CN101194756A - 壳聚糖配合物在卷烟滤嘴上的应用及其制备 - Google Patents

Abstract

壳聚糖配合物在卷烟滤嘴上的应用，属于卷烟过滤嘴的制备技术领域。本发明中，壳聚糖配合物用作烟用醋酸纤维表面改性添加剂，所述的壳聚糖配合物的壳聚糖与总金属离子的摩尔比为5∶1～12∶1。本发明的工艺简单、实用性强。本发明通过对醋酸纤维采用壳聚糖配合物的改性添加剂，提高了醋酸纤维卷烟滤嘴的过滤性能，能够明显降低卷烟烟气中的有害成分，特别是焦油、氢氰酸和挥发性醛。与普通醋酸纤维丝束滤棒制备的卷烟相比，本发明的醋酸纤维滤棒制备的卷烟的卷烟烟气中的焦油下降15.8％，醛类降低27.1％，氢氰酸降低29.2％。

Description

壳聚糖配合物在卷烟滤嘴上的应用及其制备

技术领域

一种壳聚糖配合物改性二醋酸纤维的制备方法及其在卷烟中的应用，属于卷烟过滤嘴的制备技术领域。

背景技术

卷烟燃烧产生的有害物质主要有，焦油、一氧化碳、氢氰酸、挥发性醛、氨、亚硝胺、苯并[α]芘和酚类等。焦油中存在诱发癌症的物质，这些物质能够改变细胞的遗传结构，使正常细胞变为癌细胞，或者刺激被激发的细胞，导致肿瘤的形成。氰化氢属高毒类。CN^-进入体内，能迅速与细胞色素氧化酶的Fe³⁺结合，使细胞丧失对氧的利用能力，从而引起“细胞窒息”或“细胞内窒息”，细胞的生理生化功能也随之停止、结构损害，最终导致细胞死亡。甲醛能够诱发过敏性鼻炎和支气管炎，特别是能够诱导哮喘，引起眼部和气道刺激，导致直接的病变或降低这些部位的防病能力，还能够导致氧化损伤，主要表现在肝脏、心肌、肺和肾脏神经毒性。

吸烟与健康的问题越来越受到人们的关注，也一直是烟草行业致力解决的问题，但是，目前还缺少相对成熟的、工业适用性强的降焦减害技术。

地球上存在的天然有机化合物中，数量最大的是纤维素，其次就是甲壳素。在自然界每年生物合成的甲壳素将近100亿吨。人们发现，甲壳素经脱乙酰基后得到壳聚糖(其化学名称为1，4-2-胺基-脱氧-β-D葡萄糖)具有许多优越的性能，并愈来愈受到重视。在壳聚糖分子中存在有氨基和羟基，它们都有配位螯合功能，能与过渡金属离子形成稳定的具有选择吸附的功能配位化合物。

壳聚糖配合物具有良好的生理活性、高分子性能及金属离子的配位作用等性质。目前，壳聚糖配合物主要应用于污染物的富集、回收等环境保护和检测领域。另外，在许多新兴产业如人工模拟酶、医药工业、生物工程以及纳米材料的制备等领域有相关研究报道，在农业、医用材料、功能材料、催化材料、甚至医药制剂等领域也有良好的应用前景。但目前在卷烟行业还未见实际应用的报道。

壳聚糖与金属离子的配合物的结构简式如下图：

图1壳聚糖金属离子配合物的结构式

注：M^x+为金属离子，M为Cu、Ca、Fe、Ni或Zn等，x＝2或3。

发明内容

本发明的目的在于通过添加壳聚糖配合物对醋酸纤维表面进行改性，来提高卷烟滤嘴的过滤性能，从而降低卷烟烟气中的有害成分，特别是焦油、氢氰酸和挥发性醛。

本发明的另一目的旨在提供上述壳聚糖配合物简单实用的制备方法。

本发明的目的是通过下述方式实现的。

壳聚糖配合物用作烟用醋酸纤维表面改性添加剂，所述的壳聚糖配合物的壳聚糖与总金属离子的摩尔比为5∶1～12∶1。(壳聚糖的摩尔数为按照糖元摩尔质量计算的摩尔数，糖元摩尔质量约为161，下同)

壳聚糖与总金属离子的优选的摩尔比为6∶1～9∶1。

本发明采用的壳聚糖为可溶性壳聚糖，其分子量为5000～30000，壳聚糖的脱乙酰度为80％～98％。

优选采用的壳聚糖分子量为8000～15000，壳聚糖的脱乙酰度为85％～95％。

金属离子为Ca²⁺，Cu²⁺，Fe²⁺，Fe³⁺，Zn²⁺，Ni²⁺中的一种或多种。

壳聚糖配合物为一种金属离子的壳聚糖配合物，或是多种金属离子共同形成的壳聚糖配合物，或是不同金属离子配制的壳聚糖配合物的混合物。

本发明将壳聚糖配合物的水溶液配制成醋酸纤维纺丝用油剂，应用到现有的醋酸纤维制造过程中的纺丝单元中。

壳聚糖配合物的添加量为醋酸纤维丝束重量的0.05～1wt％。

壳聚糖配合物优选的添加量为醋酸纤维重量的0.3～0.8wt％。

壳聚糖配合物的制备方法为：

a)配制壳聚糖溶液：将壳聚糖粉末溶于水，配制成10～50wt％的壳聚糖水溶液；

b)配制金属离子溶液：将无机金属盐溶于水，配制成10～30wt％的溶液，总的金属盐的量为壳聚糖摩尔量的1/12～1/5；

c)在搅拌条件下将上述金属离子溶液加入到上述壳聚糖溶液中，添加完毕后继续搅拌10～30min至混合均匀，静置4～12小时，配制成稳定的壳聚糖配合物溶液。

所述的无机金属盐为CaCl₂，Ca(NO₃)₂，CuCl₂，CuSO₄，Cu(NO₃)₂，FeCl₂，FeSO₄，Fe(NO₃)₂，FeCl₃，Fe₂(SO₄)₃，Fe(NO₃)₃，ZnCl₂，ZnSO₄，Zn(NO₃)₂，NiCl₂，NiSO₄和Ni(NO₃)₂中的一种或几种。

总的金属盐的量优选为壳聚糖摩尔量的1/6～1/9；

本发明的有益效果：本发明通过对醋酸纤维采用壳聚糖配合物的改性添加剂，提高了醋酸纤维卷烟滤嘴的过滤性能，能够明显降低卷烟烟气中的有害成分，特别是焦油、氢氰酸和挥发性醛。与普通醋酸纤维丝束滤棒制备的卷烟相比，本发明的醋酸纤维滤棒制备的卷烟的卷烟烟气中的焦油下降15.8％，醛类降低27.1％，氢氰酸降低29.2％。

本发明优势还在于：

(1)与单纯使用壳聚糖相比，壳聚糖配合物能够实现利用现有普通醋酸纤维丝束加工工艺直接进行醋酸纤维表面改性，工艺简单，实用性强。

(2)与单纯使用壳聚糖相比，壳聚糖配合物的使用显著提高了降低卷烟危害的性能。

(3)由于本发明采用水溶性壳聚糖作为醋酸纤维的改性添加剂，使用方法简单，用量少，成本低。

具体实施方法

以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。

实施例1

1mol的粉末壳聚糖(分子量为10000，脱乙酰度为90％)溶液水，配制成30wt％的水溶液；取0.143mol的氯化铜，溶于水，配制成20wt％浓度的水溶液；在搅拌条件下将铜溶液加入到壳聚糖溶液中，继续搅拌30min，得到均匀的溶液，静置8小时后得到壳聚糖铜配合物溶液。按壳聚糖配合物为醋酸纤维重量的0.6％添加到醋酸纤维上。

实施例2

1mol的粉末壳聚糖(分子量为10000，脱乙酰度为90％)溶液水，配制成30wt％的水溶液；取0.143mol的氯化铁，溶于水，配制成20wt％浓度的水溶液；其余操作同实施1。

实施例3

1mol的粉末壳聚糖(分子量为10000，脱乙酰度为90％)溶液水，配制成30wt％的水溶液；取0.071mol的氯化铁和0.071mol的氯化铜，共溶于水，配制成20wt％浓度的水溶液；在搅拌条件下将铁和铜的混合溶液加入到壳聚糖溶液中，继续搅拌30min，得到均匀的溶液；其余操作同实施1。

实施例4

1mol的粉末壳聚糖(分子量为10000，脱乙酰度为90％)溶液水，配制成30wt％的水溶液；取0.048mol的氯化铁和0.095mol的氯化铜，共溶于水，配制成20wt％浓度的水溶液；其余操作同实施3。

实施例5

采用实施例4所述制备的壳聚糖铁铜配合物，按壳聚糖配合物为醋酸纤维重量的0.4％添加到醋酸纤维上。

实施例6

采用实施例4所述制备的壳聚糖铁铜配合物，按壳聚糖配合物为醋酸纤维重量的0.8％添加到醋酸纤维上。

实施例7

分别取400g按实施例1制备的壳聚糖铜配合物溶液和400g按实施例2制备的壳聚糖铁配合物溶液，将两种溶液混合搅拌均匀，静置4小时后，按壳聚糖配合物为醋酸纤维重量的0.6％添加到醋酸纤维上。

实施例8

分别取600g按实施例1制备的壳聚糖铜配合物溶液和300g按实施例2制备的壳聚糖铁配合物溶液，将两种溶液混合搅拌均匀，静置4小时后，按壳聚糖配合物为醋酸纤维重量的0.6％添加到醋酸纤维上。

实施例9

1mol的粉末壳聚糖(分子量为10000，脱乙酰度为90％)溶液水，配制成30wt％的水溶液；取0.167mol的氯化铜，溶于水，配制成20wt％浓度的水溶液；在搅拌条件下将氯化铜溶液加入到上述壳聚糖溶液中，其余步骤同实施例1。

实施例10

1mol的粉末壳聚糖(分子量为10000，脱乙酰度为90％)溶液水，配制成30wt％的水溶液；取0.111mol的氯化铁，溶于水，配制成20wt％浓度的水溶液；在搅拌条件下将氯化铁溶液加入到上述壳聚糖溶液中，其余步骤同实施例1。

实施例11

采用分子量为30000，脱乙酰度为95％的壳聚糖，其余的条件和步骤同实施例1。

实施例12

采用分子量为5000，脱乙酰度为85％的壳聚糖，其余的条件和步骤同实施例1。

通过上述实施例得到的醋酸纤维丝束经成型后，卷接制备卷烟，选择相同卷烟重量和吸阻的卷烟经专业烟气分析后，结果如下表：

                          表1不同改性方法制备的卷烟烟气分析结果

样品名	平均添加量	总粒相物	烟碱	焦油	氢氰酸	甲醛	醛类量
									(wt％丝束)	(mig/cig)			(μg/cig)
空白样	0	16.25	1.01	14.28	154	93	1197
								壳聚糖	0.6	15.72	0.98	13.75	143	86	1106
实施例1样品	0.6	15.83	1.06	13.26	124	73	1032
								实施例2样品	0.6	15.47	1.11	13.03	115	82	1084
实施例3样品	0.6	15.27	1.07	12.35	112	70	931

实施例4样品	0.6	14.55	1.07	12.11	117	69	905
								实施例5样品	0.4	15.2	1.06	12.94	128	79	982
实施例6样品	0.8	14.28	1.10	12.01	109	67	873
								实施例7样品	0.6	14.76	1.05	12.49	118	76	997
实施例8样品	0.6	15.04	1.03	12.96	122	74	975
								实施例9样品	0.6	15.37	1.01	13.12	119	71	998
实施例10样品	0.6	15.12	1.06	13.01	124	70	1013
								实施例11样品	0.6	15.41	1.02	13.56	130	82	1003
实施例12样品	0.6	15.22	1.03	13.27	121	74	964

从上表数据可以看出，与普通醋酸纤维嘴棒和单纯使用壳聚糖改性的醋酸纤维嘴棒制备的卷烟相比，壳聚糖配合物，特别是复合壳聚糖配合物改性的醋酸纤维明显的提高了滤嘴的过滤效率，与对照样相比，焦油、醛类和氢氰酸的降幅可以分别达到15.8％，27.1％和29.2％。本发明的结果说明，采用复合壳聚糖配合物改性醋酸纤维能够有效的提高卷烟滤嘴的过滤性能，达到降焦减害的目的，并且本发明采用的方法具有工艺简单、成本低和实用性强的突出优点。

Claims (10)

1.壳聚糖配合物在卷烟滤嘴上的应用，其特征在于，壳聚糖配合物用作烟用醋酸纤维表面改性添加剂，所述的壳聚糖配合物的壳聚糖与总金属离子的摩尔比为5∶1～12∶1。

2.根据权利要求1所述的壳聚糖配合物在卷烟滤嘴上的应用，其特征在于，壳聚糖为水溶性壳聚糖，其分子量为5000～30000，壳聚糖的脱乙酰度为80％～98％。

3.根据权利要求2所述的壳聚糖配合物在卷烟滤嘴上的应用，其特征在于，壳聚糖分子量为8000～15000，壳聚糖的脱乙酰度为85％～95％。

4.根据权利要求1所述的壳聚糖配合物在卷烟滤嘴上的应用，其特征在于，金属离子为Ca²⁺，Cu²⁺，Fe²⁺，Fe³⁺，Zn²⁺，Ni²⁺中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的壳聚糖配合物在卷烟滤嘴上的应用，其特征在于，壳聚糖与总金属离子的摩尔比为6∶1～9∶1。

6.根据权利要求1所述的壳聚糖配合物在卷烟滤嘴上的应用，其特征在于，壳聚糖配合物的添加量为醋酸纤维丝束重量的0.05～1wt％。

7.根据权利要求1所述的壳聚糖配合物在卷烟滤嘴上的应用，其特征在于，壳聚糖配合物的添加量为醋酸纤维丝束重量的0.3～0.8wt％。

8.壳聚糖配合物的制备方法，其特征在于，

a)配制壳聚糖溶液：将壳聚糖粉末溶于水，配制成10～50wt％的壳聚糖水溶液；

b)配制金属离子溶液：将无机金属盐溶于水，配制成10～30wt％的溶液，总的金属盐的量为壳聚糖摩尔量的1/12～1/5；

c)在搅拌条件下将上述金属离子溶液加入到壳聚糖溶液中，添加完毕后继续搅拌10～30min至混合均匀，静置4～12小时，配制成稳定的壳聚糖配合物溶液。

9.根据权利要求8所述的壳聚糖配合物的制备方法，其特征在于，所述的无机金属盐为CaCl₂，Ca(NO₃)₂，CuCl₂，CuSO₄，Cu(NO₃)₂，FeCl₂，FeSO₄，Fe(NO₃)₂，FeCl₃，Fe₂(SO₄)₃，Fe(NO₃)₃，ZnCl₂，ZnSO₄，Zn(NO₃)₂，NiCl₂，NiSO₄和Ni(NO₃)₂中的一种或几种。

10.根据权利要求8所述的壳聚糖配合物的制备方法，其特征在于，总的金属盐的量为壳聚糖摩尔量的1/6～1/9。