CN103110182A - 用于降低卷烟燃烧温度的烟丝添加剂及其制备方法 - Google Patents

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郭杨龙
李鹄志
詹望成
卢冠忠
郭耘
王筠松
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Abstract

本发明公开了一种用于降低卷烟燃烧温度的烟丝添加剂及其制备方法和应用。该烟丝添加剂为具有ABO3钙钛矿结构的复合氧化物，其中A位为镧以及部分A位取代的银或钾，B位为钴或锰，采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备。将烟丝添加剂制成悬浮液并均匀喷洒在烟丝上，然后用实验室小型卷烟机将平衡后的烟丝卷制成试样烟，与对照烟相比，可使卷烟的最高吸燃温度降低36℃。

Description

用于降低卷烟燃烧温度的烟丝添加剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于降低卷烟燃烧温度的烟丝添加剂及其制备方法和应用，具体来说，是在烟丝表面添加一种具有ABO3钙钛矿结构的复合氧化物，以此来降低卷烟的燃烧温度。
背景技术
卷烟主流烟气中的有害成分包括一氧化碳(CO)、氨(NH3)、氰化氢(HCN)、亚硝胺类(NNK)、苯并芘(B[a]P)、巴豆醛和苯酚。其中，研究发现CO的产生与卷烟的燃烧温度密切相关，降低燃烧温度可以降低主流烟气中CO的释放量。例如，由于卷烟烟气中的CO至少有23％是通过CO2与碳还原反应生成的，该反应大约在390℃以上发生，随着卷烟燃烧温度的升高，加快了CO的生成速度，CO的释放量几乎呈线性增加[CORESTA，1990]。因此，降低卷烟燃烧温度，可以降低CO的尘成速度，从而减少CO的释放量。
早在20世纪五六十年代，国外研究人员就发现往烟丝或卷烟纸中添加钾盐，能够降低卷烟的燃烧温度。例如，Harry等人[US2972557]将占烟丝重量的5-8％的碳酸氢钠、碳酸氢钾或钌酸钾等碱金属盐，与20-40目的烟丝颗粒进行充分地机械混合，采用常规方法卷制成卷烟，可以显著降低卷烟的燃烧温度。Yamatomo等人
Figure BSA00000855446700011
zur Tabakforschung International，1990，14(6)：379-385]的研究表明，钾盐加入后不一定加速烟草的燃烧，但能普遍降低卷烟的燃烧温度。郑赛晶等人[中国烟草学会2005年会]研究了在卷烟中添加钾盐对卷烟燃烧温度和烟气成分的影响。她们在考察了烤烟、香料烟和白肋烟的燃烧温度和钾盐含量后，发现烟丝中的有机钾盐含量增高，有助于降低卷烟的燃烧温度。同时发现随着烤烟燃烧温度的降低，主流烟气中每口CO的释放量也相应降低。汪波等人[中国科学技术大学学报，2002，32(4)：433-439]采用普通热电偶对含有各种钾盐的卷烟样品进行了简单的测温实验，发现钾盐的添加确实可以降低卷烟的最高燃烧温度，当酒石酸钾在烟丝中的重量比为5％时，可以使卷烟最高燃烧温度降低31℃。
随着研究的深入，人们发现过渡金属盐类、过渡金属氧化物对降低卷烟燃烧温度和烟气有害物质也具有一定的效果。例如Philip Morris的研究人员[WO2003/086115]将纳米级的Fe2O3添加到烟丝中，可以降低烟丝裂解温度，从而减少CO的释放量。Colton等人[Beitraegezur Tabakforschung，1968，4(7)：269]将硅树脂添加到烟丝中，可以降低卷烟的燃烧温度，并提高烟气的吸味。
因此，开发一种添加工艺简单、能有效降低卷烟燃烧温度的添加剂，从而降低卷烟主流烟气中的有害物质的释放量，具有非常重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能有效降低卷烟燃烧温度的具有钙钛矿结构的复合氧化物的烟丝添加剂。
本发明所述的烟丝添加剂为具有ABO3钙钛矿结构的复合氧化物，其中A位为镧以及部分A位取代的银或钾，B位为钴或锰，A位取代的银或钾与镧的原子比为0～0.5。
本发明所述的烟丝添加剂采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备，具体包括如下步骤：
将一定量的硝酸镧、硝酸银或者硝酸钾、硝酸钴或者硝酸锰、柠檬酸溶解于一定量的蒸馏水中，在70～90℃下搅拌6～8小时至凝胶状，然后在100～120℃下干燥10～18小时以及在700～900℃焙烧2～4小时，制备得到具有ABO3钙钛矿结构的复合氧化物。
本发明所述的烟丝添加剂的添加工艺包括如下步骤：
将一定量的制备得到的烟丝添加剂与50毫升0.5～1.0wt％的环糊精水溶液混合，搅拌2～6小时制成悬浮液，然后将悬浮液均匀喷洒在一定量的烟丝上，并将烟丝置于22±2℃和相对湿度为60±5％的平衡箱中平衡48～72小时，最后用实验室小型卷烟机将平衡后的烟丝卷制成试样烟。
本发明所述的卷烟燃烧温度的测定方法包括如下步骤：
本发明采用自制的热电偶测温装置，主要由热电偶、数据记录仪、热电偶夹持器组成。测试卷烟燃烧温度时，在距离烟支头端18毫米处将第一根热电偶插入烟支的中部，其后在同一截面水平上往滤嘴端方向每隔1毫米插入一根热电偶，共计8根。烟支点燃后，采用数据记录仪对各个热电偶的燃烧温度进行实时检测，选取实时检测过程中8根热电偶的最高温度为最高吸燃温度，重复测试10支烟，取其平均值作为最终的最高吸燃温度。
具体实施方式
实施例1
将21.6克(0.05mol)硝酸镧、14.6克(0.05mol)硝酸钴和23.1克(0.12mol)柠檬酸溶解于50毫升蒸馏水中，在80℃下搅拌6小时至凝胶状，然后在110℃下干燥12小时以及在700℃焙烧2小时，制备得到具有ABO3钙钛矿结构的复合氧化物烟丝添加剂。
将上述制备得到的5克烟丝添加剂与50毫升0.5wt％的环糊精水溶液混合，搅拌6小时制成悬浮液，然后将悬浮液均匀喷洒在100克烟丝表面上，并将烟丝置于22±2℃和相对湿度为60±5％的平衡箱中平衡72小时，最后用实验室小型卷烟机将平衡后的烟丝卷制成试样烟a。该烟丝添加剂对卷烟最高吸燃温度的降温效果如表一所示。
实施例2
将实施例1中21.6克(0.05mol)硝酸镧改为19.5克(0.045mol)硝酸镧和0.85克(0.005mol)硝酸银，其他过程与实施例1相同，得到试样烟b。该烟丝添加剂对卷烟最高吸燃温度的降温效果如表一所示。
实施例3
将实施例1中21.6克(0.05mol)硝酸镧改为17.3克(0.04mol)硝酸镧和1.70克(0.01mol)硝酸银，其他过程与实施例1相同，得到试样烟c。该烟丝添加剂对卷烟最高吸燃温度的降温效果如表一所示。
实施例4
将实施例1中21.6克(0.05mol)硝酸镧改为15.2克(0.035mol)硝酸镧和2.55克(0.015mol)硝酸银，其他过程与实施例1相同，得到试样烟d。该烟丝添加剂对卷烟最高吸燃温度的降温效果如表一所示。
实施例5
将实施例1中21.6克(0.05mol)硝酸镧改为17.3克(0.04mol)硝酸镧和1.01克(0.01mol)硝酸钾，其他过程与实施例1相同，得到试样烟e。该烟丝添加剂对卷烟最高吸燃温度的降温效果如表一所示。
实施例6
将实施例1中21.6克(0.05mol)硝酸镧改为17.3克(0.04mol)硝酸镧和1.70克(0.01mol)硝酸银，实施例1中14.6克(0.05mol)硝酸钴改为12.5克(0.05mol)硝酸锰，其他过程与实施例1相同，得到试样烟f。该烟丝添加剂对卷烟最高吸燃温度的降温效果如表一所示。
实施例7
将实施例1中21.6克(0.05mol)硝酸镧改为17.3克(0.04mol)硝酸镧和1.01克(0.01mol)硝酸钾，实施例1中14.6克(0.05mol)硝酸钴改为12.5克(0.05mol)硝酸锰，其他过程与实施例1相同，得到试样烟g。该烟丝添加剂对卷烟最高吸燃温度的降温效果如表一所示。
实施例8
将实施例1中21.6克(0.05mol)硝酸镧改为17.3克(0.04mol)硝酸镧和1.70克(0.01mol)硝酸银，实施例1中23.1克(0.12mol)柠檬改为19.2克(0.1mol)柠檬酸，其他过程与实施例1相同，得到试样烟h。该烟丝添加剂对卷烟最高吸燃温度的降温效果如表一所示。
实施例9
将实施例1中21.6克(0.05mol)硝酸镧改为17.3克(0.04mol)硝酸镧和1.70克(0.01mol)硝酸银，实施例1中23.1克(0.12mol)柠檬改为28.8克(0.15mol)柠檬酸，其他过程与实施例1相同，得到试样烟i。该烟丝添加剂对卷烟最高吸燃温度的降温效果如表一所示。
实施例10
将实施例1中21.6克(0.05mol)硝酸镧改为17.3克(0.04mol)硝酸镧和1.70克(0.01mol)硝酸银，实施例1中5克烟丝添加剂改为1克烟丝添加剂，其他过程与实施例1相同，得到试样烟j。该烟丝添加剂对卷烟最高吸燃温度的降温效果如表一所示。
实施例11
将实施例1中21.6克(0.05mol)硝酸镧改为17.3克(0.04mol)硝酸镧和1.70克(0.01mol)硝酸银，实施例1中5克烟丝添加剂改为10克烟丝添加剂，其他过程与实施例1相同，得到试样烟k。该烟丝添加剂对卷烟最高吸燃温度的降温效果如表一所示。
表一各种烟丝添加剂对卷烟最高吸燃温度的降温效果
卷烟品种 最高吸燃温度(℃) 降温效果(℃)
试验烟a 780 20
试验烟b 778 22
试验烟c 772 28
试验烟d 772 28
试验烟e 779 21
试验烟f 786 14
试验烟g 785 15
试验烟h 778 22
试验烟i 780 20
试验烟j 796 4
试验烟k 764 36
对照烟 800

Claims (5)

1.一种用于降低卷烟燃烧温度的烟丝添加剂，其特征在于，该烟丝添加剂为具有ABO3钙钛矿结构的复合氧化物，其中A位为镧以及部分A位取代的银或钾，A位取代的银或钾与镧的原子比为0～0.5，B位为钴或锰，A位与B位的原子比为1。
2.制备权利要求1所述的用于降低卷烟燃烧温度的烟丝添加剂的方法，其特征在于，该方法为柠檬酸溶胶-凝胶法，具体包括如下步骤：
将硝酸镧、硝酸银或者硝酸钾、硝酸钴或者硝酸锰、柠檬酸溶解于蒸馏水中，在70～90℃下搅拌6～8小时至凝胶状，然后在100～120℃下干燥10～18小时以及在700～900℃焙烧2～4小时，制备得到具有ABO3钙钛矿结构的复合氧化物。
3.根据权利要求2所述的用于降低卷烟燃烧温度的烟丝添加剂的制备方法，其特征在于，柠檬酸与各种金属阳离子的总摩尔量之比为1～1.5。
4.根据权利要求1所述的用于降低卷烟燃烧温度的烟丝添加剂的添加工艺，其特征在于，具体包括如下步骤：
将根据权利要求2制备得到的烟丝添加剂与环糊精浓度为0.5～1.0wt％的水溶液混合，搅拌2～6小时制成浓度为0.02～0.2g烟丝添加剂/mL水的悬浮液，然后将悬浮液均匀喷洒在烟丝上，并将烟丝置于22±2℃和相对湿度为60±5％的平衡箱中平衡48～72小时，最后用实验室小型卷烟机将平衡后的烟丝卷制成试样烟。
5.根据权利要求4所述的用于降低卷烟燃烧温度的烟丝添加剂的添加工艺，其特征在于，烟丝添加剂与烟丝的重量之比为1～10％。
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