CN114376266B - 一种一段式烟嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一段式烟嘴，由壳体和位于所述壳体内的过滤纤维材料组成，所述过滤纤维材料为复合功能纤维，由导热材料、相变材料和过滤纤维前驱体组成的混合物料经纺丝后得到；所述导热材料和相变材料的质量为过滤纤维前驱体质量的10～60%。本发明中，相变材料接枝到高分子量的过滤纤维上，形成固固相变，有效解决了现有相变材料热量不能及时扩散导致的烟嘴塌陷问题，实现烟嘴的一段式设计，结构简单，生产成本低，降温效率高，适合大范围生产与应用。

Description

一种一段式烟嘴

技术领域

本发明涉及一种一段式烟嘴。

背景技术

加热不燃烧香烟是目前正在兴起的烟草制品，其烟嘴采用的是三段式或四段式结构，包括空管段、降温段和衔嘴等。多段式烟嘴结构复杂，体积庞大，存在加工难度比较大，成本高，降温效果不好导致烟气烫嘴等问题。

现有加热不燃烧烟嘴使用过程中发现，相变材料与高温烟气接触发生玻璃态转变后会出现熔化粘结现象，最先接触烟气的相变材料薄片黏连和塌陷严重，甚至堵塞纵向延伸的烟气通道，烟气不再流经相变材料内部，降低了烟气与降温材料的接触面积，导致烟气温度过高，吸阻过大、烟气浓度受到影响，消费者抽吸品质下降。

单层氧化石墨烯作为石墨烯的一种重要前驱体，具有丰富的含氧官能团，可以进行改性接枝，赋予复合材料导热、抗菌、吸附等新的功能。如果能将石墨烯引入到传统烟嘴材料二醋酸纤维体系中，有望升级现有加热不燃烧香烟烟嘴的制作工艺，降低成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种一段式烟嘴，这种一段式烟嘴基于固固相变的机制，联合高效导热材料，一步解决烟气烫嘴及烟嘴制作困难的问题。

本发明采用如下技术方案：一种一段式烟嘴，由壳体和位于所述壳体内的过滤纤维材料组成，所述过滤纤维材料为复合功能纤维，由导热材料、相变材料和过滤纤维前驱体组成的混合物料经纺丝后得到；所述导热材料和相变材料的质量为过滤纤维前驱体质量的10～60%；所述相变材料化学接枝于过滤纤维。

进一步地，所述导热材料包括但不限于碳材料、金属氧化物、金属单质。

进一步地，所述碳材料为单层氧化石墨烯。

进一步地，所述相变材料包括但不限于脂肪烃类、脂肪酸类、醇类、聚乳酸、聚醚类、聚烯醇类。

进一步地，所述过滤纤维前驱体包括但不限于二醋酸纤维的前驱体。

进一步地，所述复合功能纤维的制备方法如下：

（1）将导热材料溶解入相变材料前驱体中，反应后得到相变材料改性的导热复合材料；

（2）将步骤1得到的复合材料接枝到过滤纤维前驱体；

（3）纺丝后得到复合功能纤维。

进一步地，所述导热材料为单层氧化石墨烯,所述相变材料为聚乙二醇,所述过滤纤维为二醋酸纤维，制备方法如下：

（1）将pH在2.7以下的单层氧化石墨烯水相分散液进行雾化干燥，得到单层氧化石墨烯粉末。将单层氧化石墨烯粉末溶解入乙二醇中，得到浓度为10~20 mg/g的单层氧化石墨烯乙二醇分散液；所述乙二醇的含水量在0.05wt%以下。

（2）氮气保护条件下，在反应瓶中加入50~100重量份的单层氧化石墨烯乙二醇分散液，取1000重量份环氧乙烷以滴加的方式加入到反应瓶中。投料完成后在40~80℃下反应48小时。反应完成后，经乙醚沉淀后烘干得到聚乙二醇接枝石墨烯复合材料。

（3）将1重量份聚乙二醇接枝石墨烯用10重量份丙酮溶解后，搅拌下加入0.05~0.1重量份的二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯,40~50℃下反应1~2h后，加入6~20重量份的浓度为20wt%的二醋酸纤维素溶液，继续反应6~8h后，纺丝得到石墨烯改性醋酸纤维。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

（1）本发明中，相变材料接枝到高分子量的过滤纤维上，形成固固相变，有效解决了现有相变材料热量不能及时扩散导致的烟嘴塌陷问题，实现烟嘴的一段式设计，结构简单，生产成本低，降温效率高，适合大范围生产与应用。

（2）本发明还将相变材料在导热材料上均匀接枝，使得热量及时传导到纤维内部的相变材料，高效热扩散，保证降温效率。

（3）环氧乙烷在特定酸度的单层氧化石墨烯存在下开环聚合，原位聚合引入短链聚乙二醇作为相变材料，同时解决单层氧化石墨烯在复合材料的中的分散问题。

（4）此外石墨烯的引入可以赋予烟嘴更优异的吸附吸能，降低烟气对人体的伤害。石墨烯的抗菌性能也会解决二醋酸纤维容易霉变等问题，提高产品保质期。

附图说明

图1为传统烟嘴结构示意图；

图2为本发明烟嘴结构示意图；

1为烟片，2为管状支撑，3为相变材料，4为过滤材料，5为壳体（一般为纸），6为本发明复合功能纤维。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，本实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的内容做出一些非本质的改变和调整，均属于本发明的保护范围。

实施例1：

1.向1重量份天然鳞片石墨中加入500重量份浓度为98%的浓硫酸，搅拌条件下冷却至0℃后， 5重量份氧化剂保护剂，继续冷却至0℃后，加入5重量份氧化剂，加料完成后室温搅拌反应5h。反应完成后，以5000重量份纯水对上述反应液进行稀释，随后加入3重量份的浓度为30%的双氧水溶液，得到氧化石墨，经洗涤分散后，得到单层氧化石墨烯水相分散液。

2.对步骤1所得的单层氧化石墨烯水相分散液进行雾化干燥，得到单层氧化石墨烯粉末。

3. 将步骤2所得单层氧化石墨烯粉末溶解入乙二醇中，得到浓度为20 mg/g的单层氧化石墨烯乙二醇分散液。

4. 氮气保护条件下，在反应瓶中加入加入50重量份的单层氧化石墨烯乙二醇分散液，取1000重量份环氧乙烷以滴加的方式加入到反应瓶中。投料完成后在80℃下反应48小时。反应完成后，经乙醚沉淀后烘干得到聚乙二醇接枝石墨烯复合材料。5. 将1重量份聚乙二醇接枝石墨烯用10重量份丙酮溶解后，搅拌下加入0.1重量份的二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯, 50℃下反应1h后，加入20重量份的浓度为20wt%的二醋酸纤维素溶液，继续反应6h后，得到石墨烯改性醋酸纤维素。

本方法得到的石墨烯改性醋酸纤维素，热导率≥2 W/m·K，相变焓≥30J/g，相变温度50~60℃。

将其制成长度25mm，直径7mm的圆柱体用作加热不燃烧香烟的降温过滤段，如图2所示，烟嘴吸阻初始值为504 Pa，且吸食后始终保持在520 Pa以下。吸食后烟气温度保持在39℃以下。

实施例2：

1.向1重量份天然鳞片石墨中加入300重量份浓度为98%的浓硫酸，搅拌条件下冷却至0℃后，3重量份氧化剂保护剂，继续冷却至0℃后，加入3重量份氧化剂，加料完成后室温搅拌反应7h。反应完成后，以3000重量份纯水对上述反应液进行稀释，随后加入2重量份的浓度为30%的双氧水溶液，得到氧化石墨，经洗涤分散后，得到单层氧化石墨烯水相分散液。

2.对步骤1所得的单层氧化石墨烯水相分散液进行雾化干燥，得到单层氧化石墨烯粉末。

3. 将步骤2所得单层氧化石墨烯粉末溶解入乙二醇中，得到浓度为15 mg/g的单层氧化石墨烯乙二醇分散液。

4. 氮气保护条件下，在反应瓶中加入加入80重量份的单层氧化石墨烯乙二醇分散液，取1000重量份环氧乙烷以滴加的方式加入到反应瓶中。投料完成后在60℃下反应48小时。反应完成后，经乙醚沉淀后烘干得到聚乙二醇接枝石墨烯复合材料。

5. 将1重量份聚乙二醇接枝石墨烯用10重量份丙酮溶解后，搅拌下加入0.08重量份的二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯,45℃下反应1.5h后，加入12重量份的浓度为20wt%的二醋酸纤维素溶液，继续反应7h后，得到石墨烯改性醋酸纤维素。

本方法得到的石墨烯改性醋酸纤维素，热导率≥2 W/m·K，相变焓≥30J/g，相变温度50~60℃。

将其制成长度25mm，直径7mm的圆柱体用作加热不燃烧香烟的降温过滤段，如图2所示，烟嘴吸阻初始值为622 Pa，且吸食后始终保持在637 Pa以下。吸食后烟气温度保持在38℃以下。

实施例3：

1.向1重量份天然鳞片石墨中加入50重量份浓度为98%的浓硫酸，搅拌条件下冷却至0℃后，0.5重量份氧化剂保护剂，继续冷却至0℃后，加入1重量份氧化剂，加料完成后室温搅拌反应10h。反应完成后，以500重量份纯水对上述反应液进行稀释，随后加入0.5重量份的浓度为30%的双氧水溶液，得到氧化石墨，经洗涤分散后，得到单层氧化石墨烯水相分散液。

2.对步骤1所得的单层氧化石墨烯水相分散液进行雾化干燥，得到单层氧化石墨烯粉末。

3. 将步骤2所得单层氧化石墨烯粉末溶解入乙二醇中，得到浓度为10mg/g的单层氧化石墨烯乙二醇分散液。

4. 氮气保护条件下，在反应瓶中加入加入100重量份的单层氧化石墨烯乙二醇分散液，取1000重量份环氧乙烷以滴加的方式加入到反应瓶中。投料完成后在40℃下反应48小时。反应完成后，经乙醚沉淀后烘干得到聚乙二醇接枝石墨烯复合材料。

5. 将1重量份聚乙二醇接枝石墨烯用10重量份丙酮溶解后，搅拌下加入0.05重量份的二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯,40~50℃下反应2h后，加入6重量份的浓度为20wt%的二醋酸纤维素溶液，继续反应8h后，得到石墨烯改性醋酸纤维素。

本方法得到的石墨烯改性醋酸纤维素，热导率≥2 W/m·K，相变焓≥30J/g，相变温度50~60℃。

将其制成长度25mm，直径7mm的圆柱体用作加热不燃烧香烟的降温过滤段，如图2所示，烟嘴吸阻初始值为568 Pa，且吸食后始终保持在588 Pa以下。吸食后烟气温度保持在40℃以下。

实施例4：

1. 在氮气保护下，向250mL四口瓶中，添加10重量份的高导热氧化镁、3重量份三甲氧基硅烷、100重量份的去离子水，将该混合物在40℃下搅拌3小时，然后，将5重量份季戊四醇到加入反应瓶中；将反应混合物回流反应6小时；然后得到季戊四醇改性的氧化镁。

2. 在氮气保护下，在反应瓶中加入500重量份的丙酮，30重量份的季戊四醇改性的氧化镁，搅拌条件下加入0.5重量份的二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯，40~50℃下反应1~2h后，加入100重量份的浓度为20wt%的二醋酸纤维素丙酮溶液，继续反应6~8h后，纺丝得到用于一段式烟嘴的复合功能纤维。

本方法得到的用于一段式烟嘴的复合功能纤维，热导率≥2 W/m·K，相变焓≥30J/g，相变温度50~60℃。

将其制成长度25mm，直径7mm的圆柱体用作加热不燃烧香烟的降温过滤段，如图2所示，烟嘴吸阻初始值为603 Pa，且吸食后始终保持在622 Pa以下。吸食后烟气温度保持在42℃以下。

实施例5：

1. 在氮气保护下，向100mL四口瓶中，添加1重量份的纳米银颗粒、0.5重量份的3-氨基丙基三乙氧基硅烷、50重量份的乙醇，在搅拌条件下将20重量份聚乳酸到加入反应瓶中；将反应混合物在室温下反应4小时；然后得到纳米银改性的聚乳酸。

2. 在氮气保护下，在反应瓶中加入100重量份的丙酮，20重量份的纳米银改性的聚乳酸，搅拌条件下加入0.5重量份的二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯，45℃下反应2h后，加入300重量份的浓度为20wt%的二醋酸纤维素丙酮溶液，继续反应6h后，纺丝得到用于一段式烟嘴的复合功能纤维。

本方法得到的用于一段式烟嘴的复合功能纤维，热导率≥2 W/m·K，相变焓≥30J/g，相变温度50~60℃。

将其制成长度25mm，直径7mm的圆柱体用作加热不燃烧香烟的降温过滤段，如图2所示，烟嘴吸阻初始值为711 Pa，且吸食后始终保持在731 Pa以下。吸食后烟气温度保持在44℃以下。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种一段式烟嘴，其特征在于，由壳体和位于所述壳体内的过滤纤维材料组成，所述过滤纤维材料为复合功能纤维，由导热材料、相变材料和过滤纤维前驱体组成的混合物料经纺丝后得到；所述导热材料和相变材料的质量为过滤纤维前驱体质量的10～60%；所述相变材料化学接枝于过滤纤维；

所述导热材料为单层氧化石墨烯,所述相变材料为聚乙二醇,所述过滤纤维为二醋酸纤维，制备方法如下：

（1）将pH在2.7以下的单层氧化石墨烯水相分散液进行雾化干燥，得到单层氧化石墨烯粉末；将单层氧化石墨烯粉末溶解入乙二醇中，得到浓度为10~20 mg/g的单层氧化石墨烯乙二醇分散液；所述乙二醇的含水量在0.05wt%以下；

（2）氮气保护条件下，在反应瓶中加入50~100重量份的单层氧化石墨烯乙二醇分散液，取1000重量份环氧乙烷以滴加的方式加入到反应瓶中；投料完成后在40~80℃下反应48小时；反应完成后，经乙醚沉淀后烘干得到聚乙二醇接枝石墨烯复合材料；

（3）将1重量份聚乙二醇接枝石墨烯用10重量份丙酮溶解后，搅拌下加入0.05~0.1重量份的二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯,40~50℃下反应1~2h后，加入6~20重量份的浓度为20wt%的二醋酸纤维素溶液，继续反应6~8h后，纺丝得到石墨烯改性醋酸纤维。