一种烟芯材料的制浆方法及浆料、烟芯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及烟草制品技术领域，具体而言，涉及一种烟芯材料的制浆方法及浆料、烟芯材料及其制备方法。
背景技术
随着世界卫生组织在1999年建立的《烟草控制框架协议》在各国的实施，近年来，在市场规模超过500亿支的地区，卷烟销量绝大部分呈下滑趋势。积极研发新型烟草制品或烟草替代品，发展全系列烟草产品，在过去的十几年里已成为全球各大烟草公司科技研发的重要课题。
新型烟草制品主要包括加热非燃烧型卷烟、无烟气烟草制品及电子烟3种类型，加热非燃烧型卷烟具有“加热烟丝或烟草提取物而非燃烧烟丝的特点，相比无烟气烟草制品和电子烟，从吸食方式和吸味方面，最接近传统卷烟。加热非燃烧型卷烟利用特殊热源对烟丝进行加热(500℃以下甚至更低)，烟丝只加热而不燃烧，烟丝温度远低于传统卷烟，烟气有害化学成分和生物毒性大幅降低，可以减少烟草高温燃烧裂解产生的有害成分，使主流烟气化学组分释放量大大降低；同时，与传统卷烟阴燃不同，由于其特殊的加热方式，侧流烟气和环境烟气也大幅度降低。
加热非燃烧型烟最早由PM，R.J.Reynolds等国际大公司进行研发，最近，国际市场上出现了PM公司的IQOS、JT公司的Ploom等一批市场表现良好的产品，己形成一定的市场规模。加热非燃烧型卷烟的烟草材料及其配方直接影响着新型卷烟的感官质量，进而影晌消费者对加热非燃烧型卷烟接受和认可的程度，因此，加热非燃烧型卷烟的烟草料的加工工艺及其配方在加热非燃烧型卷烟产品的发展和推广过程中起着举足轻重的作用。
再造烟叶是将卷烟加工过程中产生的烟末、碎梗、碎片等物质，经过技术处理及重新组合加工制成片状或丝状再生烟草产品(也叫烟草薄片)。主要的生产方式有三种，即造纸法、辊压法、稠浆法。再造烟叶可作为烟制品原料，用来代替天然的雪茄内包叶(见雪茄烟)，现已广泛用作卷烟原料。产品作为雪茄内包叶用的需卷成圆盘状，作卷烟原料用的需切成片状。利用烟草低次原料制成再造烟叶具有成本低、填充性好并能减少烟气中焦油含量等优点。
稠浆法再造烟叶，相较于辊压法和造纸法，研制开发成熟较晚，是美国机械铸造公司1975年开始研究、1978年才研制成功的一种新方法，最早源于该公司1956年的夹层法或MCF加工技术的一项专利。
目前，经稠浆法所制得的烟草产品品质稳定性差，耐加工性差。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的包括提供一种烟芯材料的制浆方法，该制浆方法能够有效调节浆料的黏度和分散均匀程度。
本发明的第二目的包括提供一种由上述制浆方法制得的浆料，该浆料黏度稳定，分散均匀。
本发明的第三目的包括提供一种烟芯材料的制备方法，该方法简单易操作，有利于制得品质较佳的烟芯材料。
本发明的第四目的包括提供一种由上述制备方法制备所得的烟芯材料，该烟芯材料外观均匀，抽吸品质良好，耐加工性能良好，产品品质稳定。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：
本发明提出一种烟芯材料的制浆方法，包括以下步骤：将烟芯材料的原料与水高速剪切搅拌。
其中，搅拌转速不低于2500rpm，优选为2500-7500rpm。
在一些实施方式中，搅拌时间不低于2min，优选为2-20min，更优为5-10min。
进一步地，在一些实施方式中，原料包括干物料；干物料包括主料和辅料，主料和辅料的重量比为2:8至8:2。
其中，主料包括烟草原料，辅料包括胶粘剂、香料以及发烟剂中的至少一种。
在一些实施方式中，水与干物料的重量比为3-6：1。优选的，水与干物料的重量比为3-5:1。
在一些实施方式中，干物料的目数不低于80目。优选地，干物料的目数为100-500目。
在一些实施方式中，水的温度不超过50℃。
在一些实施方式中，于处于搅拌状态的水中逐一加入干物料中的物质。
在一些优选的实施方式中，待前一加入的物质完全溶解后再加入后一物质。
在一些优选的实施方式中，胶粘剂于烟草原料之前加入；发烟剂和/或香料于烟草原料之后加入；香料于发烟剂之后加入。
此外，本发明还提出了一种浆料，其由上述制浆方法制备而得。
在一些实施方式中，浆料的黏度为500-5000mPa·s。
此外，本发明还提出了一种烟芯材料的制备方法，包括以下步骤：干燥由上述制浆方法制备而得的浆料，随后成型。
在一些实施方式中，将浆料覆于载体表面，随后干燥，成型。
在一些可选地实施方式中，载体为金属载体，金属载体的材质包括铁、不锈钢、铝或铜。
在一些实施方式中，干燥是于60-120℃的条件下进行10-30min。
在一些优选地实施方式中，干燥是于90℃的条件下进行15min。
此外，本发明还提出了一种烟芯材料，该烟芯材料由上述制备方法制备而得。
在一些优选的实施方式中，烟芯材料的抗张强度≤0.6KN/m2；
在一些优选的实施方式中，烟芯材料的纤维使用量为1-5％。
在一些更优选的实施方式中，烟芯材料的纤维使用量为3％。
本申请提供的烟芯材料的制浆方法及浆料、烟芯材料及其制备方法的有益效果包括：
本申请提供的烟芯材料的制浆方法通过以不低于2500rpm的转速搅拌不低于2min，尤其是搅拌2-20min，一方面能够使得原料体系被高剪切乳化设备充分分散均匀，以满足烟芯材料的成型要求，另一方面能有效降低转子和物料之间或者物料与物料之间的摩擦，避免了设备过热以及物料变性的情况。此外，还降低了设备表面磨损情况，有效改善了原料的细化效果，进而使获得的浆料分散均匀、黏度稳定。本申请提供的烟芯材料的制备方法简单易操作，制备所得的烟芯材料外观均匀，抽吸品质良好，耐加工性能良好，产品品质稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请试验例中传统湿法制造工艺所对应的烟芯材料匀度模型；
图2为本申请试验例中干法制造工艺所对应的烟芯材料匀度模型；
图3为本申请试验例中传统稠浆法制造工艺所对应的烟芯材料匀度模型；
图4为本申请试验例中实施例1所对应的烟芯材料匀度模型。
图标：1-烟芯材料非贴缸表面；2-烟芯材料内部；3-白蕊及低涂布区；4-烟芯材料贴缸面；5-固定烟粉；6-游离烟粉；A-涂布料；B-纤维；C-烟粉；D-胶。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本申请实施例提供的烟芯材料的制浆方法及浆料、烟芯材料及其制备方法进行具体说明。
本申请所提供的制浆方法采用稠浆法生产。发明人发现，目前烟草制品的浆料的制备过程中所采用的常规搅拌仅能对水中的烟粉等固体物料起到宏观分散，而对于颗粒比较细的物料，容易出现结团现象，微观上并没有完全分散开。并且，在搅拌停止以后，这些物料又逐渐从水中沉淀出来。特别是在上述物料加入量比较大时会导致混合体系黏度很大，常规搅拌器无法将原料中各组分均匀混合，对于稠浆法生产过程及其所制得产品稳定性十分不利。
因此，本申请中稠浆法采用离心式高速剪切乳化设备对烟芯材料的原料进行高速剪切搅拌。
高速剪切搅拌的目的是使得原料在搅拌过程中受到极大的剪切力及摩擦力，同时又在高频震动，高速旋涡等复杂力的作用下使原料相互混合，同时也可以使原料有效的分散、浮化、粉碎、均质。
离心式高速剪切乳化设备是高效、快速、均匀地将一个相或多个相(液体、固体)进入到另一互不相溶的连续相(通常液体)的过程的设备，其具有结构简单，设备保养维护方便，适用于较高粘度物料以及较大颗粒的物料的特点，该设备可直接购买，其结构在此不做赘述。
离心式高速剪切乳化设备的工作原理包括：通过高速平稳的旋转高剪切乳化，形成高频的沿圆周向切线速度、角向速度等综合动能效应，物料在合理狭窄的间隙中形成强烈、往复的液力剪切、摩擦、离心挤压、液流碰撞等综合效应，并在容器中循环往复以上工作过程，最终使不相溶或难相溶的两相或多相迅速、均匀、细腻地完成分散、乳化、均质等工艺过程，最终得到高品质、稳定的混合浆料。值得说明的是，当原料中一种或者多种物料的细度达到微米数量级时，甚至纳米级时，体系可被认为均质。
但发明人经过长期研究发现，使用离心式高剪切乳化设备制备烟芯材料的浆料会导致所得的浆液黏度不稳定，分散均匀程度欠佳。其原因可能在于：由于离心式高剪切乳化设备作离心运动，其流量是不恒定的，对应于不同黏性的物料其流量变化很大。同样的设备，在处理粘稠物料和稀薄的乳类流体时，流量可相差10倍以上；其次，由于转子和物料间高速摩擦，故易产生较大的热量，使被处理物料变性；再次，设备表面较易磨损，而磨损后，细化效果会显著下降。
鉴于此，发明人提出了以下烟芯材料的制浆方法，该制浆方法包括以下步骤：将烟芯材料的原料与水高速剪切搅拌。
其中，高速是指搅拌转速不低于2500rpm。在一些优选的实施方式中，搅拌转速为2500-7500rpm，如2500rpm、3000rpm、3500rpm、4000rpm、4500rpm、5000rpm、5500rpm、6000rpm、6500rpm、7000rpm或7500rpm等，也可为2500-7500rpm范围内的其它任一转速值。
值得说明的是，搅拌转速最高不宜超过10000rpm，否则会加强转子和物料之间或者物料与物料之间的摩擦，引起设备过热或物料变性的情况，此外，还会加强设备表面磨损情况，影响浆料分散情况及黏度稳定性。
较佳地，搅拌时间不低于2min，优选为2-20min，如2min、5min、10min、15min或20min等，也可为2-20min范围内的其它任一时间值。
在一些更优选的实施方式中，搅拌时间为5-10min，如5min、6min、7min、8min、9min或10min等。该搅拌时间能够使得原料体系较好地被高剪切乳化设备充分分散均匀，满足成型的要求，同时不会造成设备过热的情况。
同理地，搅拌时间最长不宜超过10min，否则也会加强转子和物料之间或者物料与物料之间的摩擦，引起设备过热或物料变性的情况，并且还会加强设备表面磨损情况，影响浆料分散情况及黏度稳定性。
承上，通过以2500-7500rpm转速搅拌2-20min，一方面能够使得原料体系被高剪切乳化设备充分分散均匀，以满足烟芯材料的成型要求，另一方面能有效降低转子和物料之间或者物料与物料之间的摩擦，避免了设备过热以及物料变性的情况。此外，还降低了设备表面磨损情况，有效改善了原料的细化效果。
本申请中，原料包括干物料。干物料包括主料和辅料，主料包括烟草原料，如雪茄内包叶或再造烟叶，再造烟叶主要为卷烟加工过程中产生的烟末、碎梗或碎片等。
辅料包括胶粘剂、香料以及发烟剂中的至少一种。可参考地，胶粘剂例如可以为羧甲基纤维素和/或各种纤维素衍生物，也可为果胶、树胶及其他天然原料的萃取物中的至少一种。可参考地，香料例如可以选自晾晒烟叶、白肋烟和烤烟烟叶中至少一种。可参考地，发烟剂例如可以选自丙二醇、丙三醇和山梨糖醇中的至少一种。
在本申请中，主料和辅料的重量比为2:8至8:2，例如2:8、3:7、4:6、5:5、6：4、7:3或8:2，也可以为2.5:7.5、3.5:6.5、4.5:5.5、5.5:4.5、6.5:3.5或7.5:2.5，还可以为2:8至8:2范围内的任一重量比值。
在上述配比范围下，能够使主料及辅料均达到很好的分散效果，同时又能满足低温烟芯材料配方、设备稳定运行、胶料成型等各方面要求。
在一些实施方式中，水与干物料的重量比可以为3-6：1，如3:1、3.5:1、4：1、4.5:1、5:1、5.5:1或6:1。在一些优选的实施方式中，干物料与水的重量比为3-5:1。在该重量比范围下，能够保证浆料具有较高浓度，利于后续成型。当辅料中含有胶粘剂时，上述重量比范围还能确保胶料在混合体系中具有较佳的溶解度。
在一些实施方式中，干物料的目数不低于80目。在一些优选的实施方式中，干物料的目数为100-500目，如200目、300目、400目或500目等，以利于使浆料黏度稳定。
在一些实施方式中，水的温度不超过50℃，一方面可防止设备在搅拌过程中过热而对原料造成不利影响，另一方面可确保设备稳定运行。
在一些实施方式中，于处于搅拌状态的水中逐一加入干物料中的各种物质。
在一些优选的实施方式中，待前一加入的物质均匀分散后再加入后一物质。具体的，当干物质包括胶粘剂和烟草原料时，胶粘剂于烟草原料之前加入；当干物质包括发烟剂时，发烟剂于烟草原料之后加入；当干物质包括香料时，香料于烟草原料之后加入；当干物质同时包括香料发烟剂时，香料于发烟剂之后加入。当干物质同时包括烟草原料、胶粘剂、香料以及发烟剂时，四种物质的按如下先后顺序加入水中：胶粘剂，烟草原料，发烟剂，香料。
按上述顺序加入各物质，能够使各物质得到较好的分散或溶解，从而获得分散均匀、黏度稳定的浆料。
值得说明的是，本申请中未公开的制浆过程或工艺可直接参照现有的稠浆法工艺，在此不做限定。
此外，本发明还提出了一种浆料，其由上述制浆方法制备而得。该浆料黏度稳定，所含的物料分散均匀，有利于制备出品质良好的烟草产品。
在一些实施方式中，上述浆料的黏度为500-5000mPa·s，如500mPa·s、1000mPa·s、2000mPa·s、3000mPa·s、4000mPa·s或500-5000mPa·s等。
此外，本发明还提出了一种烟芯材料的制备方法，包括以下步骤：干燥由上述制浆方法制备而得的浆料，随后成型。
在一些实施方式中，先将浆料覆于载体表面，随后干燥，成型。其中，载体可以为金属载体，可参照地，金属载体可以呈带状，也即金属载体为金属带。金属载体的材质例如可包括铁、不锈钢、铝或铜等。
可参考地，干燥可以是于60-120℃的条件下进行10-30min，优选于90℃的条件下进行15min。干燥可以但不仅限于采用烘干的方式进行。该干燥条件下不仅能够有效除去烟芯材料的水分，而且还有利于改善烟芯材料的外观和抽吸品质。成型可直接采用铲剥方式进行。
值得说明的是，本申请中未公开的烟芯材料的其它制备工艺和步骤可直接参照现有技术，在此不做限定。
上述烟芯材料的制备方法简单，易操作，适于工业化生产。
此外，本发明还提出了一种烟芯材料，该烟芯材料由上述制备方法制备而得。
在一些优选的实施方式中，通过上述制备方法制备而得的烟芯材料的抗张强度≤0.6KN/m2。在一些优选的实施方式中，通过上述制备方法制备而得的烟芯材料的纤维使用量为1-5％，如1％、2％、3％、4％或5％，优选3％或4％，相较于传统稠浆法烟芯材料纤维用量下降约80％。此外，通过上述制备方法制备而得的烟芯材料还具有良好的抽吸品质以及耐加工性能。
进一步地，在使用物料完全相同的情况下，使用传统工艺和本申请所提供的方法所制得的烟芯材料对比，从外观上进行观察，本申请所提供的烟芯材料更加趋于均匀；就抽吸品质而言，抽吸口数较传统稠浆法制得的烟芯材料抽吸口数有所提升，烟雾量释放更为均匀，对于品质的提升更为有利。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种烟芯材料，其制备方法包括：
A、制备浆料：将烟芯材料的原料与水于2500rpm的条件下高速剪切搅拌10min。
其中，原料包括干物料。干物料包括重量比为2:8的主料和辅料，水和干物料的重量比为3：1。主料为雪茄内包叶，辅料包括胶粘剂、香料及发烟剂。胶粘剂为羧甲基纤维素，香料为晾晒烟叶，发烟剂为丙二醇。干物料的目数为200目。水的温度为30℃。
物料的加入顺序如下：先向以2500rpm转速高速剪切搅拌的水中加入羧甲基纤维素至其完全溶解，随后加入雪茄内包叶至其分散均匀，再加入丙二醇至其完全溶解，最后加入晾晒烟叶至其分散均匀。
B、将上述浆料均匀地铺在循环的铝带表面，随后于90℃的条件下干燥15min，再铲剥制成烟芯材料。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：烟芯材料的原料与水于5000rpm的条件下高速剪切搅拌8min。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：烟芯材料的原料与水于7500rpm的条件下高速剪切搅拌5min。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于：烟芯材料的原料与水于3000rpm的条件下高速剪切搅拌20min。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于：烟芯材料的原料与水于6000rpm的条件下高速剪切搅拌2min。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于：水和干物料的重量比为4.5:1。
实施例7
本实施例与实施例1的区别在于：水和干物料的重量比为6:1。
实施例8
本实施例与实施例1的区别在于：干物料包括重量比为5:5的主料和辅料。
实施例9
本实施例与实施例1的区别在于：干物料包括重量比为8:2的主料和辅料。
实施例10
本实施例与实施例1的区别在于：主料为卷烟加工过程中产生的烟末，辅料包括胶粘剂、香料及发烟剂。胶粘剂为果胶，香料为白肋烟，发烟剂为山梨糖醇。物料的加入顺序如下：先向以2500rpm转速高速剪切搅拌的水中加入果胶至其完全溶解，随后加入卷烟加工过程中产生的烟末至其分散均匀，再加入山梨糖醇至其完全溶解，最后加入白肋烟至其分散均匀。
实施例11
本实施例与实施例1的区别在于：干物料的目数为200目。
实施例12
本实施例与实施例1的区别在于：干物料的目数为400目。
实施例13
本实施例与实施例1的区别在于：水的温度为50℃。
实施例14
本实施例与实施例1的区别在于：干燥是于80℃的条件下进行12min。
试验例
以实施例1为例，设置对照组1至3，对照组1采用传统的湿法制造工艺，对照组2采用传统的干法制造工艺，对照组3采用传统的稠浆法制造工艺，对照组1至3所使用的物料与实施例1完全相同。
对照组1至3以及实施例1所制得的烟芯材料的匀度模型依次如图1至图4所示。其中，1代表烟芯材料非贴缸表面，2代表烟芯材料内部，3代表白蕊及低涂布区，4代表烟芯材料贴缸面，5代表固定烟粉，6代表游离烟粉，A代表涂布料，B代表纤维，C代表烟粉，D代表胶。
对实施例1以及对照组1至3所得的烟芯材料进行对比。其结果显示：从外观上进行观察，实施例1所提供的烟芯材料较对照组1至3的烟芯材料更加趋于均匀；就抽吸品质而言，实施例1所提供的烟芯材料的抽吸口数较对照组3制得的烟芯材料抽吸口数有所提升，烟雾量释放更为均匀，对于品质的提升更为有利。
造成上述结果的原因可能在于：传统的湿法制造工艺，由于其基片成型工艺带来的正反面差，会在涂布过程中凸显，并被放大，导致其整体匀度下降，严重时可以观察到再造烟叶内部有白芯的存在；干法制造工艺，由于其基片成型主要靠胶黏剂来实现，成型后再使用喷涂的方式完成产品的生产，会造成烟粉与纤维结合不够紧密，会造成产品有掉粉情况的发生，且其使用的外纤比例过大，对于品质提升造成不利影响；传统的稠浆法制造工艺，由于其搅拌过程导致其分散不均匀，最终表现为产品品质稳定性差，耐加工性差等方面的问题；实施例1提供的烟芯材料相对与目前几种主流的再造烟叶，其内部分布更加趋于均一稳定，对低温烟烟芯材料质量的稳定将会更为有利。
综上所述，本申请提供的制浆方法能够有效调节浆料的黏度和分散均匀程度。由上述制浆方法制得的浆料黏度稳定，分散均匀。本申请提供的烟芯材料的制备方法简单易操作，有利于制得品质较佳的烟芯材料，由此得到的烟芯材料外观均匀，抽吸品质良好，耐加工性能良好，产品品质稳定。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
