CN102793270A - 一种能降低卷烟烟气中挥发性羰基化合物含量的烟用滤棒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能降低卷烟烟气中挥发性羰基化合物含量的烟用滤棒及其制备方法，其特征在于：所述烟用滤棒是在普通醋纤滤棒中添加了能显著降低烟气中挥发性羰基化合物含量的介孔氧化铝颗粒，进而形成二元或三元复合醋纤滤棒。所述介孔氧化铝的粒径为20-60目，平均孔径为10-30nm，BET比表面为100-300m²/g，晶型为γ型氧化铝。所述每支卷烟二元复合滤棒中介孔氧化铝的添加量为10-40mg/支，所述每支卷烟三元复合滤棒中介孔氧化铝的添加量为70-120mg/支。由于烟气特有的酸性环境以及羰基化合物分子结构特点，介孔氧化铝利用静电吸附作用以及纳米孔限域效应能够实现对烟气中挥发性羰基化合物的选择性吸附，从而达到卷烟减害的目的。

Description

一种能降低卷烟烟气中挥发性羰基化合物含量的烟用滤棒及其制备方法

技术领域

本发明涉及卷烟材料制造、加工领域，尤其涉及一种能降低卷烟烟气中挥发性羰基化合物含量的烟用滤棒及其制备方法。 

背景技术

吸烟对健康的损害已成为全球关注的问题。烟气中含有多种有害成分，挥发性羰基化合物是其中重要的一类，且位列于Hofman名单所列烟气44种有害物质之中。烟气中挥发性羰基化合物主要包括甲醛、乙醛、丙酮、丙烯醛、丙醛、巴豆醛、2-丁酮和丁醛在内的八种化合物，具有较强的纤毛毒性，长期接触会引起慢性鼻炎、神经系统机能障碍等。其中，甲醛、丙烯醛以及巴豆醛等对动物及人体具有致癌作用。挥发性羰基化合物也是导致烟气对吸烟消费者喉部刺激的重要因素。降低烟气中挥发性羰基化合物含量是烟气减害研究中的重点难题之一。王诗太等利用涂覆有能与醛类物质反应的氨基化合物的纸质滤嘴或在硅胶载体表面引入氨基、脲基或酰胺基化合物并添加到卷烟滤嘴中，可选择性降低主流烟气中甲醛、乙醛、丙醛、丙烯醛以及巴豆醛等物质。聂聪等通过使用醋纤负载胺基材料段和纯醋纤段二元复合嘴棒，可有效降低烟气中挥发性羰基化合物。K.B.考勒等在卷烟滤嘴中添加键合有3-氨丙基甲硅烷基的硅胶，可显著降低烟气中的醛类物质。以上研究都是利用羰基与氨基类物质的亲核加成反应降低烟气中挥发性羰基化合物含量，不过可能由于工艺的复杂性以及所用氨基类物质对烟气的负面影响，目前还未见以上科研成果应用到实际卷烟产品中。 

因此，发明一种能有效降低卷烟烟气中挥发性羰基化合物含量，且对卷烟抽吸品质无负面影响，并具有工业化应用前景的新技术，是一项挑战性的工作。 

发明内容

本发明的目的旨在提供一种能显著降低卷烟烟气中挥发性羰基化合物含量的烟用滤棒及其制备方法。 

本发明通过以下实施方式实现。 

一种能显著降低卷烟烟气中挥发性羰基化合物含量的烟用滤棒，其特征在于：所述烟用滤棒是介孔氧化铝/醋纤二元或三元复合滤棒。 

所述二元复合滤棒是由含介孔氧化铝的醋纤滤棒与普通醋纤烟用滤棒按长度比例2～1∶1～2相接而成。 

所述含介孔氧化铝的醋纤滤棒是滤棒成型过程中，由颗粒喂料机将介孔氧化铝颗粒均匀散洒到醋纤丝束上而制成。 

所述三元复合滤棒是嘴棒成型过程中由颗粒喂料机将介孔氧化铝颗粒添加到两截醋纤滤棒中间预留的空腔而制成。 

所述每支卷烟二元复合滤棒中介孔氧化铝的添加量为10-40mg/支。 

所述每支卷烟三元复合滤棒中介孔氧化铝的添加量为70-120mg/支。 

所述介孔氧化铝的平均孔径为10-30nm。 

所述介孔氧化铝的BET比表面为100-300m²/g。 

所述介孔氧化铝的晶型为γ型氧化铝。 

所述介孔氧化铝的粒度为20-60目。 

所述介孔氧化铝由酸性铝盐水溶液与沉淀剂在表面活性剂的存在下发生沉淀反应生成水合氧化铝，然后热转化脱水而成。 

所述酸性铝盐为Al(NO₃)₃或Al₂(SO₄)₃，所述沉淀剂为NH₄OH或(NH₄)₂CO₃，所 述表面活性剂为聚乙烯醇或聚乙二醇。 

与现有技术相比，本发明具有以下优点： 

1、相对于在硅胶载体表面、醋纤丝束或纸质滤嘴上引入与羰基化合物反应的氨基、脲基或酰胺基化合物，介孔氧化铝在卷烟嘴棒中的应用工艺更加简洁。 

2、介孔氧化铝资源丰富，成本低廉，对人体不会造成危害，便于卷烟工业应用。 

3、介孔氧化铝在嘴棒中的添加不会给卷烟吸味带来负面影响，还可以降低卷烟烟气的刺激性，提升卷烟抽吸品质。 

附图说明

图1、图2和图3为所述介孔氧化铝不同样品的等温吸附曲线及孔径分布曲线； 

图4为将本发明的介孔氧化铝颗粒应用于醋纤滤棒/介孔氧化铝颗粒/醋纤滤棒三元复合滤棒剖面结构示意图； 

图中1-滤芯；1b-介孔氧化铝颗粒；1a、1c-普通醋纤滤芯；2-内包裹层；3-外包裹层； 

图5为将本发明的介孔氧化铝颗粒应用于二元复合滤嘴剖面的结构示意图； 

图中1-滤芯；1d-加载颗粒醋纤滤芯；1c-普通醋纤滤芯；2-内包裹层；3-外包裹层。 

具体实施方式

以下实施过程及实施例旨在进一步说明本发明而不应当看作是对本发明的限定。 

实施例1 

将5Kg30-50目、孔径为24.4nm介孔氧化铝(1#样)添加到颗粒喂料机 (又称嘴棒加碳机)中，在嘴棒成型过程中通过颗粒喂料机将介孔氧化铝颗粒按100mg/支卷烟的比例添加到两截醋纤嘴棒预留的空腔中，形成添加介孔氧化铝颗粒的醋纤/介孔氧化铝/醋纤三元复合嘴棒，命名为1#嘴棒。 

所述介孔氧化铝的微结构参数如表1所示，所述介孔氧化铝的孔径分布曲线如图1所示。 

表1介孔氧化铝1#样的微结构参数 

实施例2 

将5Kg30-50目、孔径为13.7nm介孔氧化铝(2#样)添加到颗粒喂料机(又称嘴棒加碳机)中，在嘴棒成型过程中通过颗粒喂料机将介孔氧化铝颗粒按100mg/支卷烟的比例添加到两截醋纤嘴棒预留的空腔中，形成添加介孔氧化铝颗粒的醋纤/介孔氧化铝/醋纤三元复合嘴棒，命名为2#嘴棒。 

所述介孔氧化铝的微结构参数如表2所示，所述介孔氧化铝的孔径分布曲线如图2所示。 

表2介孔氧化铝2#样的微结构参数 

实施例3 

将5Kg30-50目、孔径为10.2nm介孔氧化铝(3#样)添加到颗粒喂料机(又称嘴棒加碳机)中，在嘴棒成型过程中通过颗粒喂料机将介孔氧化铝颗粒按100mg/支卷烟的比例添加到两截醋纤嘴棒预留的空腔中，形成添加介孔氧化铝颗粒的醋纤/介孔氧化铝/醋纤三元复合嘴棒，命名为3#嘴棒。 

所述介孔氧化铝的微结构参数如表3所示，所述介孔氧化铝的孔径分布曲线同图3。 

表3介孔氧化铝3#样的微结构参数 

以上3个实施例中的三元复合嘴棒物理指标数据见表4，以上三个实施例中的三元复合嘴棒结构示意图如图4所示。利用所述三元复合嘴棒放样生产的卷烟样品烟气三项指标和挥发性羰基化合物分析数据分别见表5和表6，卷烟感官评吸数据见表7。 

表4嘴棒样品物理指标 

表5三元复合嘴棒卷烟及对照样烟气三项指标分析结果 

卷烟样品	焦油(mg)	烟碱(mg)	CO(mg)
				对照烟	12.33	1.13	13.6
1#卷烟	12.19	1.16	13.5
				2#卷烟	11.97	1.13	13.6
3#卷烟	12.14	1.15	13.4

[0048] 表6三元复合嘴棒卷烟及对照样烟气挥发性羰基化合物分析结果

表7三元复合嘴棒卷烟及对照样感官评吸结果 

卷烟样品	光泽	香气	协调	杂气	刺激性	余味	合计
								对照烟	5.0	28.0	5.0	11.0	17.5	22.0	88.5
1#卷烟	5.0	28.0	5.0	11.0	18.0	22.0	89.0
								2#卷烟	5.0	28.0	5.0	11.0	18.0	22.5	89.5
3#卷烟	5.0	27.5	5.0	11.0	18.0	22.0	88.5

注：1#卷烟为利用1#嘴棒放样生产的卷烟，2#卷烟为利用2#嘴棒放样生产的卷烟，3#卷烟为利用3#嘴棒放样生产的卷烟，对照烟为利用纯醋纤嘴棒放样生产的卷烟。对照烟与试验烟除嘴棒不同外，所用烟丝叶组配方、卷烟材料及卷烟工艺均相同。

分析以上检测结果，我们可以得到以下几点结论： 

1、所用介孔氧化铝在醋纤嘴棒中的添加，没有对嘴棒的物理指标造成明显影响(除嘴棒重量外)，变化均在误差范围之内。 

2、所用介孔氧化铝对烟气三项指标中焦油和烟碱含量影响不大，保证了卷烟的香气和劲头。介孔氧化铝对烟气中的挥发性羰基化合物具有较强的吸附选择性。而且，10.2nm和13.7nm孔径介孔氧化铝的吸附效果好于24.4nm孔径介孔氧化铝，这应与纳米孔限域效应有关。 

3、综合考虑介孔氧化铝的减害性能以及所对应卷烟的感官评吸结果，本发 明选择孔径13.7nm的介孔氧化铝颗粒作为优选对象，并进一步利用其加工二元复合嘴棒和卷烟样品进行分析实验。 

实施例4 

将5Kg30-50目、孔径为13.7nm的介孔氧化铝(2#样)添加到颗粒喂料机中，在嘴棒成型过程中通过颗粒喂料机将介孔氧化铝颗粒洒到醋纤丝束上，形成添加介孔氧化铝颗粒的醋纤嘴棒。利用复合嘴棒机将上述含介孔氧化铝颗粒的醋纤嘴棒与普通的醋纤嘴棒按1：1的长度比复合在一起，形成二元复合嘴棒，每支卷烟的介孔氧化铝添加量为20mg/cig，命名为4#嘴棒。 

实施例5 

将5Kg30-50目、孔径为13.7nm的介孔氧化铝(2#样)添加到颗粒喂料机中，在嘴棒成型过程中通过颗粒喂料机将介孔氧化铝颗粒均匀地洒到醋纤丝束上，形成添加介孔氧化铝颗粒的醋纤嘴棒。利用复合嘴棒机将上述含介孔氧化铝颗粒的醋纤嘴棒与普通的醋纤嘴棒按1∶1的长度比复合在一起，形成二元复合嘴棒，每支卷烟的介孔氧化铝添加量为10mg/cig，命名为5#嘴棒。以上两个实施例所述二元复合嘴棒的结构示意图如图5所示。 

以上2个实施例的物理指标数据见表8，放样生产的卷烟样品烟气三项指标和挥发性羰基化合物分析数据分别见表9和表10，卷烟感官评吸数据见表11。 

表8嘴棒样品物理指标 

表9二元复合嘴棒卷烟及对照样烟气分析结果 

卷烟样品	焦油(mg)	烟碱(mg)	CO(mg)
				对照烟	12.9	1.29	12.9
4#卷烟	12.7	1.31	12.5
				5#卷烟	12.9	1.31	12.6

表10二元复合嘴棒卷烟及对照样烟气挥发性羰基化合物分析结果

表11二元复合嘴棒卷烟及对照样评吸结果 

卷烟样品	光泽	香气	协调	杂气	刺激性	余味	合计
								对照烟	5	28.5	5	11	17.5	22.0	89.0
4#卷烟	5	28.5	5	11	18.0	22.0	89.5
								5#卷烟	5	28.5	5	11	18.0	22.5	90.0

注：4#卷烟为利用4#嘴棒放样生产的卷烟，5#卷烟为利用5#嘴棒放样生产的卷烟，对照烟为利用纯醋纤嘴棒放样生产的卷烟。对照烟与试验烟除嘴棒不同外，所用烟丝叶组配方、卷烟材料及卷烟工艺均相同。

从表8可以看出，介孔氧化铝在醋纤丝束中添加形成二元复合嘴棒后，没有对嘴棒的物理指标造成明显影响(除嘴棒重量外)，变化均在误差范围之内。从表9可以得出，所述介孔氧化铝对烟气三项指标中焦油和烟碱含量影响不大。表10和表11显示，二元复合嘴棒中的介孔氧化铝对烟气中有害成分挥发性羰基化合物具有吸附选择性，且可以降低烟气刺激性，从而改善卷烟感官质量。 

本发明的技术方案是基于“静电吸附作用以及纳米孔限域效应”的认识。介孔材料是20世纪90年代兴起的一种新型纳米结构材料，是指比表面积较大、孔径分布在2-50nm的多孔材料。介孔氧化铝除具有普通氧化铝材料的优异性能之外，还具有比表面积大、孔径分布窄和孔结构高度有序等介孔特性。介孔氧化铝的等电点约为pH＝9，卷烟烟气的pH≈5.6-6.5，在此环境中介孔氧化铝表面呈正电性，由于羰基化合物的羰基氧可提供带负电的孤对电子，因此介孔氧化铝在烟气中对羰基化合物可产生静电吸附作用。此外，当介孔氧化铝的孔径达到10nm左右时，将会产生显著的纳米限域效应，有望提高其对包括挥发性羰基化合物在内的吸附质的吸附性能。 

Claims (9)

1.一种能降低卷烟烟气中挥发性羰基化合物含量的烟用滤棒，其特征在于：所述烟用滤棒是在普通醋纤滤棒中添加了能降低挥发性羰基化合物含量的介孔氧化铝颗粒而形成的三元或二元复合滤棒；所述介孔氧化铝由酸性铝盐水溶液与沉淀剂在表面活性剂的存在下发生沉淀反应生成水合氧化铝，然后热转化脱水而成；所述酸性铝盐为Al(NO₃)₃或Al₂(SO₄)₃，所述沉淀剂为NH₄OH或(NH₄)₂CO₃，所述表面活性剂为聚乙烯醇或聚乙二醇。

2.根据权利要求1所述的能降低卷烟烟气中挥发性羰基化合物含量的烟用滤棒，其特征在于：所述三元复合滤棒是在两截醋纤滤棒中间预留的空腔中添加介孔氧化铝颗粒形成的复合滤棒；所述介孔氧化铝为20-60目的颗粒。

3.根据权利要求1所述的能降低卷烟烟气中挥发性羰基化合物含量的烟用滤棒，其特征在于：所述二元复合滤棒由含介孔氧化铝颗粒的醋纤滤棒与普通醋纤烟用滤棒按长度比例2～1∶1～2相接而成；所述介孔氧化铝为20-60目的颗粒。

4.根据权利要求2所述的能降低卷烟烟气中挥发性羰基化合物含量的烟用滤棒，其特征在于：所述每支卷烟三元复合滤棒中介孔氧化铝的添加量为70-120mg/支。

5.根据权利要求3所述的能降低卷烟烟气中挥发性羰基化合物含量的烟用滤棒，其特征在于：所述每支卷烟二元复合滤棒中介孔氧化铝的添加量为10-40mg/支。

6.根据权利要求1所述能降低卷烟烟气中挥发性羰基化合物含量的烟用滤棒，其特征在于：所述介孔氧化铝BET比表面在100-300m²/g之间。

7.根据权利要求1所述的能降低卷烟烟气中挥发性羰基化合物含量的烟用滤棒，其特征在于：所述介孔氧化铝的平均孔径为10-30nm。

8.根据权利要求1所述的能降低卷烟烟气中挥发性羰基化合物含量的烟用滤棒，其特征在于：所述介孔氧化铝的晶体结构为γ型氧化铝。

9.一种能降低卷烟烟气中挥发性羰基化合物含量的烟用滤棒的制备方法，所述烟用滤棒是在普通醋纤滤棒中添加了能降低挥发性羰基化合物含量的介孔氧化铝颗粒而形成的三元或二元复合滤棒；其特征在于：所述二元复合滤棒是在滤棒成型过程中，首先由颗粒喂料机将介孔氧化铝颗粒均匀散洒到醋纤丝束上制成含介孔氧化铝嘴棒，然后将其与普通醋纤嘴棒复合而成；

所述三元复合滤棒是滤棒成型过程中由颗粒喂料机将介孔氧化铝颗粒添加到两截醋纤滤棒中间预留的空腔而制成。

Images