摘要:加热不燃烧卷烟(加热烟草制品)以其抽吸质量与抽吸习惯与传统卷烟类似、释放有害成分少、无阴燃等特点而受到市场青睐。针对其入口烟气温度过高这一技术难题,本文汇总与分析了近年来的加热不燃烧卷烟烟气降温技术相关专利,总结了降温材料和降温结构的应用问题,展望了加热不燃烧卷烟降温技术的发展方向。

关键词:加热不燃烧卷烟;烟气降温;降温材料;降温结构;

方法:对近五年加热不燃烧卷烟气溶胶冷却元件的相关专利进行汇总与分析。

结论:要实现加热不燃烧卷烟烟气的有效降温,一方面要选用具有吸热、储热、导热等功能的材料作为降温元件的主体,另一方面要设计使烟气与降温元件接触面积尽量大的降温结构。二者结合往往能取得更佳的降温效果。

DOI:10.16472/j.chinatobacco.2019.206

专辑:农业科技; 工程科技Ⅰ辑

专题:轻工业手工业

分类号:TS452

作者:郭新月、杨占平、宋晓梅、徐阳

引用文献:加热不燃烧卷烟烟气降温技术研究进展[J]. 中国烟草学报,2020,26(3).

传统卷烟点燃后最高温度近千摄氏度,烟草高温燃烧裂解可释放出大量化学物质,其中部分有害成分在人体内累积到一定程度会对人体健康造成损害。

因此,其各类替代物,如口含烟、嚼烟、电子雾化烟、加热不燃烧卷烟(heat-not-burn cigarette,HNB)等新型烟草制品广泛出现在市场上。在各类新型烟草制品中,HNB卷烟在抽吸质量与抽吸习惯上均接近传统卷烟。

由于以密闭加热代替燃烧使烟草成分蒸馏和裂解释放烟气,且加热温度在200℃~400℃,HNB卷烟产生的有害成分减少,无阴燃,有害成分释放量相对较低,但与此同时其释放烟气量与烟气浓度较低。

为满足吸烟者要求,此类卷烟一般长度较短、烟气吸阻较低,以改善入口烟气口感。

传统卷烟烟气在被吸入消费者口腔之前经烟条与滤棒过滤后,温度会有所下降,但到达口腔的主流烟气温度仍能够达到35℃~90℃,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70℃~80℃,在深度抽吸模式下,滤嘴端的烟气温度最高温度可达100℃左右,无滤棒卷烟烟气主流温度还要提高28%左右,消费者之所以未感觉灼热是因为烟气相对干燥。

而HNB卷烟产生的气溶胶虽然本身温度较低,但由于加热温度低,烟气含水量高,且烟气通路缩短,到达口腔的主流烟气感官温度还要高于传统卷烟。

调查显示,与饮用常温茶(低于60℃)的人群相比,经常饮用热茶(60℃~64℃)及烫茶(高于65℃)的人群患食道癌的风险分别增加2.07倍及8.16倍;每饮用1 mL 65℃的咖啡,食道内平均温度可上升0.381℃。

一般情况下,同一参比状态下,同一物质固、液、气态热焓量依次增加,即其热能含量依次增加,也即摄取同样温度的固、液、气体时,人体的感官温度依次增加。

因此消费者吸食HNB卷烟时会有一定的灼热感,且对消费者口腔黏度、气管粘膜等造成一定损伤,卷烟抽吸后段由于烟气热交换时间的进一步缩短导致灼热感更甚,影响卷烟抽吸品质。

目前国内外在此方面进行了大量研究,研究成果主要以专利的形式呈现,其降温措施主要集中在添加降温材料和设计降温结构两方面。

1.添加降温材料

要实现HNB卷烟的烟气降温,最简单可行的方案是通过在卷烟过滤段添加降温材料,如吸热材料、储热材料、导热材料等,实现烟气热量的转移。

1.1相变降温材料(聚乳酸类相变降温材料、聚乙二醇类相变降温材料、水合盐类相变降温材料、其他类型相变降温材料。)

1.2水性降温材料

2.降温结构设计

除通过在HNB卷烟中添加可以吸热、储热、导热的添加物以达到降低烟气温度的目的外,还可结合卷烟结构的调整加强烟气降温效果,如利用空腔缓冲储热、加长烟气通道、加强烟气与外界环境的热交换等。

2.1空腔降温结构

2.2加长烟气通道

2.3文丘里管降温结构

3.多种降温方式复合

添加降温材料和降温结构设计作为降低HNB卷烟烟气入口温度的两大技术突破点常常复合使用,且卷烟中也可含多种降温材料或降温结构。

目前的降温措施主要集中在添加吸热降温材料和设计降温结构两方面,基本能满足降温需求,但仍有一定的提升空间,未来可以从几个方面进行深入研究,进一步提高降温幅度及效率。
目前使用较为成熟的降温材料主要为聚乳酸,且主要利用其玻璃化转变过程吸热降温,一方面成本较高,另一方面对其相变潜热造成一定的浪费,未来可加大对低成本、高吸热效率、安全环保无污染降温材料的开发。

此外,应注意降温材料与消费者的接触安全性问题,对其进行安全有效的封线。
文中提及的降温结构大多是较为复杂的复核机构,可对其进一步简化达到所需的降温效果,同时为实现理论技术的实际转化,还需进一步考虑降温结构的可实现性和可操作性。
来源:加热不燃烧资讯分享与产业观察
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