CN116041087A - 多孔碳雾化基体及制备方法、电子雾化芯和电子雾化装置 - Google Patents
多孔碳雾化基体及制备方法、电子雾化芯和电子雾化装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种多孔碳雾化基体及制备方法、电子雾化芯和电子雾化装置，所述多孔碳雾化基体的制备方法，包括以下步骤：S1：提供植物纤维、热固性树脂和助剂并进行混合，得到混合料；S2：将所述混合料进行热处理，使得所述混合料固化成胚体；S3：将胚体置于隔绝氧气的环境下进行烧结，得到多孔碳雾化基体；本发明拥有植物孔隙特征进而具有对雾化液较高的还原度，同时也拥有与陶瓷雾化芯相近的强度和稳定耐用的特点。
Description
技术领域
本发明涉及电子烟雾化芯技术领域，特别是涉及一种多孔碳雾化基体及制备方法、电子雾化芯和电子雾化装置。
背景技术
新型电子雾化设备，又称电子烟，电子烟主要由烟油、加热系统、电源和过滤嘴四部分组成，通过加热雾化产生具有特定气味的气溶胶供烟民使用。而加热系统的核心元件雾化芯主要包括玻纤绳、棉芯和陶瓷芯三大类。这三类材料的共同点都是可以吸附烟油，能够与金属发热丝或加热金属膜等元件结合实现加热雾化效果。但是，不管是玻纤绳、棉芯还是多孔陶瓷芯都存在一定的缺点。
玻纤绳能耐高温、吸油性强、导油速度快，但在未吸收烟油静止外露时，容易产生絮状物，存在“掉粉”并吸食入肺现象，存在一定的安全隐患。
棉芯对于烟油味道的还原度较好，烟雾量浓密，但是，由于棉芯是偏软性的有机材料，随着抽吸次数的增加，且长时间受冷热冲击，进而对棉芯的微观细孔的孔径产生一定的影响，影响棉芯的导油性能，进而使得棉芯口感变差、味道变淡；此外，棉芯在加热系统功率过高或使用过一段时间之后容易出现糊芯现象，一旦出现糊芯，棉芯的性能就会有所下降，且糊芯后烧焦味道明显，影响抽吸感受。
陶瓷雾化芯口感细腻、顺滑，陶瓷雾化芯在电子雾化设备使用过程中稳定耐用，虽然具有较好的导油性能，但是由于陶瓷芯的微观细孔的孔径较小且分布不规则，因此，陶瓷雾化芯口感对于烟油的还原度不如玻纤绳和棉芯。而玻纤绳和棉芯在微观层面中的孔结构孔径相对陶瓷雾化芯来说较大，且比较规则，口感还原度较好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多孔碳雾化基体及制备方法、电子雾化芯和电子雾化装置，拥有植物孔隙特征进而具有对雾化液较高的还原度，同时也拥有与陶瓷雾化芯相近的强度和稳定耐用的特点。
本发明一方面提供一种多孔碳雾化基体的制备方法，包括以下步骤：
S1：提供植物纤维、热固性树脂和助剂并进行混合，得到混合料。
S2：将所述混合料进行热处理，使得所述混合料固化成胚体。
S3：将胚体置于隔绝氧气的环境下进行烧结，得到多孔碳雾化基体。
进一步地，在所述步骤S1之前还包括步骤S0：提供植物纤维和浸泡液，将所述植物纤维放入所述浸泡液中，浸泡0.5-1.5h后干燥，去除水分。
进一步地，所述步骤S1具体包括：
S11、将植物纤维、热固性树脂和助剂混合并放入密封容器。
S12、将密封容器抽真空至负压状态，保持负压状态30-45min。
S13、将密封容器恢复至大气压，保持30-45min。
S14、将密封容器加压至1.3-1.5Mpa，保持100-150min。
进一步地，所述步骤S2具体为：将所述混合料进行100-200℃热处理，保持0.5～10min，使得所述混合料固化成胚体。
进一步地，所述步骤S3具体为：将所述胚体置于氮气氛围下，隔绝氧气烧结，以3-5℃/min的速度升温至120℃并保温15min，随后以1-3℃/min的速度升温至600-900℃，保温0.5-1.5h。
进一步地，所述植物纤维为纤维素、木质素和木质纤维素中的至少一种。
进一步地，所述热固性树脂为酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、不饱和树脂、聚氨酯、聚酰亚胺酚和聚丙烯酸锌树脂中的至少一种。
进一步地，所述植物纤维、所述热固性树脂和所述助剂以重量份数计包括以下组分：30-50份植物纤维，40-60份热固性树脂，2-10份助剂。
进一步地，所述助剂包括如下重量组分：1-5份硅烷偶联剂和1-5份固化剂。
本发明另一方面还提供一种多孔碳雾化基体，由上述的制备方法制作得到。
本发明另一方面还提供一种电子雾化芯，包括上述的多孔碳雾化基体和位于所述多孔碳雾化基体表面的加热层。
本发明另一方面还提供一种电子雾化设备，包括上述的电子雾化芯和电源，所述加热层和所述电源电性连接。
本发明的有益效果：
(1)本发明中多孔碳瓷雾化芯在制备时通过真空加压处理，使得植物纤维和热固性树脂充分混合，且在高温碳化过程中，热固性树脂会均匀渗入植物纤维细胞壁中的微孔结构；植物纤维、热固性树脂和助剂在隔绝氧气的环境下高温碳化，植物纤维形成的无定形碳层以及热固性树脂碳化形成的玻璃碳层共同组成多孔碳雾化芯的微孔结构，由于热固性树脂形成的玻璃碳层具有较高的强度，进而增强了植物纤维形成的无定形碳层的强度，进而保持了使得烧结后形成的多孔碳雾化芯的微孔结构保持了植物纤维的微观孔隙分布特征，从而具备了棉芯对雾化液还原度高的特性；同时，由于无定型碳和玻璃碳自身碳的性质，不会出现棉芯的糊芯现象，且由于玻璃碳的强度较高，使得多孔碳雾化芯经过长时间使用的冷热冲击后微孔结构的孔径保持基本不变，保持了对雾化液较高的还原性能和导油性能；因此，多孔碳雾化芯结合了植物多孔特性和多孔陶瓷芯的优点，拥有植物孔隙特征进而具有对雾化液较高的还原度，同时也拥有与陶瓷雾化芯相近的强度和稳定耐用特点。
(2)本发明中的多孔碳雾化芯采用植物纤维制成，由于植物纤维本身具有发达的三维互通微孔，使得毛细管纵横交错、四通八达，产生更大的压力跳跃，极大增强毛细管力，为雾化液渗流提供驱动力，使得雾化液可以均匀地渗入到多孔碳雾化芯中，并吸附在多孔碳雾化芯表面，确保加热雾化时多孔碳雾化芯的雾化液供需平衡，实现始终如一的效果。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但不应构成对本发明的限制。在附
图中：
图1为传统陶瓷雾化芯的微观示意图。
图2为本发明中实施例5的电子雾化芯微观示意图。
图3为本发明中实施例1-3、实施例6、实施例8、对比例1和棉芯的吸油性能曲线图。
图4为本发明中电子雾化芯的立体结构示意图。
图5为本发明中电子雾化芯的剖视结构示意图。
附图标记：1、多孔碳基体；2、加热层；3、电极。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本发明提供一种多孔碳雾化基体的制备方法，包括以下步骤S0-S4：
S0：提供植物纤维和浸泡液，将所述植物纤维放入所述浸泡液中，浸泡温度为40-60C°，浸泡0.5-1.5h后将所述植物纤维进行干燥，去除水分。这样，能够去除植物纤维中的杂质。
其中，所述浸泡液可以是碳酸钠溶液、氯化钠溶液、氯化钙溶液、氢氧化钠溶液，醋酸溶液、海藻酸钠液、草酸溶液或硫酸钠溶液等，溶液浓度为2-15％。
S1：提供植物纤维、热固性树脂和助剂并进行混合，得到混合料。
具体地，所述步骤S1具体包括：
S11、将植物纤维、热固性树脂和助剂混合并放入密封容器。
S12、将密封容器抽真空至低于标准大气压的负压状态，保持负压状态30-45min。
S13、将密封容器恢复至标准大气压，保持30-45min。
S14、将密封容器加压至1.3-1.5Mpa，保持100-150min。这样，能够使得所述热固性树脂和所述植物纤维混合更加均匀。
S2：将所述混合料进行100-200℃热处理，保持0.5～10min，使得所述混合料固化成胚体。
S3：将胚体置于隔绝氧气的环境下进行600-900℃热处理0.5-2h，得到多孔碳雾化基体。
具体地，所述步骤S3具体为：
将所述胚体置于氮气氛围下，氮气通入量为100-400ml/min，隔绝氧气进行烧结，以3-5℃/min的速度升温至120℃并保温15min，随后以1-3℃/min的速度升温至600-900℃，保温0.5-1.5h。
上述步骤，氮气气氛下中进行热处理的目的是形成导油性优良的无定形碳和玻璃碳，基于玻璃碳的强度以保证多孔碳雾化基体的强度。
更为具体地，在升温至600-900℃并保温0.5-1.5h后，为防止降温太快而导致变形，以1-3℃/min的速率进行降温，直到降至室温。
进一步地，所述植物纤维为纤维素、木质素和木质纤维素中的至少一种。
具体地，在实际制备中，可以选用纤维素粉、木质素粉或木质纤维素粉中的至少一种，也可以选用木粉、竹粉、秸秆粉等至少具有纤维素、木质素和木质纤维素中一种成分的有机材料；当选用粉末状植物纤维时，植物纤维的尺寸优选为200-500目。这样，所述植物纤维的可选范围较广，还可以选用木粉、竹粉、秸秆粉等在其他生产作业中产生的废弃物，价格低廉，且有利于环保。
进一步地，所述热固性树脂为酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、不饱和树脂、聚氨酯、聚酰亚胺酚和聚丙烯酸锌树脂中的至少一种。
可以理解地，所述热固性树脂可以选用两种或以上，以避免只使用一种热固性树脂制备得到的多孔碳雾化基体性能单一。
进一步地，所述植物纤维、所述热固性树脂和所述助剂以重量份数计包括以下组分：30-50份植物纤维，40-60份热固性树脂，2-10份助剂。
进一步地，所述助剂包括如下重量组分：1-5份硅烷偶联剂和1-5份固化剂。
本发明进一步地提供一种多孔碳雾化基体，由上述的制备方法制作得到。
请参阅图4和图5，本发明还更进一步地提供一种电子雾化芯，包括上述的多孔碳雾化基体1和位于所述多孔碳雾化基体1表面的加热层2，该电子雾化芯应用于电子雾化装置。
具体地，所述加热层2设置在所述多孔碳雾化基体1表面包括以下步骤：
根据需要，在所述多孔碳雾化基体的表面确定的雾化面，对雾化面进行打磨，并在打磨后的雾化面处镀设加热层，并在加热层的两端设置银浆形成的电极，使得加热层能够通过电极连通电子雾化装置的电源建立电性连接，所述电极用于将所述加热层与电子雾化装置的电源建立电性连接。在本实施例中，请参阅图4和图5，所述雾化面为所述多孔碳雾化基体1的顶面，所述加热层2和所述电极3设置在所述多孔碳雾化基体1的顶面。
具体地，所述加热层2上具有若干个孔结构，孔结构有利于所述加热层2加热雾化液后形成的气溶胶流动；所述加热层2的材料可以但不限于金、铂、锆、铬、镍铬、不锈钢、铁铬铝及其合金中的一种或多种；所述加热层2通过印刷、磁控溅射镀膜、蒸发镀膜、化学气相沉积镀膜或喷涂方式制成，厚度为0.1-10μm。
本发明另外还提供一种电子雾化设备，包括上述的电子雾化芯和电源，所述加热层与所述电源电性连接。
当上述电子雾化设备工作时，镀设在所述多孔碳雾化芯上的加热层通过电极与所述电源电性连接，进而所述电源为所述加热层提供电源，所述加热层进行电阻发热，加热吸附在所述多孔碳雾化芯上的雾化液而形成气溶胶。
以下提供具体的实施例对本发明多孔碳雾化芯及其制备方法作进一步详细地说明。以下具体实施方式所涉及到的原料，若无特殊说明，均可来源于市售。
实施例1。
本实施例提供一种电子雾化芯，其制备步骤包括：
S0：提供秸秆粉30份和碳酸钠溶液，将所述秸秆放入所述碳酸钠溶液中，浸泡温度为40-60C°，浸泡0.5-1.5h后将所述植物纤维进行干燥，去除水分。其中，所述碳酸钠溶液的浓度为2-15％。
S1：将步骤S0中干燥得到的秸秆粉、酚醛树脂45份、聚丙烯酸锌树脂15份、硅烷偶联剂5份和固化剂5份进行混合，置于真空加压处理，得到混合料。
具体地，所述步骤S1具体包括：
S11、将步骤S0中干燥得到的秸秆粉30份、酚醛树脂45份、聚丙烯酸锌树脂15份、硅烷偶联剂5份和固化剂5份混合并放入密封容器。
S12、将密封容器抽真空至低于标准大气压的负压状态，保持负压状态30-45min。该步骤的目的为促进热固性树脂在植物纤维中流动，以提高植物纤维和热固性树脂混合的均匀度。
S13、将密封容器恢复至标准大气压，保持30-45min。
S14、将密封容器加压至1.3-1.5Mpa，保持100-150min。这样，能够使得所述热固性树脂和所述植物纤维混合更加均匀。
S2：将所述混合料进行100-200℃热处理，保持0.5～10min，使得所述混合料固化成胚体。
S3：将所述胚体置于氮气氛围下，氮气通入量为100-400ml/min，隔绝氧气进行烧结，以3-5℃/min的速度升温至120℃并保温15min，随后以1-3℃/min的速度升温至600-900℃，保温0.5-1.5h，得到多孔碳雾化基体。
S4：在所述多孔碳雾化基体的表面确定的雾化面，对雾化面进行打磨，并在打磨后的雾化面处镀设加热层，并在加热层的两端设置银浆形成的电极。
实施例2。
本实施例提供一种电子雾化芯，本实施例和实施例1的区别在于：所述植物纤维选用秸秆粉，提供秸秆粉50份，酚醛树脂32份，聚丙烯酸锌树脂10份，硅烷偶联剂3份，固化剂5份。
实施例3。
本实施例提供一种电子雾化芯，本实施例和实施例1的区别在于：所述植物纤维选用木质素，提供木质素粉40份，酚醛树脂45份，聚丙烯酸锌树脂5份，硅烷偶联剂5份，固化剂5份。
实施例4。
本实施例提供一种电子雾化芯，本实施例和实施例1的区别在于：所述植物纤维选用木质素，提供木质素粉42份，酚醛树脂35份，聚丙烯酸锌树脂15份，硅烷偶联剂3份，固化剂5份。
实施例5。
本实施例提供一种电子雾化芯，本实施例和实施例1的区别在于：所述植物纤维选用木质素，提供木质素粉50份，酚醛树脂25份，聚丙烯酸锌树脂15份，硅烷偶联剂5份，固化剂5份。
实施例6。
本实施例提供一种电子雾化芯，本实施例和实施例1的区别在于：所述植物纤维选用木质素，提供木质素粉35份，酚醛树脂45份，聚丙烯酸锌树脂10份，硅烷偶联剂5份，固化剂5份。
实施例7。
本实施例提供一种电子雾化芯，本实施例和实施例1的区别在于：所述植物纤维选用木质素，提供木质素粉44份，酚醛树脂35份，聚丙烯酸锌树脂15份，硅烷偶联剂1份，固化剂5份。
实施例8。
本实施例提供一种电子雾化芯，本实施例和实施例1的区别在于：所述植物纤维选用竹粉，提供竹粉44份，酚醛树脂35份，聚丙烯酸锌树脂15份，硅烷偶联剂5份，固化剂1份。
对比例1
本对比例提供一种传统陶瓷雾化芯的制备方法，具体包括以下步骤：
将以下重量份数的粉料进行混合：陶瓷粉40-60份、造孔剂10-30份、10-30份粘结剂混合均匀；将70～80份混合均匀的粉料与10-20份石蜡，0-5份硬脂酸等有机物进行搅拌混合形成陶瓷浆料；将混合好的陶瓷浆料用热压铸成型工艺制备成多孔陶瓷生坯；将多孔陶瓷生坯埋入排蜡粉中进行200～230℃排蜡；排蜡后清除排蜡粉，随后进行1500℃烧结2h得到多孔陶瓷雾化基体；将烧结得到的多孔陶瓷雾化基体通过丝网印刷发热线路，烘干烧结，即可得到多孔陶瓷雾化芯。
对上述各实施例提供的电子雾化芯以及对比例提供的陶瓷雾化芯进行孔隙率、吸水率、强度、厚度和孔径的测量，测量结果如表1所示。
表1
从表1中可以看出，不同的实施例中具有与对比例接近的孔隙率、吸水率和强度，且实施例的孔径范围均大于对比例的孔径范围。说明采用本发明制备的多孔碳雾化芯具备与陶瓷雾化芯接近孔隙率、吸水率和强度，因此具备了陶瓷雾化芯强度高和稳定耐用的优点，同时，由于实施例1-8的孔径均大于对比例的孔径，因此本发明制备得到的电子雾化芯相较于传统的陶瓷雾化芯对雾化液具有更好的还原度，抽吸体验更好。
请参阅图1和图2，从图1和图2对比可得知，陶瓷雾化芯的微孔结构相较于本发明提供的电子雾化芯，陶瓷雾化芯的微孔结构孔径更小，且孔隙结构更为细密，因此，进一步说明本发明所提供的电子雾化芯对烟油的还原度要优于陶瓷雾化芯。
请参阅图3，为便于对比，图3仅表示了实施例1-3、实施例6、实施例8、对比例1和棉芯在25℃恒温状态下，0-55s内的吸油量。其中横坐标为吸油时间，单位为s，纵坐标为吸油量，单位为g；图中图例B为实施例1，图例C为实施例2，图例D为实施例6，图例E为棉芯，图例F为对比例1，图例G为实施例3，图例H为实施例8。
从图3中可看出，棉芯在0-55s的整个过程中的吸油量均大于实施例1-3、实施例6、实施例8和对比例1；实施例1-3、实施例6和实施例8在5-15s范围中吸油量的上升趋势明显，且吸油量明显大于对比例的吸油量；而实施例1-3、实施例6和实施例8在25-55s范围内吸油量趋于平稳，且吸油量均高于对比例的吸油量，进一步地说明本发明提供的电子雾化芯具有相近甚至优于陶瓷雾化芯的导油性能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (12)
1.一种多孔碳雾化基体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：提供植物纤维、热固性树脂和助剂并进行混合，得到混合料；
S2：将所述混合料进行热处理，使得所述混合料固化成胚体；
S3：将胚体置于隔绝氧气的环境下进行烧结，得到多孔碳雾化基体。
2.如权利要求1所述的多孔碳雾化基体的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1之前还包括步骤S0：提供植物纤维和浸泡液，将所述植物纤维放入所述浸泡液中，浸泡0.5-1.5h后干燥，去除水分。
3.如权利要求1所述的多孔碳雾化基体的制备方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
S11、将植物纤维、热固性树脂和助剂混合并放入密封容器；
S12、将密封容器抽真空至负压状态，保持负压状态30-45min；
S13、将密封容器恢复至大气压，保持30-45min；
S14、将密封容器加压至1.3-1.5Mpa，保持100-150min。
4.如权利要求1所述的多孔碳雾化基体的制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：将所述混合料进行100-200℃热处理，保持0.5～10min，使得所述混合料固化成胚体。
5.如权利要求1所述的多孔碳雾化基体的制备方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：将所述胚体置于氮气氛围下，隔绝氧气烧结，以3-5℃/min的速度升温至120℃并保温15min，随后以1-3℃/min的速度升温至600-900℃，保温0.5-1.5h。
6.如权利要求1所述的多孔碳雾化基体的制备方法，其特征在于，所述植物纤维为纤维素、木质素和木质纤维素中的至少一种。
7.如权利要求1所述的多孔碳雾化基体的制备方法，其特征在于，所述热固性树脂为酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、不饱和树脂、聚氨酯、聚酰亚胺酚和聚丙烯酸锌树脂中的至少一种。
8.如权利要求1所述的多孔碳雾化基体的制备方法，其特征在于，所述植物纤维、所述热固性树脂和所述助剂以重量份数计包括以下组分：30-50份植物纤维，40-60份热固性树脂，2-10份助剂。
9.如权利要求8所述的多孔碳雾化基体的制备方法，其特征在于，所述助剂包括如下重量组分：1-5份硅烷偶联剂和1-5份固化剂。
10.一种多孔碳雾化基体，其特征在于，由如权利要求1-9中任一项所述的制备方法制作得到。
11.一种电子雾化芯，其特征在于，包括权利要求10所述的多孔碳雾化基体和位于所述多孔碳雾化基体表面的加热层。
12.一种电子雾化设备，其特征在于，包括权利要求11所述的电子雾化芯和电源，所述加热层和所述电源电性连接。
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