CN114521674A - 一种卷烟嘴棒用低吸阻材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及加热不燃烧卷烟技术领域，尤其涉及一种卷烟嘴棒用低吸阻材料。其包括聚乳酸、聚烯烃以及糖醇。本申请中，采用聚烯烃与聚乳酸共混改性，增加了聚乳酸的热稳定性，避免丝束的形变带来气阻的增加的问题，以及聚乳酸丝束加工过程中的粘辊问题。同时，通过调整材料配方，利用糖醇改善了聚乳酸与聚烯烃的相容性。
Description
技术领域
本发明涉及加热不燃烧卷烟技术领域，尤其涉及一种卷烟嘴棒用低吸阻材料。
背景技术
加热不燃烧卷烟是通过外部加热元件在200-400℃条件下，让烟草不经过燃烧而裂解产生烟气。该类烟草制品因其烟气中有害物质相对较少以及接近传统卷烟的生理感受和吸食方式具有良好的发展前景。
然而，由于加热不燃烧卷烟的体积相对较小、烟支较短，没有与传统香烟类似的长度较长的未燃烟支段和滤棒进行冷却降温作用，其烟气的入口温度会高于传统卷烟，易对吸食者产生明显的热灼感和辛辣刺激感；同时，过高的烟气温度也容易导致传统的醋酸纤维嘴棒应用于加热不燃烧卷烟时易出现嘴棒塌陷和软化现象。因此，无论从提高香烟的抽吸品质考虑还是从减害角度出发，降低烟气温度都是需要解决的问题。
现有技术主要采用安全无毒的聚乳酸相变材料，结合滤嘴降温段的结构设计，达到一定的降温效果，比如公开号为CN111789285A的专利文件公开的这样一种聚乳酸降温改性丝束滤棒的制备方法，由聚乳酸母粒、SEBS及PP混合均匀后在140-200℃温度下在线熔融聚合反应通过螺杆螺旋挤压挤出后冷却熔融纺丝，经过牵伸、卷曲、烘干定型制得聚乳酸丝束，在常规的滤棒机上进行滤棒成型制备而成。然而，聚乳酸的端基上具有吸湿基团（羟基和羧基），使得聚乳酸具有良好的吸水性；同时聚乳酸纤维结构蓬松有空隙、很容易形成毛细管效应从而表现出非常好的芯吸和扩散现象，使得聚乳酸具有良好的润湿能力。由于烟气中水蒸汽含量高，聚乳酸吸水、并润湿后会产生变形，从而导致聚乳酸内的导气空隙封闭，带来气阻增加的问题。
发明内容
本发明要解决上述问题，提供一种卷烟嘴棒用低吸阻材料。
本发明解决问题的技术方案是，提供一种卷烟嘴棒用低吸阻材料，包括聚乳酸、聚烯烃以及糖醇。
本申请中，采用聚烯烃取代一部分聚乳酸后再作为加热不燃烧卷烟滤嘴的载体，聚烯烃是一种半结晶的高聚物，由结晶相和无定形相组成，无定形相中的分子排列疏松，分子间存在较大的间隙。水分子是极性分子，容易通过渗透力进入聚烯烃无定形相的空隙和晶相的晶界缺陷处，使得聚烯烃具有一定的吸水性。同时，聚烯烃本身又是非极性高分子，其虽然吸水，但是不能与极性的水分子结合，润湿能力差。因此，聚烯烃具有吸水性和较差的润湿能力，不仅可以吸附烟气中的灼热水蒸气以达到降温目的，而且不会被水蒸气润湿而变形造成吸阻问题。同时聚烯烃本身粘结性也很差，不会发生粘结而导致气孔封闭的问题。而且聚烯烃也属于相变材料，可以吸收烟气中的热量，达到降温目的。以聚烯烃取代大部分聚乳酸，可以在保证降温效果的同时、有效避免卷烟嘴棒吸阻的增加。聚烯烃可以选用任意一种，作为本发明的优选，所述聚烯烃包括聚乙烯、聚丙烯中的一种或几种。
本申请中，聚烯烃为主要载体，聚乳酸为辅助降温的次要组分。作为本发明的优选，所述聚乳酸与所述聚烯烃的质量比值不超过1。聚乳酸的用量相对聚烯烃较少，聚乳酸的形变不会带来气阻增加和粘辊等问题。进一步优选地，所述聚乳酸与所述聚烯烃的质量比为（0.1-0.5）：1。
然而，极性的聚乳酸与非极性的聚烯烃存在相容性差、两者难以直接共混的问题，因此，本申请中还加入了糖醇。糖醇可以利用其极性基团与聚乳酸分子中的极性基团形成强的氢键等相互作用、来取代原来聚乳酸分子间的相互作用，降低聚乳酸分子间的相互作用，从而降低聚乳酸的极性，进而提高聚乳酸与聚烯烃的相容性。作为本发明的优选，所述糖醇占所述低吸阻材料的质量百分比为7-12%。由于本申请中，低吸阻材料是由聚乳酸和聚烯烃在高温下挤出制得，为了避免糖醇的损失而导致聚烯烃和聚乳酸的共混不均匀，因此优选为熔点较高的糖醇，作为本发明的优选，所述糖醇包括异麦芽酮糖醇、D-甘露糖醇、麦芽糖醇、乳糖醇中的一种或几种。
此外，糖醇本身具有强烈的吸水功能，可以快速吸收烟气中的水蒸汽。而且糖醇吸水溶解会吸收热量，从而有效减弱烟气温度的带来灼热感。同时糖醇在吸水形成糖醇水溶液，糖醇水溶液具有络合作用，能与烟气中的一部分有害物质形成络合物，能够降低烟气对使用者的伤害。糖醇本身也属于中低温相变材料，可以通过相变降温。在烟草的抽吸过程中，糖醇甜味的香气可以带给消费者独特感官质量。
为了进一步降低聚乳酸的极性，从而提高聚乳酸与聚烯烃的相容性。作为本发明的优选，还包括聚乳酸成核剂。聚乳酸成核剂可以通过提高聚乳酸分子链的运动能力来降低聚乳酸分子链间的相互作用力，从而提高聚乳酸的结晶速率和结晶度。本申请利用这一机理，并配合糖醇的使用，首先通过聚乳酸成核剂来降低聚乳酸分子链间的相互作用力，使得糖醇可以更加顺利、快速地插入到聚乳酸分子链之间、与聚乳酸分子中的极性基团形成强的氢键等相互作用，从而进一步降低了聚乳酸极性。
作为本发明的优选，所述聚乳酸成核剂与所述糖醇的质量比值为0.1-0.3。聚乳酸成核剂分为无机成核剂、有机成核剂、生物剂成核剂、纳米级成核剂核PDLA成核剂，作为本发明的优选，所述聚乳酸成核剂包括重均分子量为10×105-20×105g/mol的右旋聚乳酸、柠檬酸锌中的一种或几种。
作为本发明的优选，所述低吸阻材料通过以下步骤制备：将聚烯烃、糖醇、聚乳酸熔融共混后挤出，挤出温度为170-200℃。
挤出时，可以直接挤出为网状结构，也可以作为本发明的优选，挤出时，挤出为单丝，将所述单丝编织成网状结构。通过单丝编织成网的方式可以有效控制材料中的气孔数量和大小。可以通过调控单丝直径，单丝排布方式，以解决降温材料的填充量、气阻与降温面积之间的矛盾。作为本发明的优选，将单丝编织成网时，编织间距不超过5mm，角度为0-90°。
作为本发明的优选，所述单丝内部中空。中空的单丝更轻便、也由于形成了内腔而具有更大的烟气面积，烟气渗透至单丝内腔中后，可以得到有效降温。
本发明的有益效果：
本申请中，采用聚烯烃与聚乳酸共混改性，增加了聚乳酸的热稳定性，以避免丝束的形变带来气阻的增加的问题，以及聚乳酸丝束加工过程中的粘辊问题。同时，通过调整材料配方，利用糖醇改善了聚乳酸与聚烯烃的相容性，改善了聚烯烃的表面浸润性。此外，将聚烯烃聚乳酸复合材料挤出成单丝的网状结构，可以增加网状材料的热稳定性和力学稳定性。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施方式，并对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
一种卷烟嘴棒用低吸阻材料，通过以下步骤制备：
（1）按照质量份，准备30份聚乳酸，60份聚丙烯，10份D-甘露糖醇。
（2）采用高速混合机将上述组分搅拌均匀，得到混合物；然后将混合物加入双螺杆挤出机中熔融共混后挤出为实心丝，挤出温度为185℃。
（3）将实心丝编织成网状结构，编织间距为3mm，编织角度为45°。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，其不同之处仅在于：
步骤（2）中，挤出为空心丝。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，其不同之处仅在于：
还包括2份柠檬酸锌。
步骤（2）中，首先将聚乳酸和柠檬酸锌混合后在170℃下密炼5min，得到混合物A；然后将混合物A、D-甘露糖醇以及聚丙烯送入高速混合机搅拌均匀，得到混合物B；然后将混合物B加入双螺杆挤出机中熔融共混后挤出为实心丝，挤出温度为185℃。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，其不同之处仅在于：
还包括2份重均分子量为15×105g/mol的右旋聚乳酸。
步骤（2）中，首先将聚乳酸和右旋聚乳酸混合后在170℃下密炼5min，得到混合物A；然后将混合物A、D-甘露糖醇以及聚丙烯送入高速混合机搅拌均匀，得到混合物B；然后将混合物B加入双螺杆挤出机中熔融共混后挤出为实心丝，挤出温度为185℃。
实施例5
一种卷烟嘴棒用低吸阻材料，通过以下步骤制备：
（1）按照质量份，准备44份聚乳酸，44份聚乙烯，12份麦芽糖醇，1.2份重均分子量为10×105g/mol的右旋聚乳酸。
（2）首先将聚乳酸和右旋聚乳酸混合后在160℃下密炼10min，得到混合物A；然后将混合物A、麦芽糖醇以及聚乙烯送入高速混合机搅拌均匀，得到混合物B；然后将混合物B加入双螺杆挤出机中熔融共混后挤出为实心丝，挤出温度为170℃。
（3）将实心丝编织成网状结构，编织间距为1mm，编织角度为30°。
实施例6
一种卷烟嘴棒用低吸阻材料，通过以下步骤制备：
（1）按照质量份，准备10份聚乳酸，53份聚丙烯，30份聚乙烯，7份乳糖醇，1.1份重均分子量为20×105g/mol的右旋聚乳酸、1份柠檬酸锌。
（2）首先将聚乳酸、柠檬酸锌、右旋聚乳酸混合后在180℃下密炼3min，得到混合物A；然后将混合物A、乳糖醇、聚丙烯、聚乙烯送入高速混合机搅拌均匀，得到混合物B；然后将混合物B加入双螺杆挤出机中熔融共混后挤出为实心丝，挤出温度为200℃。
（3）将实心丝编织成网状结构，编织间距为5mm，编织角度为75°。
对比例1
对比例与实施例1基本相同，其不同之处仅在于：
将聚丙烯替换为聚乳酸。
对比例2
对比例与实施例1基本相同，其不同之处仅在于：
不加入D-甘露糖醇。
【吸阻检测】
于实施例和对比例制得材料外包覆接装纸，制得卷烟嘴棒，长度为30mm，圆周均为25mm。通过《GB/T 22838.5-2009卷烟和滤棒物理性能的测定 第5部分：卷烟吸阻和滤棒压降》检测吸阻，检测结果如下表1。
【共混检测】
使用Mettler-ToledoDSC1差示扫描量热仪，在50mL/min的氮气氛围下，对实施例和对比例制得材料进行DSC测试，读取峰的数量以及峰值，结果如下表1。
表1.
如表1，通过对比实施例1和对比例1可以看出，本申请采用聚烯烃取代现有技术中的聚乳酸作为卷烟嘴棒的主要成分，可以有效降低嘴棒的吸阻，提高抽吸体验。通过对比实施例1和对比例2可以看出，加入糖醇后，聚乳酸和聚丙烯由两相两种熔融温度转变为一相一个熔融温度，说明糖醇可以提高聚乳酸和聚丙烯的相容性。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种卷烟嘴棒用低吸阻材料，其特征在于：包括聚乳酸、聚烯烃以及糖醇。
2.根据权利要求1所述的一种卷烟嘴棒用低吸阻材料，其特征在于：所述聚乳酸与所述聚烯烃的质量比值不超过1。
3.根据权利要求1所述的一种卷烟嘴棒用低吸阻材料，其特征在于：所述糖醇占所述低吸阻材料的质量百分比为7-12%。
4.根据权利要求1所述的一种卷烟嘴棒用低吸阻材料，其特征在于：所述糖醇包括异麦芽酮糖醇、D-甘露糖醇、麦芽糖醇、乳糖醇中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种卷烟嘴棒用低吸阻材料，其特征在于：还包括聚乳酸成核剂。
6.根据权利要求5所述的一种卷烟嘴棒用低吸阻材料，其特征在于：所述聚乳酸成核剂与所述糖醇的质量比值为0.1-0.3。
7.根据权利要求6所述的一种卷烟嘴棒用低吸阻材料，其特征在于：所述聚乳酸成核剂包括重均分子量为10×105-20×105g/mol的右旋聚乳酸、柠檬酸锌中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种卷烟嘴棒用低吸阻材料，其特征在于：所述低吸阻材料通过以下步骤制备：将聚烯烃、糖醇、聚乳酸熔融共混后挤出，挤出温度为170-200℃。
9.根据权利要求8所述的一种卷烟嘴棒用低吸阻材料，其特征在于：挤出制得单丝，然后将所述单丝编织成网状结构。
10.根据权利要求9所述的一种卷烟嘴棒用低吸阻材料，其特征在于：所述单丝内部中空。
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