CN104130354A - 一种阳离子聚合物改性醋酸纤维素的制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阳离子聚合物改性醋酸纤维素的制备及其应用，属于烟用材料技术领域。在引发剂的作用下，将带有氨基、酰胺基、吡啶基团或吡咯烷酮基团的且含有单乙烯基不饱和单体引发接枝到醋酸纤维素。本发明改性得到的醋酸纤维素制备得到的过滤嘴棒，对烟气吸附效果明显，特别是对氢氰酸、苯酚等具有显著的选择性吸附效果。同时本发明使用的工艺方法简单、制备成本低，烟气吸附效果好，可以大规模工业生产，具有良好的市场应用前景。

Description

一种阳离子聚合物改性醋酸纤维素的制备方法及其应用

技术领域

本发明属于烟用材料技术领域，具体涉及一种阳离子型聚合物改性醋酸纤维素的制备方法及应用，该改性醋酸纤维素可以用于制备卷烟过滤嘴棒。

背景技术

卷烟烟气中有6000余种化合物,其中已有部分被鉴定是有害的，如一氧化碳、氮氧化合物、醛类、酚类、自由基、亚硝胺及多环芳烃等被认为是可能致癌或促进致癌的物质。滤嘴作为吸烟者与主流烟气之间的桥梁，可以有效地滤除烟气中的部分有害成分，因而得到了广泛的重视与应用。目前，国际市场上常规烟用滤材有纸质滤嘴、醋酸纤维滤嘴和聚丙烯纤维滤嘴三种类型，其中应用最为广泛的为醋酸纤维滤嘴。

随着健康意识的提高，人们对于卷烟的要求越来越高，在要求保留卷烟的风吃香味的同时，又要求能选择性的降低烟气中的有害成分, 因此，进一步提高滤嘴用醋酸纤维滤嘴的选择性吸附过滤效果，成为烟用醋酸纤维素的一个瓶颈，因此如何克服现有技术的不足是目前烟用材料技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稳定性好，工艺简单，操作简便，适用广泛的阳离子聚合物改性醋酸纤维素纤维素的制备方法及其应用。该改性醋酸纤维素制备得到的过滤嘴棒，对烟气吸附效果明显，特别是对氢氰酸、苯酚等具有显著的选择性吸附效果。

本发明根据分子设计的思路，利用引发剂，将阳离子聚合物，改性接枝到醋酸纤维素上，利用阳离子聚合物与烟气有害成分的酸碱作用及氢键作用，从而实现烟气有害成分的选择性吸附。

本发明采用的技术方案如下：

一种阳离子聚合物改性醋酸纤维素的制备方法，具体反应如下：将单体溶解在溶剂中配成浓度为1-100g/L单体溶液，然后加入醋酸纤维素及引发剂，在氮气保护下反应，反应温度为30-100℃，反应时间为0.5-24h，反应完成后将产物分离提纯，即得到阳离子聚合物改性醋酸纤维素；引发剂加入量与单体溶液体积比0.01g/L-10g/L；醋酸纤维素加入量与单体溶液的体积比为0.1-100g/L；

所述的单体为至少含有一种单乙烯基不饱和的单体，且该单体带有氨基、酰胺基、吡啶基团或吡咯烷酮基团。

本发明技术方案中所述的醋酸纤维素为一醋酸纤维素或二醋酸纤维素，即其羟基乙酰化程度为0-2.8。

本发明技术方案中，进一步优选的是所述的单体为乙烯胺、丙烯胺、丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、4-乙烯基吡啶或N-乙烯基吡咯烷酮。

本发明技术方案中，进一步优选的是所述的溶剂为水、乙醇、甲醇、苯、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷、正己烷、环己烷、乙醚、丙酮、乙腈、四氢呋喃、吡啶、二甲基亚砜、N, N-二甲基甲酰胺或N, N-二甲基乙酰胺。

本发明技术方案中，进一步优选的是所述的引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钠、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯、过氧化甲乙酮、高锰酸钾、硝酸铈铵、重铬酸钾或氯化铁。

上述制备方法制备的阳离子聚合物改性醋酸纤维素作为制备卷烟过滤嘴棒的应用。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：（1）本发明工艺操作简单，制备成本低，烟气吸附效果好，反应条件温和，适用于工业化大规模生产；（2）本发明通过在醋酸纤维素上接枝活性官能团，利用官能团与烟气有害成分之间的特殊作用，可以实现对烟气有害成分选择性吸附烟气吸附，同时，本发明可以通过改变反应条件，选择不同的接枝聚合物可以得到不同功能化的改性的醋酸纤维素；（3）本发明得到的功能性改性醋酸纤维素，可以应用与工业化生产具有良好选择性截留烟气中有害成分的过滤嘴棒，制备得到的过滤嘴棒，对烟气吸附效果明显，特别是对氢氰酸、苯酚等具有显著的选择性吸附效果。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

将0.1g二醋酸纤维素与0.01g 过硫酸钠加入到1L的1g/L乙烯胺的甲醇的反应溶液中，氮气保护的条件下，50℃下反应0.5h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率为23%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低7%，氢氰酸能够降低11%，苯酚能够降低8%。

实施例2

将100g二醋酸纤维素与10g 过氧化苯甲酰加入到1L的10g/L丙烯胺的乙醇的反应溶液中，氮气保护的条件下，30℃下反应6h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率为19%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低14%，氢氰酸能够降低12%，苯酚能够降低17%。

实施例3

将10g一醋酸纤维素与1g 偶氮二异丁腈加入到1L的100g/L丙烯酰胺的N, N-二甲基甲酰胺的反应溶液中，氮气保护的条件下，50℃下反应3h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率为33%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低10%，氢氰酸能够降低13%，苯酚能够降低9%。

实施例4

将20g一醋酸纤维素与1g 硝酸铈铵加入到1L的100g/L N-异丙基丙烯酰胺的二甲基亚砜的反应溶液中，氮气保护的条件下，100℃下反应24h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到所要的改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低13%，氢氰酸能够降低21%，苯酚能够降低19%。

实施例5

将30g一醋酸纤维素与3g 高锰酸钾加入到1L的60g/L 4-乙烯基吡啶的水的反应溶液中，氮气保护的条件下，65℃下反应6h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到所要的改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低12%，氨能够降低19%，亚硝胺能够降低18%。

实施例6

将20g二醋酸纤维素与2g氯化铁加入到1L的100g/L丙烯酰胺的三氯甲烷的反应溶液中，氮气保护的条件下，50℃下反应6h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到所要的改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低8%，氢氰酸能够降低11%，苯酚能够降低9%。

实施例7

将40g二醋酸纤维素与3g偶氮二异丁酸二甲酯加入到1L的50g/LN-乙烯基吡咯烷酮的苯的反应溶液中，氮气保护的条件下，60℃下反应6h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率为24%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低9%，氢氰酸能够降低15%，苯酚能够降低12%。

实施例8

将30g一醋酸纤维素与10g过氧化氢加入到1L的100g/L乙烯胺的二甲苯的反应溶液中，氮气保护的条件下，45℃下反应18h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率为19%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低13%，氢氰酸能够降低14%，苯酚能够降低15%。

实施例9

将10g一醋酸纤维素与8g过硫酸铵加入到1L的80g/LN-乙烯基吡咯烷酮的二氯甲烷的反应溶液中，氮气保护的条件下，55℃下反应12h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率为33%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低14%，氢氰酸能够降低19%，苯酚能够降低15%。

实施例10

将50g二醋酸纤维素与4g过氧化苯甲酰叔丁酯加入到1L的50g/LN-乙烯基吡咯烷酮的正己烷的反应溶液中，氮气保护的条件下，60℃下反应8h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率为44%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低12%，氢氰酸能够降低18%，苯酚能够降低16%。

实施例11

将20g二醋酸纤维素与8g过氧化甲乙酮加入到1L的100g/L丙烯酰胺的环己烷的反应溶液中，氮气保护的条件下，60℃下反应5h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率为26%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低10%，氢氰酸能够降低45%，苯酚能够降低13%。

实施例12

将80g一醋酸纤维素与10g重铬酸钾加入到1L的60g/LN-异丙基丙烯酰胺的乙醚的反应溶液中，氮气保护的条件下，85℃下反应18h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率为33%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低11%，氢氰酸能够降低11%，苯酚能够降低13%。

实施例13

将60g二醋酸纤维素与6g偶氮二异庚腈加入到1L的100g/L4-乙烯基吡啶的丙酮的反应溶液中，氮气保护的条件下，60℃下反应13h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率19改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低13%，氢氰酸能够降低15%，苯酚能够降低9%。

实施例14

将40g一醋酸纤维素与4g偶氮二异庚腈加入到1L的80g/L乙烯胺的四氢呋喃的反应溶液中，氮气保护的条件下，70℃下反应10h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率21%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低12%，氢氰酸能够降低17%，苯酚能够降低16%。

实施例15

将30g二醋酸纤维素与3g氯化铁加入到1L的70g/LN-乙烯基吡咯烷酮的乙腈的反应溶液中，氮气保护的条件下，60℃下反应3h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率32%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低8%，氢氰酸能够降低13%，苯酚能够降低10%。

实施例16

将20g一醋酸纤维素与2g氯化铁加入到1L的90g/L丙烯酰胺的吡啶的反应溶液中，氮气保护的条件下，55℃下反应4h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率21%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低11%，氢氰酸能够降低19%，苯酚能够降低17%。

Claims (6)

1.一种阳离子聚合物改性醋酸纤维素的制备方法，其特征在于具体反应如下：将单体溶解在溶剂中配成浓度为1-100g/L单体溶液，然后加入醋酸纤维素及引发剂，在氮气保护下反应，反应温度为30-100℃，反应时间为0.5-24h，反应完成后将产物分离提纯，即得到阳离子聚合物改性醋酸纤维素；引发剂加入量与单体溶液体积比0.01g/L-10g/L；醋酸纤维素加入量与单体溶液的体积比为0.1-100g/L；

所述的单体为至少含有一种单乙烯基不饱和的单体，且该单体带有氨基、酰胺基、吡啶基团或吡咯烷酮基团。

2.根据权利要求1所述的阳离子聚合物改性醋酸纤维素的制备方法，其特征在于所述的醋酸纤维素为一醋酸纤维素或二醋酸纤维素，即其羟基乙酰化程度为0-2.8。

3.根据权利要求1所述的阳离子聚合物改性醋酸纤维素的制备方法，其特征在于所述的单体为乙烯胺、丙烯胺、丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、4-乙烯基吡啶或N-乙烯基吡咯烷酮。

4.根据权利要求1所述的阳离子聚合物改性醋酸纤维素的制备方法，其特征在于所述的溶剂为水、乙醇、甲醇、苯、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷、正己烷、环己烷、乙醚、丙酮、乙腈、四氢呋喃、吡啶、二甲基亚砜、N, N-二甲基甲酰胺或N, N-二甲基乙酰胺。

5.根据权利要求1所述的阳离子聚合物改性醋酸纤维素的制备方法，其特征在于所述的引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钠、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯、过氧化甲乙酮、高锰酸钾、硝酸铈铵、重铬酸钾或氯化铁。

6.权利要求1所制备的阳离子聚合物改性醋酸纤维素作为制备卷烟过滤嘴棒的应用。