CN112553901A - 一种高效热交换调温纤维材料和制备方法及其在香烟中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种高效热交换调温纤维材料和制备方法及其在香烟中的应用，纤维材料为聚乳酸纤维，所述聚乳酸纤维经包覆改性处理；所述聚乳酸原料的熔融指数为8.00～11.00，粘均分子量5‑8w；所述包覆改性处理为在纤维表面包覆亲水性高分子材料，所述亲水高分子材料为聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚二甲基丙烯酰胺中的一种或多种，所述亲水性高分子材料的用量占聚乳酸纤维的0.01‑1wt％，优选的亲水性高分子材料的用量占聚乳酸纤维的0.01‑0.5wt％，更优选的亲水性高分子材料的用量占聚乳酸纤维的0.05‑5wt％。制备得到的高效热交换调温纤维材料具有优异的调温透湿性能，当其作为香烟过滤材料时，能够最大程度的增加香烟的体验感。

Description

一种高效热交换调温纤维材料和制备方法及其在香烟中的 应用
技术领域
本发明属于纤维材料领域，具体涉及一种高效热交换调温纤维材料及其在加热不燃型香烟的应用。
背景技术
随着人们对传统香烟危害性认识的提高，控烟的呼声也日渐高涨，有研究指出，二手烟有焦油、阿摩尼亚、尼古丁、悬浮微粒、PM2.5、钋-210等超过4000种有害化学物质及数十种致癌物质，因此是危害最广泛、最严重的室内空气污染之一，也是全球重大死亡原因之一。尽管部分人群意识到吸烟带来的危害，然而由于香烟带给人们的愉悦和成瘾性，国内存在大量的对烟草形成依赖的消费者，在短期内，难以让这些人群脱离烟草。在控烟需求的基础上，加热不燃型香烟应运而生，加热不然型香烟是用特殊的热源将烟丝加热到500℃，甚至低于500℃，烟丝只加热而不燃烧，因此，可以显著的降低烟草中有害成分的释放，降低香烟对吸烟者的健康损害。
然而加热不燃香烟在国内并不常见，其仍然处于起步阶段，存在一系列的问题，比如将烟丝加热到500℃，其必然造成烟气温度过高，严重的影响到吸食口感；因此，人们开始对过滤嘴进行改进，现有技术中，如万宝路IQOS香烟，其对滤嘴进行了改进，其将加热不燃香烟的过滤棒设置为四段，与烟草片解除的中空过滤棉、与中控过滤棉连接的透明塑胶薄片，以及最后与透明塑胶薄片连接的过滤嘴，其将过滤棒设计为四段结构，能够有效的过滤烟气，但其透明塑胶薄膜的设置在一定程度不能充分与烟气接触，降温效果不明显，并且这种薄膜设置，会使得烟气流动不均匀，进而影响到吸食的均一性。
针对现有技术中存在的加热不燃型香烟降温效果不佳，吸烟口感较差的技术问题，本案旨提供一种高效热交换调温纤维材料和制备方法及其在香烟中的应用，该材料能够显著的降低烟气温度，并提高吸食口感，包括烟气的均一性、无刺激感。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明目的在提出一种高效热交换调温纤维材料和制备方法及其在香烟中的应用，该调温材料能够保证高的透湿率，使得加热不燃香烟的烟气吸食时的充分饱满感；同时能够大幅度的降低烟气温度，提高吸食的舒适性。
所述的一种高效热交换调温纤维材料为聚乳酸纤维；
所述聚乳酸纤维为多孔结构；或经包覆改性处理；
所述聚乳酸原料的熔融指数为8.00～11.00，粘均分子量5-8w。
所述包覆改性处理为在纤维表面包覆亲水性高分子材料；
所述亲水高分子材料为聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚二甲基丙烯酰胺中的一种或多种。
本发明发现，通过高分子材料对聚乳酸纤维处理后，能显著的提高材料的热交换效率，并且亲水性高分子材料的使用，能够调节烟气中含水量，提高烟气的饱和感，提高吸食体验。
所述亲水性高分子材料的用量占聚乳酸纤维的0.01-1wt％。
优选的亲水性高分子材料的用量占聚乳酸纤维的0.01-0.5wt％。
更优选的亲水性高分子材料的用量占聚乳酸纤维的0.05-5wt％。
所述亲水性高分子材料中包括致孔剂，所述致孔剂为致孔剂。
本发明采用熔融纺丝方法制备聚乳酸纤维，具体流程如下：(1)聚乳酸干燥；(2)熔融挤出；(3)冷却成形；(4)拉伸卷绕。
在熔融挤出纺丝的步骤中，控制纺丝温度180-200℃，在纺丝过程中，当熔融纺丝温度低于180℃时，熔体的流动性变差；当温度高于200℃时，聚乳酸会发生剧烈的降解，因此选择熔融纺丝的温度为180-200℃。
在步骤(4)中的拉伸过程中，控制拉伸比为1-2.5，由于拉伸倍数的增加，纤维的取向提高，纤维的致密性提高，纤维的力学性能也得到了提高。但是对于降温材料，要保证纤维充分的与烟气接触，进而实现纤维与烟气的热交换，达到降温材料，因此，材料约致密，降温效果越差；另外，由于聚乳酸纤维需要包覆亲水性高分子材料，当纤维的取向度底，纤维更加松弛，更加有利于亲水高分子与聚乳酸纤维的结合。
所述高分子亲水材料通过浸渍或喷雾的方式包覆到聚乳酸纤维表面。
所述高分子的溶剂为丙酮、水、乙醇、甲醇中的一种或多种。
所述高效热交换调温纤维材料的制备方法如下：
(1)溶解亲水性高分子材料，加入或不加入填料，搅拌分散，得到亲水性高分子溶液。
(2)将聚乳酸纤维浸渍在步骤(1)得到溶液中；或将步骤(1)得到的高分分子溶液喷雾方式喷涂到聚乳酸纤维上；
(3)干燥，梳理，得到高效热交换调温纤维材料。
所述步骤(1)中亲水高分子材料的浓度为0.1-3wt％。
本发明还提供了一种利用上述方法制备得到的高效热交换调温纤维材料制备香烟滤棒。
所述香烟滤棒至少包含高效热交换调温纤维材料；
所述香烟滤棒还包括普通过滤材料。
所述普通过滤材料为醋酸纤维束、聚丙烯纤维束中的一种或多种。
所述普通过滤材料与高效热交换调温纤维材料连接。
优选的过滤棒的结构为普通过滤材料与高效热交换调温纤维材料间接连接。
更加优选的过滤棒分为三段结构，第一段为普通过滤材料，中间段为高效热交换调温纤维材料，最后一段为普通过滤材料。
一种加热不燃型香烟，所述加热不燃型香烟包含上述香烟过滤棒，具体的所述加热不燃型香烟包含高效热交换调温纤维材料。
本发明所提供的一种高效热交换调温纤维材料具有优异的降温效果，能够提高热交换效率，并且能够保证水汽的通透性能，能够用于加热不然香烟滤芯材料，并显著的提高吸食体验感。
附图说明
图1、实施例6香烟滤棒结构示意图；
附图说明：1、醋酸纤维；2、高效热交换调温纤维材料
具体实施例
为了进一步验证本发明所达到的效果和解决的问题，本发明公开以下实施例。
实施例1
聚乳酸纤维的制备
将聚乳酸切片防止在真空干燥箱中干燥，干燥温度为90℃，干燥时间为15h，将干燥后的聚乳酸切片加入到熔融纺丝法机中，进行纺丝，纺丝温度为190℃，拉伸倍数为2，拉伸速度为1000m/min。实验中聚乳酸的粘均分子量为6w，得到的纤维的断裂强度为1.8cN/dtex，伸长率为98.7％。
实施例2
高分子溶液的配制
(1)聚丙烯酸溶液的配制
取10g的聚丙烯酸，加入到200ml的乙醇中，搅拌两小时溶解，得到聚丙烯酸溶液。
(2)聚乙烯吡咯烷酮溶液的配制
取10g聚乙烯吡咯烷酮、溶解在200ml的水中，搅拌2小时，得到聚乙烯吡咯烷酮溶液。
(3)聚二甲基丙烯酰胺溶液的配制
取10g聚二甲基丙烯酰胺，加入到200ml的丙酮中，搅拌2小时，得到聚二甲基丙烯酰胺溶液。
实施例3
将实施例2中的溶液通过喷涂的方式喷洒到实施例1得到的聚乳酸纤维上，喷洒溶液的量占纤维质量的20wt％，干燥，得到三种高分子材料包覆聚乳酸纤维，其中高分子材料的质量为聚乳酸纤维的0.01wt％。三种高分子材料分别标记为0.01wt％聚丙烯酸/聚乳酸纤维(记做A1)；0.01wt％聚乙烯吡咯烷酮/聚乳酸纤维(记做B1)；0.01wt％聚二甲基丙烯酰胺溶液/聚乳酸纤维(记做C1)，得到高效热交换调温纤维材料。
实施例4
通过调整实施例2中高分子溶液的浓度以及实施例3中喷洒量，制备不同用量高分子材料包覆聚乳酸纤维的复合材料。
分别制备以下规格纤维。
0.05wt％聚丙烯酸/聚乳酸纤维(记做A2)；0.05wt％聚乙烯吡咯烷酮/聚乳酸纤维(记做B2)；0.05wt％聚二甲基丙烯酰胺溶液/聚乳酸纤维(记做C2)。
0.1wt％聚丙烯酸/聚乳酸纤维(记做A3)；0.1wt％聚乙烯吡咯烷酮/聚乳酸纤维(记做B3)；0.1wt％聚二甲基丙烯酰胺溶液/聚乳酸纤维(记做C3)。
上述材料均为高效热交换调温纤维材料。
实施例5
加热不燃香烟的过滤棒的制备
取实施例3-4中得到的高效热交换调温纤维材料，做成纤维束，通过常规方法制成香烟过滤棒。
实施例6
选用实施例1得到的聚乳酸纤维做成香烟过滤棒。
实施例7
一种普通过滤材料和高效热交换调温纤维材料制备得到的香烟过滤棒。
过滤棒分为两段，一段为醋酸纤维，一段为高效热交换调温纤维材料，醋酸纤维束的一段连接烟草。
实施例8
一种普通过滤材料和高效热交换调温纤维材料制备得到的香烟过滤棒。
过滤棒分为三段，一段为醋酸纤维，中间段为高效热交换调温纤维材料，最后一段为醋酸纤维束，醋酸纤维束的一段连接烟草。
实施例9
一种加热不燃型香烟，采用实施例6-9的过滤棒制成的香烟。
对比例
选用万宝路IQOS香烟作为测试对比例1。
使用市售纯的醋酸纤维束制备成过滤棒，并制备加热不然型香烟，作为测试对比例2。测试条件，选择50个志愿者，测试吸食体验效果。口腔舒适，无灼烧感，烟气润感好评为优；口腔较舒适，稍有灼烧感，风味物质释放均匀，评为中；口腔有灼烧感，评为差，进行分级评分。
在高效热交换调温纤维材料端部设置热电偶和抽吸装置，模拟吸烟过程，测试前第1-6口抽吸温度，以及当烟草燃烧至剩余3cm时的温度。
表1
项目 优/人 中/人 差/人
A1 44 5 1
A2 46 4 0
A3 49 1 0
B1 43 6 1
B2 45 4 1
B3 49 1 0
C1 45 3 2
C2 46 4 0
C3 48 2 0
对比例1 30 15 5
对比例2 5 15 30
表2
项目 第1-6口抽吸温度/℃ 烟草剩余3cm时抽吸温度/℃
A1 30.5 35.5
A2 29.4 34.3
A3 28.9 32.8
B1 31.1 36.1
B2 30.4 34.8
B3 29.1 33.1
C1 31.8 36.6
C2 29.6 34.8
C3 29.5 33.0
对比例1 33.4 45.0
对比例2 41.5 50.5
表1和表2的数据表明，使用本发明的调温纤维后，香烟过滤棒具有良好的降温效果，能够保证较小的入口烟气温差，同时还可以保证当香烟快要燃尽时，达到口腔的烟气的温度大大降低，并保持烟气的风味和口感。

Claims (10)

1.一种高效热交换调温纤维材料，其特征在于，纤维材料为聚乳酸纤维，所述聚乳酸纤维经包覆改性处理；所述聚乳酸原料的熔融指数为8.00～11.00，粘均分子量5-8w；所述包覆改性处理为在纤维表面包覆亲水性高分子材料。
2.一种如权利要求1所述的高效热交换调温纤维材料，其特征在于，所述亲水高分子材料为聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚二甲基丙烯酰胺中的一种或多种，所述亲水性高分子材料的用量占聚乳酸纤维的0.01-1wt％，优选的亲水性高分子材料的用量占聚乳酸纤维的0.01-0.5％，更优选的亲水性高分子材料的用量占聚乳酸纤维的0.05-5wt％。
3.一种如权利要求2所述的高效热交换调温纤维材料，其特征在于，所述亲水性高分子材料中包括致孔剂，所述致孔剂为致孔剂。
4.一种如权利要求1所述的高效热交换调温纤维材料，其特征在于，本发明采用熔融纺丝方法制备聚乳酸纤维，纺丝温度180-200℃，拉伸比为1-2.5。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的高效热交换调温纤维材料的制备方法，其特征在于，(1)溶解亲水性高分子材料，加入或不加入填料，搅拌分散，得到亲水性高分子溶液；(2)将聚乳酸纤维浸渍在步骤(1)得到溶液中；或将步骤(1)得到的高分分子溶液喷雾方式喷涂到聚乳酸纤维上；(3)干燥，梳理，得到高效热交换调温纤维材料。
6.一种如权利要求5所述的高效热交换调温纤维材料的制备方法，其特征在于，所述高分子亲水材料通过浸渍或喷雾的方式包覆到聚乳酸纤维表面，所述高分子的溶剂为丙酮、水、乙醇、甲醇中的一种或多种。
7.一种如权利要求6所述的高效热交换调温纤维材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中亲水高分子材料的浓度为0.1-3wt％。
8.一种香烟过滤棒，香烟滤棒至少包含权利要求1-4任一项所述的高效热交换调温纤维材料。
9.一种如权利要求8所述的香烟过滤棒，所述香烟滤棒还包括普通过滤材料，所述普通过滤材料为醋酸纤维束、聚丙烯纤维束中的一种或多种，普通过滤材料与高效热交换调温纤维材料连接。
10.一种加热不燃型香烟，所述加热不燃型香烟包含权利要求8-9任一项所述的香烟过滤棒。
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