CN110629583A

CN110629583A - 一种卷烟用导热阻燃卷烟纸及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN110629583A
Application number: CN201810642540.8A
Authority: CN
Inventors: 文建辉; 杜文; 黄平
Original assignee: China Tobacco Hunan Industrial Co Ltd
Current assignee: China Tobacco Hunan Industrial Co Ltd
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2019-12-31

Abstract

本发明公开了一种卷烟用导热阻燃卷烟纸及其制备方法和应用，导热阻燃卷烟纸的制备方法包括以下步骤：（1）制备导热阻燃浆液；所述热阻燃浆液包括导热材料和磷系阻燃剂；所述导热材料为氮化铝粉体、氧化铝粉体、氮化硼粉体、碳化硅粉体中的一种或几种；所述磷系阻燃剂为可溶性的磷酸二氢盐、聚磷酸铵中的一种或几种；（2）在卷烟纸表面施加导热阻燃浆液，或者在抄造基纸的表面涂布导热阻燃浆液，得到导热阻燃卷烟纸。导热阻燃卷烟纸在卷烟加热时一方面可以阻止卷烟纸的燃烧，另一方面明显提高了卷烟纸的传热效率和烟气释放量，实现低温加热型卷烟外观质量和内在质量的同步提升。

Description

一种卷烟用导热阻燃卷烟纸及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种卷烟用导热阻燃卷烟纸及其制备方法和应用，属于卷烟纸加工技术领域。

背景技术

吸烟有害健康，公众对吸烟与健康的问题日益关注，国际上控烟运动的脚步愈发加快，对公共场所吸烟的限制越来越严格。为适应控烟运动并降低烟草对健康的危害，世界各国烟草公司如菲莫、英美等积极研发各种新型烟草制品，其中加热非燃烧低温卷烟、电子烟、无烟气烟草制品等受到国内外广大烟草消费者的欢迎。目前新型烟草制品的研究、设计开发已成为国际上烟草行业一个热门研究领域。

作为新型烟草制品中的低温加热不燃烧型卷烟，其主要特点是通过加热烟草，而不是燃烧烟草来产生烟气，与传统燃烧型烟草比较，其烟气中有害成分和二手烟气量均大量降低。低温加热不燃烧型卷烟产品主要由烟支和加热装置两部分构成，其中烟支与通常的卷烟基本无差异，加热方式主要有中心加热及外包围加热，由于热源温度较低(200-300℃)，加上卷烟纸和烟草的导热性能不佳，导致低温条件下烟气产生量不够，消费者满足感不足，并且卷烟纸有烧焦、发黄、发黑现象。目前提高低温烟卷烟纸阻燃性已有相关专利(201610913140.7，201410437696.4等)，可有效解决卷烟纸烧焦、发黄、发黑现象，但烟草中香味成分难以充分释放，烟气量不够、消费者满足感不足的问题尚未解决。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种低温加热型卷烟用导热阻燃卷烟纸。

本发明的另一目的在于提供上述低温加热型卷烟用导热阻燃卷烟纸的制备方法。

本发明的技术方案是，提供一种卷烟用导热阻燃卷烟纸的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备导热阻燃浆液；所述热阻燃浆液包括导热材料和磷系阻燃剂；

所述导热材料为氮化铝粉体、氧化铝粉体、氮化硼粉体、碳化硅粉体中的一种或几种，导热材料占导热阻燃卷烟纸质量分数为0.5％～8.0％；

所述磷系阻燃剂为可溶性的磷酸二氢盐、聚磷酸铵中的一种或几种，磷系阻燃剂占导热阻燃卷烟纸的质量分数为0.4％～3.0％；

(2)在卷烟纸表面施加导热阻燃浆液，或者在抄造基纸(简称基纸)的表面涂布导热阻燃浆液，得到导热阻燃卷烟纸。

抄造基纸是按照传统卷烟纸抄造工艺，制造一定规格卷烟原纸，用于后续涂布加工。卷烟纸是已经制备出的卷烟纸成品。

优选地，当在卷烟纸表面施加导热阻燃浆液时，导热阻燃浆液中还包括化学处理剂。

优选地，化学处理剂占导热阻燃卷烟纸的质量分数为0.1％～0.5％。

优选地，所述化学处理剂为羧甲基纤维素、聚丙烯酸盐、季铵盐阳离子淀粉中的一种或几种。

优选地，当在抄造基纸的表面涂布导热阻燃浆液时，导热阻燃浆液中还包括成膜剂以及粘度调节剂。

优选地，所述成膜剂占导热阻燃卷烟纸的质量分数为0.5％～2.5％，粘度调节剂占导热阻燃卷烟纸的质量分数为0.1％～0.5％。

优选地，所述成膜剂为麦芽糊精、改性淀粉、明胶中的一种或几种；所述粘度调节剂为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠中的一种或几种。

优选地，采用碳酸钙作为卷烟纸或抄造基纸的填料，填料占导热阻燃卷烟纸的质量分数为20％～40％。

优选地，所述导热材料在导热阻燃卷烟纸中的成分及质量分数分别为：氮化铝粉体0.5％～8.0％，或者氧化铝粉体0.5％～8.0％，或者氧化铝粉体0.5％～4.0％，或者碳化硅粉体0.5～4.0％。

本发明还提供所述的制备方法获得的卷烟用导热阻燃卷烟纸。

本发明还提供所述的导热阻燃卷烟纸在低温加热型卷烟上的应用，所述低温加热型卷烟中的加热卷烟的温度为200-300℃。

本发明优选的是：所述导热阻燃卷烟纸填料为碳酸钙；所述导热材料为氮化铝粉体、氮化硼粉体、氧化铝粉体、碳化硅粉体中的一种或几种；所述化学处理剂为羧甲基纤维素、聚丙烯酸盐、季铵盐阳离子淀粉中的一种或几种；所述磷系阻燃剂为可溶性的磷酸二氢盐、聚磷酸铵(APP)中的一种或几种；所述填料占导热阻燃卷烟纸质量分数为20％～40％，导热材料占导热阻燃卷烟纸质量分数为0.5％～8.0％，化学处理剂占导热阻燃卷烟纸质量分数0.1％～0.5％，磷系阻燃剂占导热阻燃卷烟纸质量分数为0.4％～3.0％。

本发明优选的是：所述导热阻燃卷烟纸填料为碳酸钙；所述导热材料为氮化铝粉体、氮化硼粉体、氧化铝粉体、碳化硅粉体中的一种或几种；所述磷系阻燃剂为可溶性的磷酸二氢盐、聚磷酸铵(APP)中的一种或几种；所述成膜剂为麦芽糊精、改性淀粉、明胶中的一种或几种；所述粘度调节剂为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠中的一种或几种；所述填料占导热阻燃卷烟纸质量分数为20％～40％，导热材料占导热阻燃卷烟纸质量分数为0.5％～8.0％，磷系阻燃剂占导热阻燃卷烟纸质量分数为0.5％～3.0％，成膜剂占导热阻燃卷烟纸质量分数为0.5％～2.5％，粘度调节剂占导热阻燃卷烟纸质量分数为0.1％～0.5％。

本发明所述导热阻燃卷烟纸填料在卷烟纸中的成分及质量分数是碳酸钙20％～40％；所述导热材料在卷烟纸中的成分及质量分数是氮化铝粉体0.5％～8.0％，或者氧化铝粉体0.5％～8.0％，或者氧化铝粉体0.5％～4.0％，碳化硅粉体0.5～4.0％；所述化学处理剂在卷烟纸中的成分及其质量分数是季铵盐阳离子淀粉0.05％～0.30％，羧甲基纤维素0.02％～0.15％；所述磷系阻燃剂在卷烟纸中的成分及质量分数是聚磷酸铵0.40％～2.3％，磷酸二氢铵0.10％～0.70％；

本发明所述导热阻燃卷烟纸填料在卷烟纸中的成分及质量分数是碳酸钙20％～40％；所述导热材料在导热阻燃卷烟纸中的成分及质量分数是氮化铝粉体0.5％～8.0％，或者氧化铝粉体0.5％～8.0％，或者氧化铝粉体0.5％～4.0％，碳化硅粉体0.5～4.0％；所述磷系阻燃剂在导热阻燃卷烟纸中的成分及质量分数是聚磷酸铵0.5％～2.0％，磷酸二氢铵0％～1.0％；所述成膜剂在导热阻燃卷烟纸中的成分及质量分数是淀粉0.3％～1.5％，明胶0.2％～1.0％；所述粘度调节剂在导热阻燃卷烟纸中的成分及质量分数是羧甲基纤维素钠0.03％～0.2％，海藻酸钠0.07％～0.3％。

一种如上所述低温加热型卷烟用导热阻燃卷烟纸的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

a)用碳酸钙作为导热阻燃卷烟纸的填料，与其它纸浆按照常规造纸工艺制作卷烟纸；

b)将导热材料、磷系阻燃剂的溶液或悬浮液与化学处理剂混合搅拌均匀，通过机内表面施胶装置施涂到卷烟纸的1面或2面，通过抄纸工艺制成阻燃、导热卷烟纸。

所述步骤a)中，在造纸设备上控制卷烟纸的特性为：定量27-35g/m²；

所述步骤b)中，先在施胶槽中将化学处理剂加水并升温糊化，糊化后再加入导热材料、磷系阻燃剂的溶液或悬浮液，搅拌均匀后施涂到卷烟纸的正反面。

本发明另一种如上所述低温加热型卷烟用导热阻燃卷烟纸的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

b)然后将由导热材料、磷系阻燃剂、成膜剂、粘度调节剂组成的涂布液通过机外涂布方式涂于所抄造基纸的正反两面；

所述步骤a)中，在抄纸设备上控制卷烟纸的特性为：定量27-35g/m²；

所述步骤b)中，先在涂布液调制桶中将导热材料、磷系阻燃剂加水搅拌均匀，然后加入粘度调节剂并搅拌均匀，再加入成膜剂，搅拌均匀后按照涂布工艺对基纸正反面进行涂布。

本发明主要是将导热材料和磷系阻燃剂作为卷烟纸用功能助剂留着在卷烟纸表面，磷系阻燃剂在高温时释放出难燃气体分子，隔离空气中氧气，从而阻止卷烟纸燃烧，同时导热材料能有效提升卷烟纸的导热性能，提高热量通过卷烟纸向烟丝的传递效率，在改善低温加热型卷烟卷烟纸发黄、发黑现象的同时，提高烟气和香味成分的释放量，提升消费者的满足感。

本发明与已有技术相比具有如下技术效果：

1、导热材料和阻燃剂作为卷烟纸用功能助剂留着在卷烟纸表面，在卷烟加热时一方面可以阻止卷烟纸的燃烧，另一方面明显提高了卷烟纸的传热效率和烟气释放量，实现低温加热型卷烟外观质量和内在质量的同步提升；

2、本发明通过优选合适的导热材料、阻燃剂、化学处理剂、成膜剂和粘调节剂，通过对上胶量或涂布量的控制，可满足不同低温加热卷烟的设计要求，同时保持卷烟外观一致；

3、本发明对现有技术进行了显著提升，极大改善了低温加热型卷烟的抽吸品质和满足感，可产生良好的社会效益和经济效益。

具体实施方式

实施例1

取150公斤针叶浆，450公斤桦木阔叶浆，加入填料碳酸钙240公斤。导热材料和阻燃剂的添加方式是：在施胶槽中按质量份数加水100份、季铵盐阳离子淀粉1份、羧甲基纤维素0.3份，升温到90℃糊化，待糊化完成后再加入聚磷酸铵7.5份、磷酸二氢铵2.5份、氮化铝粉体15份、海藻酸钠1份，搅拌25分钟混合均匀，通过机内表面施胶装置施涂到卷烟纸的正反面。在设备上控制卷烟纸特性为：定量29克/米²。

实施例2

取150公斤针叶浆，450公斤桦木阔叶浆，加入填料碳酸钙240公斤。导热材料和阻燃剂的添加方式是：在施胶槽中按质量份数加水100份、季铵盐阳离子淀粉1.2份、羧甲基纤维素0.3份，升温到90℃糊化，待糊化完成后再加入聚磷酸铵7.5份、磷酸二氢铵2.5份、氮化铝粉体20份、海藻酸钠0.8份，搅拌30分钟混合均匀，通过机内表面施胶装置施涂到卷烟纸的正反面。在设备上控制卷烟纸特性为：定量29克/米²。

实施例3

取150公斤针叶浆，450公斤桦木阔叶浆，加入填料碳酸钙240公斤。导热材料和阻燃剂的添加方式是：在施胶槽中按质量份数加水100份、季铵盐阳离子淀粉1份、六偏磷酸钠0.3份，升温到90℃糊化，待糊化完成后再加入聚磷酸铵7.5份、磷酸二氢铵2.5份、氮化铝粉体30份、海藻酸钠0.5份，搅拌30分钟混合均匀，通过机内表面施胶装置施涂到卷烟纸的正反面。在设备上控制卷烟纸特性为：定量29克/米²。

实施例4

取150公斤针叶浆，450公斤桦木阔叶浆，加入填料碳酸钙240公斤。按抄纸工艺生产基纸，在设备上控制卷烟纸特性为：定量29克/米²。

按质量份数在涂布液调制桶中加水100份，搅拌条件下加聚磷酸铵6.5份、磷酸二氢铵3份、氧化铝粉体15份，继续搅拌15分钟；向其中加入粘度调节剂海藻酸钠0.5份、成膜剂改性淀粉1份，继续搅拌10分钟；按涂布工艺对基纸正反面进行机外涂布，涂布机凹版深度为35μm，车速为40m/min，烘箱温度控制110℃，基纸样品涂布幅宽640mm，涂布量1000m。

实施例5

基纸的制备按实施例4的生产过程。

按质量份数在涂布液调制桶中加水100份，搅拌条件下加聚磷酸铵6.5份、磷酸二氢铵3份、氧化铝粉体20份，继续搅拌20分钟；向其中加入粘度调节剂海藻酸钠0.4份、成膜剂改性淀粉1份，继续搅拌10分钟；按涂布工艺对基纸正反面进行机外涂布，涂布机凹版深度为35μm，车速40m/min，烘箱温度控制110℃，基纸样品涂布幅宽640mm，涂布量1000m。

实施例6

基纸的制备按实施例4的生产过程。

按质量份数在涂布液调制桶中加水100份，搅拌条件下加聚磷酸铵6.5份、磷酸二氢铵3份、氧化铝粉体20份、碳化硅粉体5份，继续搅拌20分钟；向其中加入粘度调节剂海藻酸钠0.4份、成膜剂改性淀粉1份，继续搅拌10分钟；按涂布工艺对基纸正反面进行机外涂布，涂布机凹版深度为35μm，车速40m/min，烘箱温度控制110℃，基纸样品涂布幅宽640mm，涂布量1000m。

实施例7

基纸的制备按实施例4的生产过程。

按质量份数在涂布液调制桶中加水100份，搅拌条件下加聚磷酸铵6.5份、磷酸二氢铵3份、氧化铝粉体20份、碳化硅粉体10份，继续搅拌20分钟；向其中加入粘度调节剂海藻酸钠0.4份、成膜剂改性淀粉1份，继续搅拌10分钟；按涂布工艺对基纸正反面进行机外涂布，涂布机凹版深度为35μm，车速40m/min，烘箱温度控制110℃，基纸样品涂布幅宽640mm，涂布量1000m。

结果分析：

通过检测机内施胶方式生产的导热阻燃卷烟纸(实施例1-实施例3)中磷酸根含量，根据胶料配方换算出导热材料在导热阻燃卷烟纸中的添加比例，通过检测机外施胶方式生产的导热阻燃卷烟纸(实施例4-实施例7)基纸重量以及胶料消耗量，计算出导热材料在导热阻燃卷烟纸中的添加比例，表1为不同实施例与常规阻燃卷烟纸的导热材料添加量与主要物理指标比较。根据表1结果，各实施例与常规29克阻燃卷烟纸产品主要物理指标接近，不影响卷烟纸外观特征和强度性能。

表1常规阻燃卷烟纸和不同实施例导热阻燃卷烟纸的物理指标

采用DRE瞬态平面热源法导热仪对常规阻燃卷烟纸和不同实施例导热阻燃卷烟纸进行导热性能测试，将不同卷烟纸裁切成符合测试要求尺寸，根据材料性能选择相同功率，仪器其它设置参数一致，每个样品进行3次平行测试，表2为常规阻燃卷烟纸和不同实施例导热阻燃卷烟纸的导热系数。

表2常规阻燃卷烟纸和不同实施例导热阻燃卷烟纸的导热系数和热扩散系数

物质的导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度(K，℃)，在1秒内(1s)通过1平方米面积传递的热量，是物质导热能力的量度,，导热系数高，表明物质的导热能力强。热扩散系数是指在物质受热升温的非稳态导热过程中，进入物质的热量沿途不断地被吸收而使物质温度升高，热扩散系数高，表明物质内热量横向传递、扩散速率快。低温烟采取外周加热方式时，加热装置与烟草之间隔着一层卷烟纸，卷烟纸的导热性能直接决定了热量传递至烟草中的速率以及抽吸时烟草中香味物质的挥发速率和挥发量。根据表2中测试结果，与常规阻燃卷烟纸比较，实施例1至实施例3采用机内施胶方式加入导热材料氮化铝粉体的导热阻燃卷烟纸的导热系数有显著的提高，热扩散系数也有明显升高，并且随着氮化铝粉体加入比例的升高，导热系数进一步提高。当卷烟纸中氮化铝粉体添加比例为1.4％、2.1％和2.9％时，其卷烟纸导热系数较常规阻燃卷烟纸分别提高了54.0％、75.0％和97.3％，热扩散系数较常规阻燃卷烟纸分别提高了15.5％、29.3％和41.3％。对于机外涂布方式添加不同导热材料的导热阻燃卷烟纸，如实施例4至实施例7，其导热性能均有明显的提高，其中添加氧化铝粉体的实施例4和实施例5的导热阻燃卷烟纸导热系数较常规阻燃卷烟纸分别提高了30.3％和55.4％，热扩散系数分别提高了12.1％、15.5％。添加氧化铝粉体和碳化硅粉体的实施例6与实施例7的导热阻燃卷烟纸的导热系数较常规阻燃卷烟纸分别提高了68.3％和77.7％，热扩散系数分别提高了29.3％、34.5％。

使用相同配方的低温烟烟草薄片和滤嘴等其它辅材，将常规阻燃卷烟纸与实施例1-实施例7的导热阻燃卷烟纸制备低温卷烟，置于350℃加热非燃烧卷烟加热器中加热并使用吸烟机抽吸，每支烟抽吸7口，间隔30s，单口抽吸容量35ml，抽吸完成后取出烟支，分析卷烟纸白度，同时检测每支烟支的主流烟气总粒相物和CO指标。表3为各烟支样品抽吸前后卷烟纸白度变化数据和主流烟气总粒相物检测结果，分析结果表明在连续抽吸7口后，所有卷烟纸均无明显炭化、发黄、发黑现象，常规阻燃卷烟纸制备的低温烟白度保持率为83％，实施例1纸实施例7的导热阻燃卷烟纸的白度保持率在80-87％之间，与常规阻燃卷烟纸无明显差异，表明在常规阻燃卷烟纸基础上提高导热性能后，其阻燃性并未收到影响。主流烟气总粒相物检测结果表明，与常规阻燃卷烟纸相比，添加有导热材料的导热阻燃卷烟纸制备的低温不燃烧卷烟主流烟气总粒相物均有明显升高，幅度在10％-21％之间，其中以实施例3添加有2.9％氮化铝粉体的卷烟纸效果最佳，其主流烟气总粒相物较常规产品上升了21％，表明本发明的低温不燃烧导热卷烟纸应用于低温卷烟中可有效提升卷烟纸的导热性能，提高烟气释放量，更好地满足消费者需求。

表3常规阻燃卷烟纸和不同实施例导热阻燃卷烟纸低温加热型卷烟抽吸后的白度保持率和主流烟气焦油释放量

Claims

1.一种卷烟用导热阻燃卷烟纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）制备导热阻燃浆液；所述热阻燃浆液包括导热材料和磷系阻燃剂；

所述导热材料为氮化铝粉体、氧化铝粉体、氮化硼粉体、碳化硅粉体中的一种或几种，导热材料占导热阻燃卷烟纸的质量分数为0.5%～8.0％；

（2）在卷烟纸表面施加导热阻燃浆液，或者在抄造基纸的表面涂布导热阻燃浆液，得到导热阻燃卷烟纸。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，当在卷烟纸表面施加导热阻燃浆液时，导热阻燃浆液中还包括化学处理剂。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述化学处理剂占导热阻燃卷烟纸的质量分数为0.1%～0.5%。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述化学处理剂为羧甲基纤维素、聚丙烯酸盐、季铵盐阳离子淀粉中的一种或几种。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，当在抄造基纸的表面涂布导热阻燃浆液时，导热阻燃浆液中还包括成膜剂以及粘度调节剂。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述成膜剂占导热阻燃卷烟纸的质量分数为0.5％～2.5％，粘度调节剂占导热阻燃卷烟纸的质量分数为0.1％～0.5％。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述成膜剂为麦芽糊精、改性淀粉、明胶中的一种或几种；所述粘度调节剂为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠中的一种或几种。

8.如权利要求1所述的导热阻燃卷烟纸，其特征在于，采用碳酸钙作为卷烟纸或抄造基纸的填料，填料占导热阻燃卷烟纸的质量分数为20％～40%。

9.权利要求1-8任一项所述的制备方法获得的卷烟用导热阻燃卷烟纸。

10.如权利要求9所述的导热阻燃卷烟纸在低温加热型卷烟上的应用，所述低温加热型卷烟中的加热卷烟的温度为200-300℃。