CN101947435A

CN101947435A - 降低卷烟烟气中苯酚类物质的壳聚糖聚阳离子添加剂

Info

Publication number: CN101947435A
Application number: CN 201010278852
Authority: CN
Inventors: 储国海; 周国俊; 林贤福; 金鑫; 徐键; 刘金莉
Original assignee: China Tobacco Zhejiang Industrial Co Ltd
Current assignee: China Tobacco Zhejiang Industrial Co Ltd
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2030-09-10
Also published as: CN101947435B

Abstract

本发明公开了一种降低卷烟烟气中苯酚类物质的壳聚糖聚阳离子添加剂。该添加剂是以颗粒状多孔材料为载体且在多孔材料上负载了亲水性聚阳离子的材料；所述的亲水性聚阳离子为壳聚糖盐酸盐。将该添加剂应用于制备卷烟滤嘴中，就可以利用添加剂中的水分选择性降低卷烟烟气中的苯酚类有害物质，同时由于许多香味有机化合物不溶于水，本发明在降低烟气中酚类有害成分的同时可能还可以避免香味成分损失，保持卷烟的内在品质。

Description

降低卷烟烟气中苯酚类物质的壳聚糖聚阳离子添加剂

技术领域

本发明涉及卷烟降焦减害技术领域，具体涉及一种选择性降低卷烟烟气中苯酚类物质含量的壳聚糖聚阳离子添加剂。

背景技术

长期以来，世界烟草行业一直高度重视卷烟减害降焦工作。近年来WHO对烟气有害成分的管制有特别明确规定，已得到世界各国的积极响应。针对卷烟烟气中各种有害成分，研究者发展了多种降害技术，其中对卷烟滤嘴的改性是最有效的降害手段之一；通过向卷烟滤嘴中添加或复合纳米材料、高分子材料以及生物材料等，达到有效降低卷烟烟气的某些有害成分的效果。

卷烟烟气成分非常多，主要分为亲水性成分和疏水性成分两类。研究结果已经表明：用一些金属催化剂、多孔或介孔吸附材料、纳米材料，还有生物大分子DNA等材料对卷烟滤嘴的改性，对于疏水性多环芳烃如苯并芘和CO等有害成分降的低起到了很好的效果；市场上已经出现了向卷烟滤嘴中添加纳米金属催化剂的低CO型卷烟。研究者发现用血红蛋白、茶质等材料对卷烟滤嘴的复合改性，或者用NaA型沸石对卷烟滤嘴的复合改性，对于亚硝基化合物、醛酮化合物等有害组分的降低也有一定的效果。

酚类化合物是卷烟烟气中一种主要的有害物质，可经皮肤粘膜、呼吸道及消化道进入体内与细胞原浆中的蛋白质发生化学反应，引起蓄积性慢性中毒或急性中毒的昏迷死亡。其中又以苯酚的毒性最大，因此苯酚被列为卷烟烟气有害物质的指标性化合物之一，需对其进行监测和控制。目前，一些研究已经开始关注卷烟烟气中酚类有害物质的降低。中国专利ZL 200710162960.8中公开了将一些中草药的提取物混合到烟丝中作为降低卷烟烟气中酚类有害物质的方法，但是此方法有可能会影响烟丝的正常燃烧，使烟气的口感受到影响，甚至会增加其他有害成分。中国专利申请CN200910307638.9中公开了将固体粉末状的杯芳烃作为添加剂直接添加在卷烟滤嘴中，可以降低约40％的苯酚，但是杯芳烃自身的毒性还有待考虑。另外，中国专利申请CN200810031589.6和中国专利申请CN200710034453.6中分别公开了离子液体、金属氧化物作为过滤嘴棒的添加剂，并具有一定的降酚效果；但是这两种物质制备工艺比较复杂，且添加有离子液体或金属氧化物的过滤嘴的卫生安全问题还需要进一步考察。因此，有必要开发一种新型的卷烟滤嘴添加剂。

发明内容

本发明基于苯酚类物质易溶于水的原理，设计和开发了一种负载有亲水性聚阳离子的选择性降低卷烟烟气中酚类有害物质含量的添加剂。

一种选择性降低卷烟烟气中苯酚类有害物质含量的添加剂，是以多孔材料为载体且在多孔材料上负载了亲水性聚阳离子的材料。

本发明发现亲水性聚阳离子具有含水保水的能力，其含水保水的能力保证了添加剂中的水分含量，使水分起到对卷烟烟气中苯酚类有害物质选择性降低的作用。

所述的亲水性聚阳离子选用壳聚糖盐酸盐，可选用市售产品；壳聚糖盐酸盐中含有大量的羟基结构，能够增进与酚类化合物之间的作用力。

所述的多孔材料是添加剂的载体，其多孔性的吸附能力给亲水性聚阳离子的负载提供了保障；优选颗粒状的多孔材料，颗粒状的外形能够更好的满足卷烟滤嘴的生产需求。所述的颗粒状多孔材料可选用本领域常用的颗粒状多孔材料，所述的多孔材料优选硅藻土、硅胶、活性炭、大孔吸附树脂、分子筛、沸石、海泡石等中的一种或多种。

所述的添加剂中负载的亲水性聚阳离子的质量百分含量优选为0.05％～5％，可在节约成本的前提下更加有效的去除酚类有害物质。

所述的添加剂的粒径优选为0.05mm～3mm，比表面积优选为20m²/g～1500m²/g，质量含水率优选为10％～40％(质量含水率的测试方法一般为：100℃干燥2h，根据干燥前后的质量差计算质量含水率)。

所述的添加剂的制备方法，包括：将亲水性聚阳离子通过普通浸渍吸附的方式负载在多孔材料上，制得添加剂；具体步骤包括：将多孔材料与亲水性聚阳离子的水溶液充分混合均匀，静置后过滤，将过滤得到的固体物质真空干燥，得到添加剂。

所述的亲水性聚阳离子的水溶液的浓度优选为0.2g/L～10g/L。

所述的添加剂以亲水性聚阳离子为保水材料通过多孔材料的支载作用构筑而成；将所述的添加剂应用于制备卷烟滤嘴中，就可以利用添加剂中的水分选择性降低卷烟烟气中的苯酚类有害物质。

以一支烟的卷烟滤嘴中的滤棒总质量计，所述的添加剂的质量百分含量优选为5％～50％。

所述的卷烟滤嘴可以为二元复合式卷烟过滤嘴，包括普通滤棒以及沿普通滤棒轴向与普通滤棒叠加的复合滤棒；所述的复合滤棒由所述的添加剂或者由所述的添加剂和普通滤棒材料制成；用于制备卷烟时复合滤棒与烟丝段接触。其中，所述的复合滤棒与普通滤棒的长度比优选为1～2∶1～2。

所述的卷烟滤嘴还可以为三段复合式卷烟过滤嘴，包括两段普通滤棒以及沿普通滤棒轴向与普通滤棒叠加的复合滤棒，所述的复合滤棒位于两段普通滤棒之间；所述的复合滤棒由所述的添加剂或者由所述的添加剂和普通滤棒材料制成；用于制备卷烟时普通滤棒与烟丝段接触。其中，所述的复合滤棒与各段普通滤棒的长度比优选为0.5～2∶1。

所述的普通滤棒的材料选用本领域适用于做滤棒的材料，如可选用常用的醋酸纤维、聚丙烯纤维、纸纤维、黏胶纤维、Lyocell纤维(即溶解性纤维)等中的一种或多种。

本发明的复合滤棒和普通滤棒均采用本领域滤棒的常规制备方法进行制备。

本发明卷烟滤嘴的规格可依据市售卷烟的滤嘴规格。

所述的苯酚类物质包括苯酚、间-甲酚、对-甲酚、邻-甲酚等苯酚类化合物中的一种或多种。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明添加剂制备的卷烟滤嘴，以添加剂中的亲水性聚阳离子及吸附的水分作为过滤介质可以有效的降低烟气中的苯酚类有害成分。与同规格的市售卷烟相比，采用本发明添加剂制备的卷烟滤嘴可使卷烟烟气中苯酚类有害成分的含量降低40％～60％。

同时由于许多香味有机化合物不溶于水，本发明添加剂在降低烟气中苯酚类有害成分的同时还可以避免香味成分损失，保持卷烟的内在品质。

附图说明

图1为装有本发明二元复合式卷烟过滤嘴的卷烟的结构示意图；

图2为装有本发明三段复合式卷烟过滤嘴的卷烟的结构示意图；

图1和图2中，1为普通滤棒，2为复合滤棒，3为卷烟过滤嘴，4为烟丝段。

具体实施方式

实施例1

将壳聚糖盐酸盐溶于水配制成10mg/mL的聚阳离子溶液，再将5.0g粉末状硅胶浸入10ml上述聚阳离子溶液中，浸泡6h，过滤，所得固体于60℃下烘12h，得到添加剂，添加剂中负载的聚阳离子的质量百分含量为1.5％。经红外光谱表征分析，该添加剂的红外谱图中1000～1100cm^-1处特征峰的出现，以及zeta电位的测定值为+23mV，验证了壳聚糖盐酸盐在粉末状硅胶上负载成功，得到负载有壳聚糖盐酸盐的颗粒状多孔材料。

经检测，该添加剂粒径为0.3mm，比表面积为600m²/g，质量含水率为30％。

将上述添加剂在滤棒成型机上均匀的添加在开松的醋酸纤维丝束上并卷制成型制成复合滤棒2；以醋酸纤维丝束为原料按照复合滤棒2的制备方法制得普通醋酸纤维滤棒1。将制得的复合滤棒2沿普通醋酸纤维滤棒1轴向与普通醋酸纤维滤棒1叠加，制得二元复合式卷烟过滤嘴3，其中，复合滤棒2与普通醋酸纤维滤棒1的长度比为2∶1，添加剂的添加量为复合滤棒2和普通醋酸纤维滤棒1总质量的30％。

用制得的二元复合式卷烟过滤嘴3替代某品牌市售卷烟中的普通醋酸纤维滤棒生产出试样烟，试样烟中复合滤棒2一端与烟丝段4接触。对试样烟烟气中的酚类物质进行测定，并与同种烟丝的市售卷烟(采用相同规格普通醋酸纤维滤棒)相对照。卷烟烟气中苯酚类物质的含量按照ISO3308的规定在CeruleanSM450型吸烟机(Cerulean，UK)上进行测定。结果见表1。

表1 本发明的复合式卷烟滤嘴对酚类有害物质的降害效果

实施例2

将壳聚糖盐酸盐溶于水配制成5mg/mL的聚阳离子溶液，再将5.0g颗粒状硅藻土浸入15ml上述聚阳离子溶液中，浸泡3h，过滤，所得固体于60℃下烘12h，得到添加剂，添加剂中负载的聚阳离子的质量百分含量为0.9％。经红外光谱表征分析，该添加剂的红外谱图中1000～1100cm^-1处特征峰的出现，以及zeta电位的测定值为+29mV，验证了壳聚糖盐酸盐在颗粒状硅藻土上负载成功，得到负载有壳聚糖盐酸盐的颗粒状多孔材料。

经检测，该添加剂粒径为0.1mm，比表面积为750m²/g，质量含水率为20％。

将上述添加剂在滤棒成型机上均匀的添加在开松的醋酸纤维丝束上并卷制成型制成复合滤棒2；以醋酸纤维丝束为原料按照复合滤棒2的制备方法制得普通醋酸纤维滤棒1。将制得的复合滤棒2沿普通醋酸纤维滤棒1轴向与普通醋酸纤维滤棒1叠加，制得二元复合式卷烟过滤嘴3，其中，复合滤棒2与普通醋酸纤维滤棒1的长度比为1∶1，添加剂的添加量为复合滤棒2和普通醋酸纤维滤棒1总质量的10％。

用制得的二元复合式卷烟过滤嘴3替代某品牌市售卷烟中的普通醋酸纤维滤棒生产出试样烟，试样烟中复合滤棒2一端与烟丝段4接触。对试样烟烟气中的酚类物质进行测定，并与同种烟丝的市售卷烟(采用相同规格普通醋酸纤维滤棒)相对照。卷烟烟气中苯酚类物质的含量检测方法同实施例1。结果见表2。

表2 本发明的复合式卷烟滤嘴对酚类有害物质的降害效果

实施例3

将壳聚糖盐酸盐溶于水配制成10mg/mL的聚阳离子溶液，再将2.0g颗粒状分子筛浸入20ml上述聚阳离子溶液中，浸泡8h，过滤，所得固体于60℃下烘12h，得到添加剂，添加剂中负载的聚阳离子的质量百分含量为5％。经红外光谱表征分析，该添加剂的红外谱图中1000～1100cm^-1处特征峰的出现，以及zeta电位的测定值为+25mV，验证了壳聚糖盐酸盐在颗粒状分子筛上负载成功，得到负载有壳聚糖盐酸盐的颗粒状多孔材料。

经检测，该添加剂粒径为0.5mm，比表面积为300m²/g，质量含水率为40％。

将上述添加剂在滤棒成型机上卷制成型制成复合滤棒2；以醋酸纤维丝束为原料按照复合滤棒2的制备方法制得普通醋酸纤维滤棒1。将制得的复合滤棒2沿普通醋酸纤维滤棒1轴向与普通醋酸纤维滤棒1叠加，制得二元复合式卷烟过滤嘴3，其中，复合滤棒2与普通醋酸纤维滤棒1的长度比为1∶2，添加剂的添加量为复合滤棒2和普通醋酸纤维滤棒1总质量的20％。

用制得的二元复合式卷烟过滤嘴3替代某品牌市售卷烟中的普通醋酸纤维滤棒生产出试样烟，试样烟中复合滤棒2一端与烟丝段4接触。对试样烟烟气中的酚类物质进行测定，并与同种烟丝的市售卷烟(采用相同规格普通醋酸纤维滤棒)相对照。卷烟烟气中苯酚类物质的含量检测方法同实施例1。结果见表3。

表3 本发明的复合式卷烟滤嘴对酚类有害物质的降害效果

实施例4

将壳聚糖盐酸盐溶于水配制成2mg/mL的聚阳离子溶液，再将5.0g颗粒状大孔吸附树脂浸入25ml上述聚阳离子溶液中，浸泡3h，过滤，所得固体于60℃下烘12h，得到添加剂，添加剂中负载的聚阳离子的质量百分含量为0.05％。经红外光谱表征分析，该添加剂的红外谱图中1000～1100cm^-1处特征峰的出现，以及zeta电位的测定值为+21mV，验证了壳聚糖盐酸盐在颗粒状大孔吸附树脂上负载成功，得到负载有壳聚糖盐酸盐的颗粒状多孔材料。

经检测，该添加剂粒径为1.5mm，比表面积为40m²/g，质量含水率为30％。

将上述添加剂在滤棒成型机上均匀的添加在开松的醋酸纤维丝束上并卷制成型制成复合滤棒2；以醋酸纤维丝束为原料按照复合滤棒的制备方法制得普通醋酸纤维滤棒1。将制得的复合滤棒2放置在两段普通醋酸纤维滤棒1之间，并沿普通醋酸纤维滤棒1轴向与两段普通醋酸纤维滤棒1叠加，制得三段复合式卷烟过滤嘴3，其中，复合滤棒2与各段普通醋酸纤维滤棒1的长度比为1.5∶1，添加剂的添加量为复合滤棒2和两段普通醋酸纤维滤棒1总质量的50％。

用制得的三段复合式卷烟过滤嘴3替代某品牌市售卷烟中的普通醋酸纤维滤棒生产出试样烟，试样烟中一段普通醋酸纤维滤棒1的一端与烟丝段4接触。对试样烟烟气中的酚类物质进行测定，并与同种烟丝的市售卷烟(采用相同规格普通醋酸纤维滤棒)相对照。卷烟烟气中苯酚类物质的含量检测方法同实施例1。结果见表4。

表4 本发明的复合式卷烟滤嘴对酚类有害物质的降害效果

实施例5

将壳聚糖盐酸盐溶于水配制成5mg/mL的聚阳离子溶液，再将5.0g颗粒状活性炭浸入20ml上述聚阳离子溶液中，浸泡6h，过滤，所得固体于60℃下烘12h，得到添加剂，添加剂中负载的聚阳离子的质量百分含量为1.5％。经红外光谱表征分析，该添加剂的红外谱图中1000～1100cm^-1处特征峰的出现，以及zeta电位的测定值为+27mV，验证了壳聚糖盐酸盐在颗粒状活性炭上负载成功，得到负载有壳聚糖盐酸盐的颗粒状多孔材料。

经检测，该添加剂粒径为0.3mm，比表面积为185m²/g，质量含水率为25％。

将上述添加剂在滤棒成型机上卷制成型制成复合滤棒2；以醋酸纤维丝束为原料按照复合滤棒2的制备方法制得普通醋酸纤维滤棒1。将制得的复合滤棒2放置在两段普通醋酸纤维滤棒1之间，并沿普通醋酸纤维滤棒1轴向与两段普通醋酸纤维滤棒1叠加，制得三段复合式卷烟过滤嘴3，其中，复合滤棒2与各段普通醋酸纤维滤棒1的长度比为1∶1.5，添加剂的添加量为复合滤棒2和两段普通醋酸纤维滤棒1总质量的5％。

用制得的三段复合式卷烟过滤嘴3替代某品牌市售卷烟中的普通醋酸纤维滤棒生产出试样烟，试样烟中一段普通醋酸纤维滤棒1的一端与烟丝段4接触。对试样烟烟气中的酚类物质进行测定，并与同种烟丝的市售卷烟(采用相同规格普通醋酸纤维滤棒)相对照。卷烟烟气中苯酚类物质的含量检测方法同实施例1。结果见表5。

表5 本发明的复合式卷烟滤嘴对酚类有害物质的降害效果

实施例6

将壳聚糖盐酸盐溶于水配制成8mg/mL的聚阳离子溶液，再将5.0g颗粒状海泡石浸入25ml上述聚阳离子溶液中，浸泡4h，过滤，所得固体于60℃下烘12h，得到添加剂，添加剂中负载的聚阳离子的质量百分含量为3％。经红外光谱表征分析，该添加剂的红外谱图中1000～1100cm^-1处特征峰的出现，以及zeta电位的测定值为+25mV，验证了壳聚糖盐酸盐在颗粒状海泡石上负载成功，得到负载有壳聚糖盐酸盐的颗粒状多孔材料。

经检测，该添加剂粒径为3mm，比表面积为150m²/g，质量含水率为10％。

将上述添加剂在滤棒成型机上均匀的添加在开松的醋酸纤维丝束上并卷制成型制成复合滤棒2；以醋酸纤维丝束为原料按照复合滤棒2的制备方法制得普通醋酸纤维滤棒1。将制得的复合滤棒2放置在两段普通醋酸纤维滤棒1之间，并沿普通醋酸纤维滤棒1轴向与两段普通醋酸纤维滤棒1叠加，制得三段复合式卷烟过滤嘴3，其中，复合滤棒2与各段普通醋酸纤维滤棒1的长度比为2∶1，添加剂的添加量为复合滤棒2和两段普通醋酸纤维滤棒1总质量的30％。

用制得的三段复合式卷烟过滤嘴3替代某品牌市售卷烟中的普通醋酸纤维滤棒生产出试样烟，试样烟中一段普通醋酸纤维滤棒1的一端与烟丝段4接触。对试样烟烟气中的酚类物质进行测定，并与同种烟丝的市售卷烟(采用相同规格普通醋酸纤维滤棒)相对照。卷烟烟气中苯酚类物质的含量检测方法同实施例1。结果见表6。

表6 本发明的复合式卷烟滤嘴对酚类有害物质的降害效果

Claims

1.一种选择性降低卷烟烟气中苯酚类有害物质含量的添加剂，其特征在于，所述的添加剂是以多孔材料为载体且在多孔材料上负载了亲水性聚阳离子的材料；所述的亲水性聚阳离子为壳聚糖盐酸盐。

2.根据权利要求1所述的选择性降低卷烟烟气中苯酚类有害物质含量的添加剂，其特征在于，所述的多孔材料为硅藻土、硅胶、活性炭、大孔吸附树脂、分子筛、沸石、海泡石中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的选择性降低卷烟烟气中苯酚类有害物质含量的添加剂，其特征在于，所述的添加剂中负载的亲水性聚阳离子的质量百分含量为0.05％～5％。

4.根据权利要求1所述的选择性降低卷烟烟气中苯酚类有害物质含量的添加剂，其特征在于，所述的添加剂的粒径为0.05mm～3mm，比表面积为20m²/g～1500m²/g，质量含水率为10％～40％。

5.根据权利要求1～4任一项所述的选择性降低卷烟烟气中苯酚类有害物质含量的添加剂在制备卷烟滤嘴中的应用。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，以一支烟的卷烟滤嘴中的滤棒总量计，所述的添加剂的质量百分含量为5％～50％。

7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的卷烟滤嘴为二元复合式卷烟过滤嘴，包括普通滤棒以及沿普通滤棒轴向与普通滤棒叠加的复合滤棒；所述的复合滤棒由所述的添加剂或者由所述的添加剂和普通滤棒材料制成；用于制备卷烟时复合滤棒与烟丝段接触。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述的复合滤棒与普通滤棒的长度比为1～2∶1～2。

9.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的卷烟滤嘴为三段复合式卷烟过滤嘴，包括两段普通滤棒以及沿普通滤棒轴向与普通滤棒叠加的复合滤棒，所述的复合滤棒位于两段普通滤棒之间；所述的复合滤棒由所述的添加剂或者由所述的添加剂和普通滤棒材料制成；用于制备卷烟时普通滤棒与烟丝段接触。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的复合滤棒与各段普通滤棒的长度比为0.5～2∶1。