可降解的香烟过滤嘴、其固体降解颗粒的制备方法及吸烟制品与流程

本发明属于烟草产品，涉及卷烟滤嘴，尤其是一种可降解的香烟过滤嘴、其固体降解颗粒的制备方法及吸烟制品。

背景技术：

1、随着人们环境保护意识的提高，被丢弃的二醋酸纤维烟用滤嘴的生物降解性能，已越来越被社会公众关注。研究表明，普通滤嘴在正常丢弃的情况下分解缓慢，污染环境。2019年5月，欧盟出台一次性塑料指令(eu2019/904)，将二醋酸纤维素滤嘴定性为塑料，并要求提高其生物降解性。

2、多年来，已经使用多种方法来增加滤嘴的降解速率，例如在中国专利cn105639723中，采用醋酸纤维素与丁二酸丁二醇酯共混挤出发泡制备滤嘴吸附棒，以提高滤嘴的生物降解性能；在中国专利cn109123770中，将天然颗粒与粘合剂通过颗粒圆棒成型装置制备天然植物颗粒滤棒，该滤棒具有可降解性能；中国专利cn109512024公开了一种纸质滤棒的制备方法，通过纸的高生物降解性，提高滤嘴的生物降解性能。以上发明专利所涉及到的滤棒制备方法，在成本、安全、环保、吸味以及工艺等方面存在不足，导致相关推广应用难以实现。

3、本领域技术人员致力于开发一种新型降解催化剂颗粒以及含有该降解催化剂的新型滤嘴，以便简便、快速地降解滤嘴中的醋酸纤维素。降解催化剂颗粒接触水后，能快速催化醋酸纤维素纤维的降解。该降解颗粒中可以同时负载崩解材料，当二醋酸纤维素滤嘴接触水后，可以使降解颗粒立即崩开，使颗粒中的降解催化剂与滤嘴中醋酸纤维素接触面积增加，进一步提高醋酸纤维素滤嘴降解速率，从而取得一举两得的效果。固体降解颗粒可以在醋酸纤维素丝束滤棒成型时添加在开松的丝束中，制成斑点状二元复合滤棒或空腔滤棒。本发明的吸烟制品可以在现有的滤棒成型设备上进行制备，经过切割后，与卷烟烟丝段进行卷接，成为卷烟的过滤嘴，用于卷烟的烟气过滤。

技术实现思路

1、基于此，针对现有技术的不足，特别是仅需对常规过滤嘴棒生产设备进行少量改动即可制造的情况下，开发出一种可加速醋酸纤维素生物降解速率的滤嘴、其固体降解颗粒的制备方法及吸烟制品。

2、为了达到上述目的，本发明的解决方案是：

3、一方面，本发明提供目的在于一种可降解的香烟过滤嘴，所述过滤嘴的部件包括开松后的醋酸纤维素纤维和含有降解催化剂且具有吸水崩解功能的固体降解颗粒，该功能性颗粒接触室外环境(即接触雨、露或其它水源)时，颗粒中的降解催化剂，能快速催化醋酸纤维素纤维的降解。降解程度最低应足以使全部或部分醋酸纤维素(取代度大约2.5)转化成纤维素(取代度小于1.0)。最高应足以使醋酸纤维素转化成葡萄糖。该功能性颗粒可以同时负载崩解材料，当二醋酸纤维素滤嘴接触水后，可以使降解颗粒立即崩解成细小颗粒，增加降解催化剂与滤嘴中醋酸纤维素接触面积，进一步提高醋酸纤维素滤嘴降解速率，从而取得一举两得的效果。

4、所述固体降解颗粒由降解催化剂以及崩解剂组成，其外覆膜层厚度为0-0.2mm，外层膜层占整个颗粒质量的0-10％；

5、固体降解颗粒上的降解催化剂材料选自碱性化合物或弱有机酸。碱性化合物包括金属氧化物和金属盐，金属氧化物包括氧化钙、氧化镁。氢氧化物如氢氧化钙、氢氧化镁等。金属盐包括碳酸镁、碱性氧化铝、碳酸钠、碳酸氢钠；弱有机酸包括苹果酸、抗坏血酸、柠檬酸、乳酸、烟酸、草酸；金属氧化物优选氢氧化钙、氧化钙、氧化镁。

6、降解催化剂的负载总量占所述固体降解颗粒的30-60％(wt％)。

7、为使颗粒中的催化剂尽快与滤棒中的醋酸纤维素接触并尽可能增加接触面积，固体降解颗粒中可以添加崩解剂。颗粒吸水后颗粒会立即膨胀崩解；崩解剂材料大多数自身具有很强的吸水膨胀性，可以瓦解颗粒的结合力，吸水后迅速裂碎成细小颗粒。

8、崩解材料可以是交联羧甲基纤维素钠、羧甲基淀粉钠、交联聚乙烯比咯烷酮、淀粉基接枝丙烯酸钠、淀粉接枝丙烯酰胺、壳聚多糖衍生物、琼脂糖、甘露醇、微晶纤维素的其中一种或一种以上。

9、固体降解颗粒中崩解剂的负载总量占所述固体降解颗粒的0-35％(wt％)。

10、可选地，固体降解颗粒粒形状包括球形、类球形、饼状、薄片状、带状、针状、多边形状、带刻面形状或随机形状中的一种以上。

11、固体降解颗粒在至少一个维度中具有50微米、100微米、150微米、200微米或250微米的下限至5000微米、2000微米、1000微米、900微米或700微米的上限的平均直径。

12、固体降解颗粒可以是市售颗粒，如氧化镁和氧化钙颗粒。也可以采用催化剂粉末采用造粒方法制备。固体降解颗粒

13、依据降解催化剂与溶剂反应性能分别采用干法或湿法制粒方法制备。如氧化钙和水反应剧烈，不宜采用湿法制粒工艺。氧化镁、氢氧化钙等则适宜采用湿法制粒工艺。当采用湿法制粒工艺，包含以下步骤：

14、(1)将催化剂粉末、崩解剂粉末以及粘合剂与水进行混合制作湿料(软材)；

15、(2)采用湿法挤出制粒工艺将步骤(1)得到的湿料采用旋转挤出制粒机挤切成直径相同、光滑致密的圆柱条状物，并将制得的圆柱条状物在滚圆机中进行滚圆成型，制得初始湿颗粒；

16、(3)将初始湿颗粒干燥，去除水分，得到初始颗粒。

17、湿法制粒中，粘合剂溶液包括低取代羟丙基纤维素(l-hpc)、羟丙甲基纤维素、淀粉或羧甲基纤维素钠中的一种以上。粘合剂占颗粒质量的比例为6-10％。

18、湿法制粒中，混合制得软材后，通过旋转挤出制粒机以23-25rpm的速度给料，以25-30rpm的速度挤出。挤出得到的圆柱状物料，再通过离心滚圆制得圆形颗粒。滚圆机在600-700rpm下运行1-2分钟，然后减速在450-500rpm下再运行3-4分钟。

19、采用干法制粒工艺制备固体降解颗粒时，一般采用干法制粒机制备，所经过的步骤如下：降解催化剂粉末、崩解剂与粘合剂经预压进入轧片机内，在轧片机的双辊挤压下，物料变成了片状，片状物料经过破碎、整粒、筛粉等过程，得到所需粒径的颗粒。干法制粒中所用粘合剂为微晶纤维素。

20、干法制粒中所用粘合剂占总颗粒质量比为0.1-0.15：1。

21、为防止滤棒中的醋酸纤维素过早与降解催化剂接触，保证滤嘴在使用前质量稳定。同时也避免催化剂或其它辅材带来异味，影响消费者卷烟抽吸感受，通常会在湿法或干法制备的颗粒或市售降解颗粒表面包覆一层膜。

22、颗粒表面包衣覆膜的制备方法，包含以下步骤：

23、(1)通过流化床包衣工艺，在颗粒表面包覆包衣液，形成包衣膜层，得到初始湿润颗粒；

24、(2)加热干燥，去除初始湿润颗粒表面的溶剂，得到初始颗粒；

25、(3)筛分，得到覆膜颗粒。

26、所述步骤(1)中的流化床进风温度为40-60℃；物料温度为30-45℃；喷枪喷嘴直径为1.0mm；雾化压力0.15-0.20mpa；蠕动泵泵液流速为5-15r/min。

27、流化床包衣的包衣液选择十分重要，必须满足以下条件：(1)包衣后在颗粒表面形成具有一定强度膜层；该膜层材料遇水后立即溶解；包衣液中溶剂不能溶解催化剂或与催化剂发生反应。依据降解催化剂在水中的溶解度分为水溶性包衣液、乙醇包衣液。当25℃，催化剂在水中溶解度小于等于0.16g/100水，适宜采用水溶性体系包衣。

28、水溶性包衣材料包括羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、甲基纤维素、聚乙二醇、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、取代度(0.8±0.2)醋酸纤维素以及它们的组合。所述水溶性包衣液的质量浓度为3.5-6.5％。

29、乙醇包衣材料包括聚乙烯比咯烷酮、聚乙二醇以及它们的组合。所述乙醇包衣液的质量浓度为3.0-6.5％；

30、包衣膜层占整个颗粒质量的百分比为0-10％。

31、固体降解颗粒可以在滤棒制备过程中添加到滤棒中。例如在常规醋酸纤维素丝束滤棒成型时，可通在丝束通过烟枪之前或之时江固体降解颗粒添加到开松的丝束中。固体降解颗粒在滤棒中的添加量为0.2-1.0mg/mm。

32、由于采用上述技术方案，本发明的有益效果包括：

33、本发明通过在滤嘴中添加降解颗粒，颗粒中的降解催化剂，遇水后催化醋酸纤维素的降解。颗粒中的崩解材料吸水后可以使滤嘴包裹材料爆裂，充分打开滤嘴中醋酸纤维素纤维，增加与外部环境接触面积，进一步加速了醋酸纤维素的降解速率，从而取得一举两得的效果。固体降解颗粒可以在醋酸纤维素丝束滤棒成型时添加在开松的丝束中，制成斑点状二元复合滤棒或空腔滤棒。本发明的滤棒，可以在现有的滤棒成型设备上进行制备，经过切割后，与卷烟烟丝段进行卷接，成为卷烟的过滤嘴，用于卷烟的烟气过滤。本发明的滤棒，由于采用现有滤棒成型设备，减少了设备投入成本，具有操作简单、成本低，易于工业化的特点。