基于化學自發熱反應的非燃燒型卷煙用鋁系發熱源組合物及應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及非燃燒型卷煙技術領域，更具體地，涉及一種基于化學自發熱反應的 非燃燒型卷煙用鋁系發熱源組合物及應用。
【背景技術】
[0002] 近年來，世界上所有煙草制品的年產銷總量呈現出了下降的趨勢，但非燃燒型煙 草制品的年產銷量反而呈現出增長的趨勢。煙草產品的多樣化對整個煙草行業和各國煙草 公司都有著新的發展機遇，新型煙草制品的研究開發位煙草行業的提供了一個新的發展方 向，具有很好的發展前景。
[0003] 煙草市場上出現了結構多樣、機理不同、吸食方式各異的煙草產品。這些新型煙草 制品可以是加熱型煙草制品、無煙氣煙草制品和電子煙等。現如今已有多種產品問世，但仍 存在較多問題，這些問題主要集中在煙草制品在生理感受、吸食方式、心理感知等多方面。 例如，電子煙產品在生理感受、吸食口感方面與傳統煙草制品有較大區別，難以滿足消費者 的吸食要求；一些新型的煙草制品存在升溫緩慢的缺點，難以模擬傳統卷煙釋放煙氣成分； 還有一些物理反應加熱型非燃燒煙草制品，反應過程中的溫度較低，煙氣成分釋放量過低， 所以吸食口感與真實卷煙相差甚遠。
[0004] 研究表明，屬于加熱型的非燃燒型煙草制品可以在生理感受、吸食方式、心理感知 等諸多方面更加接近傳統卷煙，吸煙者更容易接受，成為了這些新型煙草制品中最具發展 潛力的新型煙草制品。
[0005] 加熱型非燃燒卷煙，通常利用內置的加熱源加熱煙絲產生煙氣供吸煙者進行吸 食。該發熱源是一根放置在卷煙制品煙絲中的銅管，該銅管中放置混合后能夠自發進行反 應的物質。當銅管中的這些物質未經混合時，發熱反應不能夠進行；當管內混合物質得以接 觸，反應就會在短時間內自發地進行，同時放出足夠的熱量，反應放出的熱量通過銅管的傳 輸便可以加熱烘烤煙絲，使得煙絲中的有效成分進行揮發，達到釋放煙絲中香氣成分的作 用。
[0006] 理化反應加熱型煙草制品是指通過物理或化學反應放熱來加熱卷煙煙絲的煙草 制品，物理發熱型的主要利用某些物質結晶過程中釋熱達到加熱效果，化學加熱型的主要 是利用一些酸堿反應或氧化還原反應中發出的熱量來加熱煙絲釋放煙氣。這類煙草制品的 發展時間最短，市面上暫無產品，相關技術報道較少。
[0007] 非燃燒型卷煙加熱源內部的混合物進行發熱反應的激活方式是否方便可行、放熱 速度是否均勻、發熱效率是否足夠高、放熱時間長短是否合適、在使用和運輸中是否安全、 是否對卷煙制品及環境造成污染以及是否易于工業生產等多方面都是需要選擇的。因此加 熱源的相關技術研究是研發加熱型的非燃燒型煙草制品的關鍵點。
【發明內容】
[0008] 本發明要解決的技術問題是針對現有加熱型的非燃燒型煙草制品加熱源的技術 不足，提供一種基于化學自發熱反應的非燃燒型卷煙用鋁系發熱源組合物，該組合物簡單 易得，其發熱效果與卷煙的特性非常適配。
[0009] 本發明要解決的另一技術問題是提供所述發熱源組合物的應用。
[0010] 本發明的目的通過以下技術方案予以實現：
[0011] 提供一種基于化學自發熱反應的非燃燒型卷煙用鋁系發熱源組合物，由以下質量 百分比的各組分組成：
[0012] 鋁粉 2.0 % ~10. 1 %; 高錳酸鉀 48.6 %~72. 7 %; 酸性物質 5: 7' f~11. 91;: 無水硫酸鎂 0 %~14. 4 %; 活性炭 0%~9. 4%; 氯化鈉 9. 7%-12. 5%. 二氧化鐳 0%~6. I %Q
[0013] 本發明在組合物中加入適量的氧化劑高錳酸鉀，一方面在金屬鋁和水的反應中起 氧化劑的作用與鋁進行反應，另一方面可以氧化氫氣，抑制氫氣的生成，更加安全一些。該 反應的特點為使用劑量較小，成本一般，放熱速度快，放熱效率高，安全性更好，反應完后產 物對環境的污染較小。
[0014] 優選地，所述鋁系發熱源組合物，由以下質量百分比的各組分組成：
[0015] 鋁粉 5, 0 %~5 ?知 高錳酸鉀 55. 6 1~6:1.1 I; 酸性物質 S. $ 9 無水硫酸鎂 0 %~7. :1 % 活性炭 0 %~7. 1 氯化鈉 9, 7°/。~12. 5%。 二氧化錳 0%~6.丄％。
[0016] 優選地，所述酸性物質為酒石酸或酒石酸鉀。
[0017] 本發明同時提供了所述鋁系發熱源組合物的應用，該組合物可以很好地應用于制 備加熱型的非燃燒型煙草制品加熱源，所述加熱源為采用所述組合物和水反應產生熱量。
[0018] 優選地，所述組合物和水的質量比為1.60~1.72 : 1。
[0019] 本發明的有益效果：
[0020] 現有的加熱型煙草制品存在的問題是有的加熱過程升溫過于緩慢，無法滿足吸煙 者的吸食要求，有的發熱量低，雖然升溫速度較快，但持續時間短，因此要求提供更多量的 加熱材料以保證加熱效果，這將致使應用時卷煙的加熱腔體很大，外觀上與普通卷煙有較 大區別。且持續加熱時間短，不符合普通消費者通常抽一支煙5~10分鐘的習慣，且現有 配方在反應時會產生氫氣，對安全造成隱患。
[0021] 本發明科學總結得到鋁-高錳酸鉀-水反應在使用劑量、放熱速度、放熱量、放熱 時間、安全性和成本方面要相對更好。本發明深入研究以鋁-高錳酸鉀-水發熱反應為代 表的自發熱反應體系中各成分的添加對體系溫度和放熱時間的影響，結合各成分在自發熱 反應體系中的作用，研究出一種能夠適用于非燃燒型煙草制品發熱源的自發熱材料配方； 創造性地確定了對比添加不同物質、添加不同含量的同種物質的反應溫度和放熱時間，對 獲得的溫度數據進行分析，得到各成分的最佳用量；對產物中的成分進行檢測，分析計算出 該自發熱在實驗所用銅管中的反應情況。
[0022] 本發明組合物作為加熱源，不僅升溫速率快，而且最高溫度更高（理論上可達到 303°C，高于現有技術最高溫250°C的限制）；且持續時間長，在150°C以上加熱的時長可達 到5分鐘以上。
[0023] 綜合來看，應用本發明組合物作為卷煙的加熱源，激活方式操作方便，放熱速度較 快，發熱效率足夠高，放熱時間滿足要求，在使用和運輸中較為安全，成本相對較低，使用劑 量較小等，具有重要的推廣應用價值。
【附圖說明】
[0024] 圖1正交試驗的反應最高溫度。
[0025] 圖2正交試驗的發熱時間。
[0026] 圖3正交試驗的升溫速度。
[0027] 圖4氯化鈉的添加對放熱溫度的影響。
[0028] 圖5固體材料用量探究實驗的溫度曲線。
[0029] 圖6固體材料用量對發熱溫度的影響。
[0030] 圖7固體材料用量對放熱時間的影響。
[0031] 圖 8 水用量探究實驗的溫度曲線（0.5g、L0g、1.5g、1.75g、2.0g、2.25gH20)。
[0032] 圖 9 水用量探究實驗的溫度曲線（L75g、L8g、L85g、L9g、1.95g、2.0gH20)
[0033] 圖10水用量對發熱溫度的影響。
[0034] 圖11水用量對放熱時間的影響。
[0035] 圖12鋁粉用量探究實驗的溫度曲線。
[0036] 圖13鋁粉用量對發熱溫度的影響。
[0037] 圖14鋁粉用量對放熱時間的影響。
[0038] 圖15高錳酸鉀用量探究實驗的溫度曲線。
[0039] 圖16高錳酸鉀用量對發熱溫度的影響。
[0040] 圖17高錳酸鉀用量對放熱時間的影響。
[0041] 圖18高錳酸鉀用量對升溫時間的影響。
[0042] 圖19酸性物質用量探究實驗的溫度曲線。
[0043] 圖20酸性物質用量對發熱溫度的影響。
[0044] 圖21酸性物質用量對放熱時間的影響。
[0045] 圖22無水硫酸鎂用量探究實驗的溫度曲線。
[0046] 圖23無水硫酸鎂用量對發熱溫度的影響。
[0047] 圖24無水硫酸鎂用量對放熱時間的影響。
[0048] 圖25無水硫酸鎂用量對升溫時間的影響。
[0049] 圖26活性炭用量探究實驗的溫度曲線。
[0050] 圖27活性炭用量對發熱溫度的影響。
[0051 ] 圖28活性炭用量對放熱時間的影響。
[0052] 圖29活性炭用量對升溫時間的影響。
[0053] 圖30氯化鈉用量探究實驗的溫度曲線。
[0054] 圖31氯化鈉用量對發熱溫度的影響。
[0055] 圖32氯化鈉用量對放熱時間的影響。
[0056] 圖33氯化鈉用量對升溫時間的影響。
[0057] 圖34調整前后鋁用量試驗的溫度曲線（左圖為調整前，右圖為調整后）。
[0058] 圖35錳標準曲線。
【具體實施方式】
[0059] 下面結合附圖和具體實施例進一步說明本發明。除非特別說明，本發明采用的試 劑和原料為本領域常規市購的試劑和原料。除非特別說明，本發明實施例中涉及的百分數 為質量百分數。本發明實施例中使用的鋁粉為分析純級單質鋁粉，含量多99. 8%，200~ 600目（CAS號：7429-95-0)。但并不因此限定本發明。
[0060] 實施例1組合物配方設計試驗
[0061] 1.正交試驗驗證
[0062] 本發明確定參與反應的主要成分鋁粉、高錳酸鉀、二氧化錳、酒石酸及酒石酸氫 鉀、無水硫酸鎂、活性炭的用量為主要影響因素，本實施例以每種因素選擇五個水平，采用 六因素五水平L25 (56)正交試驗設計方案進行實驗驗證。根據正交試驗設計，選擇出合理 的影響因素和水平用量，由于鋁粉、高錳酸鉀和酸性物質是反應必需的物質，而二氧化錳、 無水硫酸鎂、活性炭并非必需反應物，因此，二氧化錳、無水硫酸鎂和活性炭的用量最小值 選為〇