[0001] 本发明涉及一种降温滤棒及加热卷烟，具体涉及一种聚乙二醇‑二醋酸纤维素降温滤棒及具有该降温滤棒的加热卷烟，属于烟草滤棒生产技术领域。

[0002] 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120℃以上，从滤嘴流出到达口腔时温度也有70℃，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：

[0003] 1.加热卷烟的降温段只有露出加热器具的一小段，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。

[0004] 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，大幅提高了烟气中携带的热量。

[0005] 目前主流烟气降温方法主要有材料降温、结构降温、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。

[0006] 申请号为2020100472402的中国专利，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。包裹层包括包覆在沟槽的开口部且用于降低气雾基质温度的降温层和包覆在降温层的外表面且用于降低气雾基质温度的第一成型纸。降温层采用相变材料和/或金属材料制成。相变材料包括聚乳酸、聚乙二醇和/或淀粉类聚合物。该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。

[0024] 下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

[0025] 实施例一：

[0026] 如图1所示，为本实施例提供的降温滤棒的结构示意图，包括靠近烟丝端的中空纸管1、位于中间的聚乙二醇‑二醋酸纤维素降温滤棒2和靠近滤嘴端的醋纤棒3。其中，中空纸管1长度为17‑42mm，聚乙二醇‑二醋酸纤维素降温滤棒2由聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜折叠卷曲而成，长度为7‑20mm，醋纤棒3长度不超过7mm。

[0027] 聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜采用铺膜法制备，选用PEG2000为相变吸热材料，二醋酸纤维素为支撑材料，丙酮为溶剂，制备聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜，具体步骤如下：

[0028] 将二醋酸纤维素、聚乙二醇和丙酮混合，在30‑70℃温度下冷凝回流3‑5h得到铸膜液；使用铸膜液铺膜，干燥制得的聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜；所得聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜折叠卷曲后制得聚乙二醇‑二醋酸纤维素降温滤棒。

[0029] 二醋酸纤维素和聚乙二醇的质量比为(1‑3)：(1‑3)；优选的质量比为1：0.7‑1.6。

[0030] 上述铸膜液的固含量为：10.0‑50.0wt％，聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜的厚度为20‑100μm。聚乙二醇‑二醋酸纤维素降温滤棒的长度为7‑20mm，纵向孔隙率为60‑90％，每2
毫米长度总表面积140‑290mm/mm。

[0031] 聚乙二醇的分子式是H(OCH2‑CH2‑O)nOH，其重复单元为氧乙烯(–O–CH2‑CH2‑)n，是一种两端都具有羟基的长链高分子相变材料，其平均分子量在200～20000之间，因其分子量不同其相变温度范围为28～62℃，有着190J/g的高相变潜热。PEG具有相变潜热高、热稳定性好、化学性质稳定、能够生物降解、蒸气压低、无毒、无害、无腐蚀性等优点，并且其相变过程中有着一定的温度范围，整个熔融的过程平稳可控，不会出现过冷和相分离的现象。聚乙二醇为食品级聚乙二醇(GB1886.302‑2021)，是常用的食品添加剂，在本发明中优选食品级聚乙二醇的分子量为1500～4000，分子量为1500～4000的聚乙二醇为固体且相变温度较低为46～55℃，发生相变后更容易将主流烟气温度控制在55℃以下。

[0032] 二醋酸纤维素是一种取代度为2.28～2.49的醋酸纤维素，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。

[0033] 称取CDA2.0g，PEG20003.0g，丙酮11.0g，在60℃水浴中冷凝回流4h制得聚乙二醇‑二醋酸纤维素铸膜液，在洁净的玻璃板上铺一定厚度的液膜，常温干燥后制得聚乙二醇‑二2
醋酸纤维素复合膜(60g/m)，通过控制聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜的长度、厚度、宽度和折叠方式来调节聚乙二醇‑二醋酸纤维素降温滤棒2的降温效果，具体如下：

[0034] 每毫米长度总表面积为聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜的总表面积与其纵向宽度之间的比值，满足式(1‑1)所示关系：

[0035]

[0036] 式(1‑1)中S表示每毫米长度总表面积，单位为mm2/mm；l表示聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜的长度，单位为mm；d为聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜的厚度，单位为mm；w表示聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜的宽度，单位为mm。

[0037] 烟支的降温段的纵向孔隙率的计算方式如式(1‑2)、式(1‑3)、式(1‑4)、式(1‑5)所示：

[0038]

[0039] (1‑2)、式(1‑3)、式(1‑4)、式(1‑5)中的P表示纵向孔隙率，S1表示聚乙二醇‑二醋2
酸纤维素复合膜的横截面面积，单位为mm；S2表示烟支的横截面积，d表示聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜的厚度，单位为mm；l表示聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜的长度，单位为mm；r表示烟支的内径，单位为mm。

[0040] 本实施例中使用的样品烟支是细支烟，内径r＝2.6mm，将其代入上式中简化后可以得出式(1‑5)。

[0041]

[0042] 在本实施例中将聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜裁切成长度为a(70mm，100mm，140mm)，宽度为b(7mm，10mm，13mm，16mm，20mm)的长条折叠制成圆柱状降温元件，制成烟支，烟支命名为b‑a，即下表1中样品名称前一个数值为宽度b，后一个数值为长度a，a表示长度设置有70mm，100mm，140mm，b表示宽度设置有7mm，10mm，13mm，16mm，20mm；0‑0为对比例，表示与上述样品结构相同但是不添加降温滤棒的烟支。靠近烟丝端的中空纸管长度为(35‑b)mm，靠近滤嘴端的醋纤棒长度为7mm。

[0043] 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。

[0044] 表1：烟气温度测试

[0045]

[0046] 从表1可以看出，随着聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜的长度与宽度的增加，降温元件中的相变材料增加，且与烟气的热交换面积增加，所以主流烟气温度也随之降低。而20‑140样品组的主流烟气温度为33.9℃，相比16‑140样品组与20‑100样品组都有较为明显的下降，且20‑140样品组的吸阻是其他样品组的近两倍，所以该组的较低温度是由于20mm*
140mm的复合膜制成的降温元件造成了气路的堵塞，使得进入烟嘴的烟气量减少，从而使烟气温度降低到了33.9℃。

[0047] 当聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜的宽度为13mm、16mm及20mm时水松纸的平均温度都为40℃左右，而其他宽度的水松纸的平均温度较高，是因为水松纸的测温点在离烟嘴18mm处，这三组此处都是降温元件，测温点处的烟气已经经过了降温元件的降温，温度较低。

[0048] 烟支的吸阻随着聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜的长度增加有明显的增加，而复合膜宽度的增加对吸阻的影响不大。而20‑140样品组的平均吸阻为1455Pa，约为其他烟支吸阻的两倍，本组烟支的气路有明显的堵塞，故降温元件的膜材料不应该超过20mm*140mm。

[0049] 实施例二：

[0050] 本实施例以PEG1500、PEG2000、PEG4000、PEG6000、PEG10000为相变吸热材料，二醋酸纤维素为支撑材料，丙酮为溶剂制备聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜，具体步骤如下：

[0051] 称取二醋片0.5g，不同分子量的聚乙二醇各0.5g，丙酮7.0g，在30℃水浴中冷凝回流5h制得聚乙二醇‑二醋酸纤维素铸膜液，然后在洁净的玻璃板上铺一定厚度的液膜，常温干燥，制备了聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜降温材料。其中PEG6000和PEG10000制备的聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜轫性较差，无法制成降温滤棒。

[0052] 将制备好的复合膜降温材料通过折叠的方式制成降温滤嘴，可以折叠形成如图1所示的多通道，增加烟气在流通过程中与降温材料的接触面积，组合方式如图1所示，靠近烟丝端为25mm的中空纸管1，中间是长度为10mm的聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜材料折叠而成的降温滤棒2，为降温段，靠近滤嘴端为7mm的醋纤棒3。空白样品是采用10mm的常规醋纤棒代替10mm的降温段。

[0053] 图2为由PEG2000与CDA制得的聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜材料电镜图，从图2可以看出，制得的复合膜中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的空间内，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。

[0054] 采用单孔道吸烟机进行主流烟气和水松纸温度检测，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，每个样品烟抽吸3口。记录前三口中烟气最高温度，平行实验为三次，取平均值。结果如表2所示：

[0055] 表2：不同分子量的PEG对烟气温度的影响

[0056] 样品 主流烟气温度(℃) 水松纸温度(℃)空白 70 69
PEG1500 51 62
PEG2000 45 57
PEG4000 54 49

[0057] 从表2可以看出，采用本发明聚乙二醇‑二醋酸纤维素降温滤棒与常规醋纤棒相比，可以将主流烟气温度降低至50℃左右，达到口腔的体感温度，而常规醋纤棒的降温效果远不如本发明。

[0058] 实施例三：

[0059] 称取CDA2.0g，PEG20003.0g，丙酮9.0g，在70℃水浴中冷凝回流3h制得聚乙二醇‑二醋酸纤维素铸膜液，然后在洁净的玻璃板上铺一定厚度的液膜，常温干燥后得到不同厚度的聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜。采用实施例1相同的检测方法，对不同厚度的聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜制成的降温滤棒进行性能检测，结果如表3所示：

[0060] 表3：不同厚度的聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜对烟气温度的影响

[0061]

[0062] 从表3可以看出，随着聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜的厚度增大，主流烟气温度先降低再增加，样品H3当厚度为54μm时主流烟气温度最低；当厚度较小时随着厚度的增加烟支的吸阻基本相同，如样品H1、H2和H3，当达到一定厚度之后随着厚度的增加吸阻也随之增加，如样品H4和H5。

[0063] 当厚度较小时随着厚度的增加，聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜中含有的相变材料PEG增加，聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜能够吸收更多的热量，所以样品H1、H2、H3的主流烟气温度依次降低；当达到一定厚度之后，受材料导热性能的影响，在短暂的抽吸时间内热量不足以到达聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜的中心，这时即使复合膜的厚度增加，其吸收的热量也不会有太大的增加，反而会因为厚度增加使膜片之间的间隙减小直至贴合，使换热面积减小，以至于聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜能够吸收的热量减小，所以样品H3、H4、H5的主流烟气温度依次增加。

[0064] 实施例四：

[0065] 将实施例一制得的聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜裁切成长度为100mm，宽度为10mm的长条制成圆柱状降温滤棒，将醋纤无孔烟支的醋纤棒拔出，从近滤嘴端到近烟端分别塞入7mm长的醋纤棒，10mm长的降温滤棒，25mm长的空纸管，中空纸管的水平截面上设置有若干排孔，设置同一水平截面上均匀打孔1‑2排，每排孔的数量5‑25个，各孔距离烟嘴20‑
30mm，孔径为0.2‑0.5mm，醋酸纤维滤棒所用醋酸纤维单旦为6‑20。

[0066] 在离烟嘴20mm、22mm、24mm、26mm、28mm处打7个直径0.4mm的孔，制成如图3所示烟支。采用与实施例一相同测试方法，测试各产品的降温效果，结果如表4所示。

[0067] 表4：烟气温度测试

[0068] 气孔位置 主流烟气温度(℃) 水松纸温度(℃) 吸阻(Pa)20mm 52.0 50.8 822 
22mm 51.6 51.8 818 
24mm 51.0 52.5 827 
26mm 52.7 43.7 833 
28mm 49.8 43.9 827

[0069] 从上表4可以看出，孔的位置对主流烟气温度以及烟支的吸阻基本没有影响。当孔位置在20mm、22mm、24mm时，水松纸温度都超过50℃，而孔位置为26mm、28mm时水松纸温度都在44℃，可能是因为孔距测温点(18mm)较近时，烟气与空气混合不均匀，当较热的烟气流过测温点时则测到的温度会较高。所以当复合膜的宽度为10mm时，气孔位置不应该在水松纸温度的测温点附近，而应该远离测温点使烟气与空气混合均匀。

[0070] 实施例五：

[0071] 将实施例一制得的聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜裁切成长度为100mm，宽度为10mm的长条制成圆柱状降温滤棒，将醋纤无孔烟支的醋纤棒拔出，从近滤嘴端到近烟端分别塞入7mm长的醋纤棒，10mm长的降温滤棒，25mm长的空纸管，在离烟嘴20mm与26mm处分别打5、7、9、11个直径0.4mm的孔，分别命名为20‑5、20‑7、20‑9、20‑11、26‑5、26‑7、26‑9、26‑
11。采用与实施例一相同测试方法，测试各产品的降温效果，结果如表5所示。

[0072] 表5：烟气温度测试

[0073]样品 主流烟气温度(℃) 水松纸温度(℃) 吸阻(Pa)
20‑5 55.0 51.5 895 
20‑7 52.0 50.8 822 
20‑9 49.8 44.6 608 
20‑11 47.8 43.6 563 
26‑5 54.5 46.3 885 
26‑7 52.7 43.7 833 
26‑9 48.0 45.8 666 
26‑11 47.4 39.1 563

[0074] 从上表5可以看出，不论是在何处打孔，随着气孔数量的增加，主流烟气温度，水松纸温度和吸阻都会随之下降，是因为进入烟支气路的空气量随着气孔数量的增加而增加。

[0075] 实施例六：

[0076] 将实施例一制得的聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜裁切成长度为100mm，宽度为10mm的长条，然后进行打孔、折叠卷曲制成圆柱状降温滤棒。在图3的加热卷烟中从近嘴端到近烟端分别塞入7mm长的醋纤棒，10mm长的降温滤棒，25mm长的空纸管。采用与实施例一相同测试方法，测试各产品的降温效果，结果如表6所示。

[0077] 表6：烟气温度测试

[0078] 2打孔数目(孔/cm) 主流烟气温度(℃) 水松纸温度(℃) 吸阻(Pa)
0 47.3 47.5 826 
25 46.8 47.4 823 
64 45.8 47.2 817 
100 44.6 47.0 810

[0079] 从上表6可以看出，随着聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜的打孔数目的增加，主流烟气温度，水松纸温度和吸阻都会随之下降，是因为对聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜进行打孔，有利于增强烟气扰动和延长烟气通路，进一步降低烟气温度。

[0080] 可见，采用本发明特定分子量的PEG与CDA复合，所得聚乙二醇‑二醋酸纤维素复合膜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。

[0081] 本发明还提供一种加热卷烟，含有所述的聚乙二醇‑二醋酸纤维素降温滤棒以及与降温滤棒连接的烟草基质段，聚乙二醇‑二醋酸纤维素降温滤棒与烟草基质段通过水松纸连接。

[0082] 上面结合了实施例和附图对本发明的发明方法进行了详细的说明，但本发明不局限于以上实施例，凡是依据本发明的技术方案做出的任何改变、替代、组合等均为等效的技术方案，均在本发明的保护范围之内。