CN114617293B - 一种卷烟嘴棒用低吸阻凉感降温材料 - 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凉感降温材料。其包括聚烯烃、糖醇包埋的薄荷醇，所述糖醇的熔点不低于130℃。本申请中，以聚烯烃为主载体，基于聚烯烃不易润湿、粘性差的特性，得到了一种吸阻低，且不易受潮润湿而变形导致吸阻增加的材料，并通过糖醇包埋的薄荷醇的混合使用进一步改善了聚烯烃的降温效果，得到的材料用于卷烟嘴棒中，可以有效改善嘴棒的吸阻和降温效果。
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凉感降温材料。
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凉感降温材料。
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凉感降温材料，包括聚烯烃、糖醇包埋的薄荷醇，所述糖醇的熔点不低于130℃。
本申请中，首先，创新性地采用聚烯烃作为加热不燃烧卷烟滤嘴的主要载体，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。此外，聚烯烃具有优异的加工性能，可通过挤出、吹塑和注射等加工成各种形状，本申请中，优选将其加工为网状多孔结构，可供烟气的流通。而且聚烯烃本身也属于相变材料，可以吸收烟气中的热量，达到降温目的。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。
其次，虽然聚烯烃具有一定的相变性质，但是聚烯烃的相变温度较高，将其用于滤嘴中时，由于烟气流通到滤嘴中后，温度已经有一定的降低了，如果烟气达不到聚烯烃的相变温度，就会导致相变降温效果不好，为了避免这种情况，因此，本申请还需要加入降温材料。本申请采用薄荷醇作为降温材料，薄荷醇是食品、日化、烟草中最常见的香料之一，薄荷的挥发及薄荷气味会带来强劲的凉感，在烟草的抽吸过程中，其清新的香气带给消费者独特的清凉味道，起到感官降温效果，同时，薄荷的挥发也将吸收烟气的热量，形成传热和物理降温的双重功能。
然而，薄荷醇的易挥发特性又会使得其在存放过程中不断损失。而且在将聚烯烃制成卷烟嘴棒材料时、通常采用高温（130-170℃）挤出成型的方式，薄荷醇的熔点（41-45℃）较低，如果将薄荷醇和聚烯烃共混后挤出，挤出高温会导致薄荷醇的损失，如果将聚烯烃单独挤出后，于其上喷洒薄荷醇溶液，又存在负载率不高的问题。因此，本申请中，首先将薄荷醇包覆起来，然后将其与聚烯烃共混挤出。其中薄荷醇的壁材并不是可以任意选择的，其壁材至少需要两个特性：一是包覆薄荷醇后在挤出高温下不易损失，二是在后续作为卷烟嘴棒时、不影响薄荷醇的挥发透出。
因此最后，本申请选用了熔点不低于130℃的糖醇作为薄荷醇的壁材。第一，其较高的熔点，提供良好的薄荷醇保护作用。第二，糖醇具有强烈的吸水功能，可以快速吸收烟气中的水蒸汽，不仅可以进一步降温，而且糖醇吸水后溶解，可以使得薄荷醇暴露出来发挥其凉感降温作用。第三，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。第四，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。作为本发明的优选，所述糖醇包括D-甘露糖醇（熔点167-170℃）、麦芽糖醇（熔点149-152℃）、乳糖醇（熔点146℃）中的一种或几种。
作为本发明的优选，所述糖醇包埋的薄荷醇通过以下步骤制备：将薄荷醇水浴加热至熔融，将糖醇溶于去离子水中；将熔融的薄荷醇加入糖醇溶液中，于15000-20000r/min下均质1-5min后喷雾干燥。
作为本发明的优选，所述低吸阻凉感降温材料通过以下步骤制备：将聚烯烃与糖醇包埋的薄荷醇熔融共混后挤出，挤出温度为130-170℃。
进一步优选地，所述低吸阻凉感降温材料通过以下步骤制备：将烯烃单体、催化剂与糖醇包埋的薄荷醇熔融共混后挤出，挤出温度为130-170℃；所述催化剂包括分散于Al2O3-SiO2载体上的氧化铬。通过菲利浦法、在挤出的过程中使得烯烃单体中压共聚得到聚烯烃，进一步加强了其他组分在聚烯烃中的结合强度。
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。
进一步地，考虑到糖醇壁材为极性化合物，而聚烯烃为非极性材料，将糖醇包埋的薄荷醇和聚烯烃共混挤出时，存在一定的相容性问题。
因此，作为本发明优选的一种方案，还包括表面活性剂，所述表面活性剂包括单甘脂、聚乙二醇、吐温中的一种或几种。通过表面活性剂改善聚烯烃的极性，不仅可以提高糖醇与聚烯烃的相容性，还可以使得聚烯烃能够吸附烟气中的有害成分。作为本发明的优选，所述表面活性剂包括单甘脂、聚乙二醇、吐温中的一种或几种。
作为本发明优选的另一种方案，还包括相变材料，所述相变材料包括脂肪酸、脂肪醇、石蜡中的一种或几种。一方面，其具有长的碳链，极性较低，与聚烯烃相容性较好；另一方面，脂肪酸、脂肪醇和石蜡是聚烯烃的润滑剂，加快聚烯烃的挤出速度，进一步降低薄荷醇的损失。
基于此，作为本发明的优选，所述低吸阻凉感降温材料通过以下步骤制备：将糖醇包埋的薄荷醇加入至相变材料或表面活性剂中，于500-800r/min下均质10-20min，得到混合体系；将混合体系与聚烯烃熔融共混后挤出，挤出温度为130-170℃。通过表面活性剂或相变材料将糖醇包埋的薄荷醇再一次包埋起来，提高其与聚烯烃的相容性。
本发明的有益效果：
本申请中，以聚烯烃为主载体，基于聚烯烃不易润湿、粘性差的特性，得到了一种吸阻低，且不易受潮润湿而变形导致吸阻增加的材料，并通过糖醇包埋的薄荷醇的混合使用进一步改善了聚烯烃的降温效果，得到的材料用于卷烟嘴棒中，可以有效改善嘴棒的吸阻和降温效果。
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凉感降温材料，通过以下步骤制备：
（1）按照质量份，准备100份聚乙烯，10份D-甘露糖醇、11份乳糖醇，9份薄荷醇，50份去离子水。
（2）将薄荷醇置于烧杯中，于60℃水浴中加热至熔融，备用。将D-甘露糖醇和乳糖醇溶于去离子水中，搅拌均匀，备用。将糖醇溶液加热至60℃后，向其内加入熔融的薄荷醇，于18000r/min下均质3min得到初乳液。然后将初乳液趁热在800bar下高压均质5个循环，冷却至室温后，通过喷雾干燥得到糖醇包埋的薄荷醇。喷雾干燥的条件为：进风温度150℃，出风温度30℃，进料速度450mL/h，风量100kg/h，雾化器转速30000r/min。
（3）采用高速混合机将聚乙烯与糖醇包埋的薄荷醇搅拌均匀，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150℃。
（4）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（1）中，按照质量份，准备100份乙烯，1份分散于载体Al2O3-SiO2上的氧化铬，10份D-甘露糖醇、11份乳糖醇，9份薄荷醇，50份去离子水。
步骤（3）中，采用高速混合机将乙烯、分散于载体Al2O3-SiO2上的氧化铬、糖醇包埋的薄荷醇搅拌均匀，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150℃，挤出压力为3.5MPa。
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：
步骤（3）中，挤出为空心丝。
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10份月桂酸。
步骤（3）中，首先将月桂酸水浴加热至60℃，向其内加入糖醇包埋的薄荷醇，于700r/min下均质15min后喷雾干燥，得到混合体系。喷雾干燥的条件为：进风温度100℃，出风温度30℃，进料速度450mL/h，风量100kg/h，雾化器转速30000r/min。
然后采用高速混合机将聚乙烯与该混合体系搅拌均匀，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150℃。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，其不同之处仅在于：
还包括10份单甘脂。
步骤（3）中，首先将单甘脂水浴加热至70℃，向其内加入糖醇包埋的薄荷醇，于700r/min下均质15min后喷雾干燥，得到混合体系。喷雾干燥的条件为：进风温度100℃，出风温度30℃，进料速度450mL/h，风量100kg/h，雾化器转速30000r/min。
然后采用高速混合机将聚乙烯与该混合体系搅拌均匀，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150℃。
实施例6
本实施例与实施例1基本相同，其不同之处仅在于：
还包括10份月桂酸和10份单甘脂。
步骤（3）中，首先将月桂酸和单甘脂混合后水浴加热至70℃，向其内加入糖醇包埋的薄荷醇，于700r/min下均质15min后喷雾干燥，得到混合体系。喷雾干燥的条件为：进风温度100℃，出风温度30℃，进料速度450mL/h，风量100kg/h，雾化器转速30000r/min。
然后采用高速混合机将聚乙烯与该混合体系搅拌均匀，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150℃。
实施例7
一种卷烟嘴棒用低吸阻凉感降温材料，通过以下步骤制备：
（1）按照质量份，准备100份聚丙烯，18份麦芽糖醇，12份薄荷醇，50份去离子水，15份石蜡，5份聚乙二醇。
（2）糖醇包埋的薄荷醇的制备：将薄荷醇置于烧杯中，于60℃水浴中加热至熔融，备用。将麦芽糖醇溶于去离子水中，搅拌均匀，备用。将麦芽糖醇溶液加热至60℃后，向其内加入熔融的薄荷醇，于15000r/min下均质5min得到初乳液。然后将初乳液趁热在500bar下高压均质5个循环，冷却至室温后，通过喷雾干燥得到糖醇包埋的薄荷醇。喷雾干燥的条件为：进风温度130℃，出风温度30℃，进料速度450mL/h，风量100kg/h，雾化器转速30000r/min。
（3）首先将石蜡和聚乙二醇混合后水浴加热至80℃，向其内加入糖醇包埋的薄荷醇，于500r/min下均质20min后喷雾干燥，得到混合体系。喷雾干燥的条件为：进风温度100℃，出风温度30℃，进料速度450mL/h，风量100kg/h，雾化器转速30000r/min。
然后采用高速混合机将聚丙烯与该混合体系搅拌均匀，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130℃。
（4）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8
一种卷烟嘴棒用低吸阻凉感降温材料，通过以下步骤制备：
（1）按照质量份，准备50份聚丙烯，50份聚乙烯，24份D-甘露糖醇，6份薄荷醇，50份去离子水，5份十一醇，15份单甘脂。
（2）糖醇包埋的薄荷醇的制备：将薄荷醇置于烧杯中，于60℃水浴中加热至熔融，备用。将D-甘露糖醇溶于去离子水中，搅拌均匀，备用。将D-甘露糖醇溶液加热至60℃后，向其内加入熔融的薄荷醇，于20000r/min下均质1min得到初乳液。然后将初乳液趁热在1000bar下高压均质5个循环，冷却至室温后，通过喷雾干燥得到糖醇包埋的薄荷醇。喷雾干燥的条件为：进风温度160℃，出风温度30℃，进料速度450mL/h，风量100kg/h，雾化器转速30000r/min。
（3）首先将十一醇和单甘脂混合后水浴加热至60℃，向其内加入糖醇包埋的薄荷醇，于800r/min下均质10min后喷雾干燥，得到混合体系。喷雾干燥的条件为：进风温度100℃，出风温度30℃，进料速度450mL/h，风量100kg/h，雾化器转速30000r/min。
然后采用高速混合机将聚乙烯、聚丙烯与该混合体系搅拌均匀，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170℃。
（4）将实心丝编织成网状结构，编织间距为3mm，编织角度为45°。
对比例1
对比例与实施例1基本相同，其不同之处仅在于：
将聚乙烯替换为聚乳酸。
对比例2
对比例与实施例1基本相同，其不同之处仅在于：
不进行步骤（2），直接采用高速混合机将聚乙烯、糖醇、薄荷醇搅拌均匀，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150℃。将实心丝编织成网状结构，编织间距为5mm，编织角度为75°。
【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。
【降温检测】
将上述制得的卷烟嘴棒与烟草段连接，制得卷烟，加热卷烟并模拟抽吸过程，检测第一口抽吸温度以及第十口抽吸温度，并计算温度差，计算结果如下表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。同时，通过在聚烯烃上负载糖醇包埋的薄荷醇，可以使得本申请的降温效果接近于甚至稍微优于聚乳酸，保证了降温效果。通过对比实施例1和对比例2可以看出，本申请采用糖醇包埋薄荷醇，能够有效减少薄荷醇的挥发，从而提高降温效果。
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本申请所定义的范围。
Claims (8)
1.一种卷烟嘴棒用低吸阻凉感降温材料，其特征在于：包括聚烯烃、糖醇包埋的薄荷醇，所述糖醇的熔点不低于130℃；所述低吸阻凉感降温材料通过以下步骤制备：将聚烯烃与糖醇包埋的薄荷醇熔融共混后挤出，挤出温度为130-170℃；所述糖醇包括D-甘露糖醇、麦芽糖醇、乳糖醇中的一种或几种；所述聚烯烃包括聚乙烯、聚丙烯中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的一种卷烟嘴棒用低吸阻凉感降温材料，其特征在于：所述糖醇包埋的薄荷醇通过以下步骤制备：将薄荷醇水浴加热至熔融，将糖醇溶于去离子水中；将熔融的薄荷醇加入糖醇溶液中，于15000-20000r/min下均质1-5min后喷雾干燥。
3.根据权利要求1所述的一种卷烟嘴棒用低吸阻凉感降温材料，其特征在于：还包括相变材料，所述相变材料包括脂肪酸、脂肪醇、石蜡中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种卷烟嘴棒用低吸阻凉感降温材料，其特征在于：还包括表面活性剂，所述表面活性剂包括单甘脂、聚乙二醇、吐温中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种卷烟嘴棒用低吸阻凉感降温材料，其特征在于：所述低吸阻凉感降温材料通过以下步骤制备：将烯烃单体、催化剂与糖醇包埋的薄荷醇熔融共混后挤出，挤出温度为130-170℃；所述催化剂包括分散于Al2O3-SiO2载体上的氧化铬。
6.根据权利要求1或5所述的一种卷烟嘴棒用低吸阻凉感降温材料，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。
7.根据权利要求6所述的一种卷烟嘴棒用低吸阻凉感降温材料，其特征在于：所述单丝内部中空。
8.根据权利要求3或4所述的一种卷烟嘴棒用低吸阻凉感降温材料，其特征在于：所述低吸阻凉感降温材料通过以下步骤制备：将糖醇包埋的薄荷醇加入至相变材料或表面活性剂中，于500-800r/min下均质10-20min，得到混合体系；将混合体系与聚烯烃熔融共混后挤出，挤出温度为130-170℃。
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