CN102302219B - 一种竹炭纤维及其在卷烟滤嘴中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种竹炭纤维及其在卷烟滤嘴中的应用。其中，所述竹炭纤维是由共融成丝的超细竹炭粉与成纤维材料构成的，所述超细竹炭粉的量是以成纤维材料重量计的0.1-15％。本发明的竹炭纤维无毒、无味，对卷烟烟气中的焦油，尤其是小分子有害物质的吸附能力强，吸附效率高。本发明的生产工艺简便，滤嘴的生产和卷接均不需要配置额外的设备。
Description
【技术领域】
本发明涉及卷烟滤嘴制备技术领域。更具体地，本发明涉及一种竹炭纤维，还涉及所述竹炭纤维的制备方法，以及所述竹炭纤维在卷烟滤嘴中的应用。
【背景技术】
烟草燃烧后可产生多种有害物质，如一氧化碳、氢氰酸、醛类、氨、酚类、亚硝胺和多环芳烃类化合物等。其中，亚硝胺和多环芳烃类化合物能够改变细胞的遗传结构，刺激或激发肿瘤的形成；氢氰酸能迅速与细胞色素氧化酶结合，使细胞由于缺氧而丧失正常功能导致死亡；醛类和酚类化合物可导致人体的氧化损伤，引起病变或降低肌体的防御能力。
吸烟与健康成为最受人们关注的问题之一。烟草行业围绕减害降焦，从多个角度出发进行研究。在卷烟滤嘴方面，陆续开发出二元复合结构、三元复合结构等，滤嘴中使用的添加剂则有活性炭、海泡石、沸石和其他有机或无机添加剂。由于活性炭对烟气气相成分的吸附作用较为明显，因而目前普遍采用活性炭作为添加剂。
活性炭吸附技术在烟草行业中应用多年，常规采用的是木炭，但由于其吸附效率低、选择性差、工业适用性差，因而受到极大地限制。而竹炭炭质致密，比重大，孔隙多，矿物质含量丰富，比表面积达每克500m2以上，作为一种以植物为原料的吸附剂，与木炭相比，它具有吸附性强、无异味、具有催化功能的特点，并且低碳环保。一些技术因而将竹炭作为添加剂应用到卷烟滤嘴中。
中国专利CN201010039153.9提出了一种天然植物炭化材料的制备方法及其在卷烟滤棒中的应用，天然植物是烟梗、烟杆、茶饼、毛竹和 山毛榉中的一种或几种。所述天然植物经过炭化处理后，得到颗粒状炭化材料，然后将其均匀地撒在滤棒丝束上，或者是将其均匀地撒在纸滤棒芯纸上或烟用瓦楞滤嘴棒纸上，最后通过卷烟滤棒成型设备加工制成卷烟滤棒。
中国专利CN200780013092.5提出了一种采用竹活性炭的卷烟滤嘴，所述卷烟滤嘴包含由醋酸纤维素构成的纤维材料和至少一种填充有竹活性炭的过滤材料。例如，根据不同的用途，所述填充有竹活性炭的过滤材料可以位于各根纤维材料之间，或者所述竹活性炭可以分布于整个纤维材料中。
中国专利CN03101383.X提出了一种能够除去香烟制品烟气中尼古丁滤嘴材料，它是利用生物技术优化产生高密度实竹经高压、闷烧后产生活性实竹炭，经纳米技术加工成纳米级活性炭粉，和某种豆科植物中药粉混和，附着在滤嘴植物基材里。
目前通过卷烟滤嘴降低烟气中有害物质，主要是降低单个或几个物质含量，并且降低幅度较小。而且由于吸附剂的引入加大了滤嘴加工难度，成本也相对较高，甚至部分吸附剂的引入导致烟气中出现异味。
因此，为了解决现有工艺的不足，本申请人经过长期研究，提出了本申请，通过将竹炭与合成纤维有机结合从而形成竹炭纤维，它既具有竹炭的所有功能，又具有纤维的工业可加工性，使其在卷烟滤嘴的减害应用上具有极大的前景。
【发明内容】
[发明要解决的问题]
本发明的目的是提供一种无毒无味、能够有效吸附焦油和其它小分子有害物质的竹炭纤维。
本发明的另一个目的是提供一种竹炭纤维的制备方法。
本发明的另一个目的是提供一种竹炭纤维在卷烟滤嘴中的应用。
[技术方案]
为了实现本发明的目的，本发明通过下述技术方案实现。
本发明涉及一种用于卷烟滤嘴丝束的竹炭纤维，所述竹炭纤维是由共融成丝的超细竹炭粉与成纤维材料构成。
在本发明中，所述竹炭纤维的直径是5-10μm。
根据一种优选的技术方案，竹炭成纤维材料是一种或多种选自醋酸纤维、丙酸纤维或其它聚酯切片的材料。
本发明还涉及所述竹炭纤维的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)竹的选取：选取3至8年生的下部竹为原料。
更优选地，选取5至7年生的下部竹原料。
竹的品种不限，可以是任一种便于得到的竹。
(2)竹的炭化：采用热交换工艺，在不同温度下分步对竹进行炭化，得到竹炭。
竹的炭化优选分4步进行，即先在温度160-180℃下干燥阶段2-4小时，然后在温度180-350℃下预炭化4-5小时，再在温度350-450℃下炭化1-1.5小时，再在温度450℃以上煅烧20-40分钟。
竹的炭化设备可以是本技术领域通常采用的设备，例如干馏釜。
(3)竹炭加工：将步骤(2)得到的竹炭粉碎至1-3μm。
在本发明的制备方法中，竹炭的粒度应当是1-3μm，如果颗粒过大，则会造成加工成的竹炭纤维较硬；粒度过小，则会造成与聚酯切片等物质不易混匀、生产成本增加等。
粉碎竹炭采用的设备可以是本技术领域通常采用的设备。
(4)制成竹炭纤维：将步骤(3)得到的超细竹炭粉末与成纤维材料按比例进行高温共融，所述超细竹炭粉的量是以成纤维材料重量计的0.1-25％，然后经喷丝头制丝。
其中，加入的超细竹炭粉的量是以成纤维材料的重量计0.1-15％。
所述的成纤维材料是一种或多种选自醋酸纤维、丙纤维或其它聚酯切片的材料。
聚酯切片即聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，是由精对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)聚合而成的材料。可选用的如共混聚酯切片、共聚聚酯切片、结晶聚酯切片等。
竹炭粉末与成纤维材料在温度230-300℃、压力2-6MPa下进行高温共融。
高温共融后的竹炭纤维采用本技术领域常用的设备和方法经过喷丝头制丝。丝的直径是烟草工业中丝束纤维的常规直径1-3um。
此外，本发明还涉及根据以上方法制备得到的竹炭纤维在卷烟滤嘴中的应用，滤嘴丝束或者由单一的竹炭纤维构成，或者由竹炭纤维与香烟滤嘴工艺中通常采用的其它材料混纺而成。
[有益效果]
本发明的竹炭纤维产品无毒、无味，对卷烟烟气中的焦油，尤其是对亚硝胺、氨气、一氧化碳、氢氰酸、巴豆醛、苯并芘、苯酚等物质吸附能力强，吸附效率高。例如对甲醛的吸收率达到30-55％，氢氰酸的吸收率达到35-85％，氨气的吸收率达到40-50％。本发明的生产工艺简便，对于现有的滤嘴生产和卷接工艺均不需要配置额外的设备。
本发明的四步法炭化由于在烧制过程中基本不存在竹炭氧化问题，因此竹炭得率较高，一般为25％左右，高者可达35％，烧制周期短一般在48～72小时。相比现有技术采用的直接煅烧手段，其产率较低，竹炭密度较低，产品质量稳定性差。
【具体实施方式】
下面非限制性实施例用于更详细地说明本发明。
实施例1
选料：选取6至8年生靠近根部的竹片装入竹炭窑。
炭化：采取4个步骤：(1)温度100℃下干燥4小时；(2)温度250℃下预炭化4小时；(3)温度400℃下炭化1.5小时；(4)温度850℃下煅烧30分钟。
加工：煅烧结束后，待竹炭窑自然温降至50℃后，竹炭出窑；竹炭炭块经粉碎至平均粒度为2μm，包装备用。
以醋酸纤维切片的重量计，加入15％竹炭，将竹炭粉与醋酸纤维切片在温度260℃、压力3MPa下加热共融，混匀后制丝，丝束直径为10μm；竹炭丝束经加工处理后制成滤嘴。
实施例2
选料：选取6至8年生靠近根部的竹片装入竹炭窑。
炭化：采取4个步骤：(1)温度150℃下干燥3.5小时；(2)温度180℃下预炭化5小时；(3)温度450℃下炭化1小时；(4)然后在温度1000℃下煅烧20分钟。
加工：煅烧结束后，待将竹炭窑温降至50℃以下后，竹炭出窑；炭块经粉碎加工至平均粒度为3μm，包装备用。
以醋酸纤维切片的重量计，加入0.1％竹炭，将竹炭粉与丙酸纤维切片在温度300℃、压力5MPa下加热共融，混匀后制丝，其直径为5μm；竹炭丝束经加工处理后制成滤嘴。
实施例3
选料：选取6至8年生靠近根部的竹片装入竹炭窑。
炭化：采取4个步骤：(1)温度120℃下干燥200分钟；(2)温度350℃下预炭化5小时；(3)温度350℃炭化1.5小时；(4)450℃以上高温煅烧40分钟。
加工：将竹炭窑温降至50℃以下后，竹炭出窑；炭块经粉碎加工至粒度为1μm，包装备用。
以醋酸纤维切片的重量计，加入8％竹炭，将竹炭粉与醋酸纤维切片在温度250℃压力6MPa下加热共融，混匀后制丝，其直径为8μm；竹炭丝束经加工处理后制成滤嘴。
以上实施例得到的滤嘴与添加普通木炭的滤嘴，在小分子有害物质的吸收方面进行对比，对比结果列在表1中。
表1
表1中：NNN为N′-亚硝基降烟碱；NNK为4-(甲基亚硝胺基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮；NAB为(R，S)-N-亚硝基假木贼碱。
以上结果表明，根据本发明得到的竹炭纤维制成的滤嘴与普通醋酸纤维的滤嘴相比，对有害物质的吸收能力更强。
对以上实施例得到的滤嘴与醋酸纤维滤嘴进行评吸，结果列在表2中。
表2
Claims (2)
1.一种用于卷烟滤嘴丝束的竹炭纤维，其特征在于它是由高温共融成丝的超细竹炭粉与成纤维材料构成，所述竹炭成纤维材料是一种或多种选自醋酸纤维或丙酸纤维的材料；所述竹炭纤维的直径是5-10μm；所述的竹炭纤维的制备方法步骤如下：
(1)竹的选取：选取3至8年生的下部竹为原料；
(2)竹的炭化：采用热交换工艺，先在温度160-180℃下干燥阶段2-4小时，然后在温度180-350℃下预炭化4-5小时，再在温度350-450℃下炭化1-1.5小时，再在温度450℃以上煅烧20-40分钟，得到竹炭；
(3)竹炭加工：将步骤(2)得到的竹炭粉碎至粒度为1-3μm，得到超细竹炭粉末；
(4)制成竹炭纤维：将步骤(3)得到的超细竹炭粉末与成纤维材料按比例在温度230-300℃、压力2-6MPa下进行高温共融，所述超细竹炭粉的量是以成纤维材料重量计的0.1-15%，然后经喷丝头制丝。
2.根据权利要求1所述的竹炭纤维在卷烟滤嘴中的应用，其特征在于卷烟滤嘴的丝束由竹炭纤维构成，或由竹炭纤维与卷烟滤嘴工艺中通常采用的其它材料混纺而成。
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