一种用于降低烟卷滤嘴主流烟气温度的碳/相变材料复合膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于降低烟卷滤嘴主流烟气温度的碳/相变材料复合膜及其制备方法，该复合膜是由有机相变材料和碳材料添加剂在溶剂中混合均匀后，再通过静电纺丝获得。本发明专利技术通过使用静电纺丝技术，以有机相变材料为主体溶质、碳材料为添加剂制备了一种能降低烟卷烟嘴主流烟气温度的复合膜，制作工艺简单、成本低廉，适用于产业化生产，碳材料的添加能极大的提高相变材料的导热系数和机械强度。

A carbon / phase change material composite membrane and its preparation method for reducing the mainstream flue gas temperature of cigarette filter

【技术实现步骤摘要】
一种用于降低烟卷滤嘴主流烟气温度的碳/相变材料复合膜及其制备方法
本专利技术涉及一种降低烟卷滤嘴主流烟气温度的复合膜及其制备方法，属于工程材料

技术介绍
传统烟卷在点燃后随着烟草的燃烧产生烟雾、焦油和悬浮粒子，烟卷被抽吸的过程中烟头部位的烟草获得充分燃烧，温度高达800℃～900℃，在卷纸的燃烧边缘温度达200℃～300℃。若是燃烧部位在距离滤嘴较远的烟头部分，此时到达吸食者口腔的烟气温度仍能够达到35℃～70℃。据报道，在抽吸接近结束的前2～3口抽吸时，滤嘴端的烟气温度最高可达到70℃～80℃，在深度抽吸情况下甚至可以达到100℃左右。烟气温度偏高会带来烟气刺激与灼热感，降低卷烟抽吸舒适性。尤其在卷烟抽吸的后段，由于烟支逐渐减短，烟气热交换路径、时间减少，烟气温度会升高，增加卷烟抽吸的不舒适感。所以，控制通过滤嘴主流烟气的温度能极大的提升产品的品质。相变材料(PCM-PhaseChangeMaterial)是指温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热，广泛应用于热量储存和温度控制领域。相变材料按照属性可以分成无机类、有机类以及复合类，其中有机类相变材料固态成型好，相分离与过冷现象一般不会发生，具有较小的腐蚀性，且热稳定性较好、成本偏低，能较好的应用于滤嘴中来降低主流烟气温度。但是其也存在导热系数小、密度较小、有机物熔点较低的缺陷。由传热公式Q＝kAΔt可知，提高相变储能系统传热量、传热速率，可以通过提高相变材料的导热系数、增加相变材料与换热流体的接触面积、使得换热温差均匀化来实现。公开号为CN104449586A的中国专利公开了一种可调控卷烟滤嘴烟气温度的有机/无机复合相变材料，将C19～C21的烷烃负载石墨或多孔硅胶颗粒来改善滤嘴主流烟气温度，但是该方法是通过等体积加热浸渍来实现的，相变材料与石墨无法充分接触，成品大多以颗粒状呈现，具有较小的比表面积，无法使烟嘴在抽吸过程中充分接触到烟气从而最大程度的降低烟气温度。可以有效降低烟卷滤嘴主流烟气温度的相变材料亟待进一步发掘。
技术实现思路
基于上述现有技术所存在的问题，本专利技术提供了一种用于降低烟卷滤嘴主流烟气温度的碳/相变材料复合膜及其制备方法，以期获得适用于烟卷烟嘴的降温添加材料。本专利技术为实现专利技术目的，采用如下技术方案：一种用于降低烟卷滤嘴主流烟气温度的碳/相变材料复合膜，其特点在于：所述复合膜是由有机相变材料和碳材料添加剂在溶剂中混合均匀后，再通过静电纺丝获得。优选的，在所得混合液中，所述有机相变材料的质量百分比为10～15％，所述碳材料添加剂的质量百分比为1～5％。优选的，所述有机相变材料为聚乳酸、聚己内酯、脂肪烃、脂肪酸、脂肪酸酯、石蜡、多元醇类相变材料(如新戊二醇、三羟甲基乙烷、聚乙二醇等)、SiO2-脂肪酸复合系列相变材料、超轻陶砂-脂肪酸复合系列相变材料中的至少一种。优选的，所述碳材料添加剂为石墨烯、多壁碳纳米管、乙炔黑和超导炭黑中的一种。优选的，所述溶剂为二氯甲烷、N-二甲基甲酰胺、冰醋酸和四氢呋喃中的至少一种。本专利技术所述复合膜的制备方法，包括如下步骤：步骤1、将有机相变材料和碳材料添加剂加入到溶剂中，混合均匀，获得混合液；步骤2、将所述混合液通过静电纺丝，形成均匀薄膜；步骤3、将所得薄膜置于60℃烘箱中，烘干溶剂，即获得所述复合膜。优选的，步骤2中，所述的静电纺丝的条件为：电压为10-20kV；注射速度为0.05-0.2mm/min；接收距离为200mm；相对湿度为30-50％；环境温度为25-30℃；针头内径为0.4-0.6mm。本专利技术的有益效果体现在：1、本专利技术通过使用静电纺丝技术，以有机相变材料为主体溶质、碳材料为添加剂制备了一种能降低烟卷烟嘴主流烟气温度的复合膜，制作工艺简单、成本低廉，适用于产业化生产。2、将相变材料与碳材料复合能极大的提高相变材料的导热系数和机械强度，石墨烯、石墨、碳纤维等碳材料有着超出金属导热材料的导热能力，石墨烯导热系数更是高达3000～5300W.m-1.k-1。除此之外，不同于以往的制备方法，利用静电纺丝技术，将碳材料和相变材料制备成纤维直径均匀的薄膜，纺丝内部相变材料与碳材料均匀混合，在相变材料发生相变过程中这些碳材料除了能提高相变材料的导热能力还能起到结构支撑的作用。由静电纺丝技术制备的薄膜具有很高的孔隙率和孔体积，能极大地增大相变材料与滤嘴主流烟气的接触面积，最大程度的改变滤嘴主流烟气的温度。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术做进一步的说明。应理解的是以下实施例意在描述本专利技术而不是限制其范围。实施例1本实施例用于降低烟卷滤嘴主流烟气温度的碳/相变材料复合膜，是由有机相变材料聚己内酯和碳材料添加剂石墨烯在溶剂二氯甲烷中混合均匀后，再通过静电纺丝获得。具体制备步骤如下：1)静电纺丝溶液的制备先将0.3克石墨烯溶于8.5克二氯甲烷中，超声10h，然后将1.2克聚己内酯粉末溶于均匀的石墨烯分散液中，再经磁力搅拌器搅拌溶解，得到质量分数为15％的掺杂石墨烯的聚己内酯纺丝液(石墨烯占3％，聚己内酯占12％)。2)静电纺丝制备复合膜利用静电纺丝装置进行静电纺丝，形成均匀薄膜，静电纺丝的参数为：电压为11kV，纺丝溶液的注射流速为0.1mm/min，纺丝接收距离为200mm，相对湿度为50％，温度为30℃，针头内径0.4mm。3)复合膜的干燥将制备的薄膜60℃烘干24h，即得到所需复合膜。将40mg复合膜样品装入滤嘴(安装在滤嘴中后段，直接将复合膜展开装模)中，在卷烟滤嘴温度分布检测系统上进行抽吸检测，并与不加相变膜材料的滤嘴温度进行对比，结果如表1所示。实施例2本实施例用于降低烟卷滤嘴主流烟气温度的碳/相变材料复合膜，是由有机相变材料聚乳酸和碳材料添加剂多壁碳纳米管在溶剂二氯甲烷和冰醋酸中混合均匀后，再通过静电纺丝获得。具体制备步骤如下：1)静电纺丝溶液的制备先将0.3克多壁碳纳米管溶于8.5克混合溶剂中(6.8克二氯甲烷+1.7克冰醋酸)，超声10h，然后将1.2克聚乳酸粉末溶于均匀的多壁碳纳米管分散液中，再经磁力搅拌器搅拌溶解，得到质量分数为15％的掺杂多壁碳纳米管的聚乳酸纺丝液(多壁碳纳米管占3％，聚乳酸占12％)；2)静电纺丝制备复合膜利用静电纺丝装置进行静电纺丝，形成均匀薄膜，静电纺丝的参数为：电压为11.5kV，纺丝溶液的注射流速为0.1mm/min，纺丝接收距离为200mm，相对湿度为50％，温度为25℃，针头内径0.4mm。3)复合膜的干燥将制备的薄膜60℃烘干24h，即得到所需复合膜。将40mg复合膜样品装入滤嘴(安装在滤嘴中后段，直接将复合膜展开装模)中，在卷烟滤嘴温度分布检测系统上进行抽吸检测，并与不加相变膜材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于降低烟卷滤嘴主流烟气温度的碳/相变材料复合膜，其特征在于：所述复合膜是由有机相变材料和碳材料添加剂在溶剂中混合均匀后，再通过静电纺丝获得。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于降低烟卷滤嘴主流烟气温度的碳/相变材料复合膜，其特征在于：所述复合膜是由有机相变材料和碳材料添加剂在溶剂中混合均匀后，再通过静电纺丝获得。


2.根据权利要求1所述的一种用于降低烟卷滤嘴主流烟气温度的碳/相变材料复合膜，其特征在于：在所得混合液中，所述有机相变材料的质量百分比为10～15％，所述碳材料添加剂的质量百分比为1～5％。


3.根据权利要求1或2所述的一种用于降低烟卷滤嘴主流烟气温度的碳/相变材料复合膜，其特征在于：所述有机相变材料为聚乳酸、聚己内酯、脂肪烃、脂肪酸、脂肪酸酯、石蜡、多元醇类相变材料、SiO2-脂肪酸复合系列相变材料、超轻陶砂-脂肪酸复合系列相变材料中的至少一种。


4.根据权利要求1或2所述的一种用于降低烟卷滤嘴主流烟气温度的碳/相变材料复合膜，其特征在于：所述碳材料添加剂为石墨烯、多壁碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：周顺，王鹏，田忠，王孝峰，张晓宇，管明婧，李延岩，曹芸，金宇，项宏发，孙毅，
申请(专利权)人：安徽中烟工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34