相变降温助剂母粒制备及其在加热不燃烟降温段的应用制造技术

本发明专利技术涉及加热不燃烟用降温改性材料的设计与制造技术，该技术相关的产品起到帮助加热不燃烧卷烟烟气降温，改善吸食感受的作用。本发明专利技术的技术特征在于，将表面接枝改性处理后的铝粉及无机粉体，加入石蜡、聚硅氧烷及聚丁二烯

【技术实现步骤摘要】
相变降温助剂母粒制备及其在加热不燃烟降温段的应用

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[0001]本申请涉及降温功能复合材料领域，更具体的涉及一种多元复合降温母粒设计及其与特定聚合物基体复合的方法。

技术介绍
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[0002]加热不燃烟是一类全新的烟草制品，国外各大烟草公司均已在市场上推出了该产品，并迅速占领市场，据推算日本及东南亚地区的加热不燃烟产品已经取代了10％以上的传统卷烟产品市场。加热不燃烟的烟支长度显著小于传统卷烟，且不燃烟配合使用的加热源位置更靠近滤嘴端，因此烟气温度相对较高现象在目前的加热不燃烟中普遍存在。从结构上看，加热不燃烟主要可分为烟丝、降温支撑段及滤嘴等三段，其中，降温支撑段处于中间，该段首先起到一定的辅助成型作用，同时，在抽吸中，该段存在于加热器的外端起一定支撑烟支作用，更重要的是，这一段可以起到一定的降低烟雾温度的作用。理论上，通过降温段材料的设计可以有效降低烟雾的温度，改善吸食感受。
[0003]使烟雾降温的本质是尽可能降低烟雾所携带的热能，因此，利用材料将烟雾中热能进行传递和蓄积可以有效实现烟雾降温。基于上述理论，具有较高导热性且具有热能贮存特性的材料是加热不燃烟降温支撑段的理想材料。此外，加热不燃烟的降温支撑段主要以聚合物材料为主体，因此，在降温功能实现方面同样应考虑在聚合物材料为主体的基础上进行设计。
[0004]本专利技术设计将具有较高固
‑
固相变潜热的石蜡、硬脂酸、无机粉体与具有高导热性的铝粉充分结合，再使用具有相对较高相变温度的聚合物负载上述吸热储能组分，最终制备得到相变降温助剂母粒。进一步，将母粒加入到相变温度相对不高、熔点适中的聚合物材料与低熔点、低相变温度聚合物材料混合体系中，通过熔融共混制备得到可用于加热不燃烟降温段材料。

技术实现思路
：
[0005]本专利技术利用无机粉体和部分有机合物的固
‑
固相变储能特性，设计了一种包含有机
‑ꢀ
无机复合结构的相变降温助剂母粒。该母粒与聚己内酯(PCL)和聚乳酸(PLA)熔融共混后，可实现加热不燃烟降温段材料的制备，因材料复合后具有高相变潜热且具有适当的熔点，因此材料可在不熔融的前提下，吸收大量热量，实现对加热不燃烟烟气的降温作用。
[0006]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]1.制备相变降温助剂母粒：
[0008](1)铝粉的预处理：
[0009]取铝粉，将其加入至球磨机中，加入其重量3
‑
6％的油酸(I)或硬脂酸(II)，以 800
‑
1300r/min的研磨速度，研磨3
‑
7小时，得到表面处理后的超细活性铝粉，
[0010]CH3(CH2)7CH＝CH(CH2)7COOH
[0011](I)
[0012]CH3(CH2)
16
COOH
[0013](II)
[0014]使用的油酸或硬脂酸既可以作为助磨剂使用，又能够在铝粉因球磨碰撞，体积减小而不断产生新表面过程中，不断实现对其表面的修饰改性，从而改善铝粉的活性，改性其后续在聚合物中的分散性。更为重要的是，油酸和硬脂酸本身也具有相变储能的能力，而铝粉的导热性又十分理想，两者结合后作为母粒的一部分可实现材料热传导及相变储能能力的平衡，对整体提升材料作为加热不燃烟降温段时所实现的降温效果有重要帮助。
[0015](2)无机粉体的表面改性：
[0016]将包括但不限于高岭土、二氧化硅、蒙脱土、钙钛矿、二氧化钛、硫酸钡在内的无机粉体和水进行混合，配置成无机粉体为3
‑
15wt％的悬浮液，之后将其温度调节至 40
‑
80℃，然后加入粉体质量2
‑
12wt％的十二烷基苯磺酸钠，配合15
‑
40kHz频率的超声处理以及1500
‑
2500rpm速度的搅拌，充分进行改性，改性时间为1
‑
8小时；
[0017]十二烷基苯磺酸钠改性后的无机粉体悬浮液具有良好的稳定性，与聚合物乳液的相容性也得以改善。
[0018](3)石蜡、聚硅氧烷及聚丁二烯
‑
苯乙烯乳液的混合：
[0019]将石蜡乳液、聚硅氧烷乳液及聚丁二烯
‑
苯乙烯乳液，按照固含量之比为(0.5
‑
0.8)∶ (0.3
‑
0.6)∶(0.4
‑
0.7)取出，倒至同一个容器内，整体调节混合乳液的整体固含量至10
‑
20％，30
‑
50℃下，以500
‑
1000rpm的速度搅拌1
‑
2小时，得到混合乳液；
[0020]石蜡具有高潜热和低熔点，这意味着石蜡在温度较低时即发生相变、吸收大量热量，因此，石蜡是十分理想的降温材料之一。但是，石蜡的低熔点也意味着其温度较低时便出现熔化现象，因此石蜡需要与部分粘度较高、熔点适当、且与其相容性良好的聚合物材料复合，以避免最终加热不燃烟降温段材料使用过程中出现严重的熔化、变形现象，聚硅氧烷及聚丁二烯
‑
苯乙烯同样具有乳液状态，且能够负载石蜡，因此，本专利技术中选择这两类材料与石蜡复合。
[0021](4)混合粉体悬浮液的制备：
[0022]将超细活性铝粉与无机粉体按照固含量之比为1∶(0.2
‑
0.4)配置后，加水调节总体固体含量至8
‑
15％，30
‑
50℃下，以1500
‑
2500rpm的速度搅拌3
‑
6小时，得到混合悬浮液；
[0023](5)粉体悬浮液与乳液混合：
[0024]将第(3)步制备得到的乳液与第(4)步制备得到的混合悬浮液按照粉体、石蜡、聚硅氧烷、聚丁二烯
‑
苯乙烯含量的比例为1∶(0.5
‑
0.8)∶(0.3
‑
0.6)∶(0.4
‑
0.7)混合，30
‑
50℃下，以500
‑
2000rpm的速度搅拌4
‑
7小时，即可完成悬浮液与乳液的混合，得到混合浆液。
[0025](6)母粒的喷雾干燥制备：
[0026]将混合浆液利用蠕动泵输送至喷雾干燥设备中，设定其入口温度为160
‑
220℃，同时控制设备出口温度在105
‑
125℃，利用该设备实现混合浆液中水分的脱除，最终制备得到降温助剂母粒。
[0027]2.制备加热不燃烟降温段材料：
[0028]将聚己内酯(PCL)和聚乳酸(PLA)按照1∶(0.8
‑
1.2)称取后，加入物料总体 10
‑
30wt％的降温助剂母粒，充分混合后，将其加入密炼机、螺杆挤出机等可提供剪切的设备中，通过熔融共混后制备得到加热不燃烟降温段本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.相变降温助剂母粒制备及其在加热不燃烟降温段的应用，其特征在于，母粒的组分包括铝粉、无机粉体、石蜡、聚硅氧烷、聚丁二烯
‑
苯乙烯等，其制备步骤如下：1)铝粉及无机粉体的预处理：1.1)铝粉的球磨及表面处理：将铝粉加入球磨机中，加入其重量3
‑
6％的表面修饰助剂，以800
‑
1300r/min的研磨速度，研磨3
‑
7小时，得到表面处理后的超细活性铝粉；1.2)无机粉体的表面改性：将无机粉体和水进行混合，得到悬浮液，其中无机粉体质量占该悬浮液总质量的3％
‑
15％，之后将悬浮液的温度调节至40
‑
80℃，然后加入十二烷基苯磺酸钠，加入量为无机粉体质量的4％
‑
12％，配合15
‑
40kHz频率的超声处理，以及1500
‑
2500rpm速度的搅拌，充分进行改性，改性时间为2
‑
8小时；2)粉体悬浮液与聚合物乳液的混合：2.1)石蜡、聚硅氧烷及聚丁二烯
‑
苯乙烯乳液的混合：将石蜡乳液、聚硅氧烷乳液及聚丁二烯
‑
苯乙烯乳液倒至同一个容器内，调节固含量至10
‑
20％，30
‑
50℃下，以500
‑
1000rpm的速度搅拌1
‑
2小时，得到混合乳液；2.2)混合粉体悬浮液的制备：超细活性铝粉与无机粉体悬浮液混合后，加水调节总体固体含量至8
‑
15％，30
‑
50℃下，以1500
‑
2500rpm的速度搅拌3
‑
6小时，得到混合粉体悬浮液；2.3)粉体悬浮液与乳液混合：将2.1)制备得到的乳液与2.2)制备得到的悬浮液混合，30
‑
50℃下，以500
‑
2000rpm的速度搅拌4
‑
7小时，即可完成粉体悬浮液与乳液的混合，得到混合浆液。3)母粒的制备：利用喷雾干燥设备实现23)制备得到的混合浆液中水分的脱除，制备得到降温助剂母粒。2.如权利要求1所述的相变降温助剂母粒的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑骏驰，孟征，孙兆懿，钱晶，李忠艳，赵亚风，陈婧，舒帮建，姜昊，安峻莹，
申请(专利权)人：北京航天试验技术研究所，
类型：发明
国别省市：