋白、辅助胶、甘油、水按质量比例5:50:14:1:5:30:1000在配料罐(7)中混合，搅拌均匀后形成稳定的胶液；
(2)胶液灌注：利用泵(4)将胶液通过导管(5)抽到多头定量灌注头(8)后，对准管状模具(9)插入底部，到达底部后开始灌注胶液，在灌注过程中边灌注边抬高多头定量灌注头(8)，当液面到达管状模具(9)指定位置停止灌注胶液，并收回多头定量灌注头(8)到原有位置；
(3)冷却熟化：将灌注后的管状模具(9)经隧道通过传送装置(10)匀速传输到温度为4℃的冷却熟化间(16a)中进行连续冷却熟化4分钟，稳定胶液质量；
(4)预冻结：冷却熟化后的凝胶经隧道通过传送装置(10)再匀速传输进入温度为-15℃的预冻结固化间(16b)，冻结10分钟，保证熟化后的胶液在隧道充分冻结固化；
(5)脱模：冻结后的凝胶经过传送带到达齿轮(11b)顶端处于水平位置后停止，脱模机(14)的活塞棒(15)将其推出，脱模后的半成品落到托盘(17)中，为后续深冻及冷冻干燥做好准备；
(6)深度冻结：将落到托盘(17)后的半成品，送入温度为-25℃的深冻间(18a)进一步冻结；
(7)真空冻干：将冻结好的半成品置于真空冷冻干燥舱(18b)中，在-40℃，10Pa的条件下干燥14h使其稳定成型，再进入嘴棒卷制机(19)中包封成形纸定型即得所述香烟过滤嘴(20)。
按上述方法生产的新型香烟过滤嘴或过滤嘴棒，经测定，其吸阻为1034pa，根据GB/T 19609-2004测定主流烟气中总粒相物TPM为12.48mg，生物降解性能本产品在28d内的降解率达到60.84％。
实施例2：
一种新型香烟过滤嘴或过滤嘴棒的制备方法，其步骤是：
(1)配制胶液：魔芋粉、淀粉、纤维素衍生物、大豆蛋白、辅助胶、甘油、水按质量比例3:50:14:1:5:20:1000在配料罐(7)中混合，搅拌均匀后形成稳定的胶液；
(2)胶液灌注：利用泵(4)将胶液通过导管(5)抽到多头定量灌注头(8)后，对准管状模具(9)插入底部，到达底部后开始灌注胶液，在灌注过程中边灌注边抬高多头定量灌注头(8)，当液面到达管状模具(9)指定位置停止灌注胶液，并收回多头定量灌注头(8)到原有位置；
(3)冷却熟化：将灌注后的管状模具(9)经隧道通过传送装置(10)匀速传输到温度为0℃的冷却熟化间(16a)内连续冷却熟化3分钟，稳定胶液质量；
(4)预冻结：冷却熟化后的凝胶通过传送装置(10)匀速传输进入温度为-20℃预冻结固化间(16b)，冻结8分钟，保证熟化后的胶液在隧道充分冻结固化；
(5)脱模：冻结后的凝胶经过传送带到达齿轮(11b)顶端处于水平位置后停止，脱模机(14)活塞棒(15)将其推出，脱模后半成品落到托盘(17)中，为后续深冻及冷冻干燥做好准备；
(6)深度冻结：将落到托盘(17)后的半成品送入-30℃深冻间(18a)进一步冻结；
(7)真空冻干：将冻结好的半成品置于真空冷冻干燥舱(18)中，在-50℃，10Pa条件下干燥12h使其稳定成型，再进入嘴棒卷制机(19)中包封成形纸定型即得包装嘴棒纸。
按前述方法生产的新型香烟过滤嘴或过滤嘴棒，经测定，其吸阻为1028pa。根据GB/T 19609-2004测定，主流烟气中总粒相物TPM为12.83mg。生物降解性能，本产品在28d内的降解率达到61.03％。
实施例3：
一种新型香烟过滤嘴或过滤嘴棒的制备方法，其步骤是：
(1)配制胶液：魔芋粉、淀粉、纤维素衍生物、大豆蛋白、辅助胶、甘油、水按质量比例4:50:14:1:3:50:900在配料罐(7)中混合，搅拌均匀后形成稳定的胶液；
(2)胶液灌注：利用泵(4)将胶液通过导管(5)抽到多头定量灌注头(8)后，对准管状模具(9)插入底部，到达底部后开始灌注胶液，在灌注过程中边灌注边抬高多头定量灌注头(8)，当液面到达管状模具(9)指定位置停止灌注胶液，并收回多头定量灌注头(8)到原有位置；
(3)冷却熟化：将灌注后的管状模具(9)经隧道通过传送装置(10)匀速传输到温度为2℃的冷却熟化间(16a)内连续冷却熟化3分钟，稳定胶液质量；
(4)预冻结：冷却熟化后的凝胶通过传送装置(10)匀速传输进入温度为-10℃预冻结固化间(16b)，冻结15分钟，保证熟化后的胶液在隧道充分冻结固化；
(5)脱模：冻结后的凝胶经过传送带到达齿轮(11b)顶端处于水平位置后停止，脱模机(14)活塞棒(15)将其推出，脱模后半成品落到托盘(17)中，为后续深冻及冷冻干燥做好准备；
(6)深度冻结：将落到托盘(17)后的半成品，送入-30℃深冻间(18a)进一步冻结；
(7)真空冻干：将冻结好的半成品置于真空冷冻干燥舱(18b)中，在-50℃，10Pa条件下干燥12h使其稳定成型，再进入嘴棒卷制机(19)中包封成形纸定型即得包装嘴棒纸。
按前述方法生产的新型香烟过滤嘴或过滤嘴棒，经测定，其吸阻为1036pa。根据GB/T 19609-2004测定，主流烟气中总粒相物TPM为12.45mg，生物降解性能，本产品在28d内的降解率达到60.98％。
最后需要说明的是：以上实施例不以任何形式限制本发明。对本领域技术人员来说，在本发明基础上，可以对其作一些修改和改进。因此，凡在不偏离本发明精神的基础上所做的任何修改或改进，均属于本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种中式卷烟的香烟过滤嘴(20)或过滤嘴棒(21)的制造工艺，其特征在于，具体步骤为：a.将制备香烟过滤嘴的原料配成胶液，并将胶液注入管状模具(9)中，之后通过传送装置(10)依次将载有胶液的管状模具(9)经隧道输送通过冷却熟化间(16a)和预冻结固化间(16b)进行熟化和冻结固化；b.将充分冻结固化后的胶液进行脱模处理，脱模后的胶棒随后送入深冻间(18a)进一步冻结，深冻后的半成品再送入真空冷冻干燥舱(18b)中进行干燥；最后将干燥后的半成品在嘴棒卷制机(19)中包封成形纸定型即得所述香烟过滤嘴(20)，或者进一步将所述香烟过滤嘴(20)切成预定长度的过滤嘴棒(21)。
2.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，所述胶液是由魔芋粉和/或其他天然多糖、蛋白质与水混合配置而成；其中，所述其他天然多糖为淀粉、纤维素或壳聚糖中的一种或多种，所述蛋白质为大豆蛋白、胶原蛋白中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的制造工艺，其特征在于，所述胶液配置是在配料罐(7)中配制，配制后利用泵(4)将胶液通过料液导管(5)抽到多头定量灌注头(8)中，然后再将胶液灌注入到管状模具(9)中。
4.根据权利要求3所述的制造工艺，其特征在于，灌注时将多头定量灌注头(8)插入管状模具(9)底部,在灌注过程中，边灌注边抬高灌注头(8)同时保证灌注头(8)在液面以下，当胶液量达到管状模具(9)规定值后停止出料并退出，使管状模具(9)中胶液分布均匀且无气泡产生。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制造工艺，其特征在于，所述传送装置(10)的传送速度为匀速传送，冷却熟化间(16a)内温度为0℃到4℃，预冻结固化间(16b)内温度为-5℃到-20℃。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制造工艺，其特征在于，所述脱模具体为:利用活塞棒(15)将冻结固化后的胶液顶推,使之从预冻结固化间(16b)底部脱模，落到托盘(17)中，之后送入深冻间(18a)进一步冻结。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制造工艺，其特征在于，所述深冻间(18a)的温度为-20℃到-45℃，真空冷冻干燥舱(18b)的温度为-40℃到-60℃，真空度为2-15Pa。
8.一种中式卷烟的新型香烟过滤嘴(20)或过滤嘴棒(21)，它是按照权利要求1-7任一项所述制造工艺制成的，其特征在于：该香烟过滤嘴或过滤嘴棒是被至少一种包封材料包住，所述包封材料为滤嘴棒成型纸。
9.一种用于生产权利要求8所述中式卷烟的新型香烟过滤嘴(20)或过滤嘴棒(21)的装置，其特征在于，所述装置包括配料单元(1)，注模、熟化、预冻结、脱模单元(2)，深冻、真空冷冻干燥、包装单元(3)；其中，所述配料单元(1)包括配料罐(7)、进料管(6)、泵(4)、料液导管(5)、多头定量灌注头(8)和管状模具(9)，所述注模、熟化、预冻结、脱模单元(2)包括：传送装置(10)、冷却熟化间(16a)、预冻结固化间(16b)、脱模机(14)和活塞棒(15)，所述深冻、真空冷冻干燥、包装单元(3)包括：托盘(17)、深冻间(18a)、真空冷冻干燥舱(18b)和嘴棒卷制机(19)。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述配料单元(1)的具体操作为：将胶液在配料罐(7)中配制，配制后利用泵(4)将胶液通过导管(5)抽到多头定量灌注头(8)中，然后再将胶液灌注入到管状模具(9)中；所述注模、熟化、预冻结、脱模单元(2)的具体操作为：首先，将多头定量灌注头(8)插入管状模具(9)底部,边灌注边抬高灌注头(8)同时保证灌注头(8)在液面以下，当胶液量达到管状模具(9)的规定值后停止出料并退出，使管状模具(9)中胶液分布均匀且无气泡产生，然后将管状模具(9)通过传送装置(10)经隧道依次输送通过冷却熟化间(16a)和预冻结固化间(16b)进行熟化和冻结固化，冻结固化后利用活塞棒(15)将冻结固化后的胶液顶推,使之从预冻结固化间(16b)底部脱模；所述深冻、真空冷冻干燥、包装单元(3)的具体操作为：冻结固化后的胶液脱模后落到托盘(17)中，随后送入深冻间(18a)进一步冻结，深冻后的半成品再送入真空冷冻干燥舱(18b)中进行干燥，最后将干燥后的半成品在嘴棒卷制机(19)中包封成形纸定型。
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