CN111134357A - 一种高密度中空嘴棒及其复合嘴棒 - Google Patents
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Abstract
一种高密度中空嘴棒，为高密度材料卷成的中空回转体结构；其密度范围为0.9g/cm3‑1.6g/cm3，壁厚为0.05‑0.7mm，外径5.0‑8.0mm。用于制备所述高密度中空嘴棒的材料包括醋酸纤维素及其衍生物、聚羟基脂肪酸酯、聚烯烃类有机高分子聚合物。所述醋酸纤维素及其衍生物包括二醋酸纤维素、醋酸丙酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基纤维素。所述醋酸纤维素及其衍生物的羟基取代度为1.5到2.8。本发明还公开了包含所述高密度中空嘴棒的复合嘴棒及其在加热卷烟中的应用。本发明的复合嘴棒在加热卷烟上应用时，能够降低烟支压降，提高烟气混合空间，降低烟气吸附，降低烟气温度，提高烟气烟雾量，保持卷烟烟气入口舒适感。
Description
技术领域
本发明属于卷烟技术领域，涉及嘴棒结构，尤其是一种包含高密度中空嘴棒的复合嘴棒。
背景技术
含烟草的气溶胶产生基质经热源加热而非燃烧产生烟气的加热卷烟制品，在卷烟领域已 知，其烟草组分在近似200-375℃的加热温度下仍会发生蒸馏与裂解，从而释放出烟气。
与传统卷烟相比，加热卷烟制品的烟气释放量是传统卷烟的5％。为了有效加热烟草，充 分释放气溶胶，加热卷烟大部分被加热器具完全包裹，且加热端到嘴端距离较短，气溶胶产 生基质(烟草段)添加了近似20％的的气雾形成剂，如甘油、丙二醇等，并且在不燃烧的情 况下气溶胶中含有远高于传统卷烟的水分含量，烟气温度高，给抽烟消费者带来灼热不舒适 感。因此，加热卷烟的嘴棒性能需要满足降低吸阻低烟气过滤、降低烟气温度的技术要求。
加热卷烟嘴段结构，如CN104754964B公开了一种与内部加热元件一起使用的发烟制品， 其包括气溶胶形成基质、支撑元件、冷却元件，其支撑元件的内径介于空隙管元件外径35-55％， 材质为中空醋酸纤维素管。
CN108813713A公开了一种加热式发烟烟支及加热式发烟制品，其包括发烟段、降温段、 隔离段和醋纤段，隔离段为多层成型纸依次重叠形成的空管，空管内设置载香组件。
上述作为支撑段或隔离段的中空管件直接与烟草段接触，在加工和使用过程中存在硬度、 挺度、安全性、工艺复杂等待提高的技术难点，如中空醋酸纤维素管需要将醋酸纤维素原料 经干法纺丝得到高单旦纤维丝束，随后在专用滤棒成型机上向丝束中通过添加大量增塑剂热 压成型(加工工艺与专利CN102166041B所述加工成型工艺一致)，工艺复杂，同时该工艺难 以加工得到保持硬度(＞80％)的薄壁空管(＜1mm)，其内径空腔与外径的占比低，不利于 雾化气溶胶的充分混合，壁材的空隙多不利于热量向外传导，不利于低烟气吸附，同时中空 管与烟草段的直接接触面积较大，抽吸时存在一定的焦化热收缩现象。纸空管具有高吸湿性， 高温高含量水气易被纸空管吸收，从而导致空管挺度难以维持，易发生变形。
发明内容
本发明的目的在于提供一种卷烟用中空嘴棒，在加工和使用过程中具有适合的硬度、挺 度。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
所述复合嘴棒包括一种高密度中空嘴棒，为高密度材料卷成的中空回转体结构；密度为 0.9克/立方厘米-1.6克/立方厘米，优选地密度为1.0-1.5g/cm3，壁厚为0.05-0.7mm，优选壁 厚为0.1-0.5mm，外径5.0-8.0mm。
所述高密度中空嘴棒的内径占外径的比例72％-98％，高于传统醋酸纤维素丝束空管的 25-55％，有利于烟气混合、降低烟支吸阻；所述高密度中空嘴棒壁材密度大，壁材孔隙率约 5-30％，而传统醋酸纤维素丝束空管由几千根醋酸纤维热压成型，纤维与纤维间存在大量空 隙，壁材孔隙率高达70-80％，不利于热量的传导，不利于烟气释放。
可选地，所述高密度中空嘴棒的中空部分截面可以是圆形、椭圆形、三角形、多边形、 梅花形、五角星形、十字形、螺旋通道，以及其他不规则形状。
可选地，所述高密度中空嘴棒包括醋酸纤维素及其衍生物，聚丙交酯、聚己内酯等聚羟 基脂肪酸酯，聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等聚烯烃类有机高分子聚合物。
进一步地，所述醋酸纤维素及其衍生物包括二醋酸纤维素、醋酸丙酸纤维素、醋酸丁酸 纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基纤维素。
可选地，所述醋酸纤维素及其衍生物的羟基被取代度为1.5到2.8。
可选地，所述醋酸纤维素及其衍生物其分子量为10000-120000Dalton；优选地，其分子 量为20000-100000Dalton；更优选地，其分子量为25000-90000Dalton。。
可选地，所述醋酸纤维素及其衍生物的特性粘度为1.2-1.8dL/g，优选1.25-1.75dL/g，更 优选1.35-1.7dL/g。
本发明采用对环境不造成有害影响或者能满足与食品接触材料要求的有机化合物或低聚 物作为增塑剂使用。所述增塑剂可选但不限于包括甘油酯类、柠檬酸酯类、乙酰柠檬酸酯类、 乙二醇低聚合物、丙二醇低聚物、乙二醇丙二醇共聚物、环氧植物油脂及其它脂肪酸酯类增 塑剂的一种或者多种组合。
下面分别具体描述本发明所采用的几大类环保型增塑剂及其用于醋酸纤维素增塑剂的使 用范围。
所述塑化剂可以是具有下面分子结构的甘油酯类塑化剂：
其中，
R3,R4,R5＝H,
n＝0～16。
可选地，上述甘油酯包括甘一酯,甘二酯,甘三酯，所述羧酸包括碳原子数为2-18的脂肪 酸等。
当塑化剂是三醋酸甘油酯时，在混合材料中三醋酸甘油酯添加量为1％-45％，优选地 10％-40％，更优选地25％-35％。
所述的柠檬酸酯类、乙酰柠檬酸三丁酯类塑化剂，是指具有下面分子结构的一类化合物，
其中，
R6＝H,OH,
R7，R8,R9＝CH3，C2H5,C3H7,C5H12,C7H15。
可选地，上述柠檬酸酯类包括柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丙酯、柠檬酸三丁酯；
可选地，上述乙酰柠檬酸酯包括乙酰柠檬酸三乙酯、乙酰柠檬酸三丙酯、乙酰柠檬酸三 丁酯；
柠檬酸酯类塑化剂和三醋酸甘油酯类塑化剂可以混合使用，柠檬酸酯类塑化剂的加入可 以调整材料疏水性，降低亲水性强的增塑剂的迁移。如果是三醋酸甘油酯和柠檬酸三丁酯混 合使用，柠檬酸三丁酯在混合增塑剂中的比例范围为0.1％-60％，优选地比例范围在20％到45％ 之间。三醋酸甘油酯和柠檬酸三丁酯混合比例确定方法包括：(1)将三醋酸甘油酯和柠檬酸 三丁酯按一定的比例混合；(2)将醋酸纤维素溶于丙酮然后与混合增塑剂混合；(3)将混合 溶液放置于表面皿自然风干，然后观察膜的透明性。透明表示可以相容。浑浊表明不能完全 互溶。柠檬酸三丁酯临界浓度定义为上限。混合增塑剂在醋酸纤维素中的添加量为1％-45％， 优选地10％-45％，更优选地25％-35％。
如果将乙酰柠檬酸脂类塑化剂和三醋酸甘油酯类塑化剂混合使用，可以是三醋酸甘油酯 和乙酰柠檬酸三丁酯。乙酰柠檬酸三丁酯在混合增塑剂中比例范围0.1％-55％，优选地比例在 20％到50％之间。三醋酸甘油酯和乙酰柠檬酸三丁酯混合比例确定方法包括：(1)将三醋酸甘 油酯和乙酰柠檬酸三丁酯按一定的比例混合；(2)将醋酸纤维素溶于丙酮然后与混合增塑剂 混合；(3)将混合溶液放置于表面皿自然风干，然后观察膜的透明性。透明表示可以混。浑 浊表明不能完全互溶。乙酰柠檬酸三丁酯临界浓度定义为上限。混合增塑剂在醋酸纤维素中 的添加量为1％-45％，优选地10％-45％，更优选地25％-35％。
本发明所采用的塑化剂还可以是乙二醇低聚合物、丙二醇低聚物，或乙二醇丙二醇共聚 物的一种或者多种组合，所述乙二醇低聚合物、丙二醇低聚物，或乙二醇丙二醇共聚物是指 分子量在150-1500g/mol之间的乙二醇低聚合物、丙二醇低聚物，或乙二醇丙二醇共聚物， 例如PEG 300，PEG 400，PEG 600；PEG 800和PEG 1000。乙二醇低聚合物、丙二醇低聚 物的端基为羟基。名称中的数值代表PEG的数均分子量，单位为g/mol。PEG和醋酸纤维素 混合比例确定方法包括：将PEG和醋酸纤维素按一定的比例在丙酮中混合形成透明溶液。然 后将混合溶液放置于表面皿自然风干，然后加热到80℃去除溶剂，然后观察膜的透明性。 透明表示可以共混相容。浑浊表明不能完全互溶。PEG塑化剂的选择标准是保证塑化剂与醋 酸纤维素完全相容。实验表明当PEG分子量等于或小于1000时，在PEG添加量为50％时仍然 互溶。当PEG分子量为1500g/mol时，相容含量为20％。根据以上规则，PEG塑化剂分子量 优选地为200-1500g/mol，更优选的为250到800g/mol。增塑剂添加量可以为1％-45％，优 选的10％-40％，更优选的20％-35％。
可选地，乙二醇低聚物，丙二醇低聚物或乙二醇丙二醇共聚物的端羟基被烷基或羧酸基 取代的，包括三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、三乙二醇二醋酸酯；一种或几种塑化剂添 加量为1％-45％，优选的为10％-40％，更优选的为20％-35％。。
所述的环氧植物油酯，包括环氧大豆油，环氧硬脂酸丁酯、环氧糠油酸丁酯、环氧大豆 油酸丁酯、环氧棉子油酸丁酯、环氧菜油酸丁酯、环氧妥尔油酸丁酯、环氧苍耳油酸丁酯中 的一种或多种组合。
所述脂肪酸酯类塑化剂，包括2,2，4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯，2,2-二甲基-1,3- 丙二醇，四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，单十二酸脱水山梨酸酯，单硬 脂酸甘油酯，甘油单、双月桂酸酯，甘油三月桂酸酯，己二酸二(2-乙基己基)酯，己二酸 二异壬酯，己二酸与1,2-丙二醇的聚合物的十二烷酸酯，异山梨醇二辛酸酯或生物基聚己内 酯的中一种或者多种组合。异山梨醇二辛酸酯是用天然的异山梨醇合成，是一种非离子表面 活性剂，应用在化妆品领域，也可以用作增塑剂。生物基聚己内酯是一种生物可降解材料， 可以由5-羟甲基糠醛加氢合成的己二醇，经成环、开环聚合而成。
可选地，上述混合材料配方中还可以添加不具有反应活性的无机非活性颗粒，用以调节 白度或色彩或改善其他性能的固体添加剂颗粒，其中包括但不限于二氧化钛，氧化铝,氧化锆、 玻璃珠、二氧化硅，硅酸盐球，高岭土颗粒，蔗糖粉、糊精、乳糖、糖粉、葡萄糖、甘露醇、 淀粉，甲基纤维素、乙基纤维素、微晶纤维素，聚乳酸，、聚羟基丁酸酯、聚ε-己内酯、聚 乙醇酸、聚羟基烷酸酯，粉碎后的谷物，铝，铁、铜、硫酸钙中的一种以上。所谓不具有反 应活性的无机非活性是指颗粒不与醋酸纤维素及其反应产物在室温到100℃之间发生化学反 应。
所述颗粒形状包括球形、类球形、饼状、薄片状、带状、针状、多边形状、带刻面形状或随机形状。所述颗粒为纳米级颗粒，粒径范围在10-400nm，在混合材料中所占的质量分数为10％以下。
当添加颗粒为TiO2时，其浓度为0.05％到5％，优选地0.1％到1％，更优选地为0.2％到0.4％。
此外还可以根据需要添加抗氧化剂、热稳定剂及紫外光稳定剂。抗氧化剂广泛用于高分 子材料中，用于防止聚合物材料因氧化降解而失去强度和韧性，包括四[β-(3，5-二叔丁基 -4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧化剂1010)、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十 八烷醇酯(抗氧化剂1076)、亚磷酸三(2,4-二叔丁苯基)酯(抗氧化剂168)、4,4'-硫代双(6- 叔丁基-3-甲基苯酚)(抗氧化剂300)、N,N'-双-(3-(35-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二 胺(抗氧化剂1098)、2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)(抗氧化剂2246)。热稳定剂包 括硬酯酸钡、月桂酸钡、蓖麻酸钡、硬脂酸钙、蓖麻酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁。光稳定剂 (英文名称Light stabilizer；photostabilizer)是高分子制品(例如塑料、橡胶、涂料、 合成纤维)的一种添加剂，它能屏蔽或吸收紫外线的能量，猝灭单线态氧及将氢过氧化物分 解成非活性物质等功能，使高分子聚合物在光的辐射下，能排除或减缓光化学反应可能性， 阻止或延迟光老化的过程，从而达到延长高分子聚合物制品使用寿命的目的。可以是邻羟基 二苯甲酮类、苯并三唑类、水杨酸酯类、三嗪类、取代丙烯腈类。
上述可降解材料还可以添加其他助剂，包括食品级色素或染料。食用色素包括如红曲、 叶绿素、姜黄素、胡萝卜素。环保染料指符合REACH注册的染料，一般有日本化药公司的 Kayalon POlyesters LW分散染料，亨斯迈Cibacet EL分散染料、BASF公司CompactEco-CC-E(Eco-CC-S)分散染料、德司达DianixAC-E(UPH)染料。染料分子可以完全溶 解在混合材料或混合后不存在相分离。
基于醋酸纤维素及衍生物的空管嘴棒可以通过挤出或吹塑的方式得到。用于本项发明的 醋酸纤维素粒子是通过将纤维素或其衍生物与塑化剂共混，然后通过挤出造粒而得到的。具 体塑化过程是将醋酸纤维素及其衍生物粉碎成一定粒径，粒径为50-500μm，优选地100-300μm。 将上述粉末30-90份，优选地50-80份，增塑剂10-60份，优选地20-40份，添加剂0-5份， 在高速混合机上混合均匀。将上述粉料加入双螺杆挤出机塑化、拉伸、冷却、切粒，制成塑 化粒子。塑化温度100度-250度，优选地120度-230度。由此得到的粒子的熔指范围在 80-400g/10min。使用Ceast MF20型熔融指数测试仪上测试材料的熔融指数，测试条件为 210℃，砝码质量10kg。
利用吹塑方法和塑化粒子为原料制备空管嘴棒的工艺如下：1、将一定份量的纤维素酯在 120℃下干燥2小时后，与一定份量的增塑剂在转速为800转/分钟的混合机里充分混合20 分钟后，使用双螺杆挤出机在挤出造粒。双螺杆机的操作参数温度为130-200℃,挤出机机头 压力为0.2-0.4Mpa，螺杆转速为50-90转/分钟，喂料频率为25-50Hz。2、使用单螺杆挤出 机将可降解材料在温度185-200℃条件下挤出，经空管磨口挤出吹塑成型，得到不同直径和 壁厚的空管，经水冷却后热风干燥后，经牵引切割机截成根据需要长度的空管嘴棒。
所述的醋酸纤维素及其衍生物的高密度中空嘴棒的软化点温度为40℃到120℃之间，优 选地在60℃到100℃之间。
可选地，所述衔嘴部分可以包括醋酸纤维素丝束嘴棒、聚丙烯丝束滤棒、聚乳酸丝束滤 棒。优选地，所述醋酸纤维素丝束嘴棒吸阻范围为4-25Pa/mm，丝束单旦大于或等于5旦， 总旦大于或等于15000旦，优选单旦大于或等于20旦，总旦大于或等于27000旦，吸阻4-10Pa/mm。
优选地，所述醋酸纤维素丝束的截面为I形、X形、Y形、R形，或者由多边形喷丝孔喷出来的异形截面丝束，或者各种截面的混合。
进一步，所述复合嘴棒还包括能降低卷烟烟气温度的结构，与所述高密度中空嘴棒部分 衔接，位于所述高密度中空嘴棒与所述衔嘴部分与之间。所述复合嘴棒由所述醋酸纤维素丝 束衔嘴、能降低卷烟烟气温度的结构、高密度中空嘴棒依次衔接。
可选地，所述降低烟气温度的结构可以是由颗粒物集聚组成的滤棒(相关内容与已公开 的中国专利CN109700071A、CN109700070A相同)。可选地，所述降低烟气温度的结构可 以是多个纵向延伸具有40-90％孔隙率的聚乳酸折叠片材(相关内容与已公开的中国专利 CN104203015B相同)。
可选地，所述降低烟气温度的结构可以是涂覆功能薄膜的纤维素纸(相关内容与已公开 的中国专利CN108813713A相同)，含多元醇的卷制纸(相关内容与已公开的中国专利 CN207285180U相同)。
可选地，所述降低烟气温度的结构可以是聚乳酸纤维丝束聚集体(相关内容与已公开的 中国专利CN207604513U、CN108968155A相同)。
可选地，所述降低烟气温度的结构可以是具有相变储能材料的颗粒、无纺布、空管(相 关内容与已公开的中国专利CN106690415A、CN108143004A、CN107087811A、CN20894103U 相同)。
可选地，所述复合嘴棒的封闭压降可小于10Pa/mm，所述复合嘴棒的圆周长为(22.0mm-24.0mm)±0.5mm。
具体而言，本发明利用高密度中空嘴棒，和醋酸纤维丝束制成的低封闭衔嘴部分组合得 到两段式复合嘴棒，所述的醋酸纤维素丝束包括单旦大于或等于20旦，总旦大于或等于27000 旦，包括22/32000、20/27000和23/28000，但不仅限于以上提到的几种。超高单旦醋酸纤维 丝束嘴棒的压降5-10Pa/mm，圆周长(22.0-24.0mm)±0.5mm。
进一步还可添加由颗粒物集聚组成的滤棒(相关内容与已公开的中国专利CN109700071A、CN109700070A相同，此不赘述)作为降温段，进一步还可添加具有多个纵 向延伸的具有40-90％孔隙率的片材，具有空隙的无纺布、纤维聚集体、空管、颗粒(相关内 容与已公开的中国专利CN104203015B，CN108813713A，CN207285180U，CN207604513U，CN108968155A，CN106690415A，CN108143004A，CN107087811A，CN20894103U相同) 作为降温段，并和醋酸纤维丝束衔嘴部分制成三段式复合嘴棒满足加热卷烟低吸阻、低过滤 和降温的需求。
由于采用了上述技术方案，本发明获得的有益效果包括：
所制备高密度中空嘴棒可以提供0.05-0.7mm的薄壁，同时保持一定的硬度(＞85％)和 回弹性。所制成的复合嘴棒在加热卷烟上应用时，可以耐受高温(＞100℃)、高水汽含量气 溶胶的浸湿，保持一定的挺度，同时能够提供更低的烟支吸阻、更大的烟气混合空腔，能够 降低烟气吸附，有助改善抽吸轻松感，提高烟气烟雾量。
附图说明
图1为本发明高密度中空嘴棒实施例的结构示意图。
图2是包含本发明高密度中空嘴棒的三段式复合嘴棒实施例的结构示意图。
图3是包含本发明高密度中空嘴棒的二段式复合滤棒实施例的结构示意图。
11-醋纤丝束嘴棒；12-高密度中空嘴棒；13-冷却段嘴棒；14-成形纸。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明高密度中空嘴棒12结构上为一段中空的嘴棒，是由高密度材料卷成 的一段回转体结构，其能够应用于加热卷烟的三段式复合嘴棒中。如图2的三段式复合滤棒 轴线示意图所示，该三段式复合滤棒包括醋纤过滤嘴11、高密度中空嘴棒12、冷却段13、 成型纸14；如图2所示，所述高密度中空嘴棒12位于冷却段13的下游，所述醋纤过滤嘴11、 冷却段13、所述高密度中空嘴棒12依次相连后在其外包裹成型纸14得到该三段式复合滤棒， 进一步，将高密度中空嘴棒的前端与烟草段结合能够得到三段式复合滤棒的加热卷烟产品。
本发明高密度中空嘴棒也能够应用于加热卷烟的二段式复合嘴棒中。如图3的二段式复 合滤棒轴线示意图所示，该二段式复合滤棒包括醋纤过滤嘴11、高密度中空嘴棒12。所述高 密度中空嘴棒12位于醋纤过滤嘴11的下游，所述醋纤过滤嘴11、所述高密度中空嘴棒12 依次相连后在其外包裹成型纸14得到该二段式复合滤棒，将高密度中空嘴棒的前端与烟草段 结合能够得到二段式复合滤棒加热卷烟产品。
实施例1：
高密度醋酸纤维素中空嘴棒的制备实施步骤如下：
1)将700g醋酸纤维素(乙酰基取代度2.45，特性粘度1.54dL/g，数均分子量37000，重 均分子量63000，Mw/Mn为1.7)在120℃下干燥2小时后，与300g三醋酸甘油酯在转速为800转/分钟的混合机里充分混合20分钟后，使用双螺杆挤出机得到母粒。双螺杆机的参数温度为130/150/165/180/190/195/190℃，挤出机机头压力为0.2-0.4Mpa，螺杆转速为50-90转 /分钟，喂料频率为25-50Hz。使用Ceast MF20型熔融指数测试仪测试材料的熔融指数为100 克/10分钟，测试条件为210℃，砝码质量10kg。
2)使用单螺杆挤出机将混合后母粒在温度185-200℃条件下挤出，经空管口模挤出吹塑 成型，压缩空气压力0.3Mpa，得到外径7mm，壁厚0.2-0.3mm的空管，经水冷却后热风干燥 后，空管经牵引切割机(270转/分钟)截成200mm长的无色透明空管。使用TMAQ400测试空管测试条件：升温速度50℃/h，10N砝码。醋酸纤维素空管的热变形温度约77℃，所得醋酸纤维素空管管壁密度为1.03克/立方厘米。
部分不同配方的醋酸纤维素材料制备的空管热变形温度及密度数据如下表1所示。下表 中的％均表示质量百分含量。熔融指数测试条件为210℃，砝码质量10kg。热变形温度是使 用热机械分析仪(TMA-Q400)得到的。
表1不同配方的醋酸纤维素材料热加工性能及制备空管密度
实施例2：
聚丙烯中空嘴棒的的制备实施步骤如下：，
1)使用燕山石化生产的聚丙烯为原料制备PP空管。材料熔融指数2.77克/10分钟，使 用Ceast MF20型熔融指数测试仪测试，测试条件为210℃，砝码质量2.16kg。
2)使用单螺杆挤出机将PP料在温度220-240℃条件下挤出，经空管口模挤出吹塑成型， 压缩空气压力0.2-0.6Mpa，得到外径7mm，壁厚0.2-0.3mm的空管，经冷却、风干、切割成 200mm长的乳白色空管。
实施例3：
聚乳酸中空嘴棒的的制备实施步骤如下：
1)使用浙江海正生物材料股份有限公司生产的聚乳酸为原料制备PLA空管。材料熔融 指数10.5克/10分钟，使用Ceast MF20型熔融指数测试仪测试，测试条件为210℃，砝码质 量2.16kg。
2)使用单螺杆挤出机将聚乳酸材料在温度200-220℃条件下挤出，经空管口模挤出吹塑 成型，压缩空气压力0.2-0.6Mpa，得到外径7mm，壁厚0.2-0.3mm的空管，经经冷却、风干、 切割成200mm长的乳白色空管。
实施例4
依据本发明的案例1-3，可生产出壁厚0.1-0.5mm，外径5.0-8.0mm的高密度中空嘴棒， 本案例以0.2和0.3mm壁厚，内径7mm和7.5mm的醋酸纤维素、聚乳酸和聚丙烯高密度中空嘴棒为例，通过与超高单旦醋酸纤维素丝束滤棒(压降5-10Pa/mm，丝束规格以20/27000为例)，和/或降温结构组合获得一种复合嘴棒，能同时满足低吸阻、低过滤、降温性能。
高密度中空嘴棒应用于加热卷烟三段式滤棒的实施步骤及抽吸评价如下：
按照图2所示的结构加工得到三段式滤棒。所述复合滤棒的直径为7.5mm，所述醋纤过 滤嘴1为单旦20/总旦27000，吸阻6.0Pa/mm的醋纤丝束滤棒，长为18mm。
所述冷却段为聚乳酸薄膜折叠材料(与专利号为CN104203015B的中国专利示例1中的 聚乳酸性能相同)长度为18mm，厚为50μm，孔隙率为72％，烟草段12mm。
高密度中空嘴棒按照实施例1-3制得，长度8mm，厚度0.2-0.3mm，外径约7.2mm，空腔占比84-89％，不同高密度中空嘴棒所得样品1-6，其中样品1-6的样品信息如表2所示。
对照例A：
将实施例中所述高密度中空嘴棒替换为中空醋酸纤维素丝束管，所述中空醋酸纤维管(与 专利号为CN104203015B的中国专利示例1支撑段相同)，所述中空醋酸纤维管内径为3.3mm， 长为8mm，壁厚约2.1mm，空腔占比约21％，所得样品为对比样A。
按照国家标准GB/T19609-2004规定的卷烟抽吸模型进行模拟吸烟，采用加拿大深度抽吸 模式(HCI)，其抽吸参数为：抽吸容量55mL，抽吸间隔30s，抽吸时长2s。使用热电偶温度 检测器检测抽吸10口卷烟烟气温度数值，其中烟滤棒中心距离嘴端0mm处的温度。
通过气相色谱法测试烟气常规指标(烟碱、甘油)。
抽吸10口，烟气组分及烟气温度抽吸检测结果如下表3、表4：
对比2.1mm壁厚的中空醋酸纤维素丝束管样品A，样品1-6的0.2-0.3mm壁厚的高密度 中空嘴棒其空腔占比率提高至84％-89％，提供了更大的烟气混合空间，卷烟烟支吸阻降低 50-90Pa，抽吸轻松感有所改善，同时高密度中空嘴棒卷烟的甘油释放量增加，复合嘴棒对甘 油过滤效率降低7-13个百分点，提高了卷烟烟雾量。
烟气温度和烟气烟碱释放量基本一致，未发生显著升温或减量现象。
表2三段式复合嘴棒中不同中空嘴棒规格
| 编号 | 中空嘴棒材质 | 厚度mm | 烟支吸阻kPa |
| A | 醋酸纤维素丝束 | 2.1 | 0.359 |
| 1 | 聚丙烯 | 0.2 | 0.269 |
| 2 | 聚乳酸 | 0.2 | 0.274 |
| 3 | 聚丙烯 | 0.3 | 0.283 |
| 4 | 聚乳酸 | 0.3 | 0.311 |
| 5 | 醋酸纤维素 | 0.2 | 0.285 |
| 6 | 醋酸纤维素 | 0.3 | 0.293 |
表3高密度中空嘴棒卷烟烟气组分
表4高密度薄壁中空嘴棒卷烟烟气逐口温度(℃)
实施例5：
高密度中空嘴棒与纸空管嘴棒的抽吸评价对比：
按照图2所示的结构加工得到三段式滤棒。所述复合滤棒的直径为7.0mm，所述醋纤过 滤嘴1为单旦20/总旦27000，吸阻8.2Pa/mm的醋纤丝束滤棒，长为7mm。
所述冷却段为(与专利号为CN104203015B的中国专利的降温段相同)长度为17mm，沿纵向方向具有40％至90％之间的孔隙度，烟草段14mm。
所述高密度中空嘴棒为醋酸纤维素空管，三甘酯含量为30％，长度10mm，壁厚0.3mm。 所得样品7。
对照样B:
将实施例中所述高密度中空嘴棒替换为由多层纤维素纸依次重叠形成的空管(简称中空 纸管)，所述中空纸管(与专利号为CN108813713A的中国专利隔离段结构相同)，所述中空 纸管外径为7.0mm，长为10mm，壁厚0.35mm，所得样品为对比样B。
抽吸10口，检测烟气释放组分和烟气温度测试结果如下5，表6；
对比中空纸管对比样B，高密度醋纤中空嘴棒样品7烟气温度略有降低1-2℃，烟气甘油 释放量略有增加。
表5高密度中空嘴棒和纸空管卷烟烟气释放量
表6高密度中空嘴棒和纸空管卷烟烟气逐口温度(℃)
| 样品 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| B | 56.7 | 62.4 | 58.8 | 54.3 | 50.3 | 47.4 | 44.0 | 41.0 | 38.9 | 37.4 |
| 7 | 55.4 | 60.7 | 57.4 | 52.8 | 48.1 | 43.7 | 40.4 | 38.1 | 36.7 | 35.8 |
实施例6：
二段式复合嘴棒的复合实施步骤及抽吸评价：
按照图3所示的结构加工得到二段式滤棒。
所述复合滤棒的直径为7.5mm，所述高密度中空嘴棒为高密度醋酸纤维素中空嘴棒，三 甘酯含量为30％，长度15mm，壁厚0.3mm，TiO2添加量为0.4％。
所述醋纤过滤嘴1为单旦20/总旦27000，吸阻6.0Pa/mm的醋纤丝束滤棒，长为18mm。 烟草段12mm。样品为8。
对比例C：
将实施例中所述高密度中空嘴棒替换为中空纸管，所述中空纸管长为15mm，壁厚0.3mm， 所得样品为对比样C。
抽吸10口，烟气组分及烟气温度抽吸检测结果如下表7、表8。
对比纸空管，高密度中空嘴棒烟气温度下降1-2℃，高密度醋酸纤维素空管对烟气甘油的 过滤效率降低近5个百分点，增加了卷烟烟雾量。
表7两段式嘴棒卷烟逐口烟气温度
| 样品 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| C | 51.7 | 57.7 | 57.4 | 56.4 | 55.4 | 53.2 | 49.5 | 45.2 | 41.7 | 38.8 |
| 8 | 49.8 | 56.9 | 57.2 | 56.8 | 55.7 | 53.3 | 49.4 | 45.2 | 41.5 | 39.0 |
表8两段式嘴棒卷烟烟气组分过滤效率
| 编号 | 复合滤棒烟碱 | 复合滤棒甘油 | 空管烟碱 | 空管甘油 |
| ％ | ％ | ％ | ％ | |
| C | 62.5 | 71.0 | 25.6 | 26.8 |
| 8 | 60.6 | 67.3 | 26.4 | 22.3 |
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉 本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应 用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技 术人员根据本发明的揭示，所做出的不脱离本发明范畴的改进和修改都应该在本发明的保护 范围之内。
Claims (22)
1.一种高密度中空嘴棒，其特征在于：为高密度材料卷成的中空回转体结构；所述高密度中空嘴棒的密度为0.9-1.6g/cm3，优选地密度为1.0-1.5g/cm3，壁厚为0.05-0.7mm，外径为5-8mm，优选壁厚为0.1-0.5mm。
2.根据权利要求1所述的高密度中空嘴棒，其特征在于：用于制备所述高密度中空嘴棒的材料包括醋酸纤维素及其衍生物、聚羟基脂肪酸酯、聚烯烃类有机高分子聚合物；可选聚丙交酯、聚己内酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯。
3.根据权利要求2所述的高密度中空嘴棒，其特征在于：所述醋酸纤维素及其衍生物包括二醋酸纤维素、醋酸丙酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基纤维素。
4.根据权利要求2所述的高密度中空嘴棒，其特征在于：所述醋酸纤维素及其衍生物的羟基取代度为1.5到2.8。
5.根据权利要求2所述的高密度中空嘴棒，其特征在于：所述醋酸纤维素及其衍生物的分子量为：其分子量为10000-120000Dalton；优选地，其分子量为20000-100000Dalton；更优选地，其分子量为25000-90000Dalton。
6.根据权利要求2所述的高密度中空嘴棒，其特征在于：所述醋酸纤维素及其衍生物的特性粘度为1.2-1.8dL/g，优选地1.25-1.75dL/g，更优选地1.35-1.7dL/g。
7.根据权利要求2所述的高密度中空嘴棒，其特征在于：用于制备所述醋酸纤维素及其衍生物的高密度中空嘴棒的材料还包括塑化剂，所述塑化剂包括甘油酯类、柠檬酸酯类、乙酰柠檬酸酯类、乙二醇低聚物、丙二醇低聚物、乙二醇丙二醇共聚物、环氧植物油酯及其它脂肪酸酯类增塑剂的一种或者多种的组合。
8.根据权利要求2所述的高密度中空嘴棒，其特征在于：用于制备所述醋酸纤维素及其衍生物的高密度中空嘴棒的材料还包括不具有反应活性、用以调节白度或色彩的固体添加剂颗粒；其中包括但不限于二氧化钛、氧化铝、氧化锆、玻璃珠、二氧化硅、硅酸盐、高岭土颗粒、蔗糖粉、糊精、乳糖、糖粉、葡萄糖、甘露醇、淀粉、甲基纤维素、乙基纤维素、微晶纤维素、聚乳酸、聚羟基丁酸酯、聚ε-己内酯、聚乙醇酸、聚羟基烷酸酯、粉碎后的谷物、铝、铁、铜、硫酸钙中的一种或多种。
9.根据权利要求2所述的高密度中空嘴棒，其特征在于：用于制备所述醋酸纤维素及其衍生物的高密度中空嘴棒的材料还可以包括抗氧化剂、热稳定剂及紫外光稳定剂，用于防止聚合物材料因氧化降解而失去强度和韧性；可选地，所述抗氧化剂包括四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁苯基)酯、4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、N,N'-双-(3-(35-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)；可选地，所述热稳定剂包括硬酯酸钡、月桂酸钡、蓖麻酸钡、硬脂酸钙、蓖麻酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁；可选地，所述光稳定剂用于屏蔽或吸收紫外线的能量，包括邻羟基二苯甲酮类、苯并三唑类、水杨酸酯类、三嗪类、取代丙烯腈类；可选地，还包括其它助剂，包括食品级色素或染料，所述色素或染料可以完全溶解于混合材料或混合后不存在相分离；可选地，所述食品级色素或染料包括如红曲、叶绿素、姜黄素、胡萝卜素。
10.根据权利要求2所述的高密度中空嘴棒，其特征在于：所述醋酸纤维素及其衍生物的高密度中空嘴棒中醋酸纤维素或其衍生物含量在55％到99％之间。
11.根据权利要求7所述的高密度中空嘴棒，其特征在于：所述塑化剂是三醋酸甘油酯，其添加量为1％-45％，优选地10％-40％，更优选地25％-35％。
12.根据权利要求7所述的高密度中空嘴棒，其特征在于：所述塑化剂是三醋酸甘油酯和柠檬酸三丁酯，柠檬酸三丁酯在混合增塑剂中的比例范围为0.1％-60％，优选地比例范围在20％-55％之间；混合增塑剂在醋酸纤维素中的添加量为1％-45％，优选地10％-45％，更优选地25％-35％。
13.根据权利要求7所述的高密度中空嘴棒，其特征在于：所述塑化剂是三醋酸甘油酯和乙酰柠檬酸三丁酯，乙酰柠檬酸三丁酯在混合增塑剂中比例范围0.1％-55％，优选地比例在20％到50％之间；混合增塑剂在醋酸纤维素中的添加量为1％-45％，优选地10％-40％，更优选地25％-35％。
14.根据权利要求7所述的高密度中空嘴棒，其特征在于：所述塑化剂是三乙二醇二甲醚，四乙二醇二甲醚，三乙二醇二醋酸酯；一种或几种增塑剂添加量为1％-45％，优选地10％-40％，更优选地15％-30％。
15.根据权利要求7所述的高密度中空嘴棒，其特征在于：所述塑化剂为聚乙二醇，其分子量范围为200-1500，优选地为250-800；增塑剂添加量为1％-45％，优选地10％-40％，更优选地20％-35％。
16.根据权利要求7所述的高密度中空嘴棒，其特征在于：所述的醋酸纤维素及其衍生物的高密度中空嘴棒的软化点温度为40℃到120℃之间，优选地在60℃到100℃之间。
17.根据权利要求1所述的高密度中空嘴棒，其特征在于：所述高密度中空嘴棒的中空部分截面形状包括圆形、椭圆形、三角形、多边形、梅花形、五角星形、十字形、螺旋通道形状，以及其他不规则形状。
18.一种包含权利要求1至17中任一所述高密度中空嘴棒的复合嘴棒，其特征在于：包括衔嘴部分与所述高密度中空嘴棒，两者相互而成；所述衔嘴部分位于所述高密度中空嘴棒的下游；所述下游是指更远离烟草段的相对位置；优选地，所述衔嘴部分包括醋酸纤维素丝束嘴棒、聚丙烯丝束滤棒、聚乳酸丝束滤棒；优选地，所述醋酸纤维素丝束嘴棒吸阻范围为4-25Pa/mm，丝束单旦大于或等于5旦，总旦大于或等于15000旦；优选地，纤维截面为I形、X形、Y形、R形，或者由多边形喷丝孔喷出来的异形截面丝束，或者为包括各种截面的组合。
19.根据权利要求18所述的复合嘴棒，其特征在于：还包括能降低卷烟烟气温度的结构，所述能降低卷烟烟气温度的结构与所述高密度中空嘴棒衔接，所述能降低卷烟烟气温度的结构位于所述高密度中空嘴棒与所述衔嘴部分之间，分别与所述高密度中空嘴棒、衔嘴部分衔接。
20.根据权利要求19所述的复合嘴棒，其特征在于：所述能降低卷烟烟气温度的结构，包括任意能够降低烟气温度的结构单元，包括具有40-90％孔隙率的片材、具有空隙的无纺布、纤维聚集体、空管或颗粒结构。
21.根据权利要求18-20中任一所述复合嘴棒，其特征在于：所述复合嘴棒的封闭压降小于10Pa/mm。
22.权利要求1-21中任一所述的嘴棒在加热卷烟中的应用。
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