一种烟丝膨胀剂
技术领域
本发明涉及一种膨胀剂，具体地说，涉及一种烟草加工行业中使用的烟丝膨胀剂。
背景技术
烟丝膨胀技术是六十年代末七十年代初迅速发展起来的新技术，烟丝经过膨胀处理后可明显提高填充能力，因而减少了卷烟的单箱烟叶消耗，降低了烟丝中的烟气烟碱量。卷烟中掺入膨胀烟丝，可增强其燃烧性能，进而降低烟支中的焦油含量，因此世界各国都在进行相关技术和设备的研发。
烟草行业普遍采用氟利昂烟丝膨胀法，因其生产过程中排放的CFC-11破坏臭氧层，已被禁止使用；二氧化碳膨胀法设备投资大，造碎率高；氮气膨胀法和碳氢化合物膨胀法由于安全性的原因，国内外尚未推广使用。
目前使用的烟丝膨胀剂种类较多，但基本的膨胀工艺是相似的。利用烟丝膨胀剂的浸润性、溶解性在一定温度压力下浸渍到烟丝中，在热量作用下利用烟丝膨胀剂的易挥发性快速气化，从而达到膨胀烟丝的效果。
CN1656948A公开了一种烟丝膨胀剂，由五氟丙烷、五氟丁烷和十氟戊烷或全氟丁基甲醚按一定比例组成，其具有臭氧消耗潜能值为零或很低、沸点适中、安全、低毒、不可燃、易挥发等特点，可以替代CFC-11在烟草行业中作烟丝膨胀剂用。
CN1823637A公开了一种烟丝膨胀剂组合物，由五氟丁烷、七氟丙烷所组成，第二种由五氟丁烷、六氟丙烷组成，第三种由五氟丁烷和五氟丙烷组成，第四种由五氟丁烷和四氟乙烷组成，第五种由五氟丁烷和十氟戊烷所组成。上述烟丝膨胀剂组合物其臭氧消耗潜能值(缩写为ODP)为零，沸点适中、安全、低毒，不可燃，可代替CFC-11在烟草行业中作为烟丝膨胀剂用。
CN101766328A公开了一种烟丝膨胀剂组合物，其质量百分比组成为：氟代烷烃50～99％、醇或醚或烷烃1～50％，所述氟代烷烃为五氟丙烷、五氟丁烷、十氟戊烷或甲氧基七氟丙烷的一种或几种任意组合。上述环保烟丝膨胀剂组合物具有良好的化学稳定性，其臭氧消耗潜能值ODP指标为零，远低于CFC-11。
以上烟丝膨胀剂大多采用氢氟碳化合物，分子中不含氯，只含有氢、氟原子，不破坏臭氧层，ODP＝0。但这类物质大气寿命长，且温室效应比较高，GWP值大(温室气体相对于二氧化碳，在100年的时间内导致地球变暖的潜在能力，其值越大，说明该物质在大气寿命越长，导致的温室效应越大，以上饱和氢氟碳类烟丝膨胀剂的GWP值在几千至几万间不等)。1997年通过的《京都议定书》将氢氟碳化物列为温室气体。随着大部分氢氟氯碳类物质开始逐步向氢氟碳化合物转换，全球削减氢氟碳化合物的声音开始显现。2016年10月15日，第28届《蒙特利尔议定书》缔约方大会就导致全球变暖的强效温室气体氢氟碳化合物(HFCs)的削减达成一致并签署协议。根据修正案的内容，包括中国在内的超过100个发展中国家，制订了明确的时间表削减氢氟碳化合物使用，将自2024年起冻结HFCs的消费和生产，到2040年，所有国家预计HFCs消费将不超过各自基准的15％-20％，氢氟碳化合物替代品的选择将成为接下来各国的重点工作之一。目前全球正在研究的替代品需要同时满足：臭氧消耗潜值(ODP)近似为O，温室效应潜值(GWP)要尽可能低，大气寿命尽可能短。该协议的签署，对以上系列的氢氟碳类化合物的烟丝膨胀剂的应用提出了挑战。
本专利提出了一种具有ODP值为零，GWP值很低，沸点适中、安全、低毒、不可燃、易挥发等特性，适用于烟草加工行业使用的烟丝膨胀剂。
发明内容
本发明的首要发明目的在于提出了一种ODP指标为零或很低，GWP值很低，各项指标数据达到较高使用指标的环保烟丝膨胀剂。
为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
一种烟丝膨胀剂，其中，所述烟丝膨胀剂按质量百分比计，其组成为：
卤代烯烃%2049～98％
酯类化合物%201～50％
卤代醚或卤代醇%201～20％。
优选地，所述烟丝膨胀剂按质量百分比计，其组成为：
卤代烯烃%2070％
酯类化合物%2020％
卤代醚或卤代醇%2010％。
其中，所述卤代烯烃选自四氟丙烯、一氯三氟丙烯和六氟丁烯中的至少一种。
其中，所述所述酯类化合物选自3到5个碳原子的饱和脂肪族酯类化合物、3到5个碳原子的不饱和酯类化合物或8到10个碳原子的芳香酯类化合物中的至少一种。
其中，所述卤代醚或卤代醇为3到5个碳原子的卤代醚或3到5个碳原子的卤代醇类化合物中的一种或几种任意组合。
以上所述原料均采用一级品，所述组合物可通过上述比例均匀混合，主要是通过按质量分数在配置罐中进行配置，并且进行搅拌使之均匀混合，得到一种本发明的烟丝膨胀剂。
本发明的有益效果如下：
1、本发明所用的烟丝膨胀剂原料在水中的溶解度较低，这样有利于膨胀物质的分离和回收利用，可以大大降低烟丝膨胀剂的成本。
2、本发明的烟丝膨胀剂所用的酯类化合物为小分子化合物，因为烟丝本身能应用膨胀的孔较小，所以当前许多大的烟丝膨胀化合物分子无法进入其微孔，而本发明的酯类化合物则能顺利进入微孔以发挥增大膨胀效能，极大程度上满足目前烟丝膨胀剂的使用需求。加入的酯类化合物因为本身的ODP指标为零，因此不会增大ODP指标，不会造成臭氧层的破坏。此外，酯类化合物的膨胀剂在膨胀过程中不会发生加热的分解或者性质变化，因此具有较好的热化学稳定性，不会发生热分解或者热不稳定的现象。
3、本发明的烟丝膨胀剂中卤代烯烃、醇、卤代醚和酯类化合物都是无毒物质，不会对环境和人体造成毒性影响，所述膨胀剂残留量也较低。
4、本发明的烟丝膨胀剂中的卤代烯烃、醇、卤代醚和酯类化合物都为不可燃化合物，卤代烯烃没有闪点，使用安全性高。
5、本发明的烟丝膨胀剂制备所用的工艺设备简单，后期工艺流程基本相同，在工艺上完全可以满足本发明的烟丝膨胀剂的使用和配制，同时对于后期操作因为所加入的酯类化合物在水中的溶解度很小，所以对于其分离只需要简单操作即可完成，提高了生产效率的同时降低了回收和使用成本。
6、本发明的烟丝膨胀剂具有臭氧消耗潜能值很低，不会产生臭氧层的破坏；大气寿命短，且温室效应低，GWP值低于100，不同配方的烟丝膨胀剂GWP＝10～100，低于饱和氢氟碳类化合物一到两个数量级，符合新的环保要求；沸点较低较易挥发达到膨胀的效果不会造成膨胀困难等问题；分子为小分子化合物易于发挥膨胀功能，提高膨胀效率；在水中的溶解度较低，易于后期回收，降低回收和使用成本；同时具有毒性极小、安全、热稳定性好等优点，完全可以作为一种新型的烟丝膨胀剂在烟草行业中作为现行的替代用品来使用。
具体实施方式
以下为本发明的具体实施方式部分，所述实施例是为了进一步描述本发明，而不是限制本发明。
实施例1
本实施例的一种烟丝膨胀剂组合物的质量百分比组成为：四氟丙烯与一氯三氟丙烯的混合物(二者质量比为3∶2)70％，甲酸乙酯20％，五氟丙醇10％。
其制备方法是：按上述比例称取原料，然后置于配料罐中，搅拌混合均匀，再用500目的过滤器加压过滤，制成本实施例的烟丝膨胀剂。
实施例2
本实施例的一种烟丝膨胀剂组合物的质量百分比组成为：四氟丙烯与一氯三氟丙烯和六氟丁烯的混合物(三者质量比为3∶2∶1)70％，甲酸乙酯20％，五氟丙醇10％。
其制备方法是：按上述质量百分比称取原料，然后置于配料罐中，搅拌混合均匀，再用500目的过滤器加压过滤，制成本实施例的烟丝膨胀剂。
实施例3
本实施例的一种烟丝膨胀剂组合物的质量百分比组成为：四氟丙烯与一氯三氟丙烯的混合物(二者质量比为3∶2)70％，甲酸丙酯20％，五氟丙醇10％。
其制备方法是：按上述质量百分比称取原料，然后置于配料罐中，搅拌混合均匀，再用500目的过滤器加压过滤，制成本实施例的烟丝膨胀剂。
实施例4
本实施例的一种烟丝膨胀剂组合物的质量百分比组成为：四氟丙烯与一氯三氟丙烯和六氟丁烯的混合物(三者质量比为3∶2∶1)70％，甲酸丙酯20％，五氟丙醇10％。
其制备方法是：按上述质量百分比称取原料，然后置于配料罐中，搅拌混合均匀，再用500目的过滤器加压过滤，制成本实施例的烟丝膨胀剂。
实施例5
本实施例的一种烟丝膨胀剂组合物的质量百分比组成为：四氟丙烯与一氯三氟丙烯的混合物(二者质量比为3∶2)70％，甲酸丙酯20％，三氟甲基甲基醚10％。
其制备方法是：按上述质量百分比称取原料，然后置于配料罐中，搅拌混合均匀，再用500目的过滤器加压过滤，制成本实施例的烟丝膨胀剂。
实施例6
本实施例的一种烟丝膨胀剂组合物的质量百分比组成为：四氟丙烯与一氯三氟丙烯的混合物(二者质量比为3∶2)70％，甲酸丙酯20％，三氟甲基甲基醚10％。
其制备方法是：按上述质量百分比称取原料，然后置于配料罐中，搅拌混合均匀，再用500目的过滤器加压过滤，制成本实施例的烟丝膨胀剂。
实施例7
本实施例的一种烟丝膨胀剂组合物的质量百分比组成为：四氟丙烯、一氯三氟丙烯和六氟丁烯的混合物(三者质量比为3∶2∶1)70％，甲酸丙酯20％，三氟甲基甲基醚10％。
其制备方法是：按上述质量百分比称取原料，然后置于配料罐中，搅拌混合均匀，再用500目的过滤器加压过滤，制成本实施例的烟丝膨胀剂。
对比例1
本实施例的一种烟丝膨胀剂组合物的质量百分比组成为：五氟丙烷85％，正戊烷15％。
其制备方法是：按上述质量百分比称取原料，然后置于配料罐中，搅拌混合均匀，再用500目的过滤器加压过滤，制成本实施例的烟丝膨胀剂。
对比例2
本实施例的一种烟丝膨胀剂组合物的质量百分比组成为：十氟戊烷和甲氧基七氟丙烷(5∶2)90％，乙醚10％。
其制备方法是：按上述质量百分比称取原料，然后置于配料罐中，搅拌混合均匀，再用500目的过滤器加压过滤，制成本实施例的烟丝膨胀剂。
应用效果实施例
在某著名烟草企业的烟丝膨胀加工车间内，在同等加入量和同等工艺条件下，分别将本发明实施例1至实施例7和对比例1和对比例2的烟丝膨胀剂用于膨胀同一批次的烟丝原料，结果如下表所示：
*耐久性指烟丝在烟丝膨胀剂中浸渍后与进入微波腔内微波膨胀间的时间间隔，达到相同膨胀效果允许的时间间隔越长，耐久性越好。
经过试验证明，本发明的烟丝膨胀剂，所用的烟丝膨胀设备与原有膨胀剂所用设备相同，不需进行设备改动。膨胀工艺流程与原工艺流程相同，蒸发器温度稍有降低(5-10℃)，介质工作罐浸渍压力降低(原有0.7-1.4MPa，现有0.5-1.0MPa)，均为技术指标的降低，不需要进行设备改动。
采用本发明的烟丝膨胀剂GWP值显著降低，满足可持续发展的环保要求，并且膨胀后烟丝颜色、展度指标均不低于原有膨胀剂，耐久性明显提高，降低了膨胀工艺难度，提高膨胀剂回收率，降低了设备运行成本。
