CN112137152A

CN112137152A - 高导热导电的加热不燃烧烟草薄片及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN112137152A
Application number: CN201910560338.5A
Authority: CN
Inventors: 张骥; 张振涛; 杨俊玲; 张化福; 张钰; 越云凯
Original assignee: Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Current assignee: Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2020-12-29
Anticipated expiration: 2039-06-26
Also published as: CN112137152B

Abstract

本发明提供一种高导热导电的加热不燃烧烟草薄片及其制备方法与应用。一方面，本发明选用烟叶、烟梗、烟末等烟草废料作为烟草薄片得主要成分，并以碳纤维替代传统的天然纤维，适当加入填料和胶合剂，辅以斜网成形技术，实现了碳纳米管在浆料的自由舒展，调控了碳纤维在烟草薄片上的排列方向，确保了烟草薄片基片的匀度、松厚度、透气性的同时增加了烟草薄片的导热性和导电性。另一方面，本发明在制备的烟草浓缩液中，加入填料、粘合剂、发烟剂、香精香料、膨松剂等辅料进行调控，使制备出的加热不燃烧烟草薄片发烟量可调可控，除了烟草本香外，特征香味可单独施加，经加热后烟气成分柔和舒适，生理满足感强，拥有类似于抽吸传统卷烟时的体验感。

Description

高导热导电的加热不燃烧烟草薄片及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于新型烟草制品领域，具体地说，涉及一种高导热导电的加热不燃烧烟草薄片及其制备方法与应用。

背景技术

近些年来，加热不燃烧烟草制品作为新型烟草制品中的重要产品正在快速兴起，其原理为利用外部热源加热烟草而不是点燃烟草，以避免烟草燃烧时各类有毒有害物质的产生，常见的有炭加热、电加热和化学加热等方式。针对加热不燃烧烟草制品的特点，开发出针对加热不燃烧烟草制品的专用烟草薄片，实现其低温加温不燃烧、香气承载、雾化等核心功能，对新型烟草制品的发展具有积极地促进作用。

发明内容

本发明旨在针对现有技术的不足，利用碳纤维的高导热导电特性，结合斜网成型技术，调控碳纤维在烟草薄片上的排列方向，以此来增强烟草薄片的导热和导电性能，同时在加工工艺中适时添加各种填料、粘合剂、发烟剂、香精香料、膨松剂等辅料，使得制备的烟草薄片应用于加热不燃烧卷烟设备时，能够表现出良好的加热性能。具体地，本发明的目的是提供一种高导热导电的加热不燃烧烟草薄片及其制备方法与应用。

为了实现本发明目的，第一方面，本发明提供一种高导热导电的加热不燃烧烟草薄片的制备方法，包括以下步骤：

(1)将高导热碳基材料加水浸渍后，加入分散剂进行超声分散，形成高导热碳基材料浆料；其中，所述高导热碳基材料选自碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的至少一种；优选碳纤维，所述碳纤维的长度为3～12mm，浸渍温度为60～80℃，浸渍时间为10～30min，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和/或十二烷基硫酸钠 (SDS)，超声分散时的功率为60～150W，超声时间为4～8h，碳纤维浆料的浓度控制在3～10wt％；

(2)将烟草原料粉碎，与步骤(1)所得碳纤维浆料按一定比例混合，加水浸渍后进行萃取处理(萃取剂为水)，再挤干分离得到烟草萃取液和烟草不溶物；其中，所述碳纤维浆料的添加比例为烟草原料质量的20～80％，浸渍温度为60～70℃，浸渍时间为30～60min；萃取温度为60～80℃，挤干干度(烟草不溶物的含水量)为20～40wt％；

(3)向步骤(2)所得烟草不溶物中加入填料、粘合剂和水后，将烟草不溶物的质量浓度控制在12～18％，然后用盘磨机进行磨浆(多段机械磨浆)，用水稀释磨浆后浆液的浓度，送入斜网造纸机进行抄造成型，得到烟草薄片基片；其中，所述填料选自轻质碳酸钙、重质碳酸钙、硅藻土中的至少一种；所述粘合剂选自海藻酸钠、壳聚糖、瓜尔胶、羧甲基纤维素钠(CMC)中的至少一种；所述填料的添加比例为烟草不溶物质量的8～20％，所述粘合剂的添加比例为烟草不溶物的3～15％；磨浆时的压力为0.4～0.8MPa，磨浆后浆液的打浆度控制在15～35°SR，稀释后浆液的浓度为0.05～0.5wt％；

(4)对步骤(2)所得烟草萃取液进行浓缩处理，得到烟草浓缩液，加入填料、粘合剂、发烟剂、香精和膨松剂混合均匀后，得到烟草薄片涂布液；其中，所得烟草浓缩液的浓度为20～50wt％；所述填料选自轻质碳酸钙、重质碳酸钙、硅藻土中的至少一种；所述粘合剂选自海藻酸钠、壳聚糖、瓜尔胶、羧甲基纤维素钠中的至少一种；所述发烟剂选自丙二醇、丙三醇、丁二醇、丁三醇中的至少一种；所述香精为烟草用的水溶性或脂溶性的特征香型香精；所述膨松剂选自柠檬酸钾、氯化钾、碳酸氢钾、山梨酸钾、磷酸氢二钾中的至少一种；所述填料的添加量为烟草浓缩液质量的10～40％，所述发烟剂的添加量为烟草浓缩液质量的10～30％，所述香精的添加量为烟草浓缩液质量的2～12％，所述膨松剂的添加量为烟草浓缩液质量的0.5～ 4％，添加粘合剂调节涂布液的粘度为10～30MPa·s；

(5)将步骤(4)制备的烟草薄片涂布液涂布到步骤(3)制备的烟草薄片基片上，经烘干、分切后，得到加热不燃烧烟草薄片；其中，制得的加热不燃烧烟草薄片的水分含量控制在6～12％。

本发明中，所述烟草原料为烟叶碎片、烟梗、烟末中的至少一种。

前述的方法，步骤(4)中对烟草萃取液进行浓缩处理的条件为：温度50～80℃，真空度40～100KPa。

前述的方法，步骤(4)中所述水溶性或脂溶性的特征香型香精选自柠檬酸、酒石酸、苹果酸、乳酸、香兰素、麦芽酚、茄尼酮、桂叶油、丁香油、香叶油、薄荷油、2-甲基戊酸、3-甲基戊酸、异戊酸等中的至少一种。

前述的方法，步骤(5)中涂布温度为40～80℃，涂布液的涂布率为25～65％，烘干温度为90～105℃。

本发明高导热导电的加热不燃烧烟草薄片的制备工艺流程图见图1。

第二方面，本发明提供按照上述方法制备的高导热导电的加热不燃烧烟草薄片。

其中，所述烟草薄片的厚度为0.05-0.3mm。

第三方面，本发明提供所述高导热导电的加热不燃烧烟草薄片在烟草加工领域中的应用。

第四方面，本发明提供所述高导热导电的加热不燃烧烟草薄片在制备加热不燃烧卷烟中的应用。

本发明中以烟草原料作为烟草薄片的主要成分，赋予烟草本香和生理满足感，其烟草原料选用烟叶、烟梗、烟末中任意一种或几种混合，既可以充分利用烟草原料，也可以减少烟草行业的原料消耗，降低生产成本。同时，优化生产工艺，在生产过程中人为地控制和改变烟草薄片的结构和化学组成，达到改善和提高产品质量的目的。加入雾化剂(发烟剂)增强烟雾源，使烟雾量充足，提供类似于传统卷烟燃吸时的烟雾感受。使用烟用香精香料彰显、丰富和修饰烟气的香气和香味，进一步改善感官质量。用碳纤维来替代传统的天然纤维，适当加入填料和胶合剂，辅以斜网成形技术，调控碳纤维在烟草薄片上的排列方向，以制备出强度和厚薄适中，具有良好导热导电性能的加热不燃烧烟草薄片。

借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点及有益效果：

(一)本发明先对碳纤维进行分散处理，再利用斜网成型技术，实现了碳纳米管在浆料的自由舒展，调控了碳纤维在烟草薄片上的排列方向，确保了烟草薄片的匀度、松厚度、透气性的同时增加了烟草薄片的导热性和导电性。所制得的烟草薄片导热系数为0.5～4.0Wm^-1K^-1，电阻率为1×10^-4～8×10^-4Ω·m。

(二)生产工艺成熟简单、成本低廉，适合大规模批量生产，可控性强、产品质量稳定。

(三)制备出的加热不燃烧烟草薄片加工性能好，发烟量可调可控，除了烟草本香外，特征香味可单独施加，经加热后烟气成分柔和舒适，生理满足感强，拥有类似于抽吸传统卷烟时的体验感。

附图说明

图1为本发明高导热导电的加热不燃烧烟草薄片的制备工艺流程图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。

以下实施例中使用的盘磨机为KRK(日本)公司的No.2500-II型连续式盘磨机，斜网造纸机(斜网成形器)为VOITH公司的满流式斜网成型器。

以下实施例中使用的碳纤维和碳纳米管均购自日本东邦公司。轻质碳酸钙和重质碳酸钙均购自泾县金鑫粉业有限公司。

实施例1 高导热导电的加热不燃烧烟草薄片的制备方法

1、剪切碳纳米管，加水充分浸渍后，加入分散剂进行超声分散，形成碳纤维浆料。

其中，碳纳米管的短切长度为8mm，浸渍温度为70℃，浸渍时间为20min，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，超声分散时的功率为120W，超声时间为8h，碳纤维浆料的浓度控制为8wt％。

2、将烟草原料粉碎，和碳纤维浆料按一定比例混合，加水浸渍后进行萃取处理，再挤干分离得到烟草萃取液和烟草不溶物。

其中，烟草原料为烟叶碎片、烟梗、烟末的混合物，碳纤维浆料的添加比例为烟草原料质量的60％，浸渍温度为70℃，浸渍时间为40min。萃取温度为70℃。挤干干度为30wt％。

3、向烟草不溶物中加入填料、粘合剂和水后，调整烟草不溶物的浓度，进行多段机械磨浆，用水稀释调控磨浆后浆液的浓度，送入斜网成形器进行抄造成型，得到烟草薄片基片。

其中，所述填料为轻质碳酸钙，所述粘合剂为羧甲基纤维素钠(CMC)。填料的添加比例为烟草不溶物质量的12％。粘合剂的添加比例为烟草不溶物的10％，烟草不溶物的质量浓度控制为16％。磨浆时的压力0.7MPa，磨浆后浆料的打浆度控制为 28°SR，稀释调控磨浆后浆液浓度为0.2wt％。

4、对烟草萃取液进行浓缩处理后得到烟草浓缩液，加入填料、粘合剂、发烟剂、香精香料、膨松剂混合均匀后，得到烟草薄片涂布液。

其中，浓缩温度为70℃，浓缩真空度为70KPa，浓缩液浓度为40wt％。所述发烟剂为丙三醇。所述香精香料为柠檬酸。所述膨松剂为碳酸氢钾。填料轻质碳酸钙的添加量为烟草浓缩液质量的30％。发烟剂的添加量为烟草浓缩液质量的20％，香精香料的添加量为烟草浓缩液质量的8％，膨松剂的添加量为烟草浓缩液质量的3％，添加粘合剂羧甲基纤维素钠调节涂布液的粘度为20MPa·s。

5、将步骤4制备的烟草薄片涂布液涂布到步骤3制备的烟草薄片基片上，经烘干、分切后，得到加热不燃烧烟草薄片。

其中，涂布温度为70℃，涂布液的涂布率为50％，烘干温度为105℃，烟草薄片最终被分切为长为50mm，宽为30mm，厚度0.15mm的烟片。制得的加热不燃烧烟草薄片的水分含量控制为10％。制得的烟草薄片导热系数为2.8Wm^-1K^-1，电阻率为 1.2×10^-4Ω·m。

实施例2 高导热导电的加热不燃烧烟草薄片的制备方法

1、剪切碳纤维，加水充分浸渍后，加入分散剂进行超声分散，形成碳纤维浆料。

其中，碳纤维的短切长度为6mm，浸渍温度为60℃，浸渍时间为20min，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，超声分散时的功率为80W，超声时间为8h，碳纤维浆料的浓度控制为6wt％。

其中，烟草原料为烟叶碎片、烟梗、烟末的混合物，碳纤维浆料的添加比例为烟草原料质量的60％，浸渍温度为60℃，浸渍时间为60min。萃取温度为80℃。挤干干度为32wt％。

其中，所述填料硅藻土，所述粘合剂为壳聚糖。填料的添加比例为烟草不溶物质量的8～20％。粘合剂的添加比例为烟草不溶物的8％，烟草不溶物的质量浓度控制为14％。磨浆时的压力0.5MPa，磨浆后浆料的打浆度控制为20°SR，稀释调控磨浆后浆液浓度为0.1wt％。

其中，浓缩温度为80℃，浓缩真空度为40KPa，浓缩液浓度为40wt％。所述发烟剂为丙二醇。所述香精香料为香兰素。所述膨松剂为柠檬酸钾。填料硅藻土的添加量为烟草浓缩液质量的10～40％。发烟剂的添加量为烟草浓缩液质量的15％，香精香料的添加量为烟草浓缩液质量的6％，膨松剂的添加量为烟草浓缩液质量的2％，添加粘合剂壳聚糖调节涂布液的粘度为14MPa·s。

其中，涂布温度为60℃，涂布液的涂布率为45％，烘干温度为90℃，烟草薄片最终被分切为宽为1mm，长为20mm，厚度0.18mm的烟丝。制得的加热不燃烧烟草薄片的水分含量控制为8％。所制得的烟草薄片导热系数为1.4Wm^-1K^-1，电阻率为 2.7×10^-4Ω·m。

实施例3 高导热导电的加热不燃烧烟草薄片的制备方法

其中，碳纤维的短切长度为3mm，浸渍温度为80℃，浸渍时间为10min，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十二烷基硫酸钠(SDS)等质量比混合物，超声分散时的功率为60W，超声时间为4h，碳纤维浆料的浓度控制为3wt％。

其中，烟草原料为烟叶碎片、烟梗、烟末的混合物，碳纤维浆料的添加比例为烟草原料质量的20％，浸渍温度为60℃，浸渍时间为30min。萃取温度为60℃。挤干干度为20wt％。

其中，所述填料为重质碳酸钙，所述粘合剂为海藻酸钠。填料的添加比例为烟草不溶物质量的8％。粘合剂的添加比例为烟草不溶物的3％，烟草不溶物的质量浓度控制为12％。磨浆时的压力0.4MPa，磨浆后浆料的打浆度控制为15°SR，稀释调控磨浆后浆液浓度为0.05wt％。

其中，浓缩温度为50℃，浓缩真空度为40KPa，浓缩液浓度为20wt％。所述发烟剂为丁三醇。所述香精香料为2-甲基戊酸。所述膨松剂为氯化钾。填料重质碳酸钙的添加量为烟草浓缩液质量的30％。发烟剂的添加量为烟草浓缩液质量的20％，膨松剂的添加量为烟草浓缩液质量的0.5％，香精香料的添加量为烟草浓缩液质量的2％，添加粘合剂海藻酸钠调节涂布液的粘度为100MPa·s。

其中，涂布温度为40℃，涂布液的涂布率为25％，烘干温度为90℃，烟草薄片最终被分切为长为8mm，宽为0.8mm，厚度0.25mm的烟片。制得的加热不燃烧烟草薄片的水分含量控制为6％。所制得的烟草薄片导热系数为1.1Wm^-1K^-1，电阻率为 3.1×10^-4Ω·m。

将实施例1-3制备的烟草薄片制备成为加热不燃烧烟草制品，经过感官质量评价和性能检测，发现其导热性导电性能良好，感官质量稳定，烟雾量充足，香韵明显，满足感好，感官品质明显好于普通烟草薄片制备成的加热不燃烧烟草，且口感更为接近传统卷烟。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.高导热导电的加热不燃烧烟草薄片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将高导热碳基材料加水浸渍后，加入分散剂进行超声分散，形成高导热碳基材料浆料；其中，所述高导热碳基材料选自碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的至少一种；优选碳纤维，所述碳纤维的长度为3～12mm，浸渍温度为60～80℃，浸渍时间为10～30min，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠和/或十二烷基硫酸钠，超声分散时的功率为60～150W，超声时间为4～8h，碳纤维浆料的浓度控制在3～10wt％；

(2)将烟草原料粉碎，与步骤(1)所得碳纤维浆料按一定比例混合，加水浸渍后进行萃取处理，再挤干分离得到烟草萃取液和烟草不溶物；其中，所述碳纤维浆料的添加比例为烟草原料质量的20～80％，浸渍温度为60～70℃，浸渍时间为30～60min；萃取温度为60～80℃，挤干干度为20～40wt％；

(3)向步骤(2)所得烟草不溶物中加入填料、粘合剂和水后，将烟草不溶物的质量浓度控制在12～18％，然后用盘磨机进行磨浆，用水稀释磨浆后浆液的浓度，送入斜网造纸机进行抄造成型，得到烟草薄片基片；其中，所述填料选自轻质碳酸钙、重质碳酸钙、硅藻土中的至少一种；所述粘合剂选自海藻酸钠、壳聚糖、瓜尔胶、羧甲基纤维素钠中的至少一种；所述填料的添加比例为烟草不溶物质量的8～20％，所述粘合剂的添加比例为烟草不溶物的3～15％；磨浆时的压力为0.4～0.8MPa，磨浆后浆液的打浆度控制在15～35°SR，稀释后浆液的浓度为0.05～0.5wt％；

(4)对步骤(2)所得烟草萃取液进行浓缩处理，得到烟草浓缩液，加入填料、粘合剂、发烟剂、香精和膨松剂混合均匀后，得到烟草薄片涂布液；其中，所得烟草浓缩液的浓度为20～50wt％；所述填料选自轻质碳酸钙、重质碳酸钙、硅藻土中的至少一种；所述粘合剂选自海藻酸钠、壳聚糖、瓜尔胶、羧甲基纤维素钠中的至少一种；所述发烟剂选自丙二醇、丙三醇、丁二醇、丁三醇中的至少一种；所述香精为烟草用的水溶性或脂溶性的特征香型香精；所述膨松剂选自柠檬酸钾、氯化钾、碳酸氢钾、山梨酸钾、磷酸氢二钾中的至少一种；所述填料的添加量为烟草浓缩液质量的10～40％，所述发烟剂的添加量为烟草浓缩液质量的10～30％，所述香精的添加量为烟草浓缩液质量的2～12％，所述膨松剂的添加量为烟草浓缩液质量的0.5～4％，添加粘合剂调节涂布液的粘度为10～30MPa·s；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述烟草原料为烟叶碎片、烟梗、烟末中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中对烟草萃取液进行浓缩处理的条件为：温度50～80℃，真空度40～100KPa。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中所述水溶性或脂溶性的特征香型香精选自柠檬酸、酒石酸、苹果酸、乳酸、香兰素、麦芽酚、茄尼酮、桂叶油、丁香油、香叶油、薄荷油、2-甲基戊酸、3-甲基戊酸、异戊酸中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中涂布温度为40～80℃，涂布液的涂布率为25～65％，烘干温度为90～105℃。

6.按照权利要求1-5任一项所述方法制备的高导热导电的加热不燃烧烟草薄片。

7.根据权利要求6所述的烟草薄片，其特征在于，所述烟草薄片的厚度为0.05-0.3mm。

8.权利要求6或7所述烟草薄片在烟草加工领域中的应用。

9.权利要求6或7所述烟草薄片在制备加热不燃烧卷烟中的应用。