基于化学自发热反应的非燃烧型卷烟用铝系发热源组合物及应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及非燃烧型卷烟技术领域，更具体地，涉及一种基于化学自发热反应的 非燃烧型卷烟用铝系发热源组合物及应用。
【背景技术】
[0002] 近年来，世界上所有烟草制品的年产销总量呈现出了下降的趋势，但非燃烧型烟 草制品的年产销量反而呈现出增长的趋势。烟草产品的多样化对整个烟草行业和各国烟草 公司都有着新的发展机遇，新型烟草制品的研究开发位烟草行业的提供了一个新的发展方 向，具有很好的发展前景。
[0003] 烟草市场上出现了结构多样、机理不同、吸食方式各异的烟草产品。这些新型烟草 制品可以是加热型烟草制品、无烟气烟草制品和电子烟等。现如今已有多种产品问世，但仍 存在较多问题，这些问题主要集中在烟草制品在生理感受、吸食方式、心理感知等多方面。 例如，电子烟产品在生理感受、吸食口感方面与传统烟草制品有较大区别，难以满足消费者 的吸食要求；一些新型的烟草制品存在升温缓慢的缺点，难以模拟传统卷烟释放烟气成分； 还有一些物理反应加热型非燃烧烟草制品，反应过程中的温度较低，烟气成分释放量过低， 所以吸食口感与真实卷烟相差甚远。
[0004] 研究表明，属于加热型的非燃烧型烟草制品可以在生理感受、吸食方式、心理感知 等诸多方面更加接近传统卷烟，吸烟者更容易接受，成为了这些新型烟草制品中最具发展 潜力的新型烟草制品。
[0005] 加热型非燃烧卷烟，通常利用内置的加热源加热烟丝产生烟气供吸烟者进行吸 食。该发热源是一根放置在卷烟制品烟丝中的铜管，该铜管中放置混合后能够自发进行反 应的物质。当铜管中的这些物质未经混合时，发热反应不能够进行；当管内混合物质得以接 触，反应就会在短时间内自发地进行，同时放出足够的热量，反应放出的热量通过铜管的传 输便可以加热烘烤烟丝，使得烟丝中的有效成分进行挥发，达到释放烟丝中香气成分的作 用。
[0006] 理化反应加热型烟草制品是指通过物理或化学反应放热来加热卷烟烟丝的烟草 制品，物理发热型的主要利用某些物质结晶过程中释热达到加热效果，化学加热型的主要 是利用一些酸碱反应或氧化还原反应中发出的热量来加热烟丝释放烟气。这类烟草制品的 发展时间最短，市面上暂无产品，相关技术报道较少。
[0007] 非燃烧型卷烟加热源内部的混合物进行发热反应的激活方式是否方便可行、放热 速度是否均匀、发热效率是否足够高、放热时间长短是否合适、在使用和运输中是否安全、 是否对卷烟制品及环境造成污染以及是否易于工业生产等多方面都是需要选择的。因此加 热源的相关技术研究是研发加热型的非燃烧型烟草制品的关键点。
【发明内容】
[0008] 本发明要解决的技术问题是针对现有加热型的非燃烧型烟草制品加热源的技术 不足，提供一种基于化学自发热反应的非燃烧型卷烟用铝系发热源组合物，该组合物简单 易得，其发热效果与卷烟的特性非常适配。
[0009] 本发明要解决的另一技术问题是提供所述发热源组合物的应用。
[0010] 本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
[0011] 提供一种基于化学自发热反应的非燃烧型卷烟用铝系发热源组合物，由以下质量 百分比的各组分组成：
[0012] 铝粉 2.0 % ~10. 1 %; 高锰酸钾 48.6 %~72. 7 %; 酸性物质 5: 7' f~11. 91;: 无水硫酸镁 0 %~14. 4 %; 活性炭 0%~9. 4%; 氯化钠 9. 7%-12. 5%. 二氧化镭 0%~6. I %Q
[0013] 本发明在组合物中加入适量的氧化剂高锰酸钾，一方面在金属铝和水的反应中起 氧化剂的作用与铝进行反应，另一方面可以氧化氢气，抑制氢气的生成，更加安全一些。该 反应的特点为使用剂量较小，成本一般，放热速度快，放热效率高，安全性更好，反应完后产 物对环境的污染较小。
[0014] 优选地，所述铝系发热源组合物，由以下质量百分比的各组分组成：
[0015] 铝粉 5, 0 %~5 ?知 高锰酸钾 55. 6 1~6:1.1 I; 酸性物质 S. $ 9 无水硫酸镁 0 %~7. :1 % 活性炭 0 %~7. 1 氯化钠 9, 7°/。~12. 5%。 二氧化锰 0%~6.丄％。
[0016] 优选地，所述酸性物质为酒石酸或酒石酸钾。
[0017] 本发明同时提供了所述铝系发热源组合物的应用，该组合物可以很好地应用于制 备加热型的非燃烧型烟草制品加热源，所述加热源为采用所述组合物和水反应产生热量。
[0018] 优选地，所述组合物和水的质量比为1.60~1.72 : 1。
[0019] 本发明的有益效果：
[0020] 现有的加热型烟草制品存在的问题是有的加热过程升温过于缓慢，无法满足吸烟 者的吸食要求，有的发热量低，虽然升温速度较快，但持续时间短，因此要求提供更多量的 加热材料以保证加热效果，这将致使应用时卷烟的加热腔体很大，外观上与普通卷烟有较 大区别。且持续加热时间短，不符合普通消费者通常抽一支烟5~10分钟的习惯，且现有 配方在反应时会产生氢气，对安全造成隐患。
[0021] 本发明科学总结得到铝-高锰酸钾-水反应在使用剂量、放热速度、放热量、放热 时间、安全性和成本方面要相对更好。本发明深入研究以铝-高锰酸钾-水发热反应为代 表的自发热反应体系中各成分的添加对体系温度和放热时间的影响，结合各成分在自发热 反应体系中的作用，研究出一种能够适用于非燃烧型烟草制品发热源的自发热材料配方； 创造性地确定了对比添加不同物质、添加不同含量的同种物质的反应温度和放热时间，对 获得的温度数据进行分析，得到各成分的最佳用量；对产物中的成分进行检测，分析计算出 该自发热在实验所用铜管中的反应情况。
[0022] 本发明组合物作为加热源，不仅升温速率快，而且最高温度更高（理论上可达到 303°C，高于现有技术最高温250°C的限制）；且持续时间长，在150°C以上加热的时长可达 到5分钟以上。
[0023] 综合来看，应用本发明组合物作为卷烟的加热源，激活方式操作方便，放热速度较 快，发热效率足够高，放热时间满足要求，在使用和运输中较为安全，成本相对较低，使用剂 量较小等，具有重要的推广应用价值。
【附图说明】
[0024] 图1正交试验的反应最高温度。
[0025] 图2正交试验的发热时间。
[0026] 图3正交试验的升温速度。
[0027] 图4氯化钠的添加对放热温度的影响。
[0028] 图5固体材料用量探究实验的温度曲线。
[0029] 图6固体材料用量对发热温度的影响。
[0030] 图7固体材料用量对放热时间的影响。
[0031] 图 8 水用量探究实验的温度曲线（0.5g、L0g、1.5g、1.75g、2.0g、2.25gH20)。
[0032] 图 9 水用量探究实验的温度曲线（L75g、L8g、L85g、L9g、1.95g、2.0gH20)
[0033] 图10水用量对发热温度的影响。
[0034] 图11水用量对放热时间的影响。
[0035] 图12铝粉用量探究实验的温度曲线。
[0036] 图13铝粉用量对发热温度的影响。
[0037] 图14铝粉用量对放热时间的影响。
[0038] 图15高锰酸钾用量探究实验的温度曲线。
[0039] 图16高锰酸钾用量对发热温度的影响。
[0040] 图17高锰酸钾用量对放热时间的影响。
[0041] 图18高锰酸钾用量对升温时间的影响。
[0042] 图19酸性物质用量探究实验的温度曲线。
[0043] 图20酸性物质用量对发热温度的影响。
[0044] 图21酸性物质用量对放热时间的影响。
[0045] 图22无水硫酸镁用量探究实验的温度曲线。
[0046] 图23无水硫酸镁用量对发热温度的影响。
[0047] 图24无水硫酸镁用量对放热时间的影响。
[0048] 图25无水硫酸镁用量对升温时间的影响。
[0049] 图26活性炭用量探究实验的温度曲线。
[0050] 图27活性炭用量对发热温度的影响。
[0051 ] 图28活性炭用量对放热时间的影响。
[0052] 图29活性炭用量对升温时间的影响。
[0053] 图30氯化钠用量探究实验的温度曲线。
[0054] 图31氯化钠用量对发热温度的影响。
[0055] 图32氯化钠用量对放热时间的影响。
[0056] 图33氯化钠用量对升温时间的影响。
[0057] 图34调整前后铝用量试验的温度曲线（左图为调整前，右图为调整后）。
[0058] 图35锰标准曲线。
【具体实施方式】
[0059] 下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明。除非特别说明，本发明采用的试 剂和原料为本领域常规市购的试剂和原料。除非特别说明，本发明实施例中涉及的百分数 为质量百分数。本发明实施例中使用的铝粉为分析纯级单质铝粉，含量多99. 8%，200~ 600目（CAS号：7429-95-0)。但并不因此限定本发明。
[0060] 实施例1组合物配方设计试验
[0061] 1.正交试验验证
[0062] 本发明确定参与反应的主要成分铝粉、高锰酸钾、二氧化锰、酒石酸及酒石酸氢 钾、无水硫酸镁、活性炭的用量为主要影响因素，本实施例以每种因素选择五个水平，采用 六因素五水平L25 (56)正交试验设计方案进行实验验证。根据正交试验设计，选择出合理 的影响因素和水平用量，由于铝粉、高锰酸钾和酸性物质是反应必需的物质，而二氧化锰、 无水硫酸镁、活性炭并非必需反应物，因此，二氧化锰、无水硫酸镁和活性炭的用量最小值 选为〇