一种复合相变材料及其制备方法和应用
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; |
| 专利有效性 | 公开 | 当前状态 | 公开 |
| 申请号 | CN202510165723.5 | 申请日 | 2025-02-14 |
| 公开(公告)号 | CN120005573A | 公开(公告)日 | 2025-05-16 |
| 申请人 | 内蒙古昆明卷烟有限责任公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 杜赫; 陈晨; 乔月梅; 王歆远; 宁小平; 那宝丹; 王志刚; 李林达; 田野; | 第一发明人 | 杜赫 |
| 权利人 | 内蒙古昆明卷烟有限责任公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 内蒙古昆明卷烟有限责任公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：内蒙古自治区 | 城市 | 当前专利权人所在城市：内蒙古自治区呼和浩特市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：内蒙古自治区呼和浩特市赛罕区达尔登北路19号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：010020 |
| 主IPC国际分类 | C09K5/06 | 所有IPC国际分类 | C09K5/06 ; A24D3/14 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 北京君慧知识产权代理事务所 | 专利代理人 | 梁蒙蒙; |
| 摘要 | 本 发明 属于新型 烟草 技术领域，具体涉及一种复合 相变 材料 及其制备方法和应用，该复合 相变材料 包括相变 纤维 和相变胶囊，相变胶囊和相变纤维的 质量 比为1:50‑1:10，其中，相变胶囊的粒径是100‑500nm，复合相变材料的直径为300nm‑1500nm，该相变材料采用特殊的相变胶囊与相变纤维相结合，制备而成的复合相变材料，制备方法简单，易于操作，该 复合材料 用于加热不燃烧 卷烟 的降温滤棒，有效降低烟气 温度 ，且不塌陷。 | ||
| 权利要求 | 1.一种复合相变材料，其特征在于，该复合相变材料包括相变纤维和相变胶囊，相变胶囊和相变纤维的质量比为1:50‑1:10；其中相变胶囊的粒径是100‑500nm，复合相变材料的直径为300nm‑1500nm。 |
||
| 说明书全文 | 一种复合相变材料及其制备方法和应用技术领域背景技术[0002] 传统卷烟点燃后温度高达600～900℃且难以精确控制，燃烧热裂解释放出的有害物质较多，给吸烟者及其他人的健康带来一定危害。烟草行业坚持“消费者利益至上”的原则，该项目针对性的采取有效的方法，达到既对消费者的健康负责，在减少烟气中的有害成分的同时，又能满足消费者的需求，保持卷烟感官质量和适当的劲头，研究开发出既对人类健康危害降到最低水平而又满足消费者需求的新型卷烟产品，已成为烟草行业的主攻方向。 [0003] 加热卷烟的烟具加热温度一般不超过400℃，同时烟草在加热过程中处于不燃烧状态，使烟气中的有害物质显著降低，成为目前主流的传统卷烟替代品之一，加热卷烟不发生燃烧，有害成分释放量大幅降低，但这种特殊的烟气产生方式令释放的卷烟烟气香气及浓度也偏低，这使得该类卷烟感官质量与传统卷烟有较大的差距。为充分提升烟气入口感官，卷烟长度通常较短且烟气吸阻较低，这使得烟气入口温度较高，影响用户体验。 [0004] 加热卷烟的常用降温方法主要有改变结构、吸水降温及材料降温三种方式。改变结构即改变烟支滤棒的结构，起到增加烟气流通的路径，延长烟气在滤嘴中的流动时间，或完成烟气在滤嘴中的冷凝过程，从而达到降温效果。吸水降温是利用除去烟气中水分达到降温效果。材料降温是通过相变材料或者高分子材料以不同的方式添加到滤嘴中，通过材料特性吸收热量以达到降温效果。 [0005] 现有的降温技术虽然能降低一定得温度，但是总体降温效果不好，且还存在其缺陷，结构降温和吸水降温的降温效果不显著，材料降温会出现塌陷等缺点。因此有效降低主流烟气温度，又能解决塌陷的问题是当前急需解决的问题。 发明内容[0006] 针对目前存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种复合相变材料及其制备方法和应用，该相变材料采用特殊的相变胶囊与相变纤维相结合，制备而成的复合相变材料，制备方法简单，易于操作，该复合材料用于加热不燃烧卷烟的降温滤棒，有效降低烟气温度，稳定性好，不塌陷。 [0007] 本发明首先利用有机相变材料为芯材，复合材料为壁材，制备纳米相变胶囊，将纳米相变胶囊技术应用于复合相变纺丝结构中，结合相变材料受热发生固‑固/固‑液相变的相变焓，可以有效降低高温烟气的瞬时温度，结构上这种包含纳米相变胶囊的相变纤维，具有更高的致密性和耐热性，结合程度也更好，极大地提高了与烟气接触交换表面，从而提升热交换速率，快速降低高温烟气的瞬时温度，使烟气温度保持稳定；相变胶囊采用无机材料和高分子材料复合而成的材料作胶囊的壁材，增加了壁材的稳定性，避免了泄露，又以甲基纤维素钠作为支撑材料，避免了PEG的崩塌。 [0008] 为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案： [0009] 一种复合相变材料，该复合相变材料包括相变纤维和相变胶囊，相变胶囊和相变纤维的质量比为1:50‑1:10；其中相变胶囊的粒径是100‑500nm，复合相变材料的直径为300nm‑1500nm。 [0010] 优选地，相变胶囊是以复合材料为壁材，以有机相变材料为芯材；其中，复合材料是通过高分子材料和无机材料复合而成。。 [0012] 优选地，以聚乙二醇为相变材料，如PEG8000、PEG10000、PEG20000，以羧甲基纤维素钠为支撑材料。 [0013] 一种复合相变材料的制备方法，包括以下步骤： [0014] (1)将有机相变材料、无机硅源、有机硅源、单体和引发剂混合，形成溶液A，然后，依次加入表面活性剂、分散剂、去离子水和无水乙醇，然后在搅拌条件下均质化处理，然后超声处理，形成稳定的微乳液B； [0015] (2)微乳液B在油浴恒温条件下，加入氨水以引发烷氧基硅烷的反应，反应在搅拌条件下进行1‑5小时，然后，在通入氩气10‑60分钟后，将温度升高，并继续进行自由基聚合，然后经冷却、真空过滤、用去离子水洗涤，并冷冻干燥，最后收集得到纳米相变胶囊； [0016] (3)将羧甲基纤维素钠溶于溶剂中，得到均一的液相C，向液相C中加入聚乙二醇，混合得到电纺丝溶液； [0017] (4)将纳米相变胶囊和电纺丝溶液混合，经纺丝、干燥，得到复合相变材料。 [0018] 优选地，步骤(1)、(2)中，无机硅源为四乙氧基原硅酸酯，有机硅源为γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，单体为羟乙基甲基丙烯酸酯；按质量份计，步骤(1)中，按质量份计，有机相变材料5‑20份、无机硅源5‑25份、有机硅源0.5‑10份、单体1‑20份、引发剂0.05‑0.3份、表面活性剂0.5‑5g份、分散剂1‑8份、去离子水50‑200份、无水乙醇15‑120份、氨水 0.005‑0.2份。 [0020] 优选地，步骤(1)中，搅拌速率5000‑15000rpm，均质化5‑30分钟，超声频率为20‑25KHz，超声时间为5‑30分钟；步骤(2)中，油浴温度为30‑50℃，氨水质量浓度为20‑25％，搅拌速率200‑800rpm，温度升高至40‑90℃，自由基聚合的时间为1‑9h。 [0021] 优选地，步骤(3)中，溶剂为去离子水或乙酸溶液0.1M‑0.5M，液相C中，羧甲基纤维素钠的浓度为20‑50％，聚乙二醇：羧甲基纤维素钠质量比为1/5‑1/2，通过优化PEG和CMC‑Na的比例，可以进一步提升材料的综合性能，使其在降温滤棒应用中更具稳定性和可靠性。 [0022] 优选地，步骤(4)中，纳米相变胶囊与电纺丝溶液的质量比为1/80‑1/12，有利于相变胶囊与电纺丝溶液的混合均匀，若胶囊在溶液中分散不均，可能导致纤维中的胶囊分布不均，从而影响最终性能。 [0024] 优选的，将所述的纳米纤维复合材料干燥温度为50～90℃，时间为6～36h。 [0025] 在纺丝过程中，控制纺丝速度、温度和压力等参数对于相变胶囊的稳定性至关重要，不当的加工条件可能会对相变胶囊造成损害或影响其功能，进而会影响材料的性能。 [0026] 本发明上述的复合相变材料或上述制备方法制备而成的复合相变材料作为降温滤棒材料在加热不燃烧卷烟中的应用。 [0027] 优选地，将复合相变材料卷制形成直径为5～9mm，长度为2～3cm。 [0028] 针对目前相变材料制备降温滤棒，在使用过程中，容易出现熔融塌陷的问题，为了解决这一问题，本发明采用相变纤维、相变胶囊复合而成复合相变材料，该材料加热不燃烧的降温滤棒。本发明中，相变胶囊采用无机材料和高分子材料复合而成的材料作胶囊的壁材，可以增加壁材的稳定性，避免了泄露；其中二氧化硅具有高的硬度和强度，能够提升复合壁材的整体机械性能，聚羟乙基甲基丙烯酸甲酯提供韧性，减少了脆性破裂的风险，二氧化硅成分可以耐受高温，防止胶囊在高温环境下变形或失效，而聚羟乙基甲基丙烯酸甲酯成分则可以提高材料的柔韧性，防止在温度变化时产生裂纹；二氧化硅与聚羟乙基甲基丙烯酸甲酯的复合材料作为相变胶囊的壁材，有效避免了高温以及温度变化时，避免塌陷泄露的风险；由于卷烟的应用场景较为复杂，单一的冷却方法很难达到理想的稳定效果，本发明又以甲基纤维素钠作为支撑材料、聚乙二醇(PEG)作为相变材料来降低烟温，制备相变纤维，避免了PEG的崩塌，在抽吸过程中，PEG/CMC纳米纤维可有效降低滤棒口端烟气温度，解决溢流塌陷问题，从而改善了吸力体验。 [0029] 本发明中的纳米相变胶囊具有较高的比表面积，传热效率较高，可以大大缩短传热时间，且将相变胶囊应用于相变纺丝结构中，形成纳米胶囊/纤维的形貌分级结构，可以有效降低高温烟气的瞬时温度，结构上这种包含纳米相变胶囊的纤维，形成了一种宏观有序、微观随机的形态学分级体系，具有更高的致密性和耐热性，结合程度也更好，极大地提高了与烟气接触交换表面，从而提升热交换速率，快速降低高温烟气的瞬时温度。 [0030] 另外，本发明通过控制乳液的组成和工艺参数，获得特定粒径的相变胶囊；该相变胶囊具有高比表面积，这使得热能的储存和释放更为迅速，提升了相变材料的热管理性能；更快的响应速度，能够更快地响应温度变化，有助于在动态温度条件下提供更好的控制。虽然相变胶囊更小的尺寸有许多优点，但尺寸过小会影响胶囊的机械强度和稳定性，限制了复合相变材料的有效载量，本发明设定的特定粒径的相变胶囊，既保证了较高的比表面积和较快的响应速度，又保证了其机械性能和稳定性，同时也保证了相变胶囊在复合相变材料中的有效负载量。 [0031] 本发明中，在降温滤棒得应用中，材料的热稳定性是防止在高温条件下塌陷的关键因素。PEG的相变特性可以影响纤维的形成和稳定性。然而，PEG的热稳定性相对较低，因此在某些应用中，单独使用PEG可能不够理想。CMC‑Na的作用:CMC‑Na的添加可以显著提高材料的热稳定性，CMC‑Na的高热稳定性可以减少材料在高温下的变形和降解，从而增强最终降温滤棒的热稳定性，减少在实际操作中由于高温引起的材料塌陷。 [0032] 本发明在纺丝过程中将纳米相变胶囊与相变纺丝溶液混合，相变胶囊与电纺丝溶液的相容性好，否则可能导致胶囊的破裂、变形或溶解，从而影响纤维质量和性能；相变胶囊在纤维中的均匀分布，这种方法避免了胶囊仅附着在纤维表面，增强了相变胶囊在纤维中的均匀性和稳定性，提高了热储存和释放效率；提高了胶囊的稳定性，电纺丝溶液中的相变胶囊能够在纤维的固化过程中形成稳定的均匀分布，减少了相变胶囊在纤维中可能出现的分层或集中现象，从而提高了相变胶囊的长期稳定性；改善了胶囊的嵌入性，相变胶囊在纺丝过程中先与电纺丝溶液均匀混合，使得相变胶囊能够更好地嵌入到纤维内部，形成一个更为紧密的结构，进一步提升了胶囊的热管理性能；提高了生产效率，将相变胶囊与电纺丝溶液混合后纺丝制备方法，相对于其他工艺与相变胶囊的更为简化，节省了成本，缩短了时间，提高了效率。 [0033] 本发明提供的一种复合相变材料及其制备方法和应用，该复合相变材料有效降低了烟气入口温度，提高了材料的稳定性，避免了塌陷，且制备方法简单、易于操作，节省了成本和时间，提高了效率，本发明取得的成果对降温滤棒的开发也具有指导意义。 具体实施方式[0034] 为了更清楚的阐释本发明的整体构思，下面以示例的方式进行详细说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。 [0035] 本发明提供了一种复合相变材料，该复合相变材料包括相变纤维和相变胶囊，相变胶囊和相变纤维的质量比为1:50‑1:10，具体质量比可选择为1:50、1:40、1:30、1:20、1:10等；其中相变胶囊的粒径是100‑500nm。 [0036] 相变胶囊是以复合材料为壁材，以有机相变材料为芯材；其中，复合材料是通过高分子材料和无机材料复合而成。 [0037] 高分子材料为聚羟乙基甲基丙烯酸甲酯，分子量为50000‑150000，无机材料为二氧化硅；有机相变材料为十八烷、十六烷、棕榈酸、月桂酸、十八烷醇、十二烷醇中的一种。 [0038] 相变纤维以聚乙二醇为相变材料，具体为PEG8000、PEG10000、PEG20000等，以羧甲基纤维素钠为支撑材料。 [0039] 一种复合相变材料的制备方法，包括以下步骤： [0040] (1)将有机相变材料、无机硅源、有机硅源、单体和引发剂混合，形成溶液A，然后，依次加入表面活性剂、分散剂、去离子水和无水乙醇，然后在搅拌条件下均质化处理，然后超声处理，形成稳定的微乳液B； [0041] (2)微乳液B在油浴恒温条件下，加入氨水以引发烷氧基硅烷的反应，反应在搅拌条件下进行1‑5小时，然后，在通入氩气10‑60分钟后，将温度升高，并继续进行自由基聚合，然后经冷却、真空过滤、用去离子水洗涤，并冷冻干燥，最后收集得到纳米相变胶囊； [0042] (3)将羧甲基纤维素钠溶于溶剂中，得到均一的液相C，向液相C中加入聚乙二醇，混合得到电纺丝溶液； [0043] (4)将纳米相变胶囊和电纺丝溶液混合，经纺丝、干燥，得到复合相变材料。 [0044] 步骤(1)、(2)中，无机硅源为四乙氧基原硅酸酯，有机硅源为γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，单体为羟乙基甲基丙烯酸酯；按质量份计，步骤(1)中，按质量份计，有机相变材料5‑20份、无机硅源5‑25份、有机硅源0.5‑10份、单体1‑20份、引发剂0.05‑0.3份、表面活性剂0.5‑5g份、分散剂1‑8份、去离子水50‑200份、无水乙醇15‑120份、氨水0.005‑0.2份。具体为：有机相变材料20份、无机硅源25份、有机硅源10份、单体20份、引发剂0.3份、表面活性剂5g份、分散剂8份、去离子水200份、无水乙醇120份、氨水0.2份；有机相变材料5份、无机硅源5份、有机硅源0.5份、单体1份、引发剂0.05份、表面活性剂0.5g份、分散剂1份、去离子水50份、无水乙醇15份、氨水0.005份；有机相变材料5‑20份、无机硅源5‑25份、有机硅源0.5‑10份、单体1‑20份、引发剂0.05‑0.3份、表面活性剂0.5‑5g份、分散剂1‑8份、去离子水50‑200份、无水乙醇15‑120份、氨水0.005‑0.2份。 [0045] 步骤(1)中，搅拌速率5000‑15000rpm，均质化5‑30分钟，超声频率为20‑25KHz，超声时间为5‑30分钟；步骤(2)中，油浴温度为30‑50℃，具体为30℃、40℃、50℃，氨水质量浓度为20‑25％，具体为20％、22％、23％、25％等，搅拌速率200‑800rpm，温度升高至40‑90℃，具体为40℃、45℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃，自由基聚合的时间为1‑9h。 [0046] 步骤(3)中，液相C中，羧甲基纤维素钠的浓度为20‑50％，具体为20％、25％、30％、40％、45％，聚乙二醇：羧甲基纤维素钠质量比为1/5‑1/2，具体为1/5、1/4、1/3、1/2。 [0047] 步骤(4)中，纳米相变胶囊与电纺丝溶液的质量比为1/80‑1/12，具体为1/80、1/70、1/60、1/50、1/40、1/30、1/20、1/12；纺丝的工艺参数：电纺丝仪器喷射的速度为0.5～ 10mL/h，铝箔纸距离金属针高5～20cm，环境温度25～45℃，具体为25℃、35℃、45℃等，相对湿度为20～60％，具体为20％、30％、40％、50％、60％等，电压为10～30kV，电压为10kV、 20kV、30kV；干燥温度为50～90℃，具体为50℃、60℃、70℃、80℃、90℃，时间为6～36h，具体为6h、10h、15h、25h、36h。 [0048] 上述的复合相变材料或上述制备方法制备而成的复合相变材料作为降温滤棒材料在加热不燃烧卷烟中的应用。 [0049] 具体实施例如下： [0050] 实施例1 [0051] 一种复合相变材料的制备方法： [0052] (1)将正十八烷(10.0g)、四乙氧基原硅酸酯(12mL)、γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(3.0mL)、羟乙基甲基丙烯酸酯(5mL)和AIBN(0.125g)混合(500mL)中，形成清澈的溶液A，然后依次将表面活性剂CTAB(1.64g，20mM)、分散剂PVP(2.135g，1wt％)、去离子水(142.5mL)和无水乙醇(71mL)加入，在13,000rpm的速率下均质化10分钟，然后超声(超声频率为23KHz)处理10分钟，形成稳定的微乳液B； [0053] (2)微乳液B在油浴(35℃)条件下，加入氨水(2.6mL，25％)以引发烷氧基硅烷的反应，反应在温和搅拌(300rpm)下进行2小时，然后，在通入Ar气40分钟后，将温度升高至80℃，并继续进行自由基聚合4小时，将混合物冷却，真空过滤，反复用去离子水洗涤，并冷冻干燥，最后收集得到纳米相变胶囊，粒径为230‑400nm； [0054] (3)将羧甲基纤维素钠溶于去离子水中(质量浓度35％)，得到均一的液相C，向液相C中加入PEG10000，混合得到电纺丝溶液；(聚乙二醇：羧甲基纤维素钠的质量比为1/3)[0055] (4)将相变胶囊和电纺丝溶液混合(相变胶囊与电纺丝溶液质量比为1/47.8)，形成稳定的溶液，经纺丝、干燥，得到复合相变材料； [0056] 将电纺丝溶液装入注射器，并用金属针替换注射针，设置自动注射泵的速度为1mL/h，在距金属针15cm处放置铝箔，用于收集电纺丝纤维，环境温度为27℃，相对湿度为 55％，在18kV电压下将形成的纳米纤维收集在铝箔上，收集所有电纺丝纤维，在60℃真空烘箱中干燥24小时，去除残留的有机溶剂，得到复合相变材料，直径为600‑1200nm。 [0057] 实施例2 [0058] 一种复合相变材料的制备方法： [0059] (1)将十八烷醇(10.0g)、四乙氧基原硅酸酯(12mL)、γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(3.0mL)、羟乙基甲基丙烯酸酯(5mL)和AIBN(0.125g)混合(500mL)中，形成清澈的溶液A，然后依次将表面活性剂CTAB(1.64g，20mM)、分散剂PVP(2.135g，1wt％)、去离子水(142.5mL)和无水乙醇(71mL)加入，在13,000rpm的速率下均质化20分钟，然后超声(超声频率为23KHz)处理10分钟，形成稳定的微乳液B； [0060] (2)微乳液B在油浴(30℃)条件下，加入氨水(2.6mL，25％)以引发烷氧基硅烷的反应，反应在温和搅拌(500rpm)下进行1小时，然后，在通入Ar气40分钟后，将温度升高至70℃，并继续进行自由基聚合5小时，将混合物冷却，真空过滤，反复用去离子水洗涤，并冷冻干燥，最后收集得到纳米相变胶囊； [0061] (3)将羧甲基纤维素钠溶于去离子水中(质量浓度20％)，得到均一的液相C，向液相C中加入PEG10000，混合得到电纺丝溶液；(聚乙二醇：羧甲基纤维素钠的质量比为1/2)[0062] (4)将相变胶囊和电纺丝溶液混合(相变胶囊与电纺丝溶液质量比为1/40)，形成稳定的溶液，经纺丝、干燥，得到复合相变材料； [0063] 将电纺丝溶液装入注射器，并用金属针替换注射针，设置自动注射泵的速度为2mL/h，在距金属针15cm处放置铝箔，用于收集电纺丝纤维，环境温度为35℃，相对湿度为 60％，在18kV电压下将形成的纳米纤维收集在铝箔上，收集所有电纺丝纤维，在60℃真空烘箱中干燥24小时，去除残留的有机溶剂，得到复合相变材料。 [0064] 实施例3 [0065] 一种复合相变材料的制备方法： [0066] (1)将正十六烷(10.0g)、四乙氧基原硅酸酯(12mL)、γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(3.0mL)、羟乙基甲基丙烯酸酯(5mL)和AIBN(0.125g)混合(500mL)中，形成清澈的溶液A，然后依次将表面活性剂CTAB(1.64g，20mM)、分散剂PVP(2.135g，1wt％)、去离子水(142.5mL)和无水乙醇(71mL)加入，在13,000rpm的速率下均质化10分钟，然后超声(超声频率为23KHz)处理10分钟，形成稳定的微乳液B； [0067] (2)微乳液B在油浴(40℃)条件下，加入氨水(2.6mL，25％)以引发烷氧基硅烷的反应，反应在温和搅拌(600rpm)下进行1.5小时，然后，在通入Ar气40分钟后，将温度升高至75℃，并继续进行自由基聚合4.5小时，将混合物冷却，真空过滤，反复用去离子水洗涤，并冷冻干燥，最后收集得到纳米相变胶囊； [0068] (3)将羧甲基纤维素钠溶于去离子水中(质量浓度40％)，得到均一的液相C，向液相C中加入PEG10000，混合得到电纺丝溶液；(聚乙二醇：羧甲基纤维素钠的质量比为1/5)[0069] (4)将相变胶囊和电纺丝溶液混合(相变胶囊与电纺丝溶液质量比为1/60)，形成稳定的溶液，经纺丝、干燥，得到复合相变材料； [0070] 将电纺丝溶液装入注射器，并用金属针替换注射针，设置自动注射泵的速度为1mL/h，在距金属针15cm处放置铝箔，用于收集电纺丝纤维，环境温度为27℃，相对湿度为 55％，在18kV电压下将形成的纳米纤维收集在铝箔上，收集所有电纺丝纤维，在60℃真空烘箱中干燥24小时，去除残留的有机溶剂，得到复合相变材料 [0071] 对比例1 [0072] 一种聚乳酸多孔纳米纤维‑纳米相变胶囊复合材料及其制备方法，具体步骤如下： [0073] (1)将聚乳酸颗粒溶于质量比为10：1的二氯甲烷和N，N二甲基乙酰胺的混合溶剂中，混匀后得到质量分数为9％的纺丝液，备用； [0074] (2)纺丝电压为17.5kV，纺丝液的流量为1.2mL/h，静电纺丝，得到聚乳酸多孔纳米纤维基体，所制得的聚乳酸多孔纳米纤维基体的纤维的平均直径为1.92μm，孔隙覆盖率为25.4％，平均孔径为249.8nm； [0076] (4)将12ml正硅酸四乙酯加入到90ml无水乙醇中，混匀后加入30ml水，并用氨水调节其pH为12，搅拌25min后，即得二氧化硅溶胶； [0077] (5)将步骤(4)所制得的二氧化硅溶胶按照1.2：1的体积滴加到步骤(3)所制得的十六烷酸细乳液中，在70℃条件下，搅拌7.5h后，冷却至常温，得到纳米相变胶囊的乳浊液，所制得的乳浊液中的纳米相变胶囊的平均粒径为96nm，相变潜热为125.8kJ/kg，导热系数为0.31W/m.K； [0078] (6)将步骤(2)所制得的聚乳酸多孔纳米纤维基体置入步骤(5)所制得的纳米相变胶囊的乳浊液中，边缓慢搅拌(40rpm)边浸渍，25min后取出，干燥至恒重，即得聚乳酸多孔纳米纤维‑纳米相变胶囊复合材料。 [0079] 对比例2 [0080] 一种复合相变材料的制备方法： [0081] 相对于实施例1有下述不同，其他均与实施例1相同： [0082] 将上述对比例1制备的纳米相变胶囊的乳浊液，制备得到相变胶囊，用该相变胶囊替换实施例1中的相变胶囊；最终制备得到相变材料，直径600‑1000nm。 [0083] 对比例3 [0084] 一种复合相变材料的制备方法： [0085] 相对于实施例1有下述不同，其他均与实施例1相同： [0086] 溶液准备： [0087] 配料：将正十八烷(10.0g)、四乙氧基原硅酸酯(12mL)、γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(1.0mL)、羟乙基甲基丙烯酸酯(5mL)和引发剂AIBN(0.125g)混合，形成清澈的溶液A； [0088] 微乳液的制备： [0089] 配料：在溶液A加入表面活性剂CTAB(1g，20mM)、分散剂PVP(3.5g，)、去离子水(142.5mL)和无水乙醇(71mL)； [0090] 处理：将混合物在5,000rpm的速率下均质化10分钟，然后超声(超声频率为23KHz)处理10分钟，形成稳定的微乳液B； [0091] 胶囊的形成：将微乳液B在35℃的油浴条件下，加入氨水(2.6mL，25％)以引发烷氧基硅烷的反应，反应在300rpm的温和搅拌下进行2小时；在通入Ar气氛下进行40分钟，然后将温度升高至80℃，并继续自由基聚合6小时；将混合物冷却，真空过滤，反复用去离子水洗涤，并冷冻干燥，最终得到胶囊的粒径800‑1000nm，用该相变胶囊替换实施例1中的相变胶囊； [0092] 最终制备得到的复合相变材料的直径900‑1500nm。 [0093] 对比例4 [0094] 一种复合相变材料的制备方法： [0095] 相对于实施例1有下述不同，其他均与实施例1相同： [0096] 相变胶囊与电纺丝溶液质量比1/10，最终制备得到的复合相变材料的直径800‑1200nm。 [0097] 对比例5 [0098] 一种复合相变材料的制备方法： [0099] 相对于实施例1有下述不同，其他均与实施例1相同： [0100] 相变胶囊与相变电纺丝溶液质量比1/100，最终制备得到的复合相变材料的直径100‑1200nm。 [0101] 对比例6 [0102] 一种复合相变材料的制备方法： [0103] 相对于实施例1有下述不同，其他均与实施例1相同： [0104] 聚乙二醇：羧甲基纤维素钠的质量比为1/6； [0105] 最终制备得到的复合相变材料的直径800‑1200nm。 [0106] 对比例7 [0107] 一种复合相变材料的制备方法： [0108] 相对于实施例1有下述不同，其他均与实施例1相同： [0109] 将PEG10000溶于去离子水中(质量浓度35％)，得到均一的电纺丝溶液，不添加羧甲基纤维素钠； [0110] 最终制备得到的复合相变材料的直径300‑800nm。 [0111] 试验例： [0112] 将上述实施例1和对比例1‑7制备的材料折叠制成滤嘴，参数为：质量0.6365g，半径3.8mm，长度26mm的圆柱形降温过滤段，模拟并测试其作为加热不燃烧降温段的效果，并用商用滤嘴作为对照。 [0113] 烟气温度测试方法：烟气温度测试采用热电偶测温法，按照国家标准YC/T291996规定的卷烟抽吸模型进行模拟吸烟，将热电偶固定于卷烟过滤部出口中心1毫米处，热电偶连接温度数据采集系统，用于测定抽吸时卷烟滤嘴端出口处烟气温度，具体烟气温度如下表1所示。 [0114] 表1 [0115] [0116] 测试方法：参照GB/T 22838.5 2009卷烟和滤棒物理性能的测定第5部分：卷烟吸阻和滤棒压降，测得结果见表2。 [0117] 表2 [0118] [0119] 经过上述的试验，通过表1和表2可以发现，本发明的制备的相变材料作为滤嘴，相对于对比例1‑7的材料作为滤嘴以及商用滤嘴的降温效果有明显的进步。其中，对比例1相对于实施例1，选择不同的相变胶囊和相变纤维等现有技术的工艺制备的材料，其降温效果比较差；对比例2相对于实施例1，选择不同的相变胶囊，其降温效果一般，不如实施例1；对比例3相对于实施例1，选择粒径比较大的相变胶囊，其有一定的降温效果，但是并不如实施例1的降温效果突出，有效证明了相变胶囊的粒径的大小，影响其降温效果；对比例4和对比例5相对于实施例1，选择了相变胶囊占比偏大、相变胶囊占比偏小的情况，对比例4制备的材料具有较好的降温效果，但是比实施例1差，相变胶囊添加过多，增加了成本，对比例5的材料，虽然有降温效果，但是降温效果并不理想；对比例6和对比例7相对于实施例1，选择添加较多的羧甲基纤维素钠、不添加羧甲基纤维素钠的情况，对比例6制备的材料，降温效果比较差，对比例7的有一定的降温效果，但是降温效果相对于实施例1比较差。 [0120] 实施例1的材料制备的滤嘴的抽吸感受与商用滤嘴的较为相当，实施例1的材料制备的滤嘴压降优于商用滤嘴，实施例1的材料其稳定性较好，有效防止塌陷，而商用滤嘴虽然稳定好，但降温效果较差；对比例6的材料制备的滤嘴压降、抽吸感受一般，稳定性效果是好的，但是其降温效果比较差；对比例7的材料制备的滤嘴压降、抽吸感受较差，其稳定性差，塌陷严重。本发明制备的材料，既具有较好的降温效果，也具有较好的稳定性，避免了塌陷，其滤嘴压降和抽吸感受比较优异。 [0121] 现有技术中的一直难以平衡降温效果以及稳定性效果，本发明采用特殊的相变胶囊与相变纤维配合特定比例的结合，制备而成的复合相变材料，既具有较好的降温效果，也具有较好的稳定性，有效解决了塌陷和降温的难以平衡的问题，本发明具有较大的推广价值。本发明提供的一种复合相变材料及其制备方法和应用，该复合相变材料有效降低了烟气入口温度，提高了材料的稳定性，避免了塌陷，且制备方法简单、易于操作，节省了成本和时间，提高了效率，本发明对降温滤棒的开发也具有指导意义。 [0122] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 |
||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈