CN109090705B - 一种新型低吸阻沟槽滤棒及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型低吸阻沟槽滤棒。由烟用丝束、成型纸、沟槽用纸、助剂、搭口胶组成，所述的沟槽滤棒用压纹后的沟槽用纸包裹在经开松、上助剂后的丝束外面，再用滤棒成型纸和搭口胶卷制成型，可制备出各种长度和圆周规格、压降为10~200Pa/cm、具有波纹管降温效应的直通沟槽低吸阻滤棒。该滤棒将烟气流经通道由传统滤棒的从滤棒中心区域流通为主，改为以四周区域流通为主，强化了降温效果，抽吸时烟气温度较没有该结构的对照滤棒低10~20℃。为新型烟草提供了一个较好的配套材料，可以满足目前新型加热不燃烧卷烟产品对滤棒低吸阻、低过滤，降温效果明显的特殊要求。
Description
技术领域
本发明属于新型烟草滤棒生产技术领域，具体涉及一种新型低吸阻或超低吸阻沟槽滤棒的制备方法。
背景技术
上世纪80年代，国际烟草企业开始投资研制碳加热、电加热等多种加热不燃烧新型卷烟，2014年，菲莫国际在日本正式上市加热不燃烧电子烟IQOS,带动了加热不燃烧电子烟的在全球的发展。
加热不燃烧卷烟烟气主要组分为雾化剂、水、烟草挥发性组分以及低温裂解的组分组成。抽吸时，烟雾量的大小直接与滤棒的吸阻和过滤效率有关。当吸阻较大、过滤效率较高时，烟气被滤棒吸附多烟雾量小，吸食者的体验感和满足感差；反之，当吸阻较小、过滤效率较低时，烟雾量大，吸食者的体验感和满足感良好。
加热不燃烧卷烟抽吸时存在的最大的质量问题是烟气温度高，热刺感强。降低烟气温度是此类产品不断改进的技术方向。在以IQOS为代表的加热不燃烧电子烟技术体系中，采用的是由空管、聚乳酸薄膜和醋棒组成的三元或四元复合滤嘴，滤嘴主要功能是降温，同时为保证合适的烟气浓度和烟雾量，同时尽可能降低吸阻降低过滤效率。
传统沟槽滤棒整体吸阻也较高，主要功能是提高过滤效率、降低焦油含量，滤嘴中沟槽不是直通的，是沟槽段与非沟槽段交替出现而达到相应效果的。这种以改善吸附功能为特点的滤棒目前在加热不燃烧卷烟制品中很少使用。
对无相变传热是以破坏边界层，使边界层减薄，降低边界层热阻，从而提高传热系数。波纹换热管是这方面的典型代表，并得到广泛应用。波纹管内流动模型如下图1所示。
其传热机理如下：
(1)边界层的破坏。
波纹管是一种大小圆弧相切、内外型如波纹状的薄壁管子，具有呈周期变化的流道形状。波纹管特殊的波峰与波谷设计，使管内流体分为等直径流速型和弧形流速型，流体沿流动方向在波峰处速度降低、静压增大；波谷处速度增加、静压减小，使流速和压力总是处于规律性的扰动状态，冷热流体流动时会产生强烈扰动，流动状态达到充分湍流，使管内外流体不能形成与轴线平行的流股，管内外流体的温度、密度、杂质含量沿径向均匀分布。这样流体在反复改变速度及压力梯度下进行的，产生的漩涡冲刷着边界层，极大地破坏了边界层的形成。这种周期性的截面变化增加了靠近管壁附近的湍流强度和湍流的给热能力，使层流和过渡流达到湍流换热。当湍流即将消失时，流体又流经下一个波纹凸起，不断产生轴向扰动，保持稳定连续地强化作用，从而提高了传热速率，使传热效果显著提高。
(2)喷射与节流效应。
在波纹管的弧形段进口处发生喷射效应，在出口处发生截流效应，两种效应的结果使管内侧产生无数小漩涡，加强了流体的湍流。弧形段内流体释放能量，而在直线段内流体积聚能量，流体在管内周期性的能量积聚与释放使整个换热管内表面都受到流体冲刷。
(3)管内扰动现象。
如前所述，由于波纹管式换热管束具有呈周期性变化的流道形状，因而，当介质在管内流动时，会产生较强烈的管内扰动现象。也正是由于这种现象的存在，使得即使介质流量发生变化，其管内流体中的固相组分难以聚集。所以使用波纹管式换热管束，不易形成吸附物富集，热传导效果稳定可靠。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新型低吸阻沟槽滤棒的制备方法，采用深度交替变化的直通沟槽方案，制备出一系列不同规格的200Pa/cm以下的新型低吸阻沟槽滤棒。该滤棒改变了烟气流经通道、降低了吸阻、增大了雾化量；具有四周波纹管降温效应，降温效果明显，可降低抽吸时的灼烧感和刺激性，增加烟味、改善口感；为新型烟草提供了一个较好的配套材料，可以满足目前新型加热不燃烧卷烟产品对滤棒低吸阻、低过滤，强降温的特殊要求。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种新型低吸阻沟槽滤棒，由烟用丝束、成型纸、沟槽用纸、助剂、搭口胶组成，所述的沟槽滤棒用压纹后的沟槽用纸包裹在经开松、上助剂后的丝束外面，再用滤棒成型纸和搭口胶卷制成型的不同圆周、长度规格的具有波纹管降温效应的直通沟槽低吸阻滤棒，所述的新型低吸阻沟槽滤棒横截面上的沟槽数为4-10 个/cm，压降为10～200Pa/cm、具有波纹管降温效应的直通沟槽低吸阻滤棒。
所述的直通沟槽低吸阻滤棒，是指同一沟槽内，由两种不同深度(浅沟槽A 槽深为0.1-1.0mm，深沟槽B槽深比浅沟槽A深0.1-0.8mm)的沟槽，间隔3-10mm 交替出现的特种沟槽结构的滤棒。
所述的沟槽用纸包括纤维素纸、醋酸纤维素膜、聚乳酸膜、BOPP膜、铝箔纸、表面涂覆有醋酸纤维素膜、PLA膜或BOPP膜的纤维素纸中的任意一种。
所述的烟用丝束，是指单丝线密度为5dtex以上、丝束线密度为1～8ktex的烟用丝束，包括醋酸纤维丝束、聚乳酸纤维丝束、聚丙烯纤维丝束。优选湖北金叶玉阳化纤有限公司生产的聚乳酸纤维烟用丝束(专利申请号201810355652.5)。
所述的成型纸是普通成型纸、高透成型纸、防渗透成型纸、铝箔成型纸、醋酸纤维素膜成型纸中的任意一种。
所述的助剂是指三醋酸甘油酯、二醋酸甘油酯、辛葵酸甘油脂、乳酸乙酯、柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯、丙二醇、丙三醇、聚乳酸纤维水性胶、丙纤丝束水性胶等其中的一种或几种的混合物，添加量为烟用丝束质量的0～20％；上述助剂在滤棒中起粘接固化作用时称为固化剂，没有粘接效果、只起润滑作用时称为润滑剂。
所述的搭口胶为水性搭口胶和热熔胶。水性搭口胶、热熔胶、聚乳酸纤维水性胶、丙纤丝束水性胶等，均优选长沙乐远化工科技有限公司生产的相应产品。
所述的压纹辊为一对沟槽压纹辊，其中一个是具有梯形结构、压纹高度全部一致的沟槽压纹辊，另一个是具有相同梯形结构，压纹高度大小不同、交替变化的沟槽压纹辊，安装后这二个压纹沟槽辊的压纹相互咬合，通过调节两个压纹辊的距离可以压出不同深度交替出现的沟槽纸。
所述的压纹高度全部一致的沟槽压纹辊，其压纹高度为0.6-1.8mm；压纹高度大小不同、交替变化的沟槽压纹辊，其中高压纹的高度为0.6-1.8mm、低压纹的高度比高压纹高度小0.1-0.8mm，压纹长度为3-10mm交替出现。
所述的新型低吸阻沟槽滤棒，横截面上可以看到的沟槽数为：4-10个/cm。所述圆周为24.0mm左右的常规滤棒，沟槽数为10-23个；所述圆周为21.8mm 左右的中支滤棒，沟槽数为9-21个；所述圆周为20.0mm左右的细支滤棒，沟槽数为8-19个；所述圆周为16.8mm左右的细支滤棒，沟槽数为7-16个。
所述的新型低吸阻沟槽滤棒，采用特殊直通沟槽结构后，将烟气流经通道由传统滤棒的从滤棒中心区域流通为主，改为以四周区域流通为主，强化了降温效果。与没有该结构的对比滤棒相比，抽吸时烟气温度低10～20℃，在丝束和滤棒规格不变的前提下，吸阻可以降低20％以上，可制备出10～200Pa/cm的低吸阻滤棒。
所述的新型低吸阻沟槽滤棒的制备方法，包括如下步骤：
(1)开松：将烟用丝束在滤棒成型机上进行开松，开松辊压力为0.2～0.4MPa，二个开松辊的辊速比(开松比)为1:1.2～1.6。
(2)施加助剂：向开松后的丝束上面喷洒起粘接固化作用或润滑作用的助剂；
(3)沟槽用纸压纹：用压纹辊，将沟槽用纸压成纵向沟槽深浅不一交替出现的形状；
(4)卷接成型：用成型纸、热熔搭口胶，将送入烟枪的由压纹后沟槽纸包裹的烟用丝束在配套成型纸上采用热熔胶，在搭口烙铁温度为150～170℃下卷制成滤棒；或用配套成型纸、水性搭口胶，将送入烟枪的由压纹后沟槽纸包裹的烟用丝束在配套成型纸上采用水性搭口胶，在搭口烙铁温度为200～230℃下卷制成滤棒。
(5)卷接成型后进行分切、装盒、检测、装箱、入库等工序和要求同常规滤棒成型。
本发明中采用直通式沟槽，使滤棒四周的吸阻大大低于中间区域，抽吸时，烟气的流经通道改为以四周区域流经为主、靠近中心区域流经为辅，烟气从滤棒四周区域流经时，向外界散热的效率大幅提高，滤棒的降温功能更加明显。同时，本发明中设计了不同深度沟槽交替出现的结构，使部分烟气由层流状态改为湍流，具有波纹管传热效应，进一步强化了滤棒的降温效果。
本发明的滤棒具有类似波纹管效应，烟气流通时产生了湍流，减少了凝聚现象，在降低温度、降低吸阻的同时，也降低了吸附性能，更好的满足抽吸者的体验感和满足感。
附图说明
图1为波纹管内流动模型。
图2为压纹后沟槽深度完全相同的直通沟槽纸的结构。
图3为实施例1-6中，B沟槽为深沟槽，A为浅沟槽。
图4为实施例7中，B沟槽为深沟槽，A为浅沟槽。
图5为沟槽滤棒横截面结构图。
具体实施方式
选择合适规格的高单丝线密度聚乳酸烟用丝束在KDF2、ZL23、ZL21等机型改造成的沟槽滤棒成型机上进行开松，开松辊压力为0.2～0.4MPa，开松比为1: 1.2～1.6。开松后向丝束上面喷洒0～20％起粘接固化作用或润滑作用的助剂。用特殊结构(压纹高度大小不一)的压纹辊，将沟槽纸压成纵向沟槽深度深浅不一、交替出现的形状；然后用配套成型纸、搭口胶，将送入烟枪的由压纹后沟槽纸包裹的烟用丝束在沟槽滤棒成型机上卷制成滤棒。滤棒卷制成型后再经分切、装盒、检测、装箱即可制备出相应规格的新型低吸阻沟槽滤棒。下面结合具体实施例进行说明：
实施例1
选用25Y/22500dtex的聚乳酸纤维丝束，将丝束在ZL21改造成的沟槽滤棒成型机上进行开松，开松辊压力为0.3MPa，二个开松辊的辊速比(开松比)为1:1.3，加入聚乳酸丝束质量1％的三醋酸甘油酯做为润滑剂；同时选择压纹高度分别为 0.8mm、0.5mm，长度均为5mm交替出现、压纹数(沟槽数)为16个/20mm的压纹辊，与压纹高度全为0.8mm、压纹数(沟槽数)为16个/20mm的直通压纹辊配对，将80g/m2的纤维素纸压成沟槽深度分别为0.5mm(B)和0.2mm(A)，间隔5mm交替连续出现的形状；然后用压纹后纤维素沟槽纸，将聚乳酸丝束包裹住送入超细支滤棒成型烟枪，再用28g/m2的防渗透成型纸、水性搭口胶，在搭口烙铁温度为220℃下卷制成滤棒，选择滤棒分切长度为120mm，可以制备出沟槽深度分别为0.5mm和0.2mm，间隔5mm交替出现长度为120mm、圆周 16.9mm、硬度88％、吸阻为600Pa、沟槽数为12的低吸阻超细支沟槽滤棒，对应的滤棒吸阻为50Pa/cm。
实施例2
选用22Y/33000dtex的聚乳酸纤维丝束，将丝束在ZL23改造成的沟槽滤棒成型机上进行开松，开松辊压力为0.3MPa，二个开松辊的辊速比(开松比)为1:1.4，加入聚乳酸丝束质量12％的聚乳酸纤维水性胶做为固化剂；同时选择压纹高度分别为0.8mm、0.5mm，长度均为5mm交替出现、压纹数(沟槽数)为16个/20mm 的压纹辊，与压纹高度全为0.8mm、压纹数(沟槽数)为16个/20mm的直通压纹辊配对，将60g/m2的醋酸纤维素膜压成沟槽深度分别为0.5mm和0.2mm，间隔5mm交替连续出现的形状；然后用压纹后醋酸纤维素膜沟槽纸，将聚乳酸丝束包裹住送入中支滤棒成型烟枪，再用30g/m2的6000CU高透成型纸、热熔胶，在搭口烙铁温度为160℃下卷制成滤棒，选择滤棒分切长度为120mm，滤棒装盒后送人烘箱，在85℃烘干1小时，可以制备出沟槽深度分别为0.5mm(B) 和0.2mm(A)，间隔5mm交替出现长度为120mm、圆周21.8mm、硬度91％、吸阻为500Pa、沟槽数为16的低吸阻中支沟槽滤棒，对应的滤棒吸阻为41.7Pa/cm。
实施例3
选用30Y/36000dtex的聚乳酸纤维丝束，将丝束在ZL21改造成的沟槽滤棒成型机上进行开松，开松辊压力为0.3MPa，二个开松辊的辊速比(开松比)为1:1.3，加入聚乳酸丝束质量3％的聚乳酸纤维专用水性胶；同时选择压纹高度分别为0.8mm、0.6mm，长度均为3mm交替出现、压纹数(沟槽数)为10个/20mm的压纹辊，与压纹高度全为0.8mm、压纹数(沟槽数)为10个/20mm的直通压纹辊配对，将60g/m2的铝箔纸(作为沟槽用纸)压成沟槽深度分别为0.5mm和 0.3mm，间隔3mm交替连续出现的形状；然后用压纹后铝箔沟槽纸，将聚乳酸丝束包裹住送入中支滤棒成型烟枪，再用40g/m2的普通成型纸、水性搭口胶，在搭口烙铁温度为220℃下卷制成滤棒，选择滤棒分切长度为102mm，可以制备出沟槽深度分别为0.5mm(B)和0.3mm(A)，间隔3mm交替出现，长度为 102mm、圆周22.3mm、硬度89％、吸阻为350Pa、沟槽数为10的低吸阻中支沟槽滤棒，对应的滤棒吸阻为34.3Pa/cm。
实施例4
选用30Y/45000dtex的聚乳酸纤维丝束，将丝束在ZL23改造成的沟槽滤棒成型机上进行开松，开松辊压力为0.3MPa，二个开松辊的辊速比(开松比)为1:1.5，按聚乳酸丝束：辛葵酸甘油脂：三醋酸甘油酯＝100：1：2的比例加入润滑剂；同时选择压纹高度分别为0.8mm、0.5mm，长度均为10mm交替出现、压纹数(沟槽数)为16个/20mm的压纹辊，与压纹高度全为0.8mm、压纹数(沟槽数)为 16个/20mm的直通压纹辊配对，将60g/m2的醋酸纤维素膜压成沟槽深度分别为0.5mm和0.2mm，间隔10mm交替连续出现的形状；然后用压纹后醋酸纤维素膜沟槽纸，将聚乳酸丝束包裹住送入常规支滤棒成型烟枪，再用40g/m2的铝箔成型纸、水性搭口胶，在搭口烙铁温度为220℃下卷制成滤棒，选择滤棒分切长度为120mm，可以制备出沟槽深度分别为0.5mm(B)和0.2mm(A)，间隔 10mm交替出现，长度为120mm、圆周23.6mm、硬度89％、吸阻为300Pa、沟槽数为18的低吸阻常规支沟槽滤棒，对应的滤棒吸阻为25Pa/cm。
实施例5
选用8.0Y/28000dtex的醋酸纤维丝束、将丝束在KDF2改造成的沟槽滤棒成型机上进行开松，开松辊压力为0.3MPa，二个开松辊的辊速比(开松比)为1:1.2，按醋纤丝束：三醋酸甘油酯＝100：8的比例加入固化剂；同时选择压纹高度分别为0.8mm、0.5mm，长度均为5mm交替出现、压纹数(沟槽数)为18个/20mm 的压纹辊，与压纹高度全为0.8mm、压纹数(沟槽数)为18个/20mm的直通压纹辊配对，将80g/m2的聚乳酸膜压成沟槽深度分别为0.5mm和0.2mm，间隔 5mm交替连续出现的形状；然后用压纹后聚乳酸膜沟槽纸，将醋纤丝束包裹住送入常规支滤棒成型烟枪，再用30g/m2的醋酸纤维素膜成型纸、水性搭口胶，在搭口烙铁温度为220℃下卷制成滤棒，选择滤棒分切长度为120mm，可以制备出沟槽深度分别为0.5mm(B)和0.2mm(A)，间隔5mm交替出现，长度为 120mm、圆周23.9mm、硬度90％、吸阻为1000Pa、沟槽数为20的低吸阻常规支沟槽滤棒，对应的滤棒吸阻为83.3Pa/cm。
实施例6
选用27.5Y/33000dtex的聚乳酸纤维丝束，将丝束在ZL23改造成的沟槽滤棒成型机上进行开松，开松辊压力为0.3MPa，二个开松辊的辊速比(开松比)为 1:1.4，加入聚乳酸丝束质量3％的三醋酸甘油酯；同时选择压纹高度分别为0.8mm、 0.6mm，长度均为3mm交替出现、压纹数(沟槽数)为16个/20mm的压纹辊，与压纹高度全为0.8mm、压纹数(沟槽数)为16个/20mm的直通压纹辊配对，将80g/m2的纤维素纸压成沟槽深度分别为0.5mm和0.3mm，间隔3mm交替连续出现的形状；然后用压纹后纤维素沟槽纸，将聚乳酸丝束包裹住送入中支滤棒成型烟枪，再用30g/m2的普通成型纸、水性搭口胶，在搭口烙铁温度为220℃下卷制成滤棒，选择滤棒分切长度为120mm，可以制备出沟槽深度分别为0.5mm (B)和0.3mm(A)，间隔3mm交替出现，长度为120mm、圆周21.3mm、硬度89％、吸阻为400Pa、沟槽数为15的低吸阻中支沟槽滤棒，对应的滤棒吸阻为33.3Pa/cm。
实施例7
上述任一项实施例1-6中，相邻沟槽中，交错呈现纵向沟槽深浅不一，交替连续出现的形状，前者B沟槽深度较后者A沟槽深度更深。压纹交替呈现也在本申请的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种新型低吸阻沟槽滤棒，该沟槽滤棒是用压纹后的沟槽用纸包裹在经开松、上助剂后的丝束外面，再用滤棒成型纸卷制成型的具有波纹管降温效应的直通沟槽低吸阻滤棒，所述的新型低吸阻沟槽滤棒横截面上的沟槽数为4-10个/cm，压降为10~200Pa/cm：所述的沟槽用纸是经压纹辊压成纵向沟槽深浅不一并交替呈现的纸张，采用该沟槽用纸形成的直通沟槽低吸阻滤棒，每个沟槽都是由长度为3-10mm的两种不同深度的沟槽连续交替分布构成，即浅沟槽A、深沟槽B，所述的浅沟槽A槽深为0.1-1.0mm，所述深沟槽B槽深比浅沟槽A深0.1-0.8mm。
2.根据权利要求1所述的新型低吸阻沟槽滤棒，其特征在于：所述的沟槽用纸包括纤维素纸、醋酸纤维素膜、聚乳酸膜、BOPP膜、铝箔纸中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的新型低吸阻沟槽滤棒，其特征在于：所述的沟槽用纸还包括表面涂覆有醋酸纤维素膜、PLA膜或BOPP膜的纤维素纸。
4.根据权利要求1所述的新型低吸阻沟槽滤棒，其特征在于：所述的烟用丝束是指单丝线密度为5dtex以上、丝束线密度为1~8ktex的烟用丝束。
5.根据权利要求4所述的新型低吸阻沟槽滤棒，其特征在于：所述的烟用丝束包括醋酸纤维丝束、聚乳酸纤维丝束、或聚丙烯纤维丝束。
6.根据权利要求1所述的新型低吸阻沟槽滤棒，其特征在于：所述的成型纸包括普通成型纸、高透成型纸、防渗透成型纸、铝箔成型纸、醋酸纤维素膜成型纸中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的新型低吸阻沟槽滤棒，其特征在于：所述的助剂包括三醋酸甘油酯、二醋酸甘油酯、辛癸酸甘油酯、乳酸乙酯、柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯、丙二醇、丙三醇、聚乳酸纤维水性胶、丙纤丝束水性胶中的一种或几种的混合物，添加量为烟用丝束质量的0~20%。
8.根据权利要求1所述的新型低吸阻沟槽滤棒，其特征在于：所述的压纹辊为一对沟槽压纹辊，其中一个是具有梯形结构、压纹高度全部一致的沟槽压纹辊，另一个是具有相同梯形结构，压纹高度大小不同、交替变化的沟槽压纹辊，安装后这二个沟槽压纹辊的压纹相互咬合，通过调节两个压纹辊的距离可以压出不同深度交替出现的沟槽纸。
9.根据权利要求8所述的新型低吸阻沟槽滤棒，其特征在于：所述的压纹高度全部一致的沟槽压纹辊，其压纹高度为0.6-1.8mm；压纹高度大小不同、交替变化的沟槽压纹辊，其中高压纹的高度为0.6-1.8mm、低压纹的高度比高压纹高度小0.1-0.8mm，压纹长度为3-10mm交替出现。
10.根据权利要求1所述的新型低吸阻沟槽滤棒，其特征在于：圆周为24.0mm的常规滤棒，沟槽数为10-23个；圆周为21.8mm的中支滤棒，沟槽数为9-21个；圆周为20.0mm的细支滤棒，沟槽数为8-19个；圆周为16.8mm的细支滤棒，沟槽数为7-16个。
11.权利要求1-10任一项所述的新型低吸阻沟槽滤棒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）开松：将烟用丝束在滤棒成型机上进行开松，开松辊压力为0.2~0.4MPa，二个开松辊的辊速比为1:1.2~1.6；
（2）施加助剂：向开松后的丝束上面喷洒起粘接固化作用或润滑作用的助剂；
（3）沟槽用纸压纹：用压纹辊，将沟槽用纸压成纵向沟槽深浅不一交替出现的形状；
（4）卷接成型：用成型纸、热熔搭口胶，将送入烟枪的由压纹后沟槽纸包裹的烟用丝束在配套成型纸上采用热熔胶，在搭口烙铁温度为150~170℃下卷制成滤棒；或用配套成型纸、水性搭口胶，将送入烟枪的由压纹后沟槽纸包裹的烟用丝束在配套成型纸上采用水性搭口胶，在搭口烙铁温度为200~230℃下卷制成滤棒；
（5）卷接成型后进行分切、装盒、检测、装箱、入库工序和要求同常规滤棒成型。
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