一种用于卷烟嘴棒的纳米纤维复合材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种用于卷烟嘴棒的纳米纤维复合材料及其制备方法 (Nanofiber composite material for cigarette filter tip and preparation method thereof ) 是由 柯炜昌 刘通 苗梦雨 张晓宇 刘冰 于 2020-12-04 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种用于卷烟嘴棒的纳米纤维复合材料及其制备方法。所述纳米纤维复合材料包含：包含醋酸纤维素(CTA)和/或聚乳酸(PLA)的丝束基底层,和由聚乙二醇(PEG)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)组成的PEG-PVP纳米纤维共混材料层。本发明提供的纳米纤维复合材料有效降低材料的热学性能,成本经济性好,可有效降低加热不燃烧卷烟烟气温度,提高使用者的口感。(The invention provides a nanofiber composite material for a cigarette filter tip and a preparation method thereof. The nanofiber composite comprises: a base layer of tow comprising cellulose acetate (CTA) and/or polylactic acid (PLA), and a layer of PEG-PVP nanofiber blend material consisting of polyethylene glycol (PEG) and polyvinylpyrrolidone (PVP). The nanofiber composite material provided by the invention effectively reduces the thermal property of the material, has good cost and economy, can effectively reduce the smoke temperature of a cigarette which is not burnt during heating, and improves the taste of a user.)
技术领域
本发明属于卷烟材料技术领域，特别是涉及一种用于加热不燃烧卷烟的降温嘴棒的纳米纤维复合材料及其制备方法，以及包含所述材料的卷烟嘴棒。
背景技术
卷烟是用卷烟纸将烟丝卷制成条状的烟制品，又称纸烟、香烟、烟卷等。众所周知，香烟的发展已经有500年的历史。卷烟在诞生之初是仅限于贵族消费的奢侈品，随着不断的发展，如今已经变为大众消费品。尤其是近100年来，香烟的消费量激增，已经成为大众日常生活中随处可见的物品。伴随着现代人的卷烟则已经成为日常生活的消费品乃至于必需品，烟草业也因此随之变成了一个利润客观的产业。
加热不燃烧卷烟在生理感受、心理感知、吸食方式等方面最接近传统卷烟，具有很好的发展潜力。加热不燃烧卷烟是通过外部加热元件对烟草物质进行加热,烟丝或薄片只加热但不燃烧，烟支中的雾化介质、烟草中的香味成分和外加香物质通过加热产生烟雾，烟气中有害化学成分的释放量明显降低。然而高温雾化烟气通过滤嘴段进入口腔中的温度会高于普通卷烟燃烧的温度，从而导致入口烟气过烫，在抽吸体验与抽吸感受等方面与传统卷烟尚存在较大差距。现有技术主要是通过相变降温材料对纵向流动的高温烟气进行降温处理，如iQOS的降温段材料主要是皱褶、打褶、聚集和折叠的聚乳酸(PLA)薄片，然而其降温效果有限，无法达到期望的效果。
因此，目前亟需一种可以有效降低加热不燃烧卷烟烟气温度的新型低温滤嘴材料。
发明内容
本发明提供了一种用于加热不燃烧卷烟的降温嘴棒的纳米纤维复合材料及其制备方法，以及包含所述材料的卷烟嘴棒。
在第一方面，本发明提供了一种用于卷烟嘴棒的纳米纤维复合材料，其包含：包含醋酸纤维素(CTA)和/或聚乳酸(PLA)的丝束基底层，和由聚乙二醇(PEG)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)组成的PEG-PVP纳米纤维共混材料层，其中所述PEG-PVP纳米纤维共混材料被修饰到所述丝束基底之上。
在一些实施方式中，所述丝束基底层包含醋酸纤维素(CTA)或由醋酸纤维素(CTA)制成。在一些实施方式中，所述丝束基底层包含聚乳酸(PLA)或由聚乳酸(PLA)制成。所述丝束基底层可以采用本领域中已知的制备方法制成。例如，在一些实施方式中，所述丝束基底层使用拉丝方法制成。
在一些实施方式中，所述PEG-PVP纳米纤维共混材料层使用静电纺丝技术制成。
在一些实施方式中，所述聚乙二醇(PEG)的分子量为200-10000。
在一些实施方式中，所述聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的分子量为44000-54000。
在一些实施方式中，所述聚乙二醇(PEG)与所述聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的比例为5：1-1：5，例如3：1-1：3，2：1-1：2，例如1：1。
在一些实施方式中，所得的纳米纤维共混材料的玻璃化转变温度为45-58℃。在一些实施方式中，所得的纳米纤维共混材料的再结晶温度为95-105℃。在一些实施方式中，所得的纳米纤维共混材料的熔化温度在PLA基底的情况下为150-160℃。在一些实施方式中，所得的纳米纤维共混材料的熔化温度在CTA基底的情况下为190-200℃。
在第二方面，本发明提供了一种包含纳米纤维复合材料的卷烟嘴棒，所述纳米纤维复合材料包含：含醋酸纤维素(CTA)和/或聚乳酸(PLA)的丝束基底层，和由聚乙二醇(PEG)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)组成的PEG-PVP纳米纤维共混材料层。
在第一方面中描述的定义、实施方式和优选项同样适用于第二方面。
在第三方面，本发明提供了一种用于卷烟嘴棒的纳米纤维复合材料的制备方法。所述方法包括：
混合聚乙二醇(PEG)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和水以配制静电纺丝前驱液，
使用所述静电纺丝前驱液进行静电纺丝以得到PEG-PVP纳米纤维共混材料，
使用所述PEG-PVP纳米纤维共混材料在包含醋酸纤维素(CTA)或者聚乳酸(PLA)的丝束基底的表面上进行电纺丝，从而将纳米纤维共混材料修饰在丝束基底材料之上，以得到所述纳米纤维复合材料。
在所述静电纺丝过程中，聚乙二醇(PEG)为溶质，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为粘合剂，水为溶剂。在一些实施方式中，所述水为去离子水。在一些实施方式中，聚乙二醇(PEG)的质量分数为20-30％，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的质量分数为20-30％，去离子水的质量分数为40-60％。
在一些实施方式中，所述混合步骤包括：先向容器中加入水，然后依次将聚乙二醇(PEG)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入水中。在一些实施方式中，所述混合步骤包括：磁力搅拌以使聚乙二醇(PEG)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和水混合均匀。
在一些实施方式中，所述静电纺丝过程中，纺丝电压为10-20kV。
在一些实施方式中，所述包含醋酸纤维素(CTA)或者聚乳酸(PLA)的丝束基底材料是已经通过拉丝法形成的。
在一些实施方式中，通过静电纺丝将PEG/PVP丝束喷洒在CTA或PLA丝束表面。在一些实施方式中，使得丝束基底材料与纳米纤维共混材料以垂直方向同时喷出，从而将纳米纤维共混材料修饰在丝束基底材料之上，得到所需的复合材料。
本发明的材料和方法实现了不限于以下的有益效果：
1)所得的纳米纤维共混材料尺寸均匀光滑，无杂相。
2)将纳米纤维共混材料修饰到丝束基底之上以后，得到的纳米纤维复合材料结合紧密，可以直接用作制备卷烟烟嘴。
3)所得的纳米纤维共混材料的玻璃化温度、再结晶温度和熔化温度低，修饰传统卷烟烟嘴材料以后，可以有效降低材料的热学性能。
4)本申请方法采用水、聚乙二醇(PEG)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，原材料成本价格相对低廉，成本经济性好。
5)所采用的静电纺丝制备方法简单，便于大规模工业化生产，制得的纳米纤维共混材料可以直接修饰到传统卷烟材料表面，得到新型纳米纤维复合材料，工业化应用前景广大。
6)所得的纳米纤维复合材料降温效果提高。
7)所得的新型纳米纤维复合材料应用于卷烟的低温嘴棒后，可有效降低加热不燃烧卷烟烟气温度，提高使用者的口感。
附图说明
图1显示了本发明的一些实施方式中复合材料制备过程的示意图。
图2显示了本发明的一些实施方式中纳米纤维复合材料的制备流程图。
图3显示了本发明的一些实施例中纳米纤维材料的扫描电镜照片。
图4显示了本发明的一些实施例中纳米纤维复合材料的扫描电镜照片。
图5显示了本发明的一些实施例中纳米纤维复合材料的差式量热仪图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：纳米复合材料的制备
采用18g去离子水做溶剂，11g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)(国药集团化学试剂有限公司，PVP,K30，分子量为44000-54000)做粘合剂，11g分子量为10000的聚乙二醇(国药集团化学试剂有限公司)做溶质(PEG10000)。按去离子水、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮的顺序先后加入到容器中，磁力搅拌使其完全溶解混合均匀，得到静电纺丝前驱液。通过静电纺丝装置(北京永康乐业科技发展有限公司)，生产新型纳米纤维材料，并且以传统卷烟材料醋酸纤维素作丝束基底(湖北省嘴棒材料厂，单旦3.9，总旦31000)，得到新型纳米复合材料。修饰过程示意图如图1所示(其中单台表示单个喷头，多台表示在一台纺丝装置上的多个喷头)。静电纺丝过程中，保持温度20-30℃，湿度10-15％，纺丝电压为11.8KV。新型纳米复合材料制备过程流程图如图2所示。
实施例2：纳米复合材料的性质测定
裁剪实施例1中制备的样品，将其黏在不锈钢样品台上，经过抽真空、喷金操作后放入扫描电镜(泰思肯(捷克)公司Tescan MIRA 3扫描电镜)样品腔内，抽真空，然后采用二次电子方式获得样品表面的形貌。
如图3所示，实施例1所得的纳米纤维材料尺寸均匀光滑，无杂相。
如图4所示，实施例1所得的纳米纤维复合材料结合紧密，可以直接用于制备卷烟烟嘴。
将实施例1中制备得到的样品以10℃/min的升温速度由30℃升温到200℃，然后在200℃保温20min，最后以10℃/min的降温速度由200℃降温到30℃，采用美国TA公司DSC25差示扫描量热仪进行测量。
如图5所示，实施例1所得的纳米纤维复合材料玻璃化温度、再结晶温度和熔化温度低，修饰传统卷烟烟嘴材料以后，可以有效降低材料的热学性能。
本发明的保护范围不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。
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