一种电子烟雾化芯、雾化器及电子烟的制作方法

1.本实用新型属于电子烟领域，特别是一种纤维薄片制作的电子烟雾化芯、雾化器及电子烟。


背景技术：

2.电子烟的雾化芯需要将烟油由储油仓引导至雾化器的加热丝附近。最初的方法使用棉丝、玻纤丝等作为芯，收尾缠绕金属加热丝，利用丝束之间的毛细孔原理，引导烟油。然而采用烟棉包裹式的雾化器，在烟油雾化的过程中，加热丝的温度与烟油雾化量难达到最佳平衡点从而容易把烟棉烤焦，进而导致异味，影响用户抽吸感受。
3.为了避免烟棉烤焦带来的异味，普遍采用的方法是适用陶瓷雾化芯，例如cn204742641u使用陶瓷微孔棒替换棉芯。
4.但这种陶瓷棒的多孔陶瓷从表面到内部存在许多贯通的孔隙结构，锁油能力差于导油棉。当烟油过稀，粘度较小时，存在导油过快出现炸油现象，或在长期放置过程中，烟油从多孔陶瓷体内部渗漏至气体流道中，下次使用时直接吸入到口中，影响口感。
5.cn207492072u等专利将加热丝烧结在陶瓷内部，cn110384258a将加热丝烧结在倒台阶状陶瓷雾化芯底部，利用陶瓷芯的结构和孔隙率来调整工作时导油效率和放置时不漏油的性能要求的平衡。
6.陶瓷雾化芯带来的另一个问题是重金属污染。樊美娟等的文章《电子烟用金属件中重金属的迁移》(烟草科技，2019，52(2):40-46)表明重金属污染的来源之一是金属件，例如加热丝；烟液/气溶胶接触的金属件存在pb迁移的风险，迁移量为0.01～1.30mg/kg。然而在陶瓷加热雾化芯中，重金属的另一来源是陶瓷原料的杂质。用于烧结陶瓷的无机粉末材料在制备和加工过程中，无可避免地带来重金属的污染。
7.电子烟模拟传统烟草抽吸体验时，一个普遍的障碍在于香料的选择，需要溶解在丙二醇/丙三醇的复合溶剂中。传统烟草产生和外加调节烟草香气时，利用还原糖和氨基酸的美拉德反应提升香味，是口味的重要因素。然而多糖和蛋白在丙二醇/丙三醇复合溶剂中溶解度不佳。例如cn105310103b烟油中添加1％-15％的烟草提取物，还添加的葡萄糖和半胱氨酸，混合溶液在高温雾化时，，可发生美拉德反应，产生多种致香成分，可以改善电子烟烟油的抽吸品质，增加香气，降低杂气和刺激性，从而得到的电子烟的口味较佳，口感较好。然而为了溶解氨基酸半胱氨酸，需要将其溶解在水中，水的实际用量高达5％-12％，如此高含量的水影响雾化效果。
8.另一方面，用于烟液的烟草提取物，是将烟草原料经粉碎后浸提得到的，浸提使用的溶剂通常为乙醇或乙醇水溶液，例如cn107568800a。然而根据相似相似相溶原理，使用亲水性有机溶剂浸提得到的烟草提取物也为亲水性的。对于烟草中的亲油性物质例如脂类香气物质提取率很低。造成电子烟烟油对烟草的还原度较差，香气、杂气、刺激性和劲头等方面质量评定结果不好。


技术实现要素：

9.本实用新型的目的是提供一种纤维薄片制作的电子烟雾化芯，同时满足工作时高导油效率，同时在放置时不漏油的性能要求，并降低重金属危害。本实用新型的电子烟雾化芯还可以利用纤维薄片添加增香添加物对电子烟的增香，实现了对上述不溶于、或者溶解度不够的增香添加物可以用于丙二醇和丙三醇体系的烟油型电子烟中，实现了更加丰富、便捷的增香效果。
10.本实用新型的雾化芯，包括导油材料和发热部，所述的导油材料紧贴发热部，所述的导油材料为带纤维孔的薄片状，或者以纤维薄片作为导油材料。
11.所述的纤维孔是指由纤维聚集后纤维之间形成的缝隙和孔洞。借由纤维之间的缝隙和孔洞，导油材料可以通过毛细管作用将烟油传递到雾化芯的发热部。所述导油材料为将烟油从材料的一端主动地传送到另一端的材料。
12.所述薄片状是指片状或片状材料经过弯曲、卷曲、折叠或其他变形加工方式而成的形状。
13.所述的片状是指厚度尺寸远小于长度和宽度的形状。
14.薄片状可最大程度的接受热量及烟油，实现高效的能量交换。
15.本实用新型中的纤维薄片，是指由纤维聚集而成的片状产品，所述的薄片是指厚度尺寸远小于长度和宽度的片状。
16.从材料的角度，本实用新型的纤维薄片可以分为烟草薄片和非烟草薄片。即本实用新型的纤维薄片，可以使用非烟草纤维或烟草纤维制备薄片。非烟草纤维可以选择针叶木浆纤维、阔叶木浆纤维、竹浆纤维、麻浆纤维、龙须草浆纤维等植物纤维中的一种或多种组成。
17.所述发热部在电子烟工作时通过将电能转化为热能进而提供热量蒸发电子烟烟油形成气溶胶，即电子烟烟雾。
18.烟草薄片
19.烟草薄片又名再造烟叶，起源于20世纪50年代，是以烟梗、碎烟片、烟末等烟草废弃物为原料制成片状或者丝状再生产品，用作卷烟填充料。再造烟叶具有燃烧性能好、填充度高，低焦油量等特点。
20.目前，国内外生产烟草薄片的主要方法有四种种：辊压法，稠浆法、造纸法和干法造纸法。
21.辊压法再造烟叶是将烟梗、烟末、梗签等烟草物质粉碎后与胶黏剂、增强剂、保润剂、水等物料按一定比例混合搅拌均匀后，形成松散的团粒状，然后通过辊压机辊压形成片状进行干燥，最后经切丝机切成再造烟叶丝。
22.稠浆法再造烟叶是将烟草物料粉碎后掺入到带有胶黏剂、增强剂、保润剂和水的水溶液中，搅拌均匀后使之形成浆状物，均匀地铺展在一条不锈钢带上进行烘干，铲剥后即形成再造烟叶。
23.造纸法再造烟叶又称湿法再造纤维薄片，最早起源于奥地利、美国、法国和德国等国家，主要目的是回收利用烟草加工过程中产生的烟草废弃物，提高烟草原料利用率，以及制作雪茄烟的包皮材料等，属于烟草资源再利用的一种产品。按照其发展历程主要分为两步造纸法和一步造纸法，目前国内外广泛采用的主流加工工艺为两步造纸法工艺。两步法
生产工艺过程为：按再造烟叶原料配方要求，将烟梗、碎片、烟末以热水浸泡提取并经固液分离，将得到的提取液真空浓缩后调配为涂布液，剩余固渣则通过制浆并在特定纸机上抄造成型为片基，然后将涂布液均匀涂布于片基表面，再经干燥而成再造烟叶。
24.辊压法，稠浆法、造纸法三种方法更详细的内容可以参见《卷烟工艺学第二版》的第十二章再造烟叶制造工艺，再次全文援引(中国农业出版社，于建军主编，2015年9月第二版北京第3次印刷，isbn：978-7-109-13550-5)。
25.干法造纸法是申请人创造的一种制备纤维薄片的方法，是利用空气负压在成形网上形成纤维薄层，加载粘合剂并进行压层而形成纤维薄片。它与传统造纸方法不同之处在于纤维是在无水情况下形成纸幅。其产品呈疏松多孔的结构，具有优异的物理性能，并最大程度地保留烟草原料的有效成分，感官质量较好，且具有良好的加工适应性。
26.具体地，稠浆法制备烟草薄片的具体示例可以参见现有技术cn202010257127.7；
27.造纸法制备烟草薄片的具体示例可以参见cn200810028019.1；
28.本实用新型所称的烟草薄片，可以是含烟草纤维和任选地其他非烟草纤维的混合材料制备而成，例如cn201310006837.2的烟草纤维与绒毛浆纤维混合料制备的再造烟叶、cn201911315434.x的包含烟草花的烟草组合物制备的再造烟叶等。
29.优选的，所述的烟草薄片为干法烟草纤维薄片，特别是通过添加了烟用香精香料的干法烟草薄片。由于干法再造薄片呈疏松多孔的结构，因此可以负载较多的烟用香精香料。添加的方法包括但不限于烟用香精香料涂布液涂布烟草薄片，涂布的方法和产品可以参见cn201711000674.1(适用于添加于干法再造烟叶涂布液的烟叶组合物及其在制备加热不燃烧卷烟方面的应用)、cn201810475853.9(一种涂布料、涂布液及其在制备加热不燃烧用干法再造烟叶中的应用)等现有技术。
30.薄片制备方法
31.本实用新型的纤维薄片的制备方法没有特别的限制。例如可以采用干法气流成型原理，将非烟草纤维或烟草纤维通过气流成型后，在表面施胶，形成干法纤维薄片。优选地，纤维薄片采用干法气流成型原理，将纤维通过空气负压在成形网成型后，形成填充值≥6.0cm3/g的纤维薄层。所述纤维薄层成型后，再其表面喷施其重量5％-15％的胶类混合物，胶类混合物中可选地添加他辅料和增香添加物。施胶后进行压层操作。
32.纤维薄片性能参数
33.本实用新型使用的纤维薄片没有特别的限制。优选地，纤维薄片烟油导油率为1-3mm/min。烟油导油率至少为1mm/min才能足以满足抽吸时，导油量等于雾化量，避免雾化器干烧，造成异味，影响抽吸品质。纤维薄片烟油导油率可以为1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.2、2.4、2.5、2.6、2.8、3.0mm/min。
34.优选地，所述纤维薄片的毛细吸油高度为10-30mm。
35.优选地，本实用新型使用的纤维薄片具有如下的性能参数：定量为25-120g/m2，厚度为0.10-0.60mm，抗张强度≥0.50kn/m。
36.纤维薄片的水分含量没有特别的限定，优选地为纤维薄片质量百分数的6％-12％。
37.其中定量是指纤维薄片单位面积的克重，单位为g/m2。纤维薄片的克重表明了纤维的用量，纤维的用量对纤维薄片的机械性特别是抗张强度起决定性作用。本实用新型中
优选的纤维薄片定量为25-120g/m2，优选地，定量为30-100g/m2，最优选的35-70g/m2。具体地该数值范围的端点可以为25、20、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120g/m2。
38.厚度是指在一定面积，一定压力下纤维薄片两个表面间的垂直距离，具体可以采用标准gb/t450的规定取样和测定。本实用新型中优选的纤维薄片厚度为0.10mm-0.60mm，优选0.15mm-0.50mm，更有选0.20mm-0.40mm。具体地该数值范围的端点可以为0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50、0.55、0.60mm。
39.紧度是指每立方厘米纤维薄片的质量，以g/cm3表示，亦称表观密度；
[0040][0041]
松厚度是指1克重的纤维薄片的体积，以cm3/g表示，是紧度的倒数。本实用新型中优选的纤维薄片松厚度为2.0-10.0cm3/g，优选地，松厚度为3.0-9.0g/m2，最优选的4.0-8.0g/m2。具体地该数值范围的端点可以为2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0g/m2。
[0042][0043]
纤维薄片的抗张强度采用标准gb/t 12914-2008《纸和纸板抗张强度的测定》中规定的方法进行测定。本实用新型中优选的纤维薄片抗张强度≥0.50kn/m，优选为≥0.60kn/m，更优选≥0.65kn/m，最优选为≥0.70kn/m。
[0044]
增香添加物
[0045]
纤维薄片中添加的增香添加物包括但不限于：胶类混合物、植物粉末、提取物、香精香料、尼古丁盐、美拉德反应物、美拉德反应产物中的一种或多种。
[0046]
胶类混合物选自纤维素胶、瓜尔胶、黄原胶、卡拉胶、明胶、魔芋胶、海藻酸钠等中的一种或多种的组合。
[0047]
植物粉末选自陈皮粉、茶粉、烟粉、槟榔粉、甘草粉、薄荷等以植物为原料经粉碎而成的粉末中的一种或多种组合。
[0048]
提取物选自以烟草、茶叶、槟榔、陈皮、甘草、薄荷等植物为原料经醇提或水提后的产物中一种或多种组合。
[0049]
香精香料选自芒果香精、绿豆香精、蓝莓香精、凉味剂等带有特征口味或口感的香精。
[0050]
尼古丁盐为尼古丁与有机酸的结合物。所述酸包括以下中的至少一种：甲酸、草酸、乙醇酸、乙酸、异戊酸、戊酸、丙酸、辛酸、乳酸、山梨酸、苹果酸、酒石酸、琥珀酸、柠檬酸、苯甲酸、油酸、乌头酸、丁酸、肉桂酸、癸酸、3,7-二甲基-6-辛烯酸、1-谷氨酸、庚酸、己酸、3-己烯酸、反-2-己烯酸、异丁酸、月桂酸、2-甲基丁酸、2-甲基戊酸、肉豆蔻酸、壬酸、棕榈酸、4-戊烯酸、苯乙酸、3-苯基丙酸、盐酸、磷酸和硫酸。
[0051]
美拉德反应物，包含氨基酸和还原糖。
[0052]
其中所述氨基酸包括以下中的至少一种：谷氨酸、甘氨酸、精氨酸、赖氨酸、半胱氨酸及脯氨酸。
[0053]
其中所述还原糖为果糖或葡萄糖。
[0054]
纤维薄片上可直接添加美拉德反应产物，效果比添加氨基酸更为直接。所述美拉德反应产物可以为所述的烟叶浸膏和氨基酸反应得到的烟叶提取物的美拉德反应产物，其中烟叶浸膏为将烟叶切碎、提取、浓缩得到。具体如cn201410263756.5所示，在此全文援引。
[0055]
本实用新型在纤维薄片上添加增香添加物的方法没有特别的限制。例如可以将增香添加物选取或不选取适当溶剂，搅拌分散后喷涂于纤维薄片上，烘干制得最终产品。添加增香添加物的方法可以直接整合在干法制备薄片的工艺中，例如将非烟草纤维或烟草纤维利用干法气流成型原理，形成纤维薄片后，在纤维薄片上喷施少量胶提升纤维薄片强度；将胶类混合物、植物粉末、提取物、香精香料、尼古丁盐、美拉德反应物、美拉德反应产物中的一种或多种与适量水混合后，高速搅拌剪切后喷涂于纤维薄片上，经过烘干后形成添加了增香添加物的纤维薄片。
[0056]
雾化芯结构
[0057]
本实用新型雾化芯的结构和加工方法没有特别的限制。本实用新型的雾化芯的结构可以为发热部包括网状加热丝，发热部为平面的网状加热丝呈空心筒状结构，所述的纤维薄片围绕并紧贴在发热部空心筒状的外侧。该结构的发热部还包括延伸出的两根加热丝引线，引线设置于发热部的同一端，并相隔一定的距离，避免短路。
[0058]
优选的，发热部空心筒状结构的横截面为圆形、椭圆形、三角形、正方形、长方形。
[0059]
发热部的空心筒状结构可以为网状加热丝经卷曲或折叠而成，也可以为通过镂空、激光雕刻等加工工艺形成的立体结构。
[0060]
发热部的材质可以为镍铬合金或铁铬铝合金。
[0061]
优选的，围绕在发热部外的片状导油材料的层数为1-20层。具体可以为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20层。
[0062]
优选的，围绕在发热部外的单层或多层的片状导油材料的总厚度为0.1mm-10mm。具体可以为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10毫米。
[0063]
本实用新型的雾化芯的结构还可以是导油材料为由纤维薄片聚集成的导油芯，发热部为加热丝。加热丝围绕并紧贴于导油芯外侧。
[0064]
优选的，所述发热部还包括发热部的两端延伸出的加热丝引线。
[0065]
优选的，导油芯为由一片或多片纤维薄片沿基本相同的方向聚集成的柱状结构。
[0066]
优选的，导油芯的纤维薄片呈卷绕状。
[0067]
优选的，加热丝螺旋缠绕在纤维薄片导油芯外围。
[0068]
所述的“聚集”是指一片或多片纤维薄片沿相同的方向，通过折叠，卷绕等方式聚拢，或者纤维薄片被切割成大致的丝状，沿相同的方向排列聚集。
[0069]
本实用新型的目的之一是提供一种电子烟雾化器，其含有本实用新型的雾化芯。
[0070]
本实用新型的目的之一是提供一种电子烟，其含有本实用新型的雾化芯或本实用新型的雾化器。优选的，本实用新型的电子烟含有电源部分的烟杆、含有烟油和雾化器的烟弹，其中烟弹的雾化器含有本实用新型的雾化芯。
[0071]
有益效果
[0072]
本实用新型采用使用纤维薄片作为雾化芯的导油材料，导油效率高，不易造成干烧，影响抽吸体验；由于纤维薄片的结构的特殊性，可以添加各种类型的增香添加物，例如水溶性香精香料、植物粉末等不溶于丙二醇/丙三醇体系的物质，丰富了电子烟口味。当使
用烟草薄片时，增加电子烟的烟草还原度，还原了烟草本色，口感好。
附图说明
[0073]
图1为本实用新型实施例3的电子烟雾化芯结构示意图
[0074]
图2为本实用新型实施例2的电子烟雾化芯制备示意图。
[0075]
图3为本实用新型实施例2的电子烟雾化芯结构示意图。
[0076]
图4为包含本实用新型实施例2的电子烟雾化芯的电子烟烟弹结构示意图。
[0077]
附图标记：
[0078]
1、纤维薄片；2、加热丝引线；3、导油芯；4、发热部；5、吸嘴；6、挡油片；7、外壳；8、进油孔；9、电子烟油；10、底座。
具体实施方式
[0079]
实施例1
[0080]
本实用新型具体实施方式中，使用的纤维薄片为干法纤维薄片，并且为非烟草薄片，具体制备方法为按照不同的定量要求，将纤维通过空气负压在成形网形成纤维薄片，并在成型后的纤维薄层上喷涂其重量8％的胶类混合物，并进行层压后得到干法纤维薄片，并具备如下性能：
[0081]
表1样品性能
[0082][0083]
纤维薄片烟油导油率测定
[0084]
本实用新型对干法纤维薄片的烟油导油率测定方法，参考了qb/t 1662-1992《克列姆吸收性测定仪》、qb/t 461.1《纸和纸板毛细吸液高度的测定法(克列姆法)》、gb/t10739-2002《纸、纸板和纸浆试样处理和试验的标准大气条件》。然而由于烟油以丙二醇和丙三醇的混合溶剂作为主要有机溶剂成分，因此烟油导油率测定方法测定方法中，使用丙二醇与丙三醇质量比1:1的混合溶液作为待吸液体。具体实验步骤如下：
[0085]
1)试验仪器与试剂
[0086]
1.1克列姆吸水性试验仪，其标尺长度为200mm，标尺分度值为1mm。
[0087]
1.2秒表：可读准至1s。
[0088]
1.3试验用的试剂：丙二醇与丙三醇按照质量比1:1混合后的溶液。
[0089]
2)试样的采取、制备和处理
[0090]
每个样品随机切5条试样，每条试样宽(15
±
1)mm、长250mm。
[0091]
将上述切好的试样按gb/t10739的规定进行处理，进行吸液前准备。
[0092]
3)试验步骤
[0093]
3.1夹好试样后轻轻放下夹纸器的横梁，使试样垂直插入(23
±
1)℃的试剂(1.3)中5mm，开动秒表计时，10min
±
10s后，读取毛细吸液高度。
[0094]
3.2毛细吸液高度读准至1mm。
[0095]
3.3如果液体上升时润湿线倾斜或弯曲，应按平均高度读取结果。如果多层纸板里外层吸收速度不同时，应按平均值表示结果。
[0096]
3.4如果试样卷曲，可在试样下端挂一小夹子，所选用的夹子质量应能保证试样垂直插入液体而又不至于在试样湿润时将它拉长或拉断。
[0097]
3.5记录5条试样的吸液高度，并计算平均值。
[0098]
对比例1-1湿法再造纤维薄片
[0099]
除了使用湿法再造纤维薄片替换实施例1中的干法再造纤维薄片外，其余测定步骤与实施例1一致，该湿法再造纤维薄片性能如下表。
[0100]
表2
[0101][0102]
对比例1-2市售a4打印纸
[0103]
除了使用市售a4打印纸替换实施例1中的干法再造纤维薄片外，其余测定步骤与实施例1一致，该打印纸性能如下表。
[0104]
表3
[0105][0106]
测试结果
[0107]
不同纸张烟油导油测试结果如下表所示：
[0108]
表4
[0109][0110][0111]
实验结果表明，干法纤维薄片烟油导油率远大于湿法再造纤维薄片及a4纸的烟油导油率。对比例1-1选用的湿法纤维薄片。普通市售a4打印纸抗张强度足够，但松厚度不足，这是由于纤维之间的缝隙致密，不利于烟油的传导。只有足够的烟油导油率的纤维薄片作
为雾化芯导油材料时，才能够满足电子烟雾化时对雾化器发热部周围烟油的供应，避免干烧给用户带来异味，影响抽吸体验。
[0112]
实施例2电子烟雾化芯制备例1和雾化器、电子烟烟弹制备例
[0113]
如图1所示，发热部4使用网状加热丝，将电子烟网状加热丝卷曲成圆筒状。纤维薄片1紧贴在发热部外侧。其中网状加热丝延伸出两个加热丝引线2段彼此保持一定缝隙避免短路。将纤维薄片裁切到合适长度，实现对网状加热丝的层层包围，得到雾化芯，制备后雾化芯的结构如图2所示。雾化芯总直径为5mm。将该雾化芯装配到雾化器中。该雾化芯圆筒的筒芯构成雾化器的气流通道的一部分。
[0114]
将上述纤维薄片1和网状加热丝2构成的雾化芯固定在含有进油孔8的不锈钢套内，不锈钢套上下分别设置挡油片6和底座10。挡油片是为了避免电子烟油储存空间9中的电子烟油从上方进入加热通道中。挡油片6、底座10、不锈钢套、纤维薄片1、网状加热丝构成雾化器。
[0115]
将雾化器和烟弹其他部件装配制造成烟弹。电子烟烟弹包括雾化器、外壳7、吸嘴5和电子烟油储存空间9。气流经由底座10上设置的开孔进入，流经雾化器，经吸嘴5的开孔流出。电子烟烟弹结构如图4所示。
[0116]
实施例3电子烟雾化芯制备例2
[0117]
如图3所述，发热部4使用加热丝；将纤维薄片卷绕而成导油芯3，导油芯为实心，直径4mm，将加热丝围绕在导油芯3上，加热丝材质为电子烟常规镍铬合金丝。两端保留加热丝引线2。该雾化芯可应用于常规电子烟雾化器中。
[0118]
实施例4电子烟增香制备和效果
[0119]
将纤维利用干法气流成型原理，形成纤维薄层后，在纤维薄层上喷施少量胶提升强度；将如下表中的增香添加物与适量水混合后，高速搅拌剪切后喷涂于纤维薄层上，经过层压及烘干后形成添加了增香添加物的纤维薄片。
[0120]
将添加了增香添加物的纤维薄片按照实施例2的雾化芯制备方法制备雾化芯，并将其应用到丙二醇、丙三醇、2％尼古丁三组分烟油制备的电子烟中，，通过加入不同的增香添加物，得到增香纤维薄片1，2，3(请见下述表5)。
[0121]
作为对比例，还尝试了将对应增香添加物在常规电子烟烟液(丙二醇：丙三醇＝1：1，质量比)中的溶解性。
[0122]
表5
[0123][0124]
通过上述对比可知，本实用新型的电子烟雾化芯，将对于电子烟烟油不溶或部分溶解但有沉淀的增香添加物，成功添加到制备雾化芯的导油材料植物薄片中，实现了更加丰富、便捷的增香效果。