CN104720104B - 一种选择性降低卷烟烟气中巴豆醛的滤嘴添加剂及其制备方法和应用 - Google Patents
一种选择性降低卷烟烟气中巴豆醛的滤嘴添加剂及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种选择性降低卷烟烟气中巴豆醛的滤嘴添加剂，所述的添加剂是在多孔材料表面负载聚电解质纳米粒子的复合材料；所述的聚电解质纳米粒子为壳聚糖盐酸盐与海藻酸钠的络合物；所述聚电解质纳米粒子在复合材料中的质量百分含量为0.1~10.0%。本发明添加剂制备的卷烟滤嘴，以添加剂多孔材料负载纳米粒子的特殊结构以及负载的聚电解质纳米粒子的官能团实现了有效选择性降低卷烟烟气中巴豆醛的释放量。与同规格的市售卷烟相比，采用本发明复合材料制备的卷烟滤嘴可使卷烟烟气中巴豆醛的释放量选择性降低20～70%，同时还可以避免香味成分损失，保持卷烟的内在品质。
Description
技术领域
本发明涉及卷烟减害技术领域，具体涉及一种选择性降低卷烟烟气中巴豆醛释放量的滤嘴添加剂及其制备方法和应用。
背景技术
巴豆醛是一种呼吸道纤毛的毒素，对眼结膜及上呼吸道黏膜有强烈刺激作用，长期接触易引起慢性鼻炎、神经系统机能障碍，可造成结膜炎、角膜损伤等，是卷烟烟气中公认的微量有害成分之一。国家烟草专卖局也将包含巴豆醛在内的7种有害成分作为代表用于表征卷烟主流烟气的危害性。因此，降低卷烟烟气中巴豆醛释放量的研究已经成为烟草减害技术领域的一个重要方向。
目前，对如何有效降低卷烟烟气中巴豆醛释放量的研究已经有一些报道，如中国专利CN 102942654 A中报道了一种由甲基丙烯酸、丙烯酰胺、2-乙烯基吡啶或4-乙烯基吡啶为功能单体，在正丁醛为假模版、甲醇为致孔剂、乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂下，采用沉淀聚合法制备的聚合物吸附剂，其作为卷烟滤嘴添加剂可有效降低烟气中巴豆醛的含量。中国专利CN 101194755 B公开了一种粗孔硅胶表面覆盖一层带有氨基、脲基或酰胺基化合物层的滤嘴添加剂来降低卷烟烟气中的醛类物质。中国专利CN 101116540 B公开了一种由多孔载体经γ-乙二胺丙基三甲氧基硅烷衍生化处理制备的烟草添加剂来降低卷烟主流烟气中醛酮类化合物的含量。但这些减害材料或者制备工艺比较复杂、制备成本高、不适合大规模工业化生产，或者对巴豆醛的选择性降低效果不理想。因此，有必要开发一种新型复合材料，使其不仅具有良好的选择性降低巴豆醛指标的效果，还具有制备工艺简单、适于规模化生产的特点。
发明内容
针对现有技术的以上不足，本发明的第一个目的是提供一种选择性降低卷烟烟气中巴豆醛的滤嘴添加剂，该滤嘴添加剂可选择性降低卷烟烟气中巴豆醛。本发明的第二个目的是提供上述的滤嘴添加剂的制备方法，该方法简单可控，适于工业化生产。本发明的第三个目的是提供上述的滤嘴添加剂的应用。
为了实现上述的第一个目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种选择性降低卷烟烟气中巴豆醛的滤嘴添加剂，所述的添加剂是在多孔材料表面负载聚电解质纳米粒子的复合材料；所述的聚电解质纳米粒子为壳聚糖盐酸盐与海藻酸钠的络合物；所述聚电解质纳米粒子在复合材料中的质量百分含量为0.1~10.0%。
所述的聚电解质纳米粒子为壳聚糖盐酸盐与海藻酸钠的络合物。纳米粒子的存在既可增加烟气与复合材料的接触，又不会堵塞多孔载体的孔隙；壳聚糖盐酸盐和海藻酸钠中的羟基结构，能够增进其与羰基化合物之间的作用力；壳聚糖盐酸盐中的氨基官能团可与巴豆醛发生反应，达到降低巴豆醛指标的目的。
所述聚电解质纳米粒子在复合材料中的质量百分含量为0.1 ~ 10.0%。可在节约成本的前提下有效降低烟气中巴豆醛的释放量。作为优选，所述聚电解质纳米粒子在复合材料中的质量百分含量为0.2~2%。
所述的多孔材料可选用本领域常用的多孔材料，所述的多孔材料为添加剂的载体，其既为聚电解质纳米粒子的负载提供了基体，其本身的孔隙结构再结合纳米粒子又进一步提高了减害的选择性。作为优选，所述的多孔材料为活性炭、分子筛、沸石、树脂、硅胶、海泡石、蒙脱石、硅藻土、凹凸棒土、膨胀烟梗中的一种或多种。
为了实现上述的第二个目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种制备上述的选择性降低卷烟烟气中巴豆醛的滤嘴添加剂的方法，该方法包括以下的步骤：
1）将壳聚糖盐酸盐和海藻酸钠分别溶解于酸性水溶液中，酸性水溶液的pH值为2～6，以壳聚糖盐酸盐水溶液为母液，将海藻酸钠水溶液逐滴加入其中，通过原位成核静电自组装的方式，得到聚电解质纳米粒子的分散液；
2）以多孔材料为载体，经活化处理后，将其浸渍到上述聚电解质纳米粒子的分散液中，通过静电驱动原位生长的方式，在其表面负载一定量的聚电解质纳米粒子，经过滤、洗涤和干燥后得到滤嘴添加剂。
作为优选，所述的壳聚糖盐酸盐水溶液和海藻酸钠水溶液的质量百分比浓度分别为0.1～3%和0.05%～2%。
作为优选，所述的原位成核静电自组装的温度为20~40℃，搅拌的速度为500~3000rpm，反应时间为1~3小时。
作为优选，所述的活化处理，根据所选载体不同优选酸碱处理或高温处理；所述的静电驱动原位生长的温度为20~40℃，反应时间为0.5~3.5小时。
为了实现上述的第三个目的，本发明采用了以下的技术方案：
上述的滤嘴添加剂在制备选择性降低卷烟烟气中巴豆醛的卷烟滤嘴中的应用。
一种选择性降低卷烟烟气中巴豆醛的卷烟滤嘴，该卷烟滤嘴中添加了上述的滤嘴添加剂。作为优选，以一支烟的卷烟滤嘴中的滤棒总重量计，所述的滤嘴添加剂的质量百分含量为2 ~ 40%。
作为优选，所述的卷烟滤嘴为二元复合滤嘴，包括近嘴端的普通滤棒以及沿轴向叠加的近烟丝端的料棒；所述的料棒由所述的滤嘴添加剂和普通滤棒材料组成；或者，所述的卷烟滤嘴为三元复合滤嘴，包括两段普通滤棒以及沿轴向叠加的料棒，所述的料棒位于两段普通滤棒之间；所述的料棒由所述的滤嘴添加剂或由所述的滤嘴添加剂和普通滤棒材料组成。
本发明所述的普通滤棒优选用本领域的醋纤棒和纸质嘴棒。
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，以添加剂多孔材料负载纳米粒子的特殊结构以及负载的聚电解质纳米粒子的官能团实现了有效选择性降低卷烟烟气中巴豆醛的释放量。与同规格的市售卷烟相比，采用本发明复合材料制备的卷烟滤嘴可使卷烟烟气中巴豆醛的释放量选择性降低20～70%，同时还可以避免香味成分损失，保持卷烟的内在品质。本发明的滤嘴添加剂制备工艺简单，所用原料方便易得、价格低廉，具有良好的工业实用性。
具体实施方式
实施例1：
将0.1 g的壳聚糖盐酸盐和0.05 g的海藻酸钠分别溶解于100 mL的酸性水溶液中（pH值为5），以壳聚糖盐酸盐水溶液为母液，将海藻酸钠水溶液逐滴加入其中，在25 ℃和2000 rpm的速率下搅拌，进行原位成核静电自组装1 h，得到聚电解质纳米粒子的分散液；以活性炭为载体，经浓硝酸活化处理后，将其浸渍到聚电解质纳米粒子的分散液中，在25℃静置2 h通过静电驱动原位生长方式，在其表面负载聚电解质纳米粒子，经过滤、洗涤和干燥后得到复合材料添加剂。其中，聚电解质纳米粒子在添加剂中的质量百分含量约为0.2%。
将上述复合材料在滤棒成型机上均匀地添加在开松的醋酸纤维丝束上并卷制成料棒，之后与普通醋纤棒按照1:1的长度比沿轴向复合，制得二元复合醋纤滤棒。其中，复合材料的添加量占整支滤棒总重量的13%。
用制备的二元复合醋纤滤棒替代某规格市售卷烟中的普通醋纤滤棒生产试样烟，其中复合滤棒中的料棒端近烟丝。将卷制的试样烟采用Cerulean SM450型吸烟机按照ISO3308模式进行卷烟抽吸实验，测定并计算主流烟气中焦油及巴豆醛释放量，并与该规格的市售卷烟相对照，结果见表1。
表1. 本发明的复合滤嘴对烟气中巴豆醛释放量的选择性降低效果
实施例2：
将0.2 g的壳聚糖盐酸盐和0.1 g的海藻酸钠分别溶解于100 mL的酸性水溶液中（pH值为6），以壳聚糖盐酸盐水溶液为母液，将海藻酸钠水溶液逐滴加入其中，在35 ℃和3000 rpm的速率下搅拌，进行原位成核静电自组装2 h，得到聚电解质纳米粒子的分散液；以分子筛为载体，经高温活化处理后，将其浸渍到聚电解质纳米粒子的分散液中，在30 ℃静置1 h通过静电驱动原位生长方式，在其表面负载聚电解质纳米粒子，经过滤、洗涤和干燥后得到复合材料添加剂。其中，聚电解质纳米粒子在添加剂中的质量百分含量约为0.3%。
将上述复合材料在滤棒成型机上均匀地添加在压纹纸上并卷制成纸质料棒，之后与普通醋纤棒按照1:1的长度比沿轴向复合，制得二元复合滤棒。其中，复合材料的添加量占整支滤棒总重量的11%。
用制备的二元复合滤棒替代某规格市售卷烟中的普通醋纤滤棒生产试样烟，其中复合滤棒中的料棒端近烟丝。将卷制的试样烟采用Cerulean SM450型吸烟机按照ISO 3308模式进行卷烟抽吸实验，测定计算主流烟气中焦油及巴豆醛释放量，并与该规格的市售卷烟相对照，结果见表2。
表2. 本发明的复合滤嘴对烟气中巴豆醛释放量的选择性降低效果
实施例3：
将0.5 g的壳聚糖盐酸盐和0.05 g的海藻酸钠分别溶解于100 mL的酸性水溶液中（pH值为2），以壳聚糖盐酸盐水溶液为母液，将海藻酸钠水溶液逐滴加入其中，在30 ℃和1000 rpm的速率下搅拌，进行原位成核静电自组装1.5 h，得到聚电解质纳米粒子的分散液；以树脂为载体，经盐酸与氢氧化钠交替活化处理后，将其浸渍到聚电解质纳米粒子的分散液中，在35 ℃静置0.5 h通过静电驱动原位生长方式，在其表面负载聚电解质纳米粒子，经过滤、洗涤和干燥后得到复合材料添加剂。其中，聚电解质纳米粒子在添加剂中的质量百分含量约为1%。
将上述复合材料作为滤嘴添加剂制备三元复合醋纤棒，其中复合材料位于中间段的空腔中，两端的两段为普通醋纤滤棒。复合材料的添加量占整支滤棒总重量的36%。
用制备的三元复合醋纤滤棒替代某规格市售卷烟中的普通醋纤滤棒生产试样烟。将卷制的试样烟采用Cerulean SM450型吸烟机按照ISO 3308模式进行卷烟抽吸实验，测定计算主流烟气中焦油及巴豆醛释放量，并与该规格的市售卷烟相对照，结果见表3。
表3. 本发明的复合滤嘴对烟气中巴豆醛释放量的选择性降低效果
。
Claims (9)
1.一种选择性降低卷烟烟气中巴豆醛的滤嘴添加剂，其特征在于：所述的滤嘴添加剂是在多孔材料表面负载聚电解质纳米粒子的复合材料；所述的聚电解质纳米粒子为壳聚糖盐酸盐与海藻酸钠的络合物；所述聚电解质纳米粒子在复合材料中的质量百分含量为0.1~10.0%；所述的多孔材料为活性炭、分子筛、树脂、硅胶、海泡石、蒙脱石、硅藻土、凹凸棒土、膨胀烟梗中的一种或多种；所述的滤嘴添加剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下的步骤：
1）将壳聚糖盐酸盐和海藻酸钠分别溶解于酸性水溶液中，酸性水溶液的pH值为2～6，以壳聚糖盐酸盐水溶液为母液，将海藻酸钠水溶液逐滴加入其中，通过原位成核静电自组装的方式，得到聚电解质纳米粒子的分散液；
2）以多孔材料为载体，经活化处理后，将其浸渍到上述聚电解质纳米粒子的分散液中，通过静电驱动原位生长的方式，在其表面负载0.1~10.0%的聚电解质纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的选择性降低卷烟烟气中巴豆醛的滤嘴添加剂，其特征在于：所述聚电解质纳米粒子在复合材料中的质量百分含量为0.2~2%。
3.一种制备权利要求1或2所述的选择性降低卷烟烟气中巴豆醛的滤嘴添加剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下的步骤：
1）将壳聚糖盐酸盐和海藻酸钠分别溶解于酸性水溶液中，酸性水溶液的pH值为2～6，以壳聚糖盐酸盐水溶液为母液，将海藻酸钠水溶液逐滴加入其中，通过原位成核静电自组装的方式，得到聚电解质纳米粒子的分散液；
2）以多孔材料为载体，经活化处理后，将其浸渍到上述聚电解质纳米粒子的分散液中，通过静电驱动原位生长的方式，在其表面负载0.1~10.0%的聚电解质纳米粒子，经过滤、洗涤和干燥后得到滤嘴添加剂。
4.根据权利要求3所述的选择性降低卷烟烟气中巴豆醛的滤嘴添加剂的制备方法，其特征在于：壳聚糖盐酸盐水溶液和海藻酸钠水溶液的质量百分比浓度分别为0.1～3%和0.05%～2%。
5.根据权利要求3所述的选择性降低卷烟烟气中巴豆醛的滤嘴添加剂的制备方法，其特征在于：原位成核静电自组装的温度为20~40℃，搅拌的速度为500~3000 rpm，反应时间为1~3小时。
6.根据权利要求3所述的选择性降低卷烟烟气中巴豆醛的滤嘴添加剂的制备方法，其特征在于：所述的活化处理，根据所选载体不同选用酸碱处理或高温处理；所述的静电驱动原位生长的温度为20~40℃，反应时间为0.5~3.5小时。
7.根据权利要求1~2任意一项权利要求所述的滤嘴添加剂在制备选择性降低卷烟烟气中巴豆醛的卷烟滤嘴中的应用。
8.一种选择性降低卷烟烟气中巴豆醛的卷烟滤嘴，其特征在于：该卷烟滤嘴中添加了权利要求1~2任意一项权利要求所述的滤嘴添加剂；以一支烟的卷烟滤嘴中的滤棒总重量计，所述的滤嘴添加剂的质量百分含量为2 ~ 40%。
9.根据权利要求8所述的一种选择性降低卷烟烟气中巴豆醛的卷烟滤嘴，其特征在于：所述的卷烟滤嘴为二元复合滤嘴，包括近嘴端的普通滤棒以及沿轴向叠加的近烟丝端的料棒；所述的料棒由所述的滤嘴添加剂和普通滤棒材料组成；或者，所述的卷烟滤嘴为三元复合滤嘴，包括两段普通滤棒以及沿轴向叠加的料棒，所述的料棒位于两段普通滤棒之间；所述的料棒由所述的滤嘴添加剂或由所述的滤嘴添加剂和普通滤棒材料组成。
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