一种加热不燃烧烟复合降温滤嘴棒及其应用
阅读说明：本技术 一种加热不燃烧烟复合降温滤嘴棒及其应用 (Heating non-combustible cigarette composite cooling filter tip rod and application thereof ) 是由 刘华 黄治 李曦 王东方 丁康钟 何蓉 易虹宇 谭广璐 齐延鹏 吴金凤 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种加热不燃烧烟复合降温滤嘴棒及其应用,涉及卷烟滤棒技术领域,一种加热不燃烧烟复合降温滤嘴棒,包括滤芯以及包裹在滤芯外的成型纸,所述滤芯包括醋纤段和异形段,所述异形段内设置有降温通道,所述降温通道的横截面积沿着远离卷烟烟丝段的方向逐渐减小,所述成型纸上于异形段对应的位置开设有若干通气孔,所述通气孔位于靠近醋纤段的一端。本发明的一种加热不燃烧烟复合降温滤嘴棒,利用文丘里效应,将外界空气吸入滤嘴棒内,达到降低烟气温度的效果。(The invention discloses a heating non-combustible cigarette composite cooling filter rod and application thereof, and relates to the technical field of cigarette filter rods. The composite cooling filter tip for heating non-combustible burning cigarettes utilizes the Venturi effect to suck outside air into the filter tip, so that the effect of reducing the temperature of smoke is achieved.)
技术领域
本发明涉及卷烟滤棒技术领域，尤其涉及一种加热不燃烧烟复合降温滤嘴棒及其应用。
背景技术
传统的卷烟烟气中大部分有害成分在卷烟燃烧时发生的高温热裂解过程中产生，并且随着烟头中心温度的上升，烟气中的有害成分含量随之增加，会产生大量含有生物毒性和有害化学成分的烟气，既危害人体健康又污染环境。因此，在现代科技力量的洗礼下，出现了不再使用“明火”的烟草制品——加热不燃烧卷烟。加热不燃烧卷烟是利用特殊热源对烟丝进行加热，产生类似于传统卷烟的烟雾供消费者抽吸，烟气中有害化学成分和生物毒性大幅度降低。
但是，由于加热卷烟的温度较低，虽然产生的有害成分减少、无阴燃，但与此同时其释放烟气量与烟气浓度较低，为满足吸烟者要求，此类卷烟一般长度较短、烟气吸阻较低，以改善入口烟气口感，且由于加热温度低，烟气含水量高，且烟气通路缩短，使得到达口腔的主流烟气感官温度还要高于传统卷烟。而现有的卷烟烟气降温，大多采用在滤嘴中加入吸热材料例如聚乳酸，或者加入相变材料的方式，例如聚乙烯醇的方式吸收烟气中的热量，达到降温的效果，而其中使用聚乳酸吸热材料，由于受热原因，会导致出现塌缩的情况，导致滤嘴吸阻增加，影响抽吸体验，且现有的滤嘴大多不会没有考虑到烟气中水分含量高而导致感官温度高的问题，也导致现有滤嘴降温效果不佳。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于设计提供一种加热不燃烧烟复合降温滤嘴棒及其应用，利用文丘里效应，将外界空气吸入滤嘴棒内，达到降低烟气温度的效果。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种加热不燃烧烟复合降温滤嘴棒，包括滤芯以及包裹在滤芯外的成型纸，其特征在于，所述滤芯包括醋纤段和异形段，所述异形段内设置有降温通道，所述降温通道的横截面积沿着远离卷烟烟丝段的方向逐渐减小，所述成型纸上于异形段对应的位置开设有若干通气孔，所述通气孔位于靠近醋纤段的一端。
本发明的二元复合降温滤嘴棒，在异形段内设置降温通道，烟气流经降温通道时，由于降温通道的横截面积逐渐减小，使得烟气的过流端面缩小，烟气的流速增大，进而使得流体的压力降低，在高速流动的烟气附近产生负压，即文丘里效应，而本发明的通气孔正好设置于产生负压的区域，通过通气孔能够将外界空气更多的吸入滤棒内，从而达到降低烟气温度的效果。
进一步，所述异形段于降温通道对应的位置设置有吸湿降温纤维束，所述吸湿降温纤维束是将醋酸纤维和改性降温纤维绞合而成。
进一步，所述改性降温纤维是以甲壳素/聚乳酸为芯层，外包裹聚酰亚胺为皮层的双层结构，所述皮层上负载有氮化铝，且皮层呈多孔结构。
在降温通道处设置吸湿降温纤维束，和降温通道相结合，能够进一步降低烟气的温度，同时能够吸收掉烟气中的水分，提升烟气的口感；而本发明的改性降温纤维，芯层的甲壳素具有良好的吸湿效果，但是耐热性不强，将其和聚乳酸相复合，能够在一定程度上提高芯层的耐热性，同时聚乳酸还具有优良的吸热效果，作为皮层的聚酰亚胺，首先聚酰亚胺耐热性好，在烟气的温度下性质稳定，能够对芯层进行保护和限位，防止芯层受热和其它部分产生粘黏降低滤嘴过滤效果，且皮层中负载的氮化铝具有良好的热传导性，能够增加热量的传导速率，同时皮层呈多孔结构，不仅能够对烟气中的有害物质进行吸附，同时多孔的结构还增加了整个改性降温纤维的比表面积，提高了改性降温纤维的吸湿能力。
进一步，所述改性降温纤维的制备方法为：
聚酰亚胺纺丝液的配制：分别称取棒状纳米碳酸钙和纳米氮化铝加入甲酸溶液中，超声分散后得到悬浊液，取N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺搅拌混合均匀后得到混合溶液一，称取聚酰亚胺粉末加入混合溶液一中，在温度为50-65℃条件下搅拌至聚酰亚胺完全溶解，加入悬浊液，继续搅拌反应1-2h，加入十六烷基三甲基溴化铵继续搅拌反应12-14h，超声分散20-24h得到聚酰亚胺纺丝液；
芯层纺丝液的配制：取N,N-二甲基甲酰胺和二氯甲烷搅拌混合均匀后得到混合溶剂二，称取聚乳酸粉末加入到混合溶剂中，在温度为50-60℃的条件下搅拌4-6h后，得到聚乳酸溶液，向聚乳酸溶液中加入甲壳素和吐温-80，超声均质化处理得到芯层纺丝液；
静电纺丝：利用静电纺丝机对PVC纺丝液和尼龙66纺丝液进行同轴静电纺丝，得到复合纤维；
后处理：将复合纤维浸泡于20％的盐酸溶液中，同时以30-50r/min的搅拌速度进行缓慢搅拌4-6h，反应完成后，将复合纤维捞出用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，烘干、剪切得到改性降温纤维。
进一步，所述芯层还负载有吸热微胶囊。
进一步，所述吸热微胶囊是以石蜡烃类混合物为囊芯，海藻酸钠、明胶混合物为囊皮，采用复凝聚法制备而成。
通过在芯层负载吸热微胶囊，能够进一步提高改性降温纤维的吸热性能，有利于对烟气的降温。
进一步，若干所述通气孔分为一排或一排以上沿着滤嘴棒的圆周均匀排列，且每排所述通气孔均设置于同一水平面上。
进一步，所述通气孔与醋纤段之间的最短距离尺寸为1-2mm，且相邻两排所述通气孔之间的距离尺寸为0.8-1.5mm。
进一步，所述透气通道有多个，均匀设置于异形段外表面。
进一步，所述透气通道的横截面呈三角形结构。
进一步，所述透气通道的深度尺寸为1.6mm-2.4mm，所述透气通道总的横截面积为7.2mm2-16.8mm2。
进一步，所述醋纤段的长度尺寸为7mm，异形段的长度尺寸为23mm。
进一步，所述滤嘴棒的圆周尺寸为16-25mm。具体为16.8mm、18.8mm、21.85mm、22.3mm或24.0mm。
进一步，本发明还公开了上述的复合滤嘴棒在卷烟或不燃烧烟中的应用。
本发明的有益效果：
1.本发明的一种加热不燃烧烟复合降温滤嘴棒，通过在异形段内设置的降温通道和通气孔相结合，利用文丘里效应，能够将更多的空气吸入到滤嘴内，从而达到有效降低烟气温度的效果。
2.本发明的一种加热不燃烧烟复合降温滤嘴棒，在降温通道处还设置了吸湿降温纤维束，能够进一步提高对烟气的降温效果，且能够吸收烟气中的水分，提高烟气的感官体验。
附图说明
图1是本发明一种加热不燃烧烟复合降温滤嘴棒实施例一的结构示意图；
图2是本发明一种加热不燃烧烟复合降温滤嘴棒实施例二的结构示意图；
其中，醋纤段1、异形段2、降温通道3、通气孔4。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
实施例一
本发明的一种加热不燃烧烟复合降温滤嘴棒，包括滤芯以及包裹在滤芯外的成型纸，滤芯包括同轴心设置的醋纤段1和异形段2，其中，异形段2的外表面设置有多个降温通道3，降温通道3的横截面积沿着远离卷烟烟丝段的方向逐渐减小，降温通道3的横截面呈三角形结构，且降温通道3的深度尺寸为1.6mm-2.4mm，降温通道3总的横截面积为7.2mm2-16.8mm2。
成型纸上于异形段2对应的位置开设有若干通气孔4，通气孔4的形状可以按照实际情况进行选择设置为圆形、椭圆形、三角形等等，通气孔4位于靠近醋纤段1的一端，若干通气孔4分为一排或一排以上沿着滤嘴棒的圆周均匀排列，且每排通气孔4均设置于同一水平面上，具体的若干通气孔4分为两排，沿着滤嘴棒的圆周均匀排列，两排通气孔4之间平行设置，两排吸气孔之间可以整齐或错序排列，通气孔4与醋纤段1之间的最短距离尺寸为1-2mm，且两排通气孔4之间的距离尺寸为0.8-1.5mm。具体如下：
实施例二
如图2所示，本实施例的滤嘴棒，和实施例一相比，其不同之处在于。在降温通道3的位置还设置了吸湿降温纤维束，吸湿降温纤维束是将醋酸纤维和改性降温纤维绞合而成，改性降温纤维是以甲壳素/聚乳酸为芯层，外包裹聚酰亚胺为皮层的双层结构，皮层上负载有氮化铝，且皮层呈多孔结构。其中，吸湿降温纤维束的制备具体为：
改性降温纤维的制备
聚酰亚胺纺丝液的配制：按照1:2的质量比，分别称取棒状纳米碳酸钙和纳米氮化铝加入10倍纳米氮化铝质量的甲酸溶液中，超声分散后得到悬浊液，取N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺按照1:2的体积比搅拌混合均匀后得到混合溶液一，称取聚酰亚胺粉末加入混合溶液一中，在温度为50-65℃条件下搅拌至聚酰亚胺完全溶解，加入悬浊液，继续搅拌反应1-2h，加入十六烷基三甲基溴化铵继续搅拌反应12-14h，超声分散20-24h得到聚酰亚胺质量分数为16％的聚酰亚胺纺丝液，其中纳米氮化铝、聚酰亚胺、十六烷基三甲基溴化铵的质量比为0.04:12:0.2。
芯层纺丝液的配制：取N,N-二甲基甲酰胺和二氯甲烷按照3:2的体积比搅拌混合均匀后得到混合溶剂二，称取聚乳酸粉末加入到混合溶剂中，在温度为50-60℃的条件下搅拌4-6h后，得到聚乳酸质量分数为8％的聚乳酸溶液，向聚乳酸溶液中加入聚乳酸质量8％的甲壳素和聚乳酸质量0.5％的吐温-80，超声均质化处理得到芯层纺丝液；
静电纺丝：将聚酰亚胺纺丝液推入同轴静电纺丝喷头的外毛细管，芯层纺丝液推入同轴静电纺丝喷头的外毛细管，设置纺丝机工艺参数电压为30KV，同轴静电纺丝喷头到收集板的距离为15cm，纺丝聚酰亚胺纺丝液和芯层纺丝液的进料速度均为0.5ml/h，利用静电纺丝机对聚酰亚胺纺丝液和芯层纺丝液进行同轴静电纺丝，得到复合纤维；
后处理：将复合纤维浸泡于20％的盐酸溶液中，同时以30-50r/min的搅拌速度进行缓慢搅拌4-6h，反应完成后，将复合纤维捞出用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，烘干、剪切得到改性降温纤维。
将常规的醋纤维和制备得到的改性降温纤维分别用送开机进行精细开松后，将醋纤维和改性降温纤维按照1:1的比例进行绞合，制备得到吸湿降温纤维束。
实施例三
本实施例的滤嘴棒，和实施例二相比，其不同之处在于，在芯层还负载有吸热微胶囊，吸热微胶囊是以石蜡烃类混合物为囊芯，海藻酸钠、明胶混合物为囊皮，采用复凝聚法制备而成，吸热微胶囊的制备在现有技术中已经很常见，在此不进行赘述。即不同之处在于，芯层纺丝液在配制时还加入了吸热微胶囊，具体为：
芯层纺丝液的配制：取N,N-二甲基甲酰胺和二氯甲烷按照3:2的体积比搅拌混合均匀后得到混合溶剂二，称取聚乳酸粉末加入到混合溶剂中，在温度为50-60℃的条件下搅拌4-6h后，得到聚乳酸质量分数为8％的聚乳酸溶液，向聚乳酸溶液中加入聚乳酸质量8％的甲壳素和聚乳酸质量0.5％的吐温-80，再加入0.3倍聚乳酸质量的吸热微胶囊，超声均质化处理得到芯层纺丝液。
对比例一
本对比例和实施例一相比，其不同之处在于，本对比例的复合滤嘴棒没有设置透气通道，而仅开设了吸气孔。
实施例一～实施例三、对比例一制备的复合滤嘴棒的圆周尺寸可以为16-25mm，具体的可以是16.8mm、18.8mm、21.85mm、22.3mm或24.0mm，而为了方便进行统一测试，本发明实施例和对比例制备的复合滤嘴棒圆周均选择24.00mm的尺寸，将实施例一～实施例三、对比例一制备得到复合滤嘴棒用于烟气降温效果的检测，同时以现有的常规的醋纤嘴棒作为空白对比，检测方法为：将相同质量的烟丝分别卷制成烟卷，再分别和各个复合滤嘴棒卷接在一起制备得到卷烟样品，将卷烟样品在GB/T16447规定的调节大气条件下，在温度22±1℃、相对湿度60％±3％的恒温恒湿箱中调节48h，然后将卷烟样品放至直线吸烟机上进行抽吸，抽吸容量为35mL，每口抽吸时间为2s，每分钟抽吸一口，直至卷烟样品燃尽，同时在开始抽吸之前在距离复合滤嘴棒端部1-2mm处放置热电偶进行测温，热电偶靠近复合滤嘴棒的中心处，放置完成后开始抽吸。
检测结果如表1所示：
表1
通过上表可以看出，采用本发明制备得到的复合滤嘴棒，通过通气孔和降温通道协同作用，能够有效降低烟气的温度，避免抽吸者感到灼热感，而通过实施例一～实施例三的数据对比可以看出，吸湿降温纤维束和吸热微胶囊的加入够能进一步增加对烟气的降温效果，特别是在吸湿降温纤维束和吸热微胶囊协同作用下，降温效果更明显。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
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