CN104738815B - 一种降低卷烟烟气中苯酚的纳米环糊精复合添加剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种降低卷烟烟气中苯酚的纳米环糊精复合添加剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种降低卷烟烟气中苯酚的纳米环糊精复合添加剂，所述的纳米环糊精复合添加剂是以烟用椰壳炭为载体，羧甲基‑β‑环糊精与阳离子聚电解质为原料，通过静电驱动原位生长的方式，得到表面负载环糊精纳米粒子的微纳结构的复合添加剂；所述的复合添加剂中负载的环糊精纳米粒子是羧甲基‑β‑环糊精和阳离子聚电解质的络合物；所述的复合添加剂中负载的环糊精纳米粒子的质量百分含量为0.1～10.0%。本发明通过调整环糊精纳米粒子中羧甲基‑β‑环糊精和阳离子聚电解质的组成比例，可以方便调控其对卷烟烟气中苯酚释放量的降低效果。本发明所用原料方便易得，价格低廉，制备方法绿色环保、安全可控，具有良好的工业实用性。

Description

一种降低卷烟烟气中苯酚的纳米环糊精复合添加剂及其制备 方法和应用
技术领域
本发明涉及卷烟减害技术领域，具体涉及一种降低卷烟烟气中苯酚的纳米环糊精复合添加剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着社会对吸烟与健康问题关注的不断增强，卷烟产品的减害技术研究已经引起烟草行业的高度重视。针对卷烟烟气中各种有害成分，研究者发展了多种减害技术，如有复合滤嘴、应用滤嘴通风稀释技术、使用高透气度和静燃速率快的卷烟纸、掺用膨胀烟丝和膨胀梗丝等方法。其中对卷烟滤嘴的改性是常用的减害手段之一，通过向卷烟滤嘴中添加或复合生物材料、高分子材料和纳米材料等，达到有效降低卷烟烟气中有害成分的效果。
卷烟烟气中酚类物质有40多种，其中最主要的包括苯酚、苯二酚和甲基苯酚等。烟气酚类化合物主要来源于烟叶中多酚类化合物（绿原酸和芸香苷）的裂解，对卷烟的香气品质有很重要的作用。但有些酚类物质具有促癌作用，苯酚、间甲苯酚、对甲苯酚、邻甲苯酚、间苯二酚等已被Hoffman名单收录，列入降低卷烟危害性的推荐性控制成分。中国专利CN101664228 B中公开了将对-[1-(4-羟基苯基)-1-甲基乙基]杯[8]芳烃作为卷烟添加剂直接添加到卷烟滤嘴中，降低烟气中苯酚类物质的含量。中国专利ZL201010278343.6公开了以多孔材料为载体，以层层自组装的方式交替负载聚阴离子和聚阳离子材料，达到降酚效果。但这些材料在实际生产过程中或者制备成本较高，或者工艺复杂、不适合大规模工业化生产。因此，有必要开发一种新型复合添加剂。
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降低卷烟烟气中苯酚的纳米环糊精复合添加剂，该复合添加剂可有效降低烟气中苯酚的释放量。本发明的第二个目的是提供上述的复合添加剂的制备方法，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复合添加剂的应用。
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：
一种降低卷烟烟气中苯酚的纳米环糊精复合添加剂，所述的纳米环糊精复合添加剂是以烟用椰壳炭为载体，羧甲基-β-环糊精与阳离子聚电解质为原料，通过静电驱动原位生长的方式，得到表面负载环糊精纳米粒子的微纳结构的复合添加剂；所述的复合添加剂中负载的环糊精纳米粒子是羧甲基-β-环糊精和阳离子聚电解质的络合物；所述的复合添加剂中负载的环糊精纳米粒子的质量百分含量为0.1～10.0%。
本发明所述的烟用椰壳炭，其多孔结构和强吸附能力为环糊精纳米粒子的负载提供了保障；所述的复合添加剂中负载的环糊精纳米粒子是羧甲基-β-环糊精和阳离子聚电解质的络合物，可充分利用环糊精纳米粒子中环糊精空腔和阳离子基团对苯酚的吸附性，达到降低苯酚指标的目的。
所述的复合添加剂中负载的环糊精纳米粒子的质量百分含量为0.1～10.0%，可在节约成本的前提下有效降低烟气中苯酚的释放量。作为优选，所述环糊精纳米粒子在复合添加剂中的质量百分含量为1.0~5.0%。
作为优选，所述的阳离子聚电解质为聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、季铵盐化聚4-乙烯基吡啶、壳聚糖中的一种或多种。
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：
一种制备上述的降低卷烟烟气中苯酚的纳米环糊精复合添加剂的方法，该方法包括以下的步骤：
1）将羧甲基-β-环糊精和阳离子聚电解质分别溶解于水中，以羧甲基-β-环糊精水溶液为母液，将阳离子聚电解质水溶液逐滴加入其中，通过原位成核静电自组装的方式，得到环糊精纳米粒子的分散液；
2）以烟用椰壳炭为载体，将其浸渍到上述环糊精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环糊精纳米粒子，经过滤、洗涤和干燥后得到具有微纳结构的纳米环糊精复合添加剂。
作为优选，步骤1）中所述的羧甲基-β-环糊精和阳离子聚电解质在水溶液中的质量百分比浓度分别为0.5～3%和0.1～2%。
作为优选，步骤1）中所述的原位成核静电自组装条件为温度25～35℃，搅拌速率500～1000rpm，持续1～4h。
作为优选，步骤2）所述的静电驱动原位生长的条件为在25～35℃静置0.5～2.5h。
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：
上述的复合添加剂在制备选择性降低卷烟烟气中苯酚的卷烟滤嘴中的应用。
一种选择性降低卷烟烟气中苯酚的卷烟滤嘴，该卷烟滤嘴中添加了上述的复合添加剂，所述复合添加剂在每支滤嘴中的添加量为10~50 mg。
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复合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复合添加剂或由所述的复合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：本发明采用具有微纳结构的环糊精纳米粒子复合添加剂制备卷烟滤嘴，其环糊精纳米粒子对卷烟烟气中的苯酚具有吸附作用，与同规格的市售卷烟相比，添加本发明复合添加剂制备的卷烟滤嘴可使卷烟烟气中苯酚释放量降低10~25%；而且，通过调整环糊精纳米粒子中羧甲基-β-环糊精和阳离子聚电解质的组成比例，可以方便调控其对卷烟烟气中苯酚释放量的降低效果。本发明所用原料方便易得，价格低廉，制备方法绿色环保、安全可控，具有良好的工业实用性。
具体实施方式
实施例1：
将3.0 g羧甲基-β-环糊精和0.1 g壳聚糖分别溶解于100 mL水溶液中，以羧甲基-β-环糊精水溶液为母液，将壳聚糖水溶液逐滴加入其中，在25 ℃和500 rpm的搅拌速率下，进行原位成核静电自组装1 h，得到环糊精纳米粒子分散液；以烟用椰壳炭为载体，将其浸渍上述环糊精纳米粒子分散液中，在35 ℃静置2.5 h通过静电驱动原位生长方式，在其表面负载环糊精纳米粒子，经过滤、洗涤和干燥后得到具有微纳结构的烟用椰壳炭负载环糊精纳米粒子的复合添加剂。环糊精纳米粒子在复合添加剂中质量分数为5.0 %。
将上述复合添加剂应用于卷烟滤嘴，每支卷烟滤嘴中的添加量约为15 mg。测定卷烟主流烟气中苯酚的释放量，评价复合添加剂对卷烟主流烟气的影响。以未使用添加剂的同规格卷烟为对照样品。结果如下表1所示。
表1. 本发明的复合添加剂对主流烟气中苯酚释放量的影响
实施例 2：
将2.0 g羧甲基-β-环糊精和1.5 g聚二甲基二烯丙基氯化铵分别溶解于100 mL水溶液中，以羧甲基-β-环糊精水溶液为母液，将聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液逐滴加入其中，在25 ℃和500 rpm的搅拌速率下，进行原位成核静电自组装3 h，得到环糊精纳米粒子分散液；以烟用椰壳炭为载体，将其浸渍上述环糊精纳米粒子分散液中，在35 ℃静置1.5 h通过静电驱动原位生长方式，在其表面负载环糊精纳米粒子，经过滤、洗涤和干燥后得到具有微纳结构的椰壳炭负载环糊精纳米粒子的复合添加剂。环糊精纳米粒子在复合添加剂中的质量分数为10.0 %。
将上述复合添加剂应用于卷烟滤嘴，每支卷烟滤嘴中的添加量约为30 mg。测定卷烟主流烟气中苯酚的释放量，评价复合添加剂对卷烟主流烟气的影响。以未使用添加剂的同规格卷烟为对照样品。结果如下表2所示。
表2. 本发明的复合添加剂对主流烟气中苯酚释放量的影响
实施例3：
将1.0 g羧甲基-β-环糊精和1.0 g聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵分别溶解于100 mL水溶液中，以羧甲基-β-环糊精水溶液为母液，将聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液逐滴加入其中，在25 ℃和1000 rpm的搅拌速率下，进行原位成核静电自组装2 h，得到环糊精纳米粒子分散液；以烟用椰壳炭为载体，将其浸渍上述环糊精纳米粒子分散液中，在25 ℃静置2.5 h通过静电驱动原位生长方式，在其表面负载环糊精纳米粒子，经过滤、洗涤和干燥后得到具有微纳结构的椰壳炭负载环糊精纳米粒子的复合添加剂。环糊精纳米粒子在复合添加剂中的质量分数为8.0 %。
将上述复合添加剂应用于卷烟滤嘴，每支卷烟滤嘴中的添加量约为50 mg。测定卷烟主流烟气中苯酚的释放量，评价复合添加剂对卷烟主流烟气的影响。以未使用添加剂的同规格卷烟为对照样品。结果如下表3所示。
表3. 本发明的复合添加剂对主流烟气中苯酚释放量的影响
实施例4：
将2.0 g羧甲基-β-环糊精和1.0 g季铵盐化聚4-乙烯基吡啶分别溶解于100 mL水溶液中，以羧甲基-β-环糊精水溶液为母液，将季铵盐化聚4-乙烯基吡啶水溶液逐滴加入其中，在25 ℃和1000 rpm的搅拌速率下，进行原位成核静电自组装2.5 h，得到环糊精纳米粒子分散液；以烟用椰壳炭为载体，将其浸渍上述环糊精纳米粒子分散液中，在25 ℃静置2 h通过静电驱动原位生长方式，在其表面负载环糊精纳米粒子，经过滤、洗涤和干燥后得到具有微纳结构的椰壳炭负载环糊精纳米粒子的复合添加剂。环糊精纳米粒子在复合添加剂中的质量分数为3.0 %。
将上述复合添加剂应用于卷烟滤嘴，每支卷烟滤嘴中的添加量约为40 mg。测定卷烟主流烟气中苯酚的释放量，评价复合添加剂对卷烟主流烟气的影响。以未使用添加剂的同规格卷烟为对照样品。结果如下表4所示。
表4. 本发明的复合添加剂对主流烟气中苯酚释放量的影响
。

Claims (9)

1.一种降低卷烟烟气中苯酚的纳米环糊精复合添加剂，其特征在于：所述的纳米环糊精复合添加剂是以烟用椰壳炭为载体，羧甲基-β-环糊精与阳离子聚电解质为原料，通过静电驱动原位生长的方式，得到表面负载环糊精纳米粒子的微纳结构的复合添加剂；所述的复合添加剂中负载的环糊精纳米粒子是羧甲基-β-环糊精和阳离子聚电解质的络合物；所述的复合添加剂中负载的环糊精纳米粒子的质量百分含量为0.1～10.0%；所述的阳离子聚电解质为聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、季铵盐化聚4-乙烯基吡啶、壳聚糖中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的降低卷烟烟气中苯酚的纳米环糊精复合添加剂，其特征在于：所述的环糊精纳米粒子在复合添加剂中的质量百分含量为1.0~ 5.0%。
3.一种制备权利要求1~2任意一项权利要求所述的降低卷烟烟气中苯酚的纳米环糊精复合添加剂的方法，其特征在于该方法包括以下的步骤：
1）将羧甲基-β-环糊精和阳离子聚电解质分别溶解于水中，以羧甲基-β-环糊精水溶液为母液，将阳离子聚电解质水溶液逐滴加入其中，通过原位成核静电自组装的方式，得到环糊精纳米粒子的分散液；
2）以烟用椰壳炭为载体，将其浸渍到上述环糊精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%的环糊精纳米粒子，经过滤、洗涤和干燥后得到具有微纳结构的纳米环糊精复合添加剂。
4.根据权利要求3所述的复合添加剂的制备方法，其特征在于：步骤1）中所述的羧甲基-β-环糊精和阳离子聚电解质在水溶液中的质量百分比浓度分别为0.5～3%和0.1～2%。
5.根据权利要求3所述的复合添加剂的制备方法，其特征在于：步骤1）中所述的原位成核静电自组装条件为温度25～35℃，搅拌速率500～1000rpm，持续1～4h。
6.根据权利要求3所述的复合添加剂的制备方法，其特征在于：步骤2）所述的静电驱动原位生长的条件为在25～35℃静置0.5～2.5h。
7.根据权利要求1~2任一项所述的复合添加剂在制备选择性降低卷烟烟气中苯酚的卷烟滤嘴中的应用。
8.一种选择性降低卷烟烟气中苯酚的卷烟滤嘴，其特征在于：该滤嘴中含有权利要求1~2任一项所述的复合添加剂，所述复合添加剂在每支滤嘴中的添加量为10~50 mg。
9.根据权利要求8所述的一种选择性降低卷烟烟气中苯酚的卷烟滤嘴，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复合添加剂和普通滤棒组成；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复合添加剂或由所述的复合添加剂和普通滤棒组成。
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