CN113498877B - 一种加热不燃烧卷烟用降温滤棒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种加热不燃烧卷烟用降温滤棒及其制备方法，所述降温滤棒包括包裹棒芯的成型纸(1)和改性石头纸制作的棒芯(2)；所述改性石头纸制作的棒芯是用改性石头纸基纸压纹后再折叠形成的纸棒。将制备的改性石头纸基纸经过压纹、预折叠，再送入滤棒成型机完成成型、分切，得到所述的加热不燃烧卷烟用降温滤棒，降温滤棒降温效果好、安全可靠、抽吸体验好，制备方法简单实用，生产成本低，易于实现产业化。

Description

一种加热不燃烧卷烟用降温滤棒及其制备方法

技术领域

本发明涉及加热不燃烧卷烟加工技术领域。更具体地，涉及一种加热不燃烧卷烟用降温滤棒及其制备方法。

背景技术

加热不燃烧卷烟是以“加热不燃烧”为思路设计的“低温卷烟”，即通过加热使卷烟刚好能够散发出烟气，而不需要点燃烟叶。区别于传统卷烟点燃的抽吸方式，加热不燃烧卷烟采用外部热源低温(300～500℃)加热烟草物质产生烟气，产生的有害物质仅为传统卷烟的5％～10％，在抽吸过程中不产生明火和烟灰，对环境友好，同时还能感受到接近传统卷烟的质感。在如今与日俱增的减害需求的驱动下，加热不燃烧卷烟受到越来越多人的青睐。

加热不燃烧烟草在结构上分为加热段、降温段和过滤段，虽然采用的是较低的加热温度，但由于烟支长度限制，烟气通路较短的原因，仍需要通过一定手段进行烟气降温，避免出现入口烟气过烫的情况。添加降温材料是较为有效的降温措施，其通过添加相变材料和水性材料等来实现烟气温度的转移。例如，美国专利US20140305448A1公开了一种由聚乳酸薄膜(PLA)卷制而成的降温段，利用聚乳酸的低温相变原理达到烟气的降温，但相应地会产生薄膜皱缩形变，会出现堵塞烟气通道进而影响抽吸的情况。传统纸质滤棒作为一种特种滤棒，主要由湿法成形的基纸制成，含有的木浆纤维能提高自身对烟气中焦油和烟碱的截留率，加之其拥有快速的生物降解性能、成本较低的优点，传统纸质滤棒的应用愈加广泛。但传统纸质滤棒也存在制约其发展的不足，包括高温烟气通过时容易发生热塌陷，吸阻增大，烟气拦截效果过高，以及纸质材料本身具有的特征会在抽吸中表现出令人不愉悦的气息，这些使得传统纸质滤棒应用于烟气降温并不具备明显优势，因此对于纸质降温滤棒的选材成为了关键问题。针对这一问题，行业内也做出了相应的研究。CN111067135A公开了一种用于加热不燃烧烟支的植物淀粉纸降温段，该植物淀粉纸降温段是由圆筒形植物淀粉纸与紧密包裹该植物淀粉纸的成形纸组成的，虽然优化了纸质降温滤棒的抽吸体验，但是在降温效果上仍不够理想，且从降温原理上缺乏足够的数据支撑。

石头纸是介于纸和塑料之间的一种新型特种纸，是以碳酸钙为主要原料，以高分子材料及多种无机物为辅助原料，利用高分子界面化学原理和填充改性技术，经特殊工艺加工而成的一种新型纸张。石头纸本身具有物理性能优越、化学性能突出、安全性能良好、印刷适性好的特点，既可解决传统造纸污染给环境带来的危害问题，又解决了大量塑料包装物的使用造成的白色污染及大量石油资源浪费的问题。

制备石头纸天然矿物原料拥有较高的导热系数，相比于纸张0.06～0.13W/(m·K)的导热系数，常用的矿物原料如石灰石的导热系数能达到1.16W/(m·K)，吸热和散热能力极大程度优于纸张，更适合作为降温材料。但传统的石头纸添加了聚乙烯高分子树脂或聚丙烯高分子树脂，以及部分化工胶合剂，这部分高分子树脂会在高温条件下相变产生异味，化工用胶则在安全性上有很大的弊病，因此需要对传统石头纸改性处理才能应用为烟气降温材料。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明针对传统纸质降温滤棒降温效果和抽吸体验欠佳的问题，提供一种降温效果好、安全可靠、抽吸体验好的加热不燃烧卷烟用降温滤棒及其制备方法。

本发明采取的技术方案如下：

一种加热不燃烧卷烟用降温滤棒，包括包裹棒芯的成型纸和改性石头纸制作的棒芯；所述改性石头纸制作的棒芯是用改性石头纸基纸压纹后再折叠形成的纸棒。

进一步地，所述降温滤棒的吸阻为20～60Pa/10mm。

本发明所述加热不燃烧卷烟用降温滤棒的制备方法如下：

S1.制备改性石头纸基纸，方法如下：

S11.取天然无机矿料，磨成800～2500目的天然无机矿物细粉；

S12.按质量份数取60～80份天然无机矿物细粉，20～35份胶黏剂，0～5份保润剂，投入密闭混炼机混炼，制得条状料或板料；

S13.将条状料或板料投入造粒机造粒；

S14.将造粒得到的粒料投入挤出机熔融，再以T型摸头挤出并经过单层流延或多层共挤流延牵引，收卷切割得到改性石头纸基纸；

S2.滤棒成型：将改性石头纸基纸先用压纹设备进行压纹，使基纸表面产生规律性纹路，得到压纹石头纸，再用折叠设备按照规律性纹路将压纹石头纸进行预折叠作为棒芯材料，然后将棒芯材料送入滤棒成型机成型，用成形纸包裹住棒芯，得到加热不燃烧卷烟用降温滤棒。

进一步地，所述天然无机矿物细粉为石灰石粉、氧化镁粉、云母粉、高岭土粉、石英粉、立德粉、钛白粉、硅灰石粉、方解石粉、白云石粉、膨润土粉、硅藻土粉、大理石粉、文石粉、白垩粉、球霰石粉、钟乳石粉、冰洲石粉、半水碳酸钙粉中的任一种或几种的混合物。

进一步地，所述胶黏剂是胶黏剂A和胶黏剂B的混合物；胶黏剂A为聚乙烯醇；胶黏剂B为瓜尔胶、古尔胶、黄原胶、淀粉、魔芋胶、阿拉伯胶、罗望子胶、刺槐豆胶、田菁胶的一种或几种；胶黏剂A与胶黏剂B的质量比为50～80％：20～50％。

进一步地，所述保润剂是丙二醇、丙三醇、丁二醇的任一种或几种的混合物。

本发明的加热不燃烧卷烟用降温滤棒，采用改性石头纸作为降温材料，相比现有技术，具有以下显著优点：

1、本发明采用改性石头纸而非传统的石头纸制作滤棒的棒芯，解决了传统石头纸含有聚乙烯、聚丙烯这两类高分子树脂，会在高温环境下相变并产生令人不愉悦的异味的问题。

2、制备改性石头纸的胶黏剂采用胶黏剂A和胶黏剂B的混合物，胶黏剂A采用作为一类高分子树脂的聚乙烯醇，其安全性能更佳，且在高温环境下不会产生异味，同时，搭配天然植物胶即胶黏剂B共同使用，彻底取代传统石头纸的白乳胶等工业化学用胶，解决了安全性问题。胶黏剂A的作用是连结天然矿物细粉并在改性石头纸表面形成膜层，同时增强改性石头纸的强度，胶黏剂B的作用是增强改性石头纸的强度并提升滤棒的吸味品质。本发明的改性石头纸去除了聚乙烯、聚丙烯成分，添加了丙二醇、丙三醇、丁二醇等保润剂，制备的降温滤棒在继承了传统石头纸传热性能优异、耐水耐油性好的优点的同时，还进一步提升了安全性能并优化抽吸体验。

3、制备改性石头纸的天然矿物原料的导热系数高，吸热和放热能力强，与现有的普通纸质降温滤棒相比，吸热性能更佳，不仅如此，在降温滤棒内，烟气通路为压纹石头纸折叠后形成的密布的纵向通槽，增大了烟气与改性石头纸的接触面积，能使改性石头纸的降温特性得到充分发挥，实现烟气的有效降温。

4、改性石头纸具有优越的耐水耐油性，使用过程中能避免烟气中绝大部分香气成分直接吸附于降温滤棒。

5、改性石头纸安全性能良好，制备改性石头纸的主要原料都是无毒性的，并且胶黏剂采用绿色安全的天然植物胶和部分化学合成胶，对接触的物品没有不良影响。

6、改性石头纸不含聚乙烯树脂、聚丙烯树脂，进一步制备的降温滤棒在抽吸过程中不会产生异味，保证抽吸者得到良好的感官体验。

7、本发明利用矿物质原料的导热系数比纸张的导热系数高这一优势，达到热量迅速吸收分散的目的，烟气温度降幅能达到40～60％。

8、本发明的加热不燃烧卷烟用降温滤棒的制备方法简单实用，各步骤所用设备均可采用现有技术设备，生产成本低，易于实现产业化。

附图说明

图1为本发明的加热不燃烧卷烟用降温滤棒的横截面示意图；

图2为图1的A-A截面图；

图3为预折叠的压纹石头纸展开时的示意图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的内容进行进一步的阐述。所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的保护范围。

如图1、图2、图3所示，一种加热不燃烧卷烟用降温滤棒，包括包裹棒芯的成型纸1和改性石头纸制作的棒芯2。所述改性石头纸制作的棒芯是用改性石头纸基纸压纹后，在基纸表面产生规律性纹路2-2，得到压纹石头纸，再用折叠设备按照规律性纹路将压纹石头纸进行预折叠形成纸棒，作为棒芯材料。降温滤棒的吸阻为20～60Pa/10mm。

本发明的改性石头纸不同于传统的石头纸。传统石头纸含有聚乙烯高分子树脂、聚丙烯高分子树脂，会在高温环境下相变并产生令人不愉悦的异味，同时，传统石头纸的胶黏剂是采用白乳胶在内的工业化学用胶，在安全性上有很大的弊病。

本发明的改性石头纸与传统石头纸的区别在于：(1)制备改性石头纸所用胶黏剂采用天然植物胶与聚乙烯醇；(2)改性石头纸去除了聚乙烯高分子树脂、聚丙烯高分子树脂；(3)改性石头纸添加了由丙二醇、丙三醇、丁二醇的任一种或几种组成的保润剂。因此，本发明提供的改性石头纸降温滤棒在继承了传统石头纸传热性能优异、耐水耐油性好的优点的同时，还进一步提升了安全性能并优化抽吸体验。

本发明所述加热不燃烧卷烟用降温滤棒的制备方法如下：

S1.制备改性石头纸基纸，方法如下：

S11.取天然无机矿料，用现有技术的超细磨粉机磨成800～2500目的天然无机矿物细粉。天然无机矿物细粉为石灰石粉、氧化镁粉、云母粉、高岭土粉、石英粉、立德粉、钛白粉、硅灰石粉、方解石粉、白云石粉、膨润土粉、硅藻土粉、大理石粉、文石粉、白垩粉、球霰石粉、钟乳石粉、冰洲石粉、半水碳酸钙粉中的任一种或几种的混合物；

S12.按质量份数取60～80份天然无机矿物细粉，20～35份胶黏剂，0～5份保润剂，投入密闭混炼机混炼，制得条状料或板料。所述胶黏剂是胶黏剂A和胶黏剂B的混合物，胶黏剂A为聚乙烯醇，在胶黏剂混合物中质量占比为50～80％，胶黏剂B为瓜尔胶、古尔胶、黄原胶、淀粉、魔芋胶、阿拉伯胶、罗望子胶、刺槐豆胶、田菁胶的任一种或几种，在胶黏剂混合物中质量占比为20～50％。所述保润剂是丙二醇、丙三醇、丁二醇的任一种或几种的混合物。所述密闭混炼机为现有技术设备；

S13.将条状料或板料投入造粒机造粒。造粒机采用现有技术设备即可；

S14.将造粒得到的粒料投入挤出机熔融，再以T型摸头挤出并经过单层流延或多层共挤流延牵引，收卷切割得到改性石头纸基纸。挤出机采用配装T型挤出摸头的现有技术设备即可，所述单层流延或多层共挤流延牵引均为现有技术工艺；

S2.滤棒成型：将改性石头纸基纸先用现有技术的压纹设备进行压纹，使基纸表面产生规律性纹路2-2，得到压纹石头纸，再用折叠设备按照规律性纹路将压纹石头纸进行预折叠，作为棒芯材料，然后将棒芯材料送入滤棒成型机成型，用成形纸1包裹住棒芯2，得到加热不燃烧卷烟用降温滤棒棒材，将此棒材分切即为可组装于加热不燃烧卷烟中的加热不燃烧卷烟用降温滤棒。预折叠的压纹石头纸展开时如图3所示，折叠后的压纹石头纸像折叠的扇面一样，在折叠面之间都会形成条带状的通槽2-1，从而在降温滤棒内，形成密布的纵向通槽，这些密集的纵向通槽成为烟气通路，增大了烟气与改性石头纸的接触面积，能使改性石头纸的降温特性得到充分发挥，实现烟气的有效降温。

将制备得到的加热不燃烧卷烟用降温滤棒连接于加热不燃烧卷烟的加热段和过滤段之间，吸食的烟气从加热段进入降温滤棒，从纵向通槽穿过后进入口腔。

本发明的降温滤棒所用成型纸1是现有的烟用普通成型纸，降温滤棒长度通常为5～30mm，滤棒外径为4.5～7.5mm，成型纸厚度为0.1～0.2mm。改性石头纸基纸厚度为0.04～0.2mm，纸克重为40～120g/㎡。

实施例1

一种加热不燃烧卷烟用降温滤棒,改性石头纸基纸是由80份2000目石灰石粉、10份聚乙烯醇、10份玉米淀粉制成粉料，熔融挤出后流延牵引制成的，基纸厚度为70μm，克重为75g/㎡。基纸压纹后经过预折叠，再送入滤棒成型机成型、切割制备成降温滤棒。其中，降温滤棒外径为7.0mm，长度为10mm，成型纸为烟用高透气成型纸，厚度为0.1mm，压纹石头纸棒芯外径为6.9mm，长度为10mm，展开幅宽为175mm，降温滤棒吸阻为45Pa。将该降温滤棒与加热段、过滤段复合形成三元结构烟弹。

实施例2

一种加热不燃烧卷烟用降温滤棒,改性石头纸基纸是由50份2500目石灰石粉、20份2500目高岭土粉、15份聚乙烯醇、10份阳离子瓜尔胶、5份丙三醇制成粉料，熔融挤出后流延牵引制成的，基纸厚度为40μm，克重为42g/㎡。基纸压纹后进行预折叠，再送入滤棒成型机成型、切割制备成纸质降温滤棒。其中，降温滤棒外径为7.0mm，长度为20mm，成型纸为烟用高透气成型纸，厚度为0.1mm，压纹石头纸棒芯外径为6.9mm，长度为20mm，展开幅宽为160mm，降温滤棒吸阻为80Pa。将该降温滤棒与加热段、过滤段复合形成三元结构烟弹。

实施例3

一种加热不燃烧卷烟用降温滤棒,改性石头纸基纸是由30份800目方解石粉、30份800目半水碳酸钙粉、28份聚乙烯醇、7份刺槐豆胶、5份丙二醇制成粉料，熔融挤出后流延牵引制成的，基纸厚度为60μm，克重为64g/㎡。基纸压纹后进行预折叠，再送入滤棒成型机成型、切割制备成纸质降温滤棒。其中，降温外径为7.0mm，长度为30mm，成型纸为烟用高透气成型纸，厚度为0.1mm，压纹石头纸外径为6.9mm，长度为30mm，展开幅宽为150mm，降温滤棒吸阻为90Pa。将该降温与加热段、过滤段复合形成三元结构烟弹。

为验证实施例1、实施例2、实施例3对烟气的降温效果，使用菲莫国际旗下的加热不燃烧产品HEETS原味烟弹进行试验，设计处理为：

对照1为未经处理的HEETS烟弹；

对照2为将HEETS烟弹的聚乳酸降温段替换为同一尺寸的常规纸质降温滤棒；

实施例1为将HEETS烟弹的聚乳酸降温段替换同一尺寸的实施例1降温滤棒。

实施例2为将HEETS烟弹的聚乳酸降温段替换同一尺寸的实施例2降温滤棒。

实施例3为将HEETS烟弹的聚乳酸降温段替换同一尺寸的实施例3降温滤棒。

选取降温段前(空心醋酸纤维后)，降温段后(滤棉前)两个位置测定烟气温度，记录抽吸过程中降温段前出现的最高温度及其对应的降温段后温度，同时进行感官评吸，具体见下表。

由上表可以看出，在本试验中，本发明提供的实施例降温滤棒在烟弹上有较好的降温效果，相同条件下，上述实施例降温滤棒的烟气温度降幅分别能达到57.8％、53.3％、46.7％，而常规纸质滤棒的烟气温度降幅仅能达到40.5％，说明本发明降温滤棒的降温效果显著优于常规纸质滤棒，且常规纸质滤棒对烟气拦截效果较好，会造成烟雾量的衰减。其中，实施例1降温效果甚至优于聚乳酸薄膜降温段。在感官评吸上，各实施例均表现良好。

以上所述实例仅表达了本发明的具体实施方式，本发明并不受上述实施例的限制，凡在不脱离本发明精神和范围的前提下做出的各种变化和改进，都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种加热不燃烧卷烟用降温滤棒，其特征在于，包括包裹棒芯的成型纸（1）和改性石头纸制作的棒芯（2）；所述改性石头纸制作的棒芯是用改性石头纸基纸压纹后再折叠形成的纸棒，在折叠面之间形成密布的条带状纵向通槽；所述改性石头纸基纸的制备方法如下：

S1.取天然无机矿料，磨成800～2500目的天然无机矿物细粉；

S2.按质量份数取60～80份天然无机矿物细粉，20～35份胶黏剂，0～5份保润剂，投入密闭混炼机混炼，制得条状料或板料；

S3.将条状料或板料投入造粒机造粒；

S4.将造粒得到的粒料投入挤出机熔融，再以T型摸头挤出并经过单层流延或多层共挤流延牵引，收卷切割得到改性石头纸基纸；

所述天然无机矿物细粉为石灰石粉、氧化镁粉、云母粉、高岭土粉、石英粉、立德粉、钛白粉、硅灰石粉、方解石粉、白云石粉、膨润土粉、硅藻土粉、大理石粉、文石粉、白垩粉、球霰石粉、钟乳石粉、冰洲石粉、半水碳酸钙粉中的任一种或几种的混合物；

所述胶黏剂是胶黏剂A和胶黏剂B的混合物；胶黏剂A为聚乙烯醇；胶黏剂B为瓜尔胶、古尔胶、黄原胶、淀粉、魔芋胶、阿拉伯胶、罗望子胶、刺槐豆胶、田菁胶的一种或几种；胶黏剂A与胶黏剂B的质量比为50～80%：20～50%；

所述保润剂是丙二醇、丙三醇、丁二醇的任一种或几种的混合物。

2.根据权利要求1所述的一种加热不燃烧卷烟用降温滤棒，其特征在于，所述降温滤棒的吸阻为20～60Pa/10mm。

3.如权利要求1或2所述的加热不燃烧卷烟用降温滤棒的制备方法，其特征在于，方法如下：

S1.制备改性石头纸基纸；

S2.滤棒成型：将改性石头纸基纸先用压纹设备进行压纹，使基纸表面产生规律性纹路，得到压纹石头纸，再用折叠设备按照规律性纹路将压纹石头纸进行预折叠，在折叠面之间形成条带状的通槽，将预折叠的压纹石头纸作为棒芯材料，然后将棒芯材料送入滤棒成型机成型，用成形纸包裹住棒芯，得到加热不燃烧卷烟用降温滤棒棒材。