CN109763189A - 一种具有相变吸热功能的烟用丝束及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有相变吸热功能的烟用丝束，是由食品纤维级聚乳酸原料，熔融纺丝过程中添加含有相变剂的微胶囊，经过干燥、熔融、纺丝、冷却、上油、牵伸、卷曲和烘干定型工艺得到的丝束。采用本发明制备方法制成的纤维加工成过滤嘴的香烟在抽吸过程中，聚乳酸中空纤维对极性和非极性烟气成分气体有较高的吸附/吸收能力；同时烟气通过滤嘴温度升高，聚乳酸材料及微胶囊内相变材料相态转变时吸热，降低了烟气温度，起到减害效果，且制成应用到聚乳酸过滤嘴的香烟具有独特的吸味风格，可以有效的过滤烟气中的有害物质。
Description
技术领域
本发明涉及卷烟用滤嘴材料技术领域，具体涉及一种具有相变吸热功能的烟用丝束及其制备方法。
背景技术
卷烟烟气经过烟条、滤棒的热交换和散失，最终吸入消费者口腔时，烟气温度偏高会带来烟气刺激与灼热感，降低卷烟抽吸舒适性。加热不燃烧卷烟工作温度在250-350度区间，能使特制烟弹里面的烟叶刚好加热到足以散发出香味和烟草味的程度，而低于350度不燃烧的状态下，又避免了产生传统烟的那些有害物质。然而加热不燃烧卷烟中，冷却段对降低烟气温度、提高烟气口感具有重要的意义。
目前对于加热不燃烧卷烟冷却段的研究较多，例如专利公开号CN 104203015A公开了一种具有气溶胶冷却元件的气溶胶生成物品，其冷却段基于聚乳酸基础片材折叠成棒的形式；英美烟草公司随即推出Dunhill烟弹，采用纸质空心嘴棒空管来降低烟气温度；四川中烟宽窄烟弹，采用折叠铝箔纸，利用其导热性能优异的特点迅速将热量传递分散以降低烟气温度；韩国烟草人参公社推出的Fiit烟弹采用缠绕编制成空心麻花状的纺丝材料制成。
目前主流品牌冷却段技术手段仍存在一定问题，烟气降温效果不甚理想，开发具有高效降温效果兼具环境友好性，同时具有现有全绿色产业链性的冷却段新材料成为当前占领行业制高点所急需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种具有相变吸热功能的烟用丝束及其制备方法，采用天然可再生植物资源提取的聚乳酸添加含有相变材料的微胶囊制成具有相变吸热功能的复合纤维应用于烟草制品中，对极性和非极性烟气成分气体有较高的吸附/吸收能力；同时烟气通过滤嘴温度升高，聚乳酸材料及其内部的含有相变材料的微胶囊相态转变时吸热，降低烟气温度，起到减害效果。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种具有相变吸热功能的烟用丝束，是由食品纤维级聚乳酸原料，熔融纺丝过程中添加含有相变剂的微胶囊，经过干燥、熔融、纺丝、冷却、上油、牵伸、卷曲和烘干定型工艺得到的丝束。
优选的，所述食品纤维级聚乳酸的熔融指数为6.0-14g/10min。
优选的，所述微胶囊囊芯采用相变材料填充在无机多孔材料内制备；所述囊壁采用可用作食品接触材料的聚合物制备。
优选的，所述相变材料为相变石蜡、聚乙二醇及其衍生物、脂肪酸及其衍生物、水合无机盐中的至少一种；所述无机多孔材料包括沸石、活性炭、硅酸盐、碳酸盐、铝酸盐中的一种或多种。
优选的，囊壁采用采用聚丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、环氧树脂等一种或多种进行包裹，不仅解决相变时体积变化以及泄漏问题，而且阻止石蜡与外界环境的直接接触，从而起到保护石蜡作用。无机填料的加入将极大地改善相变材料，尤其是改善有机相变材料本身低导热系数的缺陷，会提升整个冷却段降温效率与效果。另外，在微胶囊中，添加聚乙二醇、脂肪酸类、水合无机盐等相变材料，对整个相变体系进行调控，以满足较高导热系数、低体积变化、高潜热蓄能的要求。
本发明在聚乳酸熔融纺丝过程中添加含有相变剂的微胶囊，制备共混纤维，微胶囊囊芯采用相变剂填充无机填料方式，其相变过程稳定，循环性良好，相变潜热大，相转变温度范围在40-80℃，整个相转变焓(△Hm)为223.05J/g。采用本发明制备方法制成的纤维加工成过滤嘴的香烟在抽吸过程中，聚乳酸中空纤维对极性和非极性烟气成分气体有较高的吸附/吸收能力；同时烟气通过滤嘴温度升高，聚乳酸材料及微胶囊内的相变材料相态转变时吸热，降低了烟气温度，起到减害效果，且制成应用到聚乳酸过滤嘴的香烟具有独特的吸味风格。
优选的，一种具有相变吸热功能的烟用丝束的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将食品纤维级聚乳酸在70-100℃干燥2-4h，切片烘干，添加含有相变剂的微胶囊，在螺杆挤出机中熔融；
(2)将熔融后的纤维级聚乳酸进行纺丝，通过异形中空多形状的喷丝板，使熔融的聚乳酸流经中空异形中空喷丝孔喷出；在20±2℃环吹风冷却至室温，得到截面有空腔形状的纤维；
(3)将步骤(2)所得的纤维进行浸涂油表面处理，然后集中300-16000根纤维以卷绕速度300-900m/mim进行卷绕处理为半成品；收集入专用盛丝桶，放置2-24h后再结晶处理；
(4)将步骤(3)处理后的纤维在50-80℃下水浴牵伸3-8s，经热盘定型辊在70-120℃定型，然后在60-90℃下卷曲成型；
(5)将卷曲成型后的纤维在60-80℃下烘干定型15-25mim，在20±2℃温度下进行冷却固化定型，经皮带输送到叠丝机系统打包成型，即得所述具有相变吸热功能的烟用丝束。
优选的，步骤(1)所述螺杆加料段温度为180-190℃，压缩段温度为205±3℃，计量段温度为200±3℃。
优选的，步骤(2)所述纺丝温度190-220℃。
优选的，步骤(2)所述喷丝板中喷丝孔形状为复合Y型、C型、双弧形、品型中的两种或两种以上孔型组合而成。
优选的，步骤(4)所述牵伸比为1-3倍。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
(1)本发明制备的聚乳酸相变吸热微胶囊复合纤维加工成过滤嘴的香烟在抽吸过程中，聚乳酸中空纤维对极性和非极性烟气成分气体有较高的吸附、吸收能力；同时烟气通过滤嘴温度升高，聚乳酸材料相态转变时吸热，降低烟气温度，同时微胶囊中的相变材料发生相变现象，进一步降低烟气温度，起到减害效果。
(2)本发明制备的聚乳酸相变吸热微胶囊复合纤维应用于烟草制品中，极大地提高了卷烟过滤嘴与烟气接触交换比表面，从而提高对烟气烟碱成份的过滤吸附，快速降低烟气的有害物质；同时将本发明聚乳酸相变吸热微胶囊复合纤维应用到聚乳酸过滤嘴香烟，具有独特的吸味风格，并具有同二醋酸纤维素过滤嘴相近的过滤能力，可以有效的过滤烟气中的有害物质。
(3)本发明制备的烟用丝束复合纤维可生物分解，不会产生污染，可再生，属于绿色环保产品；降温过程减少了产生传统烟的那些有害物质。
(4)本发明采用聚乳酸与相变微胶囊共混纺丝的技术，可利用现有烟草行业产业链技术设备等资源，完全满足冷却段要求。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
一种具有相变吸热功能的烟用丝束的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将食品纤维级聚乳酸在70℃干燥4h，切片烘干后添加含有相变剂的微胶囊，经过螺杆挤出机中熔融，设置螺杆加料段温度为180℃，压缩段温度为202℃，计量段温度为197℃；其中微胶囊囊芯采用相变石蜡填充在沸石内制备；所述囊壁采用聚丙烯酸树脂制备；
(2)将熔融后的纤维级聚乳酸进行纺丝，纺丝温度190℃，通过异形中空多形状的喷丝板，其中喷丝板中喷丝孔形状为Y型、C型组合而成，使熔融的聚乳酸流经中空异形中空喷丝孔喷出；在18℃环吹风冷却至室温，得到截面有空腔形状的纤维；
(3)将步骤(2)所得的纤维进行浸涂油表面处理，然后集中300根纤维以卷绕速度300m/mim进行卷绕处理为半成品；收集入专用盛丝桶，放置2h后再结晶处理；
(4)将步骤(3)处理后的纤维在50℃下水浴，牵伸比为1倍牵伸8s，经热盘定型辊在70℃定型，然后在60℃下卷曲成型；
(5)将卷曲成型后的纤维在60℃下烘干定型25mim，在18℃温度下进行冷却固化定型，经皮带输送到叠丝机系统打包成型，即得所述具有相变吸热功能的烟用丝束。
实施例2
一种具有相变吸热功能的烟用丝束的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将食品纤维级聚乳酸在85℃干燥3h，切片烘干后添加含有相变剂的微胶囊，经过螺杆挤出机中熔融，设置螺杆加料段温度为185℃，压缩段温度为205℃，计量段温度为200℃；其中微胶囊囊芯采用聚乙二醇填充在活性炭内制备；所述囊壁采用聚氨酯树脂制备；
(2)将熔融后的纤维级聚乳酸进行纺丝，纺丝温度210℃，通过异形中空多形状的喷丝板，其中喷丝板中喷丝孔形状为双弧形、品型组合而成，使熔融的聚乳酸流经中空异形中空喷丝孔喷出；在20℃环吹风冷却至室温，得到截面有空腔形状的纤维；
(3)将步骤(2)所得的纤维进行浸涂油表面处理，然后集中10000根纤维以卷绕速度600m/mim进行卷绕处理为半成品；收集入专用盛丝桶，放置10h后再结晶处理；
(4)将步骤(3)处理后的纤维在65℃下水浴，牵伸比为2倍牵伸5s，经热盘定型辊在100℃定型，然后在80℃下卷曲成型；
(5)将卷曲成型后的纤维在70℃下烘干定型20mim，在20℃温度下进行冷却固化定型，经皮带输送到叠丝机系统打包成型，即得所述具有相变吸热功能的烟用丝束。
实施例3
一种具有相变吸热功能的烟用丝束的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将食品纤维级聚乳酸在100℃干燥2h，切片烘干后添加含有相变剂的微胶囊，经过螺杆挤出机中熔融，设置螺杆加料段温度为190℃，压缩段温度为208℃，计量段温度为203℃；其中微胶囊囊芯采用脂肪酸填充在硅酸盐内制备；所述囊壁采用聚酯树脂制备；
(2)将熔融后的纤维级聚乳酸进行纺丝，纺丝温度220℃，通过异形中空多形状的喷丝板，其中喷丝板中喷丝孔形状为Y型、双弧形组合而成，使熔融的聚乳酸流经中空异形中空喷丝孔喷出；在22℃环吹风冷却至室温，得到截面有空腔形状的纤维；
(3)将步骤(2)所得的纤维进行浸涂油表面处理，然后集中10000根纤维以卷绕速度900m/mim进行卷绕处理为半成品；收集入专用盛丝桶，放置24h后再结晶处理；
(4)将步骤(3)处理后的纤维在80℃下水浴，牵伸比为3倍牵伸3s，经热盘定型辊在120℃定型，然后在90℃下卷曲成型；
(5)将卷曲成型后的纤维在80℃下烘干定型15mim，在22℃温度下进行冷却固化定型，经皮带输送到叠丝机系统打包成型，即得所述具有相变吸热功能的烟用丝束。
实施例4
一种具有相变吸热功能的烟用丝束的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将食品纤维级聚乳酸在100℃干燥2h，切片烘干，添加含有相变剂的微胶囊，经过螺杆挤出机中熔融，设置螺杆加料段温度为190℃，压缩段温度为208℃，计量段温度为203℃；其中微胶囊囊芯采用水合无机盐填充在铝酸盐内制备；所述囊壁采用环氧树脂制备；
(2)将熔融后的纤维级聚乳酸进行纺丝，纺丝温度220℃，通过异形中空多形状的喷丝板，其中喷丝板中喷丝孔形状为Y型、双弧形组合而成，使熔融的聚乳酸流经中空异形中空喷丝孔喷出；在22℃环吹风冷却至室温，得到截面有空腔形状的纤维；
(3)将步骤(2)所得的纤维进行浸涂油表面处理，然后集中16000根纤维以卷绕速度900m/mim进行卷绕处理为半成品；收集入专用盛丝桶，放置24h后再结晶处理；
(4)将步骤(3)处理后的纤维在80℃下水浴，牵伸比为3倍牵伸3s，经热盘定型辊在120℃定型，然后在90℃下卷曲成型；
(5)将卷曲成型后的纤维在80℃下烘干定型15mim，在22℃温度下进行冷却固化定型，经皮带输送到叠丝机系统打包成型，即得所述具有相变吸热功能的烟用丝束。
本发明实施例2中制备的具有相变吸热功能的烟用丝束的物料技术指标如表1所示。
本发明实施例2中制备的具有相变吸热功能的烟用丝束与其他纤维素材的环境影响和燃烧特性如表2所示。
表2
将本发明实施例2中制备的具有相变吸热功能的烟用丝束制备成过滤嘴用于某品牌香烟，进行指标检测，具体数据见表3。
表3香烟检测对比
以上为本发明较佳实施例，只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种具有相变吸热功能的烟用丝束，其特征在于，是由食品纤维级聚乳酸原料，熔融纺丝过程中添加含有相变剂的微胶囊，经过干燥、熔融、纺丝、冷却、上油、牵伸、卷曲和烘干定型工艺得到的丝束。
2.根据权利要求1所述的具有相变吸热功能的烟用丝束，其特征在于：所述食品纤维级聚乳酸的熔融指数为6.0-14g/10mim。
3.根据权利要求1所述的具有相变吸热功能的烟用丝束，其特征在于：所述微胶囊囊芯采用相变材料填充在无机多孔材料内制备；所述囊壁采用可用作食品接触材料的聚合物制备。
4.根据权利要求3所述的具有相变吸热功能的烟用丝束，其特征在于：所述相变材料为相变石蜡、聚乙二醇及其衍生物、脂肪酸及其衍生物、水合无机盐中的至少一种；所述无机多孔材料包括沸石、活性炭、硅酸盐、碳酸盐、铝酸盐中的一种或多种；所述聚合物为聚丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、环氧树脂中的一种或多种。
5.一种权利要求1所述的具有相变吸热功能的烟用丝束的制备方法，其特征在：包括如下步骤：
(1)将食品纤维级聚乳酸在70-100℃干燥2-4h,切片烘干，添加含有相变剂的微胶囊，在螺杆挤出机中熔融；
(2)将熔融后的纤维级聚乳酸进行纺丝，通过异形中空多形状的喷丝板，使熔融的聚乳酸流经中空异形中空喷丝孔喷出；在20±2℃环吹风冷却至室温，得到截面有空腔形状的纤维；
(3)将步骤(2)所得的纤维进行浸涂油表面处理，然后集中300-16000根纤维以卷绕速度300-900m/mim进行卷绕处理为半成品；收集入专用盛丝桶，放置2-24h后再结晶处理；
(4)将步骤(3)处理后的纤维在50-80℃下水浴牵伸3-8s，经热盘定型辊在70-120℃定型，然后在60-90℃下卷曲成型；
(5)将卷曲成型后的纤维在60-80℃下烘干定型15-25mim，在20±2℃温度下进行冷却固化定型，经皮带输送到叠丝机系统打包成型，即得所述具有相变吸热功能的烟用丝束。
6.根据权利要求5所述的用于具有相变吸热功能的烟用丝束的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述螺杆加料段温度为180-190℃，压缩段温度为205±3℃，计量段温度为200±3℃。
7.根据权利要求5所述的具有相变吸热功能的烟用丝束的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述纺丝温度190-220℃。
8.根据权利要求5所述的具有相变吸热功能的烟用丝束的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述喷丝板中喷丝孔形状为复合Y型、C型、双弧形、品型中的两种或两种以上孔型组合而成。
9.根据权利要求5所述的具有相变吸热功能的烟用丝束的制备方法，其特征在于：步骤(4)所述牵伸比为1-3倍。
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