CN109123771B - 一种空芯卷烟滤棒及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空芯卷烟滤棒及其制备方法和应用，将烟草粉末和粘结剂混合均匀后，通过单螺杆挤出机挤出成型，或者通过模具压制成型，得到空芯条状圆棒，所述空芯条状圆棒经过切割，即得空芯卷烟滤棒，空芯卷烟滤棒可进一步与普通醋纤滤棒复合成二元复合滤嘴用于卷烟生产；该方法实现了空芯卷烟滤棒的一步成型，对设备要求低、操作简单，采用的原料为废弃或低次烟叶，成本低廉，且空芯卷烟滤棒外观新颖、安全性能高、环保，滤棒本身具有浓郁烟香。

Description

一种空芯卷烟滤棒及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种卷烟滤棒，特别涉及一种由烟草颗粒制成的空芯卷烟滤棒，及其制备方法和在卷烟中的应用，属于卷烟技术领域。

背景技术

卷烟滤棒作为卷烟烟气的过滤系统，在提升卷烟吸食品质及安全性上具有重要的作用，但是目前的烟用滤棒形式单一、功能简单，卷烟同质化趋势日趋严重，因此新型卷烟滤棒的研究开发已经摆到了行业空前的高度。

现有的带空腔的二元烟用复合滤棒基本都是醋纤复合棒，如申请号为200520021530的中国专利公开了醋纤滤棒与醋纤空腔滤棒二元复合滤棒，具有防伪性能好的优点；申请号为200920315424.1的中国专利公开了空头复合滤棒涉及用于制造卷烟滤嘴的滤棒，由多个醋纤单元段组成，能够有效降低卷烟焦油，提高烟气稀释率。这些专利的滤棒空芯段都是采用醋纤制备而成，而且消耗的醋纤数量远超普通醋纤滤棒所需要的醋纤数量，这严重制约了该种滤棒的工业应用。

申请号为201510061004的中国专利公开了一种天然植物材料空芯卷烟滤棒及其制备方法和应用，是将天然植物材料压块后采用切割、打磨、打孔一系列复杂工艺制备所得，该方法工艺复杂、成本高昂、抽吸时具有粉尘感、产品稳定性也欠佳，不适合工业化生产。

发明内容

针对现有技术中空腔二元复合醋酸纤维滤棒的制备过程存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种对设备要求低、操作简单、低成本的制备所述空芯卷烟滤棒的方法。

本发明的第二个目的是在于提供一种对烟气具有较好的截留效果，同时增加增加卷烟香味，改善卷烟感光品质的空芯卷烟滤棒。

本发明的第三个目的是在于提供一种所述空芯卷烟滤棒在卷烟中的应用，将空芯卷烟滤棒与普通醋纤棒复合制成卷烟滤嘴，不但赋予卷烟较好的截留烟气中有害成分的功效，同时兼具增香功能，且外观新颖，易识别和防伪，安全性能高。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种空芯卷烟滤棒的制备方法，该方法是将烟草粉末和粘结剂混合均匀后，通过单螺杆挤出机挤出成型，或者通过模具压制成型，得到空芯条状圆棒，所述空芯条状圆棒经过切割，即得；

所述单螺杆挤出机包括螺杆、机筒、机头、喂料装置、传动装置和温度控制系统；

所述螺杆的头部螺纹上开有多组与螺杆轴心平行的凹槽；

所述机筒的口模处设有梭型分流头；

所述模具包括中心实心柱体和外围环形空腔体。

本发明的技术方案将现有的单螺杆挤出机进行巧妙改进以及设计出简单模具利用到卷烟滤棒生产工艺中来，不但能够实现空芯滤棒的一次成型，而且可以实现连续化生产，大大简化了现有空芯卷烟滤棒的制备工艺，且利用的设备简单，成本较低，有利于实现工业化生产。

本发明的技术方案，旨在利用废弃的烟草材料作为滤棒原料，原料来源广，成本低，这些烟草材料还具有较好的降解性能，滤棒丢弃后会腐化为有机肥反哺大自然，具有更好的环保性能；滤棒无论结构还是外观均与现有卷烟滤棒有根本性差异，可作为现有卷烟滤棒的完美替代品。

本发明的技术方案中，滤棒由烟草粉末与粘合剂粘结构成，烟草粉末之间具有空隙，提供了很好的烟气通道，有利于烟气对外的扩散以及降低烟气中的有害成分，且天然植物颗粒都具备丰富的孔隙，对烟气具有较好的截留效果。特别是烟草材料保留了烟草的本香，能够增加卷烟香味，改善卷烟感光品质。

优选的方案，所述螺杆包含等距螺纹，所述螺纹为高度为3～5mm的矩形、梯形或齿型螺纹。

优选的方案，所述螺杆的头部螺纹上的凹槽深度与螺纹的高度一致，宽度为2～4mm。

优选的方案，所述模具的实心柱体截面积占环形空腔体截面积的20～80％；较优选为30～70％。

优选的方案，螺杆为20等距螺杆。

优选的方案，所述梭型分流头的最大截面的面积为口模面积的20～80％；较优选为30～70％。

优选的方案，凹槽组数为3～5。每相邻两组凹槽之间最好是等距分布。

较优选的方案，所述梭型分流头的截面为圆形、椭圆形、多边形、梅花形或心形。通过控制梭型分流头的形貌可调控滤棒的空腔截面的形貌。

较优选的方案，所述实心柱体的截面为圆形、椭圆形、多边形、梅花形或心形。通过控制实心柱体的形貌可调控滤棒的空腔截面的形貌。

优选的方案，所述烟草粉末和粘结剂的质量比为10:(0.1～3)；较优选为10:(0.5～2)。粘结剂的用量过多，堵塞烟草粉末之间的空隙，导致烟气扩散能力变差，同时，粘合剂覆盖烟草粉末材料表面，会影响其截留能力。粘合剂用量过少，会造成粘结性能差，空芯滤棒难以成型。

优选的方案，所述烟草粉末包括废弃烟草物粉末、低次烟叶粉末、上部烟叶粉末中至少一种。烟草粉末作为空芯滤棒原材料使用可以增加卷烟烟草本香。

较优选的方案，所述烟草粉末由废弃烟草物、低次烟叶、上部烟叶中至少一种通过微波杀菌、机械粉碎得到。废弃烟草物、低次烟叶、上部烟叶等烟草原料在卷烟中利用程度低，一般需要经过特殊再造后才能利用，存在使用成本较高的缺点，而在本发明方案中只需干燥、粉碎等处理可以直接利用，无需特殊再造，大大节约了使用成本。

更优选的方案，所述烟草粉末的粒径为10～200目；最优选为20～150目。烟草粉末大小决定着粉末之间的空隙大小，对滤棒的对外扩散稀释作用存在较大的影响。优选的天然植物颗粒粒径，有利于卷烟降焦减害。

优选的方案，所述粘结剂包括热熔胶和/或水性胶。选择合适的粘结剂能使烟草粉末粘结成型的同时保证空芯条状圆棒的可切割性。

较优选的方案，所述水性胶为改性淀粉、羟甲基纤维素、羟丙基纤维素、黄原胶、瓜尔胶、环糊精、壳聚糖中的至少一种。优选的水性胶能使烟草粉末间迅速粘结成型，且这些水性胶稳定性好，对人体安全，适应于卷烟滤棒使用。

较优选的方案，所述热熔胶为聚烯烃、聚氨酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中至少一种的粉体。利用热熔胶在较高温度下融化，而在较低温下固化的特点，可以用于烟草粉末的粘结成型，同时空芯条状圆棒会更具韧性；且这些热熔胶稳定性好，对人体安全，适应于卷烟滤棒使用。

进一步优选的方案，所述热熔胶的粉体的粒径为80～200目，有利于与烟草粉末混合均匀，填充在烟草粉末之间，提高粘结性能。

优选的方案，所述单螺杆挤出机机筒内部和机筒外部均设有温度控制系统。所述温度控制系统控制螺杆挤压过程中机筒内部温度不高于80℃。温度控制系统可以是电冷却装置或者为简单的循环水冷却套，确保螺杆挤出机机筒内部温度在80℃以下。可保证物料挤出前后性质基本不发生改变，并尽可能减少植物料中的香气成分损失。

优选的方案，所述空芯条状圆棒的直径为23.50±0.15mm，分切长度为120mm或者84mm。优选的方案，所述空芯条状圆棒的空芯部分截面积为空芯条状圆棒总截面积的20～80％；较优选为30～70％。空芯部分过小，则吸阻过大，抽吸较困难，同时烟气过于集中刺激过大；空芯过大则意味壁厚较薄，空芯棒强度难于保证，易导致质量缺陷影响使用。

较优选的方案，所述空芯条状圆棒的空芯部分截面为圆形、椭圆形、多边形、梅花形或心形。

本发明还提供了一种空芯卷烟滤棒，由上述制备方法制得。

本发明还提供了一种空芯卷烟滤棒的其应用，将空芯卷烟应用于制备卷烟滤嘴。

优选的方案，所述空芯卷烟滤棒与普通醋纤滤棒复合制备二元复合卷烟滤嘴。

较优选的方案，所述空芯卷烟滤棒与普通醋纤滤棒的复合长度比为10:15、15:10或7:18。

较优选的方案，所述空芯卷烟滤棒可设置在卷烟靠近烟丝端或者设置在靠近嘴唇端。

现有技术中的单螺杆挤出机主要用于塑料挤出成型，其螺杆在有效长度上分为三段，从入料口到出料口依次为：加料段(L1)、熔融段(L2)和计量段(L3)；L1段固体物料从进料口到机头方向从疏松逐渐变得密实，L2段随着温度的逐渐升高固体物料逐渐熔融，L3段物料为熔融高温状态，通过口模后采用不同方式冷却成型。其为保证物料顺利熔融挤出，一般而言，L1、L2段均为加热段，L3段视具体情况加热或冷却。而这种设置的螺杆是无法直接用于本发明的非熔融性烟草粉末粘结成型的，主要原因是物料从L1段到L3段是一个急剧增压升温的过程，物料在进入L2段后，因高温高压变得非常密实并糊化，无法满足空芯条状圆棒的制备。而本发明的技术方案一方面在螺杆的头部设有纵向凹槽(如图1所示)，凹槽能保证颗粒料挤出时仍保持一定疏松度，以便分流进入口模；挤出机口模处设有梭型分流头(如图2所示)，保证物料连续均匀进入口模成型，同时在整个螺杆挤出机机筒内部和机筒外部均设有冷却装置，以防止螺杆挤压过程中，温度升高导致烟草粉末过渡密实和糊化，因此通过改进后，可以将经L2段挤压密实的物料重新打散，再经口模挤出成型，这样可以保证挤出料棒具有很好的透气性，且不会发生糊化现象。模具设计如图3所示，该模具可以通过简单挤压操作，使烟草粉末及粘结剂挤压成型。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：

1)基于单螺杆挤出机或模具一步实现空芯卷烟滤棒成型，且可以进行连续化生产，大大简化了现有滤棒成型的工艺步骤，且利用的设备简单，成本低，有利于工业化生产。

2)充分利用了现有的烟草行业废弃的烟草原料，提高了烟草原料的利用率，且烟草原料只需干燥、粉碎等处理可以直接利用，无需再造工艺，大大节约了使用成本。而现有技术中对废弃烟草物、低次烟叶、上部烟叶等烟草原料在卷烟中利用程度低，一般需要经过特殊再造后才能利用，存在使用成本较高的缺点。

3)采用的烟草原料存在烟草本香，可以为卷烟增香，且安全性更具保障，烟草原料不但具有较好的生物降解性能，且会腐化为有机肥反哺大自然，具有更好的环保性能。

4)烟草材料本身为纤维结构，具有丰富的孔隙，能对烟气中的有害成分具有一定的截留效果。且烟草粉末通过粘结成空芯条状圆棒，烟草粉末之间存在较多的空隙，形成了烟气通道，有利于与外界的气流交换，增加有害气体的扩散。

5)空芯条状圆棒圆润饱满，硬度高，抽吸前后形态维持不变，克服了现有醋酸纤维滤棒等存在硬度较低的缺陷，导致抽吸时无法避免热塌陷，抽吸后滤嘴变形严重，影响观感。

6)通过对现有的单螺杆挤出机进行简单改性，使其满足烟草粉末挤压粘结成型的要求，实现空芯滤棒的连续生产，解决了现有技术中单螺杆挤出机难以适应非热塑性烟草粉末材料加工的缺陷。

附图说明

【图1】为螺杆头部照片；

【图2】为膜口示意图；

【图3】为模具示意图；

其中：

1为实芯柱体，2为环形空腔，3为凹槽，4为梭型分流头。

具体实施方式

以下实施例旨在说明本发明内容，而不是对本发明保护范围的进一步限定。

实施例1

本实施例中采用改进的单螺杆挤出机进行空芯卷烟滤棒的制备，在常规的单螺杆挤出机的基础上进行如下改进：1)螺杆为20等距螺杆，螺纹为高度为4mm齿型螺纹；所述螺杆的头部螺纹上的凹槽深度与螺纹的高度一致，宽度为3mm，螺杆头部上设有4组等距凹槽；2)口模处设有梭型分流头，梭型分流头的最大截面处半径为4mm，截面为圆形，口模外径为7.5mm，截面为圆形。

将卷烟生产中产生的废弃烟草粉末(60～100目)与改性淀粉按照100:15的质量比混合均匀，挤出机螺杆内部及料筒外壁均通循环冷却水，保证料筒内物料温度不超过60℃；采用切断机切割为84mm长度的空芯卷烟滤棒；将其与108mm醋纤滤棒按照7:18比例复合为二元空芯复合滤棒，并直接用于卷烟生产，制备的卷烟中空芯段靠近唇端。同步制备相同规格的醋纤空芯复合滤嘴作为对照。烟气检测数据结果表明本发明空芯滤棒与醋纤空芯滤棒截留效果相当，初步评吸认为试制样抽吸时余味更舒适，烟香更充裕。同时试制样烟外观更新颖，滤棒端亦有浓郁烟香。

表1本发明空芯棒与现有醋纤空芯棒差异对比

实施例2

以下实施例中采用改进的单螺杆挤出机进行空芯卷烟滤棒的制备，在常规的单螺杆挤出机的基础上进行如下改进：1)螺杆为20等距螺杆，螺纹为高度为4mm齿型螺纹；所述螺杆的头部螺纹上的凹槽深度与螺纹的高度一致，宽度为3mm，螺杆头部上设有4组等距凹槽；2)口模处设有梭型分流头，梭型分流头的截面为心形，口模外径为7.5mm、截面为圆形；梭型分流头的最大截面的面积为口模截面面积的60％。

将卷烟生产配方中难于应用的上部烟叶机械粉碎为40～100目的粉末颗粒，将其与羟甲基纤维素、黄原胶按照100:10:10的质量比混合均匀，挤出机螺杆内部及料筒外壁均通循环冷却水，保证料筒内物料温度不超过60℃；采用切断机切割为120mm长度的空芯卷烟滤棒；将其与120mm醋纤滤棒按照10:15比例复合为二元空芯复合滤棒，并直接用于卷烟生产，制备的卷烟中空芯段靠近唇端。同步制备相同规格的醋纤空芯复合滤嘴作为对照。烟气检测数据结果表明本发明空芯滤棒与醋纤空芯滤棒截留效果相当，初步评吸认为试制样抽吸时余味更舒适，烟香更充裕。同时试制样烟外观更新颖，滤棒端亦有浓郁烟香。

实施例3

本实施例中采用的模具的实芯柱体截面为梅花形，环形空腔的外径为7.5mm，梅花形面积为环形空腔截面积的50％。生产过程中环形空腔固定在基体上。

将卷烟生产中产生的废弃烟草粉末过筛取80-120目粉末，将其与聚氨酯热熔胶粉按照100:20的质量比混合均匀，定量加入特制模具中液压成型，将物料加热到80℃并保压60s；脱模并风冷至室温得长度84mm、外径7.5mm、内芯为梅花形的烟用空芯滤棒，其中内芯截面积为滤棒全部截面积的50％；将其与108mm醋纤滤棒按照7:18比例复合为二元空芯复合滤棒，并直接用于卷烟生产，制备的卷烟中空芯段靠近唇端。同步制备相同规格的醋纤空芯复合滤嘴作为对照。烟气检测数据结果表明本发明空芯滤棒与醋纤空芯滤棒截留效果相当，初步评吸认为试制样抽吸时余味更舒适，烟香更充裕。同时试制样烟外观更新颖，滤棒端亦有浓郁烟香。

对比实施例1

本实施例中采用市售常规单螺杆挤出机进行空芯卷烟滤棒的制备，口模处设有梭型分流头，梭型分流头的最大截面处半径为4mm，截面为圆形，口模外径为7.5mm，截面为圆形。

将卷烟生产中产生的废弃烟草粉末与改性淀粉按照100:15的质量比混合均匀，挤出机螺杆内部及料筒外壁均通循环冷却水，保证料筒内物料温度不超过60℃；采用切断机切割为84mm长度的空芯卷烟滤棒；将其与108mm醋纤滤棒按照7:18比例复合为二元空芯复合滤棒，并直接用于卷烟生产，制备的卷烟中空芯段靠近唇端。同步制备相同规格的醋纤空芯复合滤嘴作为对照。

成型过程中发现制备的空心棒极为密实且硬度大，切割时较为困难且对切割刀具磨损很严重；烟气检测数据结果表明采用本实施例制备的空芯滤棒的卷烟焦油含量较醋纤空芯滤棒高1.0mg/支左右，其烟气截留效果差于醋纤空芯滤棒，初步评吸认为二者烟气质差异不大。

Claims (22)

1.一种空芯卷烟滤棒的制备方法，其特征在于：将烟草粉末和粘结剂混合均匀后，通过单螺杆挤出机挤出成型，得到空芯条状圆棒，所述空芯条状圆棒经过切割，即得；

所述单螺杆挤出机包括螺杆、机筒、机头、喂料装置、传动装置和温度控制系统；

所述螺杆的头部螺纹上开有多组与螺杆轴心平行的凹槽；

所述机筒的口模处设有梭型分流头；

所述螺杆包含等距螺纹，所述螺纹为高度为3~5mm的矩形、梯形或齿型螺纹；

所述螺杆的头部螺纹上的凹槽深度与螺纹的高度一致，宽度为2~4mm。

2.根据权利要求1所述的空芯卷烟滤棒的制备方法，其特征在于：

所述梭型分流头的最大截面的面积为口模截面积的20~80%。

3.根据权利要求1所述的空芯卷烟滤棒的制备方法，其特征在于：

所述梭型分流头的截面为圆形、椭圆形、多边形、梅花形或心形。

4.根据权利要求1~3任一项所述的空芯卷烟滤棒的制备方法，其特征在于：所述烟草粉末和粘结剂的质量比为10:（0.1~3）。

5.根据权利要求4所述的空芯卷烟滤棒的制备方法，其特征在于：所述烟草粉末和粘结剂的质量比为10:（0.5~2）。

6.根据权利要求5所述的空芯卷烟滤棒的制备方法，其特征在于：所述烟草粉末包括废弃烟草物粉末、低次烟叶粉末、上部烟叶粉末中至少一种。

7.根据权利要求6所述的空芯卷烟滤棒的制备方法，其特征在于：所述烟草粉末由废弃烟草物、低次烟叶、上部烟叶中至少一种通过微波杀菌、机械粉碎得到。

8.根据权利要求7所述的空芯卷烟滤棒的制备方法，其特征在于：所述烟草粉末的粒径为10~200目。

9.根据权利要求8所述的空芯卷烟滤棒的制备方法，其特征在于：所述烟草粉末的粒径为20~150目。

10.根据权利要求4所述的空芯卷烟滤棒的制备方法，其特征在于：所述粘结剂包括热熔胶和/或水性胶。

11.根据权利要求10所述的空芯卷烟滤棒的制备方法，其特征在于：所述水性胶为改性淀粉、羟甲基纤维素、羟丙基纤维素、黄原胶、瓜尔胶、环糊精、壳聚糖中的至少一种。

12.根据权利要求11所述的空芯卷烟滤棒的制备方法，其特征在于：所述热熔胶为聚烯烃、聚氨酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中至少一种的粉体。

13.根据权利要求12所述的空芯卷烟滤棒的制备方法，其特征在于：所述热熔胶的粉体的粒径为80~200目。

14.根据权利要求1~3、5~13任一项所述的空芯卷烟滤棒的制备方法，其特征在于：所述单螺杆挤出机的机筒内部和机筒外部均设有温度控制系统。

15.根据权利要求14所述的空芯卷烟滤棒的制备方法，其特征在于：所述温度控制系统控制螺杆挤压过程中机筒内部温度不高于80℃。

16.根据权利要求1~3、5~13、15任一项所述的空芯卷烟滤棒的制备方法，其特征在于：所述空芯条状圆棒的空芯部分截面积为空芯条状圆棒总截面积的20~80%。

17.根据权利要求16所述的空芯卷烟滤棒的制备方法，其特征在于：所述空芯条状圆棒的空芯部分截面积为空芯条状圆棒总截面积的30~70%。

18.根据权利要求17所述的空芯卷烟滤棒的制备方法，其特征在于：所述空芯条状圆棒的空芯部分截面为圆形、椭圆形、多边形、梅花形或心形。

19.一种空芯卷烟滤棒，其特征在于：由权利要求1~18任一项所述制备方法制备得到。

20.一种空芯卷烟滤棒的应用，其特征在于：权利要求19所述的空芯卷烟滤棒应用于制备卷烟滤嘴。

21.根据权利要求20所述的空芯卷烟滤棒的应用，其特征在于：所述空芯卷烟滤棒与普通醋纤滤棒复合制备二元复合卷烟滤嘴。

22.根据权利要求21所述的空芯卷烟滤棒的应用，其特征在于：所述空芯卷烟滤棒与普通醋纤滤棒的复合长度比为10:15、15:10或7:18。

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