CN111943636A - 一种电子烟用隔热材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于隔热材料技术领域，尤其涉及一种电子烟用隔热材料，包括以下质量分数的组成：吸波材料20～40份，改性二氧化硅气凝胶60～80份，吸波材料包括碳系吸波材料、铁系吸波材料和陶瓷系吸波材料中的至少一种，改性二氧化硅气凝胶包括碳纳米管掺杂二氧化硅气凝胶、玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶和水洗棉增强二氧化硅气凝胶中的至少一种，电子烟用隔热材料设置在电子烟感应元件的表面，且电子烟用隔热材料的表面设置有电磁感应线圈。本发明的电子烟用隔热材料增加了隔热材料的硬度和强度，还能够解决电磁感应线圈在加热感应元件时加热速度过快，加热效率过高而导致发烟基质高温碳化及产生异味等问题。

Description

一种电子烟用隔热材料及其制备方法
技术领域
本发明属于隔热材料领域，尤其涉及一种电子烟用隔热材料及其制备方法。
背景技术
随着全球控烟力度的持续增大，新型烟草制品以其可降低有害成分释放量的优势逐渐成为烟草制品的重要发展方向和研发热点，尤其是电子烟，目前成为全球新型烟草制品的热点之一。电子烟是一种通过电子加热手段向呼吸道传送烟碱的电子装置，通过包括雾化系统、电源系统、检测与控制系统等。
雾化器是电子烟的核心组件，目前市场上的电子烟一般采用电阻加热雾化器。然而，电阻加热雾化器存在一定的弊端，例如发热丝过热容易导致发烟基质产生异味、碳化或热解等问题，而且消耗功率也较大。
为了解决上述技术问题，电磁感应加热雾化器应运而生，电磁感应雾化装置的原理是，抽烟时，控制元件使感应线圈产生振荡磁场，感应元件因电磁感应产生涡流而发热，加热发烟基质形成烟气。一般情况下，电磁感应线圈缠绕在雾化器的金属加热管外，给雾化器内部的金属加热管整体面加热，使得金属加热管的加热速度快、加热效率高。然而，若加热管的加热速度过于快速，加热温度过高，仍然会使得发烟基质的局部产生碳化问题。
传统的电子烟使用石棉作为隔热材料，石棉具有高度耐火性、电绝缘性和绝热性，是重要的防火、绝缘和保温材料。但是由于石棉纤维能引起石棉肺、胸膜间皮瘤等疾病，许多国家选择了全面禁止使用这种危险性物质。
二氧化硅气凝胶的孔洞大多处于2～50nm的介孔范围，小于常温下空气分子的平均振动自由称97nm，极大地抑制了孔洞中空气的热传导，常温下辐射热传导不明显，因此，二氧化硅气凝胶在常温下具有12～20mW/(m·K)的导热系数。然而，由于二氧化硅气凝胶本身具有的高孔隙率和多孔网络结构，使其强度低、韧性差，不能作为单独的材料用于实际的隔热层。
有鉴于此，确有必要提供有一种技术方案以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种电子烟用隔热材料，设置在感应元件的外层，隔热效果好，能够避免由于金属加热管加热速度过于快速而导致的发烟基质局部碳化的问题，而且不具有危险性，避免人身伤害。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电子烟用隔热材料，包括以下质量分数的组成：吸波材料20～40份，改性二氧化硅气凝胶60～80份，所述吸波材料包括碳系吸波材料、铁系吸波材料和陶瓷系吸波材料中的至少一种，所述改性二氧化硅气凝胶包括碳纳米管掺杂二氧化硅气凝胶、玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶和水洗棉增强二氧化硅气凝胶中的至少一种，所述电子烟用隔热材料设置在电子烟感应元件的表面，且所述电子烟用隔热材料的表面设置有电磁感应线圈。
作为本发明所述的电子烟用隔热材料的一种改进，所述吸波材料的粒径小于所述改性二氧化硅气凝胶的孔洞直径。优选的，部分吸波材料填充在改性二氧化硅气凝胶的孔径内部，能够提高二氧化硅气凝胶的硬度和强度。
作为本发明所述的电子烟用隔热材料的一种改进，所述碳系吸波材料包括石墨烯、石墨、碳黑、乙炔碳黑、碳纤维和碳纳米管中的至少一种。
作为本发明所述的电子烟用隔热材料的一种改进，所述铁系吸波材料包括铁氧体，所述铁氧体包括锰锌铁氧体、镁锌铁氧体、镍锌铁氧体和三氧化二铁中的至少一种。
作为本发明所述的电子烟用隔热材料的一种改进，所述陶瓷系吸波材料包括碳化硅。
本发明的目的之二在于：提供一种说明书前文任一项所述的电子烟用隔热材料的制备方法，包括以下操作：
S1，制备二氧化硅溶胶；
S2，用碳纳米管改性所述二氧化硅溶胶，得到碳纳米管掺杂二氧化硅气凝胶；或者，用玻璃纤维改性所述二氧化硅溶胶，得到玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶；或者，用水洗棉改性所述二氧化硅溶胶，得到水洗棉增强二氧化硅气凝胶；
S3，将吸波材料溶于溶剂中，与S2中得到的碳纳米管掺杂二氧化硅气凝胶、玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶或水洗棉增强二氧化硅气凝胶混合，经高温、烧结后，得到电子烟用隔热材料。
作为本发明所述的电子烟用隔热材料的制备方法的一种改进，所述碳纳米管掺杂二氧化硅气凝胶的制备方法包括以下操作：制备二氧化硅溶胶后，将碳纳米管加入到所述二氧化硅溶胶中，超声震荡，得到碳纳米管掺杂二氧化硅气凝胶。
作为本发明所述的电子烟用隔热材料的制备方法的一种改进，所述玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶的制备方法包括以下操作：制备二氧化硅溶胶后，将玻璃纤维层和二氧化硅溶胶依次重叠，得到玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶。
作为本发明所述的电子烟用隔热材料的制备方法的一种改进，所述水洗棉增强二氧化硅气凝胶的制备方法包括以下操作：将制备好的所述二氧化硅溶胶注入水洗棉中，得到水洗棉增强二氧化硅气凝胶。
相比于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：本发明采用碳纳米管掺杂二氧化硅气凝胶、玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶或水洗棉增强二氧化硅气凝胶和吸波材料相配合，得到了电子烟用隔热材料，增加了隔热材料的硬度和强度，隔热温度能达到200～300℃，防止电子烟在使用时烫伤用户。而且，本发明在改性二氧化硅气凝胶中加热吸波材料，应用到电磁感应雾化电子烟，设置在电子烟感应元件的表面，由于吸波材料具有吸波功能，能够吸收电磁感应线圈产生的电磁波，减少感应元件产生涡流的能量，从而减缓感应元件的发热速度，能够解决电磁感应线圈在加热感应元件时加热速度过快，加热效率过高而导致发烟基质高温碳化及产生异味等问题。
附图说明
图1是实施例中电子烟隔热材料与电磁感应线圈的结构示意图。
其中：1-隔热材料，2-电磁感应线圈。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
如图1所示，一种电子烟用隔热材料，包括以下质量分数的组成：吸波材料20～40份，改性二氧化硅气凝胶60～80份，吸波材料包括碳系吸波材料、铁系吸波材料和陶瓷系吸波材料中的至少一种，改性二氧化硅气凝胶包括碳纳米管掺杂二氧化硅气凝胶、玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶和水洗棉增强二氧化硅气凝胶中的至少一种，电子烟用隔热材料1设置在电子烟感应元件的表面，且电子烟用隔热材料的表面设置有电磁感应线圈2。
实施例1
本实施例提供一种电子烟用隔热材料，其制备方法包括以下操作：
(1)二氧化硅溶胶的制备：将正硅酸乙酯、乙醇、水和盐酸混合，搅拌后静置，水解得到二氧化硅溶胶；在溶胶中加入二甲基甲酰胺，搅拌后加入氨水，再次搅拌后静置。
(2)碳纳米管掺杂二氧化硅气凝胶的制备：将碳纳米管加入到二氧化硅溶胶中，超声震动，分散均匀后，待溶胶即将凝胶时转移至模具中密封静置，得到复合凝胶；将复合凝胶陈化后，加入老化液老化；加入置换液置换后，用三甲基氯硅烷对复合凝胶表面修饰后干燥，得到碳纳米管掺杂二氧化硅气凝胶。
(3)隔热材料的制备：将硅烷偶联剂、铁氧体盐溶液、碳纳米管掺杂二氧化硅气凝胶和乙醇混合后转入高温反应釜中，反应结束后用正己烷洗涤，再放入管式炉中焙烧，冷却后得到电子烟用隔热材料。
实施例2
本实施例提供一种电子烟用隔热材料，制备方法包括以下操作：
(1)二氧化硅溶胶的制备：将正硅酸乙酯、乙醇、水和盐酸混合，搅拌后静置，水解得到二氧化硅溶胶；在溶胶中加入二甲基甲酰胺，搅拌后加入氨水，再次搅拌后静置。
(2)玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶的制备：在模具表面滴入一层二氧化硅溶胶，放入一层玻璃纤维，再滴入一层二氧化硅溶胶，放入一层玻璃纤维，再滴入一层二氧化硅溶胶，密封，常温常压降至后得到复合凝胶；将复合凝胶陈化后，加入老化液老化；加入置换液置换后，用三甲基氯硅烷对复合凝胶表面修饰后干燥，得到碳纳米管掺杂二氧化硅气凝胶。
(3)隔热材料的制备：将硅烷偶联剂、石墨烯溶液、碳纳米管掺杂二氧化硅气凝胶和乙醇混合后转入高温反应釜中，反应结束后用正己烷洗涤，再放入管式炉中焙烧，冷却后得到电子烟用隔热材料。
实施例3
本实施例提供一种电子烟用隔热材料，制备方法包括以下操作：
(1)二氧化硅溶胶的制备：将正硅酸乙酯、乙醇、水和盐酸混合，搅拌后静置，水解得到二氧化硅溶胶；在溶胶中加入二甲基甲酰胺，搅拌后加入氨水，再次搅拌后静置；
(2)水洗棉增强二氧化硅气凝胶的制备：将二氧化硅溶胶直接注入水洗棉中，得到复合凝胶；将复合凝胶陈化后，加入老化液老化；加入置换液置换后，用三甲基氯硅烷对复合凝胶表面修饰后干燥，得到碳纳米管掺杂二氧化硅气凝胶。
(3)隔热材料的制备：将硅烷偶联剂、碳化硅溶液、碳纳米管掺杂二氧化硅气凝胶和乙醇混合后转入高温反应釜中，反应结束后用正己烷洗涤，再放入管式炉中焙烧，冷却后得到电子烟用隔热材料。
对比例
本对比例提供一种电子烟用隔热材料，制备方法包括以下操作：
二氧化硅溶胶的制备：将正硅酸乙酯、乙醇、水和盐酸混合，搅拌后静置，水解得到二氧化硅溶胶；在溶胶中加入二甲基甲酰胺，搅拌后加入氨水，再次搅拌后静置；将二氧化硅溶胶陈化后，加入老化液老化；加入置换液置换后，用三甲基氯硅烷对二氧化硅溶胶表面修饰后干燥，得到二氧化硅气凝胶，将其制备成电子烟用隔热材料。
对上述实施例1～3和对比例制得的隔热材料制备成隔热层包覆在电子烟金属加热管的表面，在隔热层的表面设置电磁感应线圈，金属加热管内部的空腔内装入烟油，对电子烟做隔热性能测试和烟油碳化测试。
实验结果为：在金属加热管的温度提高至200～300℃的范围内，由实施例1～3的隔热材料制备的隔热层的温度升高至40℃，能够有效隔绝热量，不会使用户烫伤，而对比例的隔热材料制备的隔热层的温度升高至50℃，有明显的发热感。另外，对比例中的电子烟的烟油出现了碳化和异味的现象，而实施例1～3烟油没有出现碳化、异味等现象，这是因为吸波材料具有吸波功能，能够吸收电磁感应线圈产生的电磁波，减少感应元件产生涡流的能量，从而减缓感应元件的发热速度，能够解决电磁感应线圈在加热感应元件时加热速度过快，加热效率过高而导致发烟基质高温碳化及产生异味等问题。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种电子烟用隔热材料，其特征在于，包括以下质量分数的组成：吸波材料20～40份，改性二氧化硅气凝胶60～80份，所述吸波材料包括碳系吸波材料、铁系吸波材料和陶瓷系吸波材料中的至少一种，所述改性二氧化硅气凝胶包括碳纳米管掺杂二氧化硅气凝胶、玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶和水洗棉增强二氧化硅气凝胶中的至少一种，所述电子烟用隔热材料设置在电子烟感应元件的表面，且所述电子烟用隔热材料的表面设置有电磁感应线圈。
2.根据权利要求1所述的电子烟用隔热材料，其特征在于，所述吸波材料的粒径小于所述改性二氧化硅气凝胶的孔洞直径。
3.根据权利要求1所述的电子烟用隔热材料，其特征在于，所述碳系吸波材料包括石墨烯、石墨、碳黑、乙炔碳黑、碳纤维和碳纳米管中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的电子烟用隔热材料，其特征在于，所述铁系吸波材料包括铁氧体，所述铁氧体包括锰锌铁氧体、镁锌铁氧体、镍锌铁氧体和三氧化二铁中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的电子烟用隔热材料，其特征在于，所述陶瓷系吸波材料包括碳化硅。
6.一种权利要求1～5任一项所述的电子烟用隔热材料的制备方法，其特征在于，包括以下操作：
S1，制备二氧化硅溶胶；
S2，用碳纳米管改性所述二氧化硅溶胶，得到碳纳米管掺杂二氧化硅气凝胶；或者，用玻璃纤维改性所述二氧化硅溶胶，得到玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶；或者，用水洗棉改性所述二氧化硅溶胶，得到水洗棉增强二氧化硅气凝胶；
S3，将吸波材料溶于溶剂中，与S2中得到的碳纳米管掺杂二氧化硅气凝胶、玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶或水洗棉增强二氧化硅气凝胶混合，经高温、烧结，得到电子烟用隔热材料。
7.根据权利要求6所述的电子烟用隔热材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管掺杂二氧化硅气凝胶的制备方法包括以下操作：制备二氧化硅溶胶后，将碳纳米管加入到所述二氧化硅溶胶中，超声震荡，得到碳纳米管掺杂二氧化硅气凝胶。
8.根据权利要求6所述的电子烟用隔热材料的制备方法，其特征在于，所述玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶的制备方法包括以下操作：制备二氧化硅溶胶后，将玻璃纤维层和二氧化硅溶胶依次重叠，得到玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶。
9.根据权利要求6所述的电子烟用隔热材料的制备方法，其特征在于，所述水洗棉增强二氧化硅气凝胶的制备方法包括以下操作：将制备好的所述二氧化硅溶胶注入水洗棉中，得到水洗棉增强二氧化硅气凝胶。
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Application publication date: 20201117