一种丝束中定位添加降焦减害功能材料的卷烟滤嘴及其制备方法和应用.pdf

本发明公开了一种丝束中定位添加降焦减害功能材料的卷烟滤嘴及其制备方法和应用；制备方法是将丝束开松、施加增塑剂后，传送至滤棒成型机的舌头内，舌头内的尾部设有液体喷嘴和气体喷嘴，含有降焦减害功能材料的溶液从液体喷嘴间歇式喷出，同时压缩空气从气体喷嘴喷出将溶液雾化并喷涂在丝束上，丝束通过成型纸卷接成型，再经过切割刀头周期式切割，得到卷烟滤棒，卷烟滤棒进一步切割成具有降焦减害功能，且吸收品质不受影响的卷烟滤嘴；该方法实现了功能材料在丝束材料中的在线定位添加，使功能卷烟滤嘴一次成型，成品率高，且设备损耗小，大大降低功能卷烟滤嘴生产成本，满足工业生产的要求。

权利要求书
1.  一种丝束中定位添加降焦减害功能材料的卷烟滤嘴，其特征在于，卷烟滤嘴 近烟丝端区域的丝束中定位添加有没食子酸丙酯、三聚甘油单硬脂酸甘油酯、双 乙酰酒石酸单双甘油酯、丙二醇脂肪酸酯、聚乙酸乙烯酯中的至少一种降焦减害 功能材料，卷烟滤嘴近口腔端区域的丝束中没有添加降焦减害功能材料。

2.  根据权利要求1所述的卷烟滤嘴，其特征在于，卷烟滤嘴中添加了降焦减害 功能材料的丝束区域与没有添加降焦减害功能材料的丝束区域的长度比为 15:10～20:5。

3.  根据权利要求1所述的卷烟滤嘴，其特征在于，所述的降焦减害功能材料在 丝束中的添加量为2～5mg/支卷烟滤嘴。

4.  制备如权利要求1～3任一项所述卷烟滤嘴的方法，其特征在于，通过改进的 滤棒成型机实现滤嘴成型过程中在丝束中在线定位添加降焦减害功能材料；所述 的改进的滤棒成型机在成型烟枪的舌头内尾部设置液体喷嘴，同时在液体喷嘴的 喷嘴口周围设有气体喷嘴；将丝束开松、施加增塑剂后，匀速传送至滤棒成型机 的舌头内，此时，含有降焦减害功能材料的溶液从液体喷嘴中按设定的频率间歇 式喷出，同时压缩空气从气体喷嘴以恒定压力喷出将液体喷嘴中喷出的溶液雾 化，雾化后的溶液喷涂在丝束上，丝束通过成型纸卷接成型，再经过切割刀头周 期式切割，得到卷烟滤棒，卷烟滤棒根据不同品种卷烟的需要的长度进一步切割， 得到卷烟滤嘴。

5.  根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过旋转编码器取切割刀头的周 期运动信号，以切割刀头的切割周期为单位，进行液体喷头频率的调控，保证 切割刀头对滤棒的切割处为丝束的非喷涂区域的中间位置。

6.  根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的液体喷嘴垂直于舌头内丝 束的传送方向设置。

7.  根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的气体喷嘴沿舌头内丝束的 传送方向小于90°夹角设置。

8.  根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的液体喷嘴连接有输液系统， 输液系统通过电脑程序控制向液体喷嘴按设定频率进行间歇式输送溶液。

9.  根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的气体喷嘴连接有空气压缩 机，空气压缩机向气体喷嘴输送恒定压力的压缩空气。

10.  根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的液体喷嘴中溶液以线状或 滴状喷出。

11.  根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的含有降焦减害功能材料的 溶液为降焦减害功能材料按质量比20～70:80～30溶于溶剂得到的混合溶液。

12.  根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的降焦减害功能材料为没 食子酸丙酯、三聚甘油单硬脂酸甘油酯、双乙酰酒石酸单双甘油酯、丙二醇脂肪 酸酯、聚乙酸乙烯酯中的至少一种。

13.  根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的溶剂根据降焦减害功能 材料的溶解性能相应选择乙醇、水、丙二醇中的至少一种。

14.  权利要求1～3任一项所述的卷烟滤嘴的应用，其特征在于，应用于降低卷烟 主流烟气中的焦油和其它有害成分。

15.  根据权利要求14所述的应用，其特征在于，所述的其它有害成分包括巴豆 醛、NH3、苯酚和HCN中的至少一种在内。

说明书一种丝束中定位添加降焦减害功能材料的卷烟滤嘴及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种丝束中定位添加降焦减害功能材料的卷烟滤嘴及其制备方 法和应用，属于卷烟滤材制备领域。
背景技术
20世纪60年代过滤嘴卷烟的问世，有效降低了卷烟焦油量。卷烟滤嘴对降 低烟气焦油、烟碱等有害成分的贡献在于滤棒对烟气中的粒相物发生机械性过 滤，卷烟抽吸时烟气通过滤嘴而进入口腔，烟气中的粒相物与滤嘴纤维丝束接触 后，立即被粘住而不能重新返回到气流中。长期以来烟草科技工作者一直致力于 卷烟滤棒的研究，尤其在增强滤棒的过滤、吸附功能方面。
中国专利(公开号CN01122241.7)公开了将硅藻土均匀掺入到滤嘴芯棒中 制成卷烟降低烟气焦油；专利(公开号CN03119218.1)公开了将吸附有烟用香 料的颗粒状黄土塑性粒子添加滤棒中降低烟气焦油、尼古丁等有害成分。中国专 利(公开号CN1879511)公开了将改性分子筛添加到滤棒中做成复合滤棒，去除 烟气烟草特有亚硝胺。还有目前普遍使用的活性炭复合滤棒，将活性炭添加到卷 烟中制成二元复合滤棒或三元复合滤棒，降低烟气焦油、烟碱及一些挥发性的物 质。这些颗粒吸附材料利用它们的大比表面积、强吸附能力，用于卷烟滤棒中提 高滤嘴的过滤能力，但是这些吸附材料添加于丝束中做成复合滤棒存在许多不 足：由于这些吸附材料是固体颗粒，在滤棒成型后的分切及卷烟卷制分切过程中， 对分切刀片的磨损较大，造成设备费用上升和停机事故增多；在卷烟制造及运输 过程中这些吸附颗粒材料易磨损而产生粉尘，对吸烟者的健康不利且会对烟气抽 吸品质造成负面影响；另外这些吸附材料颗粒易从丝束中脱落，若脱落进入烟丝 段，不仅会对卷烟的燃烧性能和燃烧状态有影响，而且若卷烟生产过程中出现不 合格烟支，在回收过程中极易被上述脱落的吸附材料所污染，因此用这卷烟原料 只能废弃，造成原料的损耗。
发明内容
针对现有技术中降焦减害功能滤嘴存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一 种在丝束中定位添加功能材料可有效降低主流烟气中有害物质，且不影响卷烟吸 食品质的卷烟滤嘴。
针对现有技术中具有降焦减害功能滤棒的制备方法存在的缺陷，本发明的另 一个目的是在于提供一种基于改进的滤棒成型装置实现在丝束中在线定位添加 功能材料，一次成型制备具有降焦减害功能的卷烟滤嘴的方法，该方法对滤棒成 型装置进行简单改进即实现功能材料在丝束中的在线定位添加，功能卷烟滤嘴一 次成型，成品率高，设备损耗小，大大降低了功能卷烟滤嘴生产成本，满足工业 生产的要求。
本发明的第三个目的是提供一种所述制备方法制得的卷烟滤嘴的应用，该功 能型卷烟滤嘴能高效降低卷烟主流烟气中有害成分的释放量，并且不影响卷烟内 在吸食品质。
本发明提供了一种丝束中定位添加降焦减害功能材料的卷烟滤嘴，该卷烟滤 嘴近烟丝端区域的丝束中定位添加有没食子酸丙酯、三聚甘油单硬脂酸甘油酯、 双乙酰酒石酸单双甘油酯、丙二醇脂肪酸酯、聚乙酸乙烯酯中的至少一种降焦减 害功能材料，卷烟滤嘴近口腔端区域的丝束中没有添加降焦减害功能材料。
优选的卷烟滤嘴中添加了降焦减害功能材料的丝束区域与没有添加降焦减 害功能材料的丝束区域的长度比为15:10～20:5。
优选的卷烟滤嘴中降焦减害功能材料在丝束中的添加量为2～5mg/支卷烟滤 嘴。
本发明的卷烟滤嘴与烟丝通过水松纸卷接成卷烟后，滤嘴的近口腔端丝束区 域为功能材料的非添加区域，避免了功能材料与嘴唇接触。
本发明还提供了制备所述卷烟滤嘴的方法，该方法通过改进的滤棒成型机实 现滤棒成型过程中在丝束中在线定位添加降焦减害功能材料；所述的改进的滤棒 成型机在成型烟枪的舌头内尾部设置液体喷嘴，同时在液体喷嘴的喷嘴口周围设 有气体喷嘴；将丝束开松、施加增塑剂后，匀速传送至滤棒成型机的舌头内，此 时，含有降焦减害功能材料的溶液从液体喷嘴中按设定的频率间歇式喷出，同时 压缩空气从气体喷嘴以恒定压力喷出将液体喷嘴中喷出的溶液雾化，雾化后的溶 液喷涂在丝束上，丝束通过成型纸卷接成型，再经过切割刀头周期式切割，得到 卷烟滤棒，卷烟滤棒根据不同品种卷烟的需要的长度进一步切割，得到卷烟滤嘴。
本发明在丝束中在线定位添加降焦减害功能材料制备卷烟滤嘴的方法还包 括以下优选方案：
优选的方案中通过旋转编码器取切割刀头的周期运动信号，以切割刀头的切 割周期为单位，进行液体喷头频率的调控，保证切割刀头对滤棒的切割处为丝束 的非喷涂区域的中间位置。
优选的方案中液体喷嘴垂直于舌头内丝束的传送方向设置。
优选的方案中气体喷嘴沿舌头内丝束的传送方向小于90°夹角设置。
优选的方案中液体喷嘴连接有输液系统，输液系统通过电脑程序控制向液体 喷嘴按设定频率进行间歇式输送溶液。
优选的方案中气体喷嘴连接有空气压缩机，空气压缩机向气体喷嘴输送恒定 压力的压缩空气。
优选的方案中液体喷嘴中溶液以线状或滴状喷出。所述的喷嘴可以选择为可 以喷出线状液体和滴状液体的两种喷嘴型号。
优选的方案中含有降焦减害功能材料的溶液为降焦减害功能材料按质量比 20～70:80～30溶于溶剂得到的混合溶液。
进一步优选的方案中降焦减害功能材料为没食子酸丙酯、三聚甘油单硬脂酸 甘油酯、双乙酰酒石酸单双甘油酯、丙二醇脂肪酸酯、聚乙酸乙烯酯中的至少一 种。
进一步优选的方案中溶剂根据降焦减害功能材料的溶解性能相应选择乙醇、 水、丙二醇中的至少一种。溶剂最优选为乙醇。所述溶剂在滤棒成型过程中通过 挥发/烘干，或在滤棒成型后再处理挥发/烘干。
本发明还提供了卷烟滤嘴的应用，该应用是将所述卷烟滤嘴应用于降低卷烟 主流烟气中的焦油和其它有害成分。
优选的应用方法中其它有害成分包括巴豆醛、NH3、苯酚和HCN中的至少 一种在内。
本发明的有益效果：本发明通过选择几种合适的可以通过溶液形式添加且具 有降焦减害功能的材料，结合对滤棒成型机的改进，实现了在滤嘴成型过程中在 丝束中进行降焦减害功能材料的在线定位添加，使卷烟功能丝束滤嘴一次成型。 本发明的技术方案相对现有技术的优势：1、制备的滤嘴具有优异的降焦减害功 能，且不影响卷烟吸食品质；基于均匀分散在丝束中的降焦减害功能材料的特性， 滤嘴能有效截留烟气中的有害成分，与普通醋酸纤维滤嘴对照样比，烟气中焦油 降低0.85～1.65mg/支，巴豆醛显著降低20％～37％，NH3显著降低21％～39％，苯 酚显著降低16％～45％，HCN降低45％～64％，且对烟气的吸食品质没有明显的 负面影响。2、功能材料定位添加在滤嘴靠近烟丝端区域的丝束上，可以避免功 能材料与吸食者嘴部接触，具有多元复合滤嘴的优势，从滤嘴外观上来看与普通 滤棒没有任何区别，继而放宽了对功能材料的选择范围，有些功能试剂添加在丝 束后可能会造成丝束颜色的变化。3、对滤棒成型机的改进，使功能材料实现在 线添加，并且在丝束中添加均匀，功能滤嘴一次成型，工艺流程简单化。
本发明的滤嘴及制备方法克服了传统的降焦减害功能滤嘴制备方法中的一 些缺陷：1、传统的降焦减害功能滤嘴主要在丝束中添加固体吸附颗粒材料，固 体颗粒容易从丝束上脱落，需要特殊的复合机将其添加在丝束中，因而制备工艺 复杂，流程长；2、成型后的滤棒在切割过程中，会出现切刀容易磨损，且滤嘴 成品合格率低，设备损耗大等问题；3、制备的滤嘴中功能材料不能实现功能材 料定位添加，功能滤棒只能与普通醋酸纤维滤棒制成多元滤嘴复合使用，并且制 成的滤嘴中存在固体粉尘，影响吸食品位。
附图说明
【图1】为本发明的改进的滤棒成型机简图；
【图2】为本发明的改进的滤棒成型机的舌头简图；
【图3】为本发明制备的滤棒示意图；
【图4】为本发明制备的降焦减害功能滤嘴示意图；
其中，1为成型烟枪，2为舌头；3为成型纸，4为增塑剂施加装置，5为开松 装置，6为丝束，7为液体喷嘴，8为空气喷嘴，9为输液系统，10为空气压缩 机，11为添加了功能材料的丝束区域，12为没有添加功能材料的丝束区域，13 为切割刀头切割位置，a为水松纸，b为成型纸，c为成型滤嘴中添加了降焦减 害功能材料的丝束，d为成型滤嘴中没有添加降焦减害功能材料的丝束。
具体实施方式
以下实施例是对本发明内容的进一步说明，而不是对本发明保护范围的限 制。
本发明改进的滤棒成型机如图1和图2所示，滤棒成型机包括成型烟枪、增 塑剂施加装置和开松装置，主要的改进是对成型烟枪的舌头进行改进；在舌头尾 部设置液体喷嘴，同时在液体喷嘴的喷嘴口周围设置气体喷嘴，液体喷嘴垂直于 舌头内丝束的传送方向设置，而气体喷嘴沿舌头内丝束运动方向小于90°夹角设 置；液体喷嘴与外部设置的输液系统相连，输液系统通过电脑程序控制向液体喷 嘴按一定频率间歇式输送溶液，气体喷嘴与外部的空气压缩机相连，空气压缩机 向气体喷嘴输送恒定压力的压缩空气。进行生产时，先将配置好的含有降焦减害 工功能材料的溶液装入外部的输液系统中，开启传送装置，丝束依次通过开松装 置开松后，进入增塑剂施加装置进行增塑剂的添加，再匀速进入成型烟枪的舌头 内部，此时，含有降焦减害功能材料的溶液通过液体喷嘴按设定的频率进行间歇 式喷出，同时压缩空气从外部压缩机输入，从气体喷嘴以恒定压力喷出将液体喷 嘴中喷出的溶液雾化，雾化后的溶液喷涂在丝束上，丝束经传送通过舌头，并被 传送进入成型烟枪的成型纸卷接成型，成型后的滤棒经过沿轴运动的切割刀头切 割，依据切割刀头的切割周期调节液体喷头的频率，使滤棒的切割处为丝束非喷 涂区域的中间位置，得到降焦减害功能卷烟滤棒(如图3所示)，所得滤棒按不 同品种卷烟的需要进行切割，最终得到适当长度的卷烟滤嘴(如图4所示)。
实施例1
将没食子酸丙酯按质量比50:50溶于水制备成水溶液，没食子酸丙酯水溶液 与丙二醇按质量比50:50混合制备成混合溶液。
将混合溶液添加到输液系统中，通过电脑程序控制混合液体向液体喷嘴的输 送频率，使液体喷嘴进行间歇式喷涂，同时开启空气压缩机，使压缩空气以恒定 压力从空气喷嘴喷出，功能溶液以线状形式从液体喷嘴喷出后与从空气喷嘴喷出 的压缩空气相遇被雾化；而丝束以110m/min的速率进入舌头，被雾化的功能溶 液均匀分散在进入舌头的丝束中，根据液体喷嘴的喷液频率，在丝束上形成喷涂 区和非喷涂区交替排列，丝束经传送通过舌头，并被传送进入成型烟枪的成型纸 卷接成型，成型后的滤棒经过沿轴运动的切割刀头切割，切割刀头的切割周期与 调节液体喷头的频率相匹配，使成型滤棒的切割处为丝束非喷涂区域的中间位 置；得到长度为100mm的卷烟滤棒，与烟丝卷接成卷烟时再一切为4，滤嘴的 丝束喷涂区与非喷涂区比例为20:5。滤嘴中功能材料的添加量为5mg/支。
所得滤嘴进一步与烟丝通过水松纸卷接成型得到香烟，卷制的香烟进行烟气 分析和有害成分分析，与普通丝束卷烟滤棒对照样相比，烟气焦油释放量降低 1.25mg/支，烟气有害成分巴豆醛显著降低25.6％，降低烟气有害成分NH325.7％， 烟气有害成分苯酚显著降低20.3％，且对卷烟烟气评析没有明显的负面影响。
实施例2
具体制备过程如实施例1。
混合溶液为：聚乙酸乙烯酯、丙二醇脂肪酸酯与乙醇按质量比20:20:60配成 混合溶液。
丝束传送速度为：110m/min。
得到长度为100mm的卷烟滤棒，与烟丝卷接成卷烟时再一切为5，制得的 滤嘴的长度为20mm。滤嘴的丝束喷涂区与非喷涂区长度比例为15:5。滤嘴中功 能材料的添加量为3mg/支。
所得滤嘴进一步与烟丝通过水松纸卷接成型得到香烟。卷制的香烟进行烟气 分析和有害成分分析，与普通丝束卷烟滤棒对照样相比，烟气焦油释放量增加 0.96mg/支，烟气有害成分巴豆醛显著降低35.1％，降低烟气有害成分HCN48.2％， 且对卷烟烟气评析没有明显的负面影响。
实施例3
具体制备过程如实施例1。
混合溶液为：脂酸甘油酯与乙醇按质量比50:50配成混合溶液。
丝束传送速度为：110m/min。
得到长度为100mm的卷烟滤棒，与烟丝卷接成卷烟时再一切为4，制得的 滤嘴的长度为25mm。滤嘴的丝束喷涂区与非喷涂区长度比例为15:10。滤嘴中 功能材料的添加量为5mg/支。
所得滤嘴进一步与烟丝通过水松纸卷接成型得到香烟。卷制的香烟进行烟气 分析和有害成分分析，与普通丝束卷烟滤棒对照样相比，烟气焦油释放量降低 0.86mg/支，烟气有害成分巴豆醛显著降低35.2％，降低烟气有害成分NH321.4％， 烟气有害成分苯酚显著降低26.5％，烟气有害成分HCN降低54％，且对卷烟烟 气评析没有明显的负面影响。
实施例4
具体制备过程如实施例1。
混合溶液为：三聚甘油单硬脂酸甘油酯、双乙酰酒石酸单双甘油酯与乙醇按 质量比40:30:30配成混合溶液。
丝束传送速度为：110m/min。
得到长度为100mm的卷烟滤棒，与烟丝卷接成卷烟时再一切为4，制得的 滤嘴的长度为25mm。滤嘴的丝束喷涂区与非喷涂区长度比例为20:5。滤嘴中功 能材料的添加量为4mg/支。
所得滤嘴进一步与烟丝通过水松纸卷接成型得到香烟。卷制的香烟进行烟气 分析和有害成分分析，与普通丝束卷烟滤棒对照样相比，烟气焦油释放量降低 1.65mg/支，烟气有害成分HCN降低48.5％，烟气有害成分苯酚显著降低33.8％， 且对卷烟烟气评析没有明显的负面影响。
表1 实施例1～4中功能沟槽滤嘴样与对照样感官质量评价