CN108851217A

CN108851217A - 一种基于中空纤维吸热材料的过滤器及其应用

Info

Publication number: CN108851217A
Application number: CN201810451936.4A
Authority: CN
Inventors: 黄小军; 方飞; 黄赋; 吴慧敏; 洪晓
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2018-05-12
Filing date: 2018-05-12
Publication date: 2018-11-23

Abstract

本发明涉及烟草滤棒制造技术领域，旨在提供一种基于中空纤维吸热材料的过滤器及其应用。该过滤器，包括包裹材料与中空纤维；包裹材料内包裹多根平行排列、聚结成束的中空纤维形成均匀的圆柱形棒材；中空纤维间的间隙与中空纤维内部的轴向孔道形成气体流道；中空纤维由玻璃化温度小于80℃、熔点低于200℃且比热容大于1.5kJ·kg^‑1·K^‑1的聚合物制成，该过滤器应用于烟草制品中。本发明产品在人体口感舒适温度附近具有很宽的吸收热量但不变形的温度范围，可以大量吸收高温烟气所附带的热量；采用的中空纤维，相比于颗粒材料或薄膜材料，具有更高的比表面积和堆积密度，从而提升热交换速率，快速降低高温烟气的瞬时温度。

Description

一种基于中空纤维吸热材料的过滤器及其应用

技术领域

本发明属于烟草滤棒制造技术领域，具体涉及一种基于中空纤维吸热材料的过滤器及其应用。

背景技术

近年来，电子烟、加热不燃烧烟草制品等新型烟草制品正在快速兴起。电子烟并不直接使用烟丝形态的烟草，主要是将来源于烟草的尼古丁液体雾化形成气状物。加热不燃烧烟草制品是利用外部热源加热烟草而不是点燃烟草以产生具有烟草风味气体，有炭加热、电加热等方式。新型烟草被誉为传统烟草产品的一个更健康的替代品，烟气中的有害物质相对较少。但是由于新型烟草采用密闭加热的方式，且烟支较短，导致入口烟气温度过烫，在抽吸体验与抽吸感受等方面与传统卷烟尚存在较大差距。因此，选取合适的降温材料对降低烟气温度、提高烟气口感具有重要的意义。

专利201210336384公开了一种可降低烟气温度的滤嘴棒及其制备方法，在包裹材料正面通过胶层附着微孔铝层，利用微孔铝的冷凝作用降低烟气温度，但是该发明仅用于传统烟草，对于出口烟气温度更高的新型烟草效果不明。

专利201710785910.9公开了一种增香降温基棒，在滤棒中掺杂一定比例的直径为0.45～0.6mm的聚乳酸纤维颗粒或醋酸纤维颗粒。专利201710785572.9公开了一种降温增香薄膜聚拢基棒，在滤棒中包裹锯齿状且具有若干大小和形状均不规则的烟气通道的折叠状聚乳酸纤维薄膜或醋酸纤维薄膜。不论是颗粒材料还是薄膜材料，共同的问题是堆积密度较小，材料与烟气接触面积有限，难以实现对烟气快速降温的作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于中空纤维吸热材料的过滤器，尤其是提供一种可以实现高温烟气瞬时降温的过滤器。本发明提供的基于中空纤维吸热材料的过滤器的出口烟气温度低于45℃，降温幅度大于30％。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种基于中空纤维吸热材料的过滤器，包括包裹材料；还包括中空纤维；包裹材料内包裹多根平行排列、聚结成束的中空纤维形成均匀的圆柱形棒材；中空纤维间的间隙与中空纤维内部的轴向孔道形成气体流道；中空纤维由玻璃化温度小于80℃、熔点低于200℃且比热容大于1.5kJ·kg^-1·K^-1的聚合物制成。

作为一种改进，中空纤维的材料为聚丙烯、聚乙烯、聚乳酸、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、有机硅、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜、聚醚砜、聚醚砜酮、磺化聚砜、聚四氟乙烯、聚全氟羧酸、聚全氟磺酸、醋酸纤维素、硝酸纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、再生纤维素、聚酰亚胺、聚苯砜对苯二甲酰胺、芳香聚酰胺酰肼、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、乙烯-乙烯醇共聚物、聚氨酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯并咪唑、聚吡嗪酰胺、壳聚糖、甲壳素、聚电解质、聚醚嵌段共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚间苯二甲酰间苯二胺中的一种或任意两种的混合物，优选聚丙烯、聚乙烯、聚乳酸、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、有机硅、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯的一种或任意两种的混合物。

作为一种改进，中空纤维直径为0.2～1.3mm，壁厚为0.04～0.30mm。

作为一种改进，过滤器中的中空纤维填充率为为20～80％，优选60～80％。

作为一种改进，包裹材料为卷烟纸。

作为一种改进，过滤器长度为0.2～2.0cm。

本发明还提供了上述一种基于中空纤维吸热材料的过滤器在烟草制品中的应用。

发明原理：

本发明所采用的中空纤维的本体材料的显热值远高于普通聚合物，玻璃化温度小于80℃、熔点低于200℃且比热容大于1.5kJ·kg^-1·K^-1，在人体口感舒适温度附近具有很宽的吸收热量但不变形的温度范围，可以大量吸收高温烟气所附带的热量。以上述聚合物为原料制成中空纤维，可以极大地提高吸热材料与高温烟气的接触面积，从而提升热交换速率，快速降低高温烟气的瞬时温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、采用高显热聚合物作为降温材料，玻璃化温度小于80℃、熔点低于200℃且比热容大于1.5kJ·kg^-1·K^-1，在人体口感舒适温度附近具有很宽的吸收热量但不变形的温度范围，可以大量吸收高温烟气所附带的热量。

2、将高显热聚合物制备成中空纤维，相比于颗粒材料或薄膜材料，具有更高的比表面积和堆积密度，从而提升热交换速率，快速降低高温烟气的瞬时温度。

附图说明

图1为本发明一种基于中空纤维吸热材料的过滤器的径向截面示意图；

图2为实施例1-10中的测温点位置示意图。

图中，1-包裹材料；2-中空纤维；3-烟草材料段；4-三元复合嘴棒；5-第一测温点；6-第二测温点；7-第三测温点。

具体实施方式

以下的实施例可以使本专业技术领域的技术人员更全面的了解本发明，但不以任何方式限制本发明。

一种基于中空纤维吸热材料的过滤器，长度为0.2～2.0cm；包括包裹材料1与中空纤维2；包裹材料1为卷烟纸，包裹材料1内包裹平行排列、聚结成束的中空纤维2形成均匀的圆柱形棒材，过滤器中的中空纤维2填充率为20～80％；中空纤维2的直径为0.2～1.3mm，壁厚为0.04～0.30mm。中空纤维2间的间隙以及中空纤维2内部的轴向孔道形成气体流道。

中空纤维2由玻璃化温度小于80℃、熔点低于200℃且比热容大于1.5kJ·kg^-1·K^-1的聚合物制成，材料是聚丙烯、聚乙烯、聚乳酸、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、有机硅、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜、聚醚砜、聚醚砜酮、磺化聚砜、聚四氟乙烯、聚全氟羧酸、聚全氟磺酸、醋酸纤维素、硝酸纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、再生纤维素、聚酰亚胺、聚苯砜对苯二甲酰胺、芳香聚酰胺酰肼、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、乙烯-乙烯醇共聚物、聚氨酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯并咪唑、聚吡嗪酰胺、壳聚糖、甲壳素、聚电解质、聚醚嵌段共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚间苯二甲酰间苯二胺中的一种或任意两种的混合物。

实施例1

如图1所示，一种基于中空纤维吸热材料的过滤器，由卷烟纸包裹若干根平行排列、集结成束的聚丙烯中空纤维组成长度为0.2cm的圆柱体棒材。聚丙烯中空纤维直径为0.2mm，壁厚为0.04mm，填充率为80％。聚丙烯中空纤维内部通道和纤维间空隙为气体流道。

实施例2

如图1所示，一种基于中空纤维吸热材料的过滤器，由卷烟纸包裹若干根平行排列、集结成束的聚乙烯中空纤维组成长度为0.4cm的圆柱体棒材。聚乙烯中空纤维直径为0.3mm，壁厚为0.05mm，填充率为76％。聚乙烯中空纤维内部通道和纤维间空隙为气体流道。

实施例3

如图1所示，一种基于中空纤维吸热材料的过滤器，由卷烟纸包裹若干根平行排列、集结成束的聚乳酸中空纤维组成长度为0.6cm的圆柱体棒材。聚乳酸中空纤维直径为0.4mm，壁厚为0.06mm，填充率为74％。聚乳酸中空纤维内部通道和纤维间空隙为气体流道。

实施例4

如图1所示，一种基于中空纤维吸热材料的过滤器，由卷烟纸包裹若干根平行排列、集结成束的聚偏氟乙烯中空纤维组成长度为0.8cm的圆柱体棒材。聚偏氟乙烯中空纤维直径为0.5mm，壁厚为0.08mm，填充率为72％。聚偏氟乙烯中空纤维内部通道和纤维间空隙为气体流道。

实施例5

如图1所示，一种基于中空纤维吸热材料的过滤器，由卷烟纸包裹若干根平行排列、集结成束的聚对苯二甲酸乙二醇酯中空纤维组成长度1.0cm的圆柱体棒材。聚对苯二甲酸乙二醇酯中空纤维直径为0.6mm，壁厚为0.1mm，填充率为70％。聚对苯二甲酸乙二醇酯中空纤维内部通道和纤维间空隙为气体流道。

实施例6

如图1所示，一种基于中空纤维吸热材料的过滤器，由卷烟纸包裹若干根平行排列、集结成束的聚酰胺中空纤维组成长度为1.5cm的圆柱体棒材。聚酰胺中空纤维直径为0.9mm，壁厚为0.2mm，填充率为60％。聚酰胺中空纤维内部通道和纤维间空隙为气体流道。

实施例7

如图1所示，一种基于中空纤维吸热材料的过滤器，由卷烟纸包裹若干根平行排列、集结成束的聚偏氟乙烯-聚乳酸中空纤维组成长度为2.0cm的圆柱体棒材。聚偏氟乙烯-聚乳酸中空纤维直径为1.3mm，壁厚为0.3mm，填充率为20％。聚偏氟乙烯-聚乳酸中空纤维内部通道和纤维间空隙为气体流道。

实施例8

如图1所示，一种基于中空纤维吸热材料的过滤器，由卷烟纸包裹若干根平行排列、集结成束的有机硅中空纤维组成长度为0.6cm的圆柱体棒材。有机硅中空纤维直径为0.2mm，壁厚为0.04mm，填充率为80％。有机硅中空纤维内部通道和纤维间空隙为气体流道。

实施例9

如图1所示，一种基于中空纤维吸热材料的过滤器，由卷烟纸包裹若干根平行排列、集结成束的聚乙烯醇中空纤维组成长度为0.8cm的圆柱体棒材。聚乙烯醇中空纤维直径为0.3mm，壁厚为0.05mm，填充率为76％。聚乙烯醇中空纤维内部通道和纤维间空隙为气体流道。

实施例10

如图1所示，一种基于中空纤维吸热材料的过滤器，由卷烟纸包裹若干根平行排列、集结成束的聚甲基丙烯酸甲酯中空纤维组成长度为1.0cm的圆柱体棒材。聚甲基丙烯酸甲酯中空纤维直径为0.4mm，壁厚为0.06mm，填充率为74％。聚甲基丙烯酸甲酯中空纤维内部通道和纤维间空隙为气体流道。

值得注意的是：除上述实施例以外，本行业技术人员在不付出创造性劳动的情况下，将中空纤维材料替换为以下材料：聚砜、聚醚砜、聚醚砜酮、磺化聚砜、聚四氟乙烯、聚全氟羧酸、聚全氟磺酸、醋酸纤维素、硝酸纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、再生纤维素、聚酰亚胺、聚苯砜对苯二甲酰胺、芳香聚酰胺酰肼、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、乙烯-乙烯醇共聚物、聚氨酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯并咪唑、聚吡嗪酰胺、壳聚糖、甲壳素、聚电解质、聚醚嵌段共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚间苯二甲酰间苯二胺及其任意两种的组合物，其余条件仿照上述实施例设置，均能达到预期效果。

上述各个实施例所得的基于中空纤维吸热材料的过滤器，经下列测试方法进行性能测试评价，测试结果见表1。

1、降温效果测试

将所得基于中空纤维吸热材料的过滤器与烟草材料组成四元复合结构(烟草材料段3+三元复合嘴棒4)，其中三元复合嘴棒的中间段为基于中空纤维吸热材料的过滤器。实验选取3个测温点5、6、7，分别位于相应位置烟支横截面的圆心，如图1所示。

温度降幅计算方法：x＝(T_{第一测温点－}T_{第二测温点})/T_{第一测温点}

表1采用不同实施例过滤器的烟支温度测试结果

本发明的实际范围不仅包括所公开的实施例，还包括在权利要求书之下实施或者执行本发明的所有等效方案。

Claims

1.一种基于中空纤维吸热材料的过滤器，包括包裹材料；其特征在于，还包括中空纤维；所述包裹材料内包裹多根平行排列、聚结成束的中空纤维形成均匀的圆柱形棒材，中空纤维间的间隙与中空纤维内部的轴向孔道形成气体流道；所述中空纤维由玻璃化温度小于80℃、熔点低于200℃且比热容大于1.5kJ·kg^-1·K^-1的聚合物制成。

2.根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述中空纤维的材料为聚丙烯、聚乙烯、聚乳酸、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、有机硅、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜、聚醚砜、聚醚砜酮、磺化聚砜、聚四氟乙烯、聚全氟羧酸、聚全氟磺酸、醋酸纤维素、硝酸纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、再生纤维素、聚酰亚胺、聚苯砜对苯二甲酰胺、芳香聚酰胺酰肼、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、乙烯-乙烯醇共聚物、聚氨酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯并咪唑、聚吡嗪酰胺、壳聚糖、甲壳素、聚电解质、聚醚嵌段共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚间苯二甲酰间苯二胺中的一种或任意两种的混合物。

3.根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述中空纤维直径为0.2～1.3mm，壁厚为0.04～0.30mm。

4.根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述过滤器中的中空纤维填充率为20～80％。

5.根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述包裹材料为卷烟纸。

6.根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述过滤器长度为0.2～2.0cm。

7.如权利要求1-6所述的一种基于中空纤维吸热材料的过滤器在烟草制品中的应用。