CN112369649B

CN112369649B - 一种基于微纳纤维结构的烟草薄片及其制备方法

Info

Publication number: CN112369649B
Application number: CN202011358726.4A
Authority: CN
Inventors: 康帅; 陆文强
Original assignee: Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology of CAS
Current assignee: Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology of CAS
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2023-03-31
Anticipated expiration: 2040-11-27
Also published as: CN112369649A

Abstract

本发明提供一种基于微纳纤维结构的烟草薄片及其制备方法，烟草薄片为包括烟草提取物的烟草提取物毡；制备方法为：(1)将烟草纤维、木浆纤维和填料混合得到烟草混合原料；在烟草混合原料中加水搅拌均匀后加热浸提；浸提后固液分离，将浸提液离心得到烟草提取液；将固形物制浆、成型得到基片；(2)将烟草提取液与聚乙烯醇均匀混合制成溶液；(3)将溶液以基片为基底进行纺丝；(4)将纺丝后的基片烘烤得到烟草薄片。本发明通过静电纺丝技术可控制备不同纤维直径的烟草提取物，可控调节烟草提取物与基片的比例、排列方向、接触面积等，改善了烟草薄片的稳定燃烧速率、促进充分燃烧、提升抽吸品质。

Description

一种基于微纳纤维结构的烟草薄片及其制备方法

技术领域

本发明属于新型烟草加工技术领域，具体涉及一种基于微纳纤维结构的烟草薄片及其制备方法，其适用于加热不燃烧卷烟的基于微纳纤维结构的烟草薄片及其制备方法。

背景技术

在全球控烟和公众健康舆论双重压力下，传统卷烟产业的发展受到越来越多的制约。本世纪初随着电子雾化技术诞生，已经在全球形成了新型烟草的消费热潮。加热不燃烧产品（Heat Not Burning; HNB），又称低温烟，是利用电热组件管件将经过处理的烟丝烘烤到一定温度，使烟丝刚好加热到足以散发出烟气的某种程度，供人吸食。根据毒理学独立委员会向英国公共健康部提交的报告，加热不燃烧烟草释放的蒸汽与卷烟的烟雾相比，有害成分的含量平均减少了九成，并且HNB不会产生令公众烦恼的二手烟及烟灰。烟弹是加热不燃烧电子烟产品的核心，由实心丝束过滤段、降温段、中空丝束过滤段、及烟草材料段构成，加热不燃烧电子烟烟弹全部使用烟草薄片制成。烟草薄片又称为重组烟叶或均质烟叶，是以烟草为原料进行再造，主要由在卷烟过程中产生的烟末、烟梗、烟草碎片等为原料，加入胶粘剂和其他添加剂组成。烟草薄片不仅为加热不燃烧新型烟草产品的烟弹原料，在传统卷烟产品中也有一定的添加，有效降低了烟草产品的制造成本，达到减耗增效的目的。同时，通过在烟草薄片中添加例如果糖和甘氨酸等其他物质能够有效祛除烟草中的有害成分，降低焦油及有害物质的释放量，也进一步增强了吸食的安全性，起到降焦减害的作用。

目前加热不燃烧卷烟中烟草薄片部分通常由人工合成的烟草薄片做成，烟草薄片主要材料为烟梗、下部烟叶等等级不高的烟草材料打浆后，重新压制而成，并含有发烟剂。烟草薄片生产商主要使用辊压法、造纸法、及稠浆法三种生产技术制造烟草薄片。辊压法所需设备规模小，投入少，耗能较低，成本低，但产品性能差；造纸法产品性能好、密度小、填充度高、燃烧速度快、降焦减害明显，但产品口感及口味与天然烟叶有区别；稠浆法产品性能好、口味口感与天然烟叶接近、降焦减害明显、香气风格易于调节，但成本高。由于烟草薄片的刚性强而弹性差，对烟具发热针或发热片产生较强的反作用力，甚至造成发热针或发热片多次插拔后破损断裂的问题，提高了烟具的制造成本且用户体验感差。

发明内容

基于现有技术中存在的产品缺陷，本发明提供一种基于微纳纤维结构的烟草薄片及其制备方法，其将静电纺丝技术与烟草薄片加工技术相结合，不仅解决了现有技术存在的产品缺陷问题，同时可以适配不同种类烟草原材料和口味，以及可以调节烟草薄片松厚度，进一步改善了烟草薄片的稳定燃烧速率、促进充分燃烧、提升抽吸品质。

依据本发明技术方案的第一方面，提供一种基于微纳纤维结构的烟草薄片，其为包括烟草提取物的烟草提取物毡。其中，烟草提取物为烟草纤维、木浆纤维和填料的混合物。烟草纤维包括烟末、烟梗、烟草碎片和燃烧卷烟车间中的烟叶废料中的一种或多种。木浆纤维包括针叶木浆、阔叶木浆和麻浆中的一种或者多种。优选地，填料是碳酸钙。

依据本发明技术方案的第二方面，提供一种基于微纳纤维结构的烟草薄片制备方法，其包括以下步骤：

步骤1，将烟草纤维、木浆纤维和填料混合得到烟草混合原料；

步骤2，上述烟草混合原料中加水搅拌均匀，得到烟草混合物；

步骤3，将上述烟草混合物在60℃到70℃下加热浸提，浸提后固液分离，将浸提液离心得到烟草提取液；

步骤4，将固形物按造纸法工序制浆、成型得到如图2所示的基片；

步骤5，将步骤3中得到烟草提取液与聚乙烯醇均匀混合制成溶液作为静电纺丝前驱体溶液；

步骤6，将静电纺丝前驱体溶液转移到静电纺丝用的针管中，以步骤4中得到的基片为基底进行纺丝，得到纤维结构的烟草提取物毡；

步骤7，将烟草提取物毡在100℃到250℃进行烘烤，得到微纳纤维结构的烟草薄片。

依据本发明技术方案的第三方面，提供一种基于微纳纤维结构的烟草薄片制备方法，其包括以下步骤：

步骤61，将上述静电纺丝前驱体溶液转移到静电纺丝用的针管中，以金属箔为基底进行纺丝；纺丝温度为30℃到60℃，大气湿度为35％到75％，纺丝电压为10 kV到30 kV；

步骤62：纺丝结束后将金属箔揭掉，得到无基片的自支撑烟草提取物毡；

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

采用上述方案，通过静电纺丝技术可控制备不同纤维直径的烟草提取物，可控调节烟草提取物与基片的比例、排列方向、接触面积等，有利于不同种类烟草原材料和口味的适配，且有利于烟草薄片松厚度调节，可以改善烟草薄片的稳定燃烧速率、促进充分燃烧、提升抽吸品质。

附图说明

图1是依据本发明的烟草薄片制备方法的主要步骤示意图。

图2是烟草基片的示意图。

图3是将纤维结构的烟草提取物加载在烟草基片上的结构示意图。

图4是针对图3所示纤维结构加载电场一的结构示意图。

图5是针对图3所示纤维结构加载电场二的结构示意图。

图6是没有加载烟草基片的纤维结构的烟草提取物的结构示意图。

图7是针对图6所示纤维结构加载电场一的结构示意图。

图8是针对图6所示纤维结构加载电场二的结构示意图。

图9是基底上放置纵向导电金属使得纤维结构有序排列的结构示意图。

图10是基底上放置纵向导电金属使得纤维结构有序排列的结构示意图。

其中附图标记：“1”指示“基片”，“2”指示“纤维结构的烟草提取物”。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外地，不应当将本发明的保护范围仅仅限制至下述具体实验方法或具体参数。

本发明的一种基于微纳纤维结构的烟草薄片，其为一种烟草提取物毡，优选为经过烘烤成型的烟草提取物毡；所述烟草提取物毡为烟草提取物，优选为利用静电纺丝技术对纤维结构的烟草提取物进行处理所得到的烟草提取物毡。其中烟草提取物为将烟草纤维、木浆纤维和填料混合得到烟草混合原料，其中，烟草纤维包括烟末、烟梗、烟草碎片和燃烧卷烟车间中的烟叶废料中的一种或多种；木浆纤维包括针叶木浆、阔叶木浆和麻浆中的一种或者多种；填料主要是碳酸钙。烟草纤维占70%到85%的质量，木浆纤维占10%到20%的质量，填5%到30%的质量。

本发明的一种基于微纳纤维结构的烟草薄片制备方法主要包括以下步骤：(1)将烟草纤维、木浆纤维和填料混合得到烟草混合原料；在烟草混合原料中加水搅拌均匀后加热浸提；浸提后固液分离，将浸提液离心得到烟草提取液；将固形物按造纸法工序制浆、成型得到基片；(2)将烟草提取液与聚乙烯醇均匀混合制成溶液；(3)将溶液转移到静电纺丝用的针管中，以基片为基底进行纺丝；(4)将纺丝后的基片在100℃到250℃进行烘烤，得到烟草薄片。

更进一步地，烟草纤维包括烟末、烟梗、烟草碎片和燃烧卷烟车间中的烟叶废料中的一种或多种。

木浆纤维包括针叶木浆、阔叶木浆和麻浆中的一种或者多种。填料主要是碳酸钙。烟草纤维占70%到85%的质量，木浆纤维占10%到20%的质量，填5%到30%的质量。烟草纤维、木浆纤维、填料的烟草混合原料和水的质量比为0.05到0.15。加热浸提温度为60℃到70℃。离心转速为4000 rmp到6000 rmp，时间为5分钟到10分钟。聚乙烯醇烟草提取液中，聚乙烯醇的质量占比为0.2%到15%。

静电纺丝条件为：温度为30℃到60℃，大气湿度为35％到75％，纺丝电压为10kV到30kV。烟草提取物毡中的烟草提取纤维毡的单根纤维直径为100nm到1um。烘烤温度为100℃到250℃，时间为0.5小时到24小时。

更详细地，如图1所示基于微纳纤维结构的烟草薄片制备方法，其主要包括以下步骤：

步骤1：将烟草纤维、木浆纤维和填料混合得到烟草混合原料；其中烟草纤维包括烟末、烟梗、烟草碎片和燃烧卷烟车间中的烟叶废料中的一种或多种；木浆纤维包括针叶木浆、阔叶木浆和麻浆中的一种或者多种；填料主要是碳酸钙。烟草纤维占70%到85%的质量，木浆纤维占10%到20%的质量，填5%到30%的质量。

步骤2：上述烟草混合原料中加水搅拌均匀，得到烟草混合物；烟草纤维、木浆纤维、填料的烟草混合原料和水的质量比为0.05到0.15；即烟草纤维、木浆纤维、填料的烟草混合原料质量与水的质量比例为1:0.05以至1:0.15。

步骤3，将上述烟草混合物在60℃到70℃下加热浸提，浸提后固液分离，将浸提液离心得到烟草提取液；固液分离时所采用的离心转速为4000 rmp到6000 rmp，时间为5分钟到10分钟。

步骤4：将固形物按造纸法工序制浆、成型得到如图2所示的基片。

步骤5：将步骤3中得到烟草提取液与聚乙烯醇均匀混合制成溶液作为静电纺丝前驱体溶液，聚乙烯醇的质量占比为0.2%到15%。

步骤6：将静电纺丝前驱体溶液转移到静电纺丝用的针管中，以步骤4中得到的基片为基底进行纺丝，得到纤维结构的烟草提取物毡；纺丝温度为30℃到60℃，大气湿度为35％到75％，纺丝电压为10 kV到30 kV。

进一步地，步骤6也可以替换为步骤61，步骤61为：将上述静电纺丝前驱体溶液转移到静电纺丝用的针管中，以金属箔为基底进行纺丝；纺丝温度为30℃到60℃，大气湿度为35％到75％，纺丝电压为10 kV到30 kV。

步骤62：纺丝结束后将金属箔揭掉，得到无基片的自支撑烟草提取物毡。

步骤7：将烟草提取物毡在100℃到250℃进行烘烤，得到微纳纤维结构的烟草薄片。

如图2所示的烟草基片，采用一般固形物按造纸法工序制浆、成型得到。可以采用通常现有技术中采用的烟草基片制备技术得到。

如图3所示将纤维结构的烟草提取物加载在烟草基片上的结构示意图，其包括基片1和纤维机构的烟草提取物2，将纤维机构的烟草提取物均匀分布在基片上。在本发明中，所述基片1为将烟草纤维、木浆纤维和填料混合得到混合原料，在混合原料中加水搅拌均匀后加热浸提，浸提后固液分离，将固形物按造纸法工序制浆、成型得到基片1。纤维结构的烟草提取物2的获取：将烟草纤维、木浆纤维和填料混合得到混合原料，在混合原料中加水搅拌均匀后加热浸提，浸提后固液分离，将浸提液离心得到烟草提取液，并与聚乙烯醇均匀混合制溶液，作为静电纺丝前驱体溶液，通过静电纺丝技术得到纤维结构的烟草提取物毡，然后基片为衬底的烟草提取物毡置于100℃到250℃左右进行烘烤成型，并控制烟草薄片的水分，得到纤维结构的烟草薄片。对加载在烟草基片上的纤维结构的烟草提取物施加不同电场作用，可以得到不同纤维结构的烟草提取物排列图形的结构，例如电纺过程中，通过调节电场分布，可以将纤维结构有序排列为图4和图5所示纤维结构的烟草提取物排列图形的结构，其中图4是针对图3所示纤维结构加载电场一的结构示意图，图5是针对图3所示纤维结构加载电场二的结构示意图。此外，也可以将纤维结构杂乱无章的排列在基片上。

进一步地，也可以直接对纤维结构的烟草提取物施加电场，以使其纤维结构的烟草提取物排列成合适的图形结构，例如图6是没有加载烟草基片的纤维结构的烟草提取物的结构示意图，针对图6所示纤维结构加载电场一得到图7所示结构，加载电场二得到图8所示结构。

除上述情况之外，也可以采用将纤维结构的烟草提取物杂乱的置于衬底上，在衬底上放置一对导电金属条/块的情况下，带电纤维将会有序排列，如图9和图10。

本发明的基于微纳纤维结构的烟草薄片应用极为广泛，其可以应用于加热不燃烧烟体，也可以应用于低温燃烧卷烟中。

还需说明的是，图中各部件的形状和尺寸不反应真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于微纳纤维结构的烟草薄片的制备方法，其特征在于，制备方法包括以下步骤：

步骤4，将固形物按造纸法工序制浆、成型得到基片；

步骤7，将烟草提取物毡在100℃到250℃进行烘烤，得到基于微纳纤维结构的烟草薄片。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，烟草纤维包括烟末、烟梗、烟草碎片和燃烧卷烟车间中的烟叶废料中的一种或多种；木浆纤维包括针叶木浆、阔叶木浆和麻浆中的一种或者多种。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，按质量计，烟草纤维占烟草混合原料的70％到85％的质量，木浆纤维占烟草混合原料的10％到20％的质量，填料占烟草混合原料5％到30％的质量。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，静电纺丝条件：温度为30℃到60℃，大气湿度为35％到75％，纺丝电压为10kV到30kV；烟草提取物毡中的烟草提取纤维毡的单根纤维直径为100nm到1um；烘烤温度为100℃到250℃，时间为0.5小时到24小时。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，填料是碳酸钙。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤3中，固液分离时所采用的离心转速为4000rmp到6000rmp，时间为5分钟到10分钟。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤5中，聚乙烯醇的质量占比为0.2％到15％。