CN114376266B - 一种一段式烟嘴 - Google Patents

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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。
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