一种PEG/CDA颗粒状复合材料降温滤棒及其制备方法和加热卷烟

技术领域

本发明属于烟草滤棒生产技术领域，具体涉及一种PEG/CDA颗粒状复合材料降温滤棒及其制备方法和加热卷烟。

背景技术

加热卷烟的主流烟气温度较高，在与外界空气混合前的温度在100℃以上，从滤嘴流出到达口腔时温度也有70℃，这对抽吸者的抽吸体验造成了严重的影响，其原因主要有如下两点：

1、加热卷烟的降温段只有露出加热器具的那一段，与传统卷烟相比降温段大幅缩短，导致其降温时间大幅缩短。

2、加热卷烟主流烟气中含有60～80wt％的水，与传统卷烟相比，其含水量高了10～20倍，因为水的比热容较高，导致了烟气中的携带的热量大幅提高。

目前主流烟气降温方法主要有材料降温、结构降温和吸水降温。材料降温是选用合适的吸热材料作为降温材料，降温材料在相态变化过程中会吸收烟气的热量，使烟气的温度下降。结构降温是对滤嘴的结构进行改造，延长烟气通路，增加散热时间，从而使烟气温度下降。吸水降温是将吸水材料添加到滤嘴中，吸收烟气中的多余水分，降低烟气到达口腔时的体感温度。

专利申请CN202010047240.2公开了一种降温嘴棒及具有该降温嘴棒的加热不燃烧卷烟，降温嘴棒包括：导流段，其内部设置有用于供气雾基质通过的第一通孔，导流段的第一端用于连接雾化烟草基质段；降温段，其包括基体，在基体的外表面设置有用于供气雾基质通过的沟槽，在沟槽的开口部包覆有用于降低所述气雾基质温度的包裹层，降温段的第一端连接导流段的第二端；以及过滤段，其第一端连接降温段的第二端，过滤段的第二端用于供气雾基质通过而流入使用者口中。所述包裹层包括包覆在所述沟槽的开口部且用于降低所述气雾基质温度的降温层和包覆在所述降温层的外表面且用于降低所述气雾基质温度的第一成型纸。所述降温层采用相变材料和/或金属材料制成。所述相变材料包括聚乳酸、聚乙二醇和/或淀粉类聚合物。

上述专利技术尽管可以降低烟气温度，但是温度不稳定，容易出现局部温度过高的问题。

发明内容

为解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供一种降温性能稳定的PEG/CDA颗粒状复合材料降温滤棒及具有该降温滤棒的加热卷烟。

本发明采用的技术方案是：

一种PEG-CDA颗粒状复合材料降温滤棒，其特征在于，包括位于近烟丝端的中空纸管段、第一醋纤棒段、PEG/CDA降温滤棒段和位于近嘴端的第二醋纤棒段，所述中空纸管段、第一醋纤棒段、PEG/CDA降温滤棒段和第二醋纤棒段的外径均相同且依次前后对接；所述PEG/CDA降温滤棒段由PEG/CDA颗粒状复合材料填充而成。

进一步的，所述中空纸管段由周向管壁以及周向管壁形成的中空通道构成，所述周向管壁上开设有多个沿周向均布的孔，多个孔构成一排，所述孔设置1-2排；每排孔的数量为5-20个，孔径大小为0.2-0.5mm，各孔距离烟嘴的距离为20-28mm。

进一步的，所述第一、第二醋纤棒段所用醋酸纤维单旦为6-20。

一种PEG-CDA颗粒状复合材料降温滤棒的制备方法，其特征在于，PEG/CDA降温滤棒段通过以下步骤制备：

将二醋酸纤维素、食品级聚乙二醇和丙酮三者混合后在30-70℃的温度下冷凝回流3-5h，得到丙酮溶液，然后使用高剪切制粒和流化床包衣法制备PEG/CDA颗粒状复合材料，将制备得到的PEG/CDA颗粒状复合材料填充到卷烟滤棒中即可得到食品级的PEG/CDA降温滤棒段。

进一步的，所述二醋酸纤维素和食品级聚乙二醇的质量比为1～3：1～3，其中食品级聚乙二醇的分子量为1500～4000。

进一步的，所述丙酮溶液的固含量为5.0～35.0wt％。

进一步的，所述PEG/CDA降温滤棒段长度范围是3-9mm。

一种加热卷烟，其特征在于，包括烟草基质段和如权利要求1-8任意一项所述PEG-CDA颗粒状复合材料降温滤棒，所述烟草基质段和降温滤棒连接。

进一步的，所述降温滤棒与烟草基质段通过水松纸连接。

本发明中的聚乙二醇(PEG)的分子式是H(OCH

本发明中的二醋酸纤维素(CDA)是一种取代度为2.28～2.49的醋酸纤维素，因其具有较低的原料成本、优良的可再生性、较强的吸附能力、无毒、无害、无污染并且能够生物降解，是目前烟草行业最常见的卷烟滤嘴材料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的PEG/CDA降温滤棒的显著优点在于，这种降温滤嘴由二醋酸纤维素和食品级聚乙二醇组成，其中，二醋酸纤维素是目前烟草行业最常见的卷烟滤嘴材料，单独使用无法有效降低加热卷烟的温度，本发明选用特定分子量的PEG与CDA复合，所得PEG/CDA颗粒状复合材料在遇热时聚乙二醇会发生相变，但是由于二醋酸纤维素形成的网状结构将聚乙二醇的热运动范围限制在一定的空间内，使得PEG不会渗出，在宏观上不发生结构的变化，避免了滤棒孔道的堵塞，从而在有效降低温度的同时可以保持适当的吸阻，避免常规降温材料虽然降低了温度，但往往要以牺牲吸阻为代价，具有成本低廉、安全无毒和降温效果明显等优点。

(2)本发明的PEG/CDA降温滤棒的制备方法的显著优点在于，采用使用高剪切制粒和流化床包衣法来制备PEG/CDA颗粒状复合材料，填充到卷烟滤棒中即可得到食品级的PEG/CDA降温滤棒，具有制备工艺简单和生产成本低等优点，适合大规模工业化生产。

(3)本发明PEG/CDA降温滤棒可以有效降低烟气温度，使抽吸者体验到舒适的抽吸体验，并且使用后的降温元件不会发生结构变化堵塞气路，从而保持较低的吸阻与较高的烟气浓度。

附图说明

图1为本发明实施例1中加热卷烟的结构示意图；

图2为本发明PEG1500与CDA制得的PEG/CDA颗粒状复合材料电镜图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合示例性实施例来详细说明本发明。

实施例1

参考图1，本发明的一种PEG-CDA颗粒状复合材料降温滤棒，包括位于近烟丝端的中空纸管段1、第一醋纤棒段2、PEG/CDA降温滤棒段3和位于近嘴端的第二醋纤棒段4，所述中空纸管段1、第一醋纤棒段2、PEG/CDA降温滤棒段3和第二醋纤棒段4的外径均相同且依次前后对接；所述PEG/CDA降温滤棒段3由PEG/CDA颗粒状复合材料填充而成。

将无孔烟支的醋纤棒拔出，从近嘴端到近烟端分别塞入7mm长的醋纤棒，在长度为6mm的降温段填充PEG/CDA颗粒状复合材料，3mm长的醋纤棒以及26mm长的中空纸管，在距离烟嘴20mm处打7个直径为0.4mm的孔，加热卷烟的结构示意图如图1所示。空白烟支作为对照组，为其他结构与上述烟支保持一致但不加降温颗粒。

其中，PEG/CDA颗粒状复合材料采用高剪切制粒和流化床包衣法来制备：以PEG1500、PEG2000、PEG4000为相变吸热材料，二醋酸纤维素为支撑材料，丙酮为溶剂。称取二醋酸纤维素240g、不同分子量的PEG 360g和丙酮3400g，在40℃水浴环境下溶解4h，制得PEG/CDA丙酮溶液，然后采用高剪切制粒和流化床包衣法制备PEG/CDA颗粒状复合材料。

图2为由PEG1500与CDA制得的PEG/CDA颗粒状复合材料电镜图，在颗粒状复合材料中PEG与CDA分布较为均匀。当抽吸时环境温度升高，附着在CDA上的PEG与被CDA形成的网状结构包裹的PEG结晶都会吸热融化，但是因为CDA包埋或吸附了PEG，将PEG的热运动范围限制在一定空间内，使得PEG不会渗出，在宏观上不发生结构变化，呈现出固-固相变的特性。

采用单孔道吸烟机，使用笔式加热器具对样品烟进行加热，预热时间35s，抽吸时间2s，抽吸间隔28s，抽吸容量35ml，每支样品烟抽吸3口。

记录前三口中烟气最高温度，平行实验为3次，测量主流烟气温度(测温点离烟嘴-0.5mm)，水松纸温度(测温点离烟嘴18mm)及烟支吸阻，所得结果如表1所示。

表1不同分子量的PEG/CDA颗粒状复合材料对烟气温度的影响

从表1中可以看出，与常规醋纤滤棒相比，采用本发明PEG/CDA降温滤棒可以将主流烟气温度降低至50℃左右，到达口腔时的体感温度，而常规醋纤滤棒的降温效果远不如本发明。

实施例2

称取二醋酸纤维素240g、PEG1500360g和丙酮1400g，在60℃水浴环境下溶解4h，制得PEG/CDA丙酮溶液，然后采用高剪切制粒和流化床包衣法制备PEG/CDA颗粒状复合材料。

将无孔烟支的醋纤滤棒拔出，从近嘴端到近烟端分别塞入7mm长的醋纤棒，分别在长度为3mm、6mm、9mm的降温段填充PEG/CDA颗粒状复合材料，3mm长的醋纤棒以及26mm长的中空纸管，在离烟嘴28mm处分别打7个直径0.4mm的孔。采用与实施例1相同的检测方法，测试各产品的降温效果，结果如表2所示。

表2烟气温度测试

从表2中可以看出，随着降温段长度的增加，烟支的吸阻逐渐增加，并且烟支中的相变材料以及与烟气的热交换面积增加，所以主流烟气温度也随之下降。降温段长度为9mm的样品烟的水松纸温度比降温段长度为3mm的样品烟高，可能是因为9mm样品烟的吸阻较大，烟气流速较慢，在水松纸测温点停留的时间更长，烟气与水松纸之间的热交换更充分，所以水松纸温度更高。

实施例3

采用PEG1500为原料，按照实施例1的方法制得PEG/CDA颗粒状复合材料。

将无孔烟支的醋纤棒拔出，从近嘴端到近烟端分别塞入7mm长的醋纤棒，在长度为6mm的降温段填充PEG/CDA颗粒状复合材料，3mm长的醋纤棒以及26mm长的中空纸管，在距离烟嘴20mm、22mm、24mm、26mm、28mm处分别打7个直径0.4mm的孔。采用与实施例1相同的检测方法，测试各产品的降温效果，结果如表3所示。

表3烟气温度测试

从表3中可以看出，孔位置对主流烟气温度和烟支的吸阻基本没有影响。而打孔位置在20cm、22cm、24cm的三组样品烟，不同样品之间水松纸温度相差较大且有超过50℃的烟支，而打孔位置在26cm、28cm的二组样品烟水松纸温度都在50℃以下，且水松纸温度相差不大。当气孔离水松纸测温点较近时高温的烟气与空气不能均匀地混合，导致离烟嘴18mm(水松纸测温点)一圈的温度或高或低，分布不均匀。

实施例4

采用PEG1500为原料，按照实施例1的方法制得PEG/CDA颗粒状复合材料。

将无孔烟支的醋纤棒拔出，从近嘴端到近烟端分别塞入7mm长的醋纤棒，在长度为6mm的降温段填充PEG/CDA颗粒状复合材料，3mm长的醋纤棒以及26mm长的中空纸管，在距离烟嘴20mm处分别打5、7、9、11个直径0.4mm的孔。采用与实施例1相同的检测方法，测试各产品的降温效果，结果如表4所示。

表4烟气温度测试

从表4中可以看出，烟支的主流烟气温度、水松纸温度以及吸阻都随着气孔数量的增加而下降，可能是因为气孔数量增加，进入烟支的空气也随之增加，高温烟气与更多的空气混合后，烟支中烟气的温度变得更低。

可见，采用本发明特定分子量的PEG与CDA复合，所得PEG/CDA颗粒状复合材料在遇热时聚乙二醇会发生相变，但是由于二醋酸纤维素形成的网状结构将聚乙二醇的热运动范围限制在一定的空间内，使得PEG不会渗出，在宏观上不发生结构的变化，避免了滤棒孔道的堵塞，从而在有效降低烟气温度的同时可以保持适当的吸阻，避免常规降温材料虽然降低了温度，但往往要以牺牲吸阻为代价，具有成本低廉、安全无毒和降温效果明显等优点。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。