CN105146755B - 一种聚硅氧烷离子液体卷烟滤嘴添加剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚硅氧烷离子液体卷烟滤嘴添加剂的制备方法，它是将聚硅氧烷离子液体采用合适的工艺固定在活化的硅胶上。本发明还公开了一种降低卷烟烟气中芳香酚含量的方法，它是向卷烟的滤嘴中加入所述卷烟滤嘴添加剂。本发明制备的聚硅氧烷离子液体卷烟滤嘴添加剂能很好地去除烟气中的有害成分，特别是对烟气中的芳香酚具有很好的选择性去除能力，烟气中芳香酚的含量比普通滤嘴低30％。
Description
技术领域
本发明涉及卷烟滤嘴添加剂，尤其是一种聚硅氧烷离子液体卷烟滤嘴添加剂的制备方法，本发明还涉及一种降低卷烟烟气中芳香酚含量的方法。
背景技术
卷烟抽吸过程中会产生很多酚类化合物，这些化合物是由烟草燃烧、裂解和蒸馏而产生的。文献已报道的卷烟烟气中酚类物质有50多种，其中最主要的酚类化合物包括苯酚、儿茶酚、间-苯二酚、对-苯二酚及邻、间、对-甲酚等7种成分，并且这7种酚类成分因具有致癌，辅助致癌，致突变和基因毒性等毒性作用，被列入EPA有害成分名单，其中儿茶酚还被IARC列为2B级的致癌成分。因此，降低烟气芳香酚含量对卷烟降害具有十分重要的意义。但是，到目前为止能选择性降低烟气中芳香酚含量的方法仍然很少。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚硅氧烷离子液体卷烟滤嘴添加剂的制备方法，采用该方法制备的卷烟滤嘴添加剂能选择性降低卷烟烟气中芳香酚的含量。
本发明所提供的聚硅氧烷离子液体卷烟滤嘴添加剂的制备方法，包括以下步骤：
1)硅胶的活化：向粒径为200～300目的硅胶中按重量加入1.5～3倍20～30％盐酸，加热到80～100℃，磁力搅拌6～12小时，冷却至室温后减压抽滤，滤渣中加入去离子水洗涤至中性，烘干；
2)聚硅氧烷离子液体的固定：将聚硅氧烷离子液体溶解在乙醇中，加入活化的硅胶，所述活化的硅胶与聚硅氧烷离子液体的重量比为1～3∶1，在N2保护下30～50℃搅拌反应3～5小时，停止搅拌后挥干乙醇，继续在N2保护下160～200℃加热2～6小时，待冷却后，用乙醇洗涤硅胶，除去未固定在硅胶上的聚硅氧烷离子液体，将洗涤后的硅胶干燥。
优选地，所述活化的硅胶与聚硅氧烷离子液体的重量比为2∶1。
优选地，所述聚硅氧烷离子液体是将聚硅氧烷咪唑与Br(CH2)17CH3进行反应，所述聚硅氧烷咪唑(按咪唑计)与Br(CH2)17CH3的摩尔比为1∶2～5。
进一步优选地，所述聚硅氧烷咪唑的制备方法是：将γ-咪唑丙基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、水、KOH，在N2保护下80～100℃反应10～15h，旋蒸除去生成的乙醇，再加入六甲基二硅氧烷，80～100℃条件下反应2～3天，减压蒸馏除去小分子后，得到粘稠的聚硅氧烷咪唑，所述γ-咪唑丙基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、水、KOH、六甲基二硅氧烷的摩尔比为(6～12)∶(30～40)∶(70～100)∶(2～5)∶(0.5～1)。
进一步优选地，所述γ-咪唑丙基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、水、KOH、六甲基二硅氧烷的摩尔比为9∶35∶90∶3∶0.67。
一种降低卷烟烟气中芳香酚含量的方法，该方法是：向卷烟的滤嘴中加入采用以上方法制备的聚硅氧烷离子液体卷烟滤嘴添加剂，所述聚硅氧烷离子液体卷烟滤嘴添加剂的加入量为滤嘴重量的5～20％，优选为10％。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明制备的聚硅氧烷离子液体卷烟滤嘴添加剂能很好地去除烟气中的有害成分，特别是对烟气中的芳香酚具有很好的选择性去除能力，烟气中芳香酚的含量比普通滤嘴低30％左右。同时，本发明添加剂按5-20％的添加量不会对卷烟的风格和吸味产生任何影响。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进行详细地说明。
实施例1
1)硅胶的活化：称取50g硅胶(200～300目)置于150mL两口烧瓶中，加入100g盐酸水溶液(质量浓度为25％)，将烧瓶固定在磁力搅拌器上，并连接好搅拌浆和电动搅拌器，加热到90℃，搅拌8小时，然后冷却至室温后减压抽滤。滤渣中加入适量的去离子水反复搅拌洗涤，抽滤，洗涤直至中性。放入电热鼓风干燥箱中(120℃)过夜，再转入真空干燥箱中(60℃，8h)，烘干后封闭待用。
2)咪唑钠的合成：将咪唑8.04g(0.12mol)置于100mL烧瓶中，在N2保护下加热至90℃熔融，加入片状NaOH 4.05g(0.1mol)，回流反应12h。将产物用四氢呋喃洗涤三次并抽滤，所得沉淀置于真空干燥箱中60℃干燥24h，得到淡黄色咪唑钠6.98g，产率78％。
3)γ-碘丙基甲基二乙氧基硅烷的合成：称取NaI 9.04g(0.06mol)溶于干燥过的丙酮中，在搅拌条件下逐滴加入11.59g(0.055mol)γ-氯丙基甲基二乙氧基硅烷。避光N2保护回流24h，将产物冷却后过滤，用干燥的CH2Cl2洗涤沉淀后再次过滤，所得滤液旋蒸除去溶剂，得到终产物γ-碘丙基甲基二乙氧基硅烷14.28g，产率86％。
4)γ-咪唑丙基三乙氧基硅烷的合成：称取咪唑钠5.42g(0.06mol)均匀分散于50mL干燥过的四氢呋喃中，缓慢加入15.11g(0.05mol)γ-碘丙基甲基二乙氧基硅烷，避光N2保护回流48h。将产物过滤后，用干燥的CH2Cl2洗涤反应物，旋蒸除去溶剂并减压蒸馏，收集160℃馏分(压力：-751mmHg)，得到终产物5.52g，产率46％；
5)聚硅氧烷咪唑的合成：加入2.12g(0.009mol)γ-咪唑丙基三乙氧基硅烷和5.186g(0.035mol)二甲基二乙氧基硅烷及1.58g水(0.09mol)于反应瓶中，再加入0.168g(0.003mol)KOH，在N2保护下升温至90℃反应12h。旋蒸除去生成的乙醇，再加入0.112g(0.67mmol)六甲基二硅氧烷，100℃条件下反应48h，减压蒸馏除去小分子后，得到粘稠的聚硅氧烷咪唑。
6)聚硅氧烷离子液体的合成：称取1.00g聚硅氧烷咪唑(0.002mol)溶解在10mL甲苯中，加入2.172g(0.006mol)Br(CH2)17CH3后N2保护回流48h，反应结束后旋蒸出去甲苯，用正己烷多次洗涤后得到离子液体；
7)聚硅氧烷离子液体的固定：称取聚硅氧烷离子液体2g溶解在10mL乙醇中，再加入4g活化后的硅胶，在N2保护下40℃搅拌反应4h。停止搅拌后让溶剂在40℃自然挥发，然后在N2保护下180℃热处理5h。待冷却后，用乙醇多次洗涤硅胶，除去未固定的聚硅氧烷离子液体，将洗涤后的硅胶置于真空干燥箱中60℃干燥12h。
实施例2
1)硅胶的活化：向粒径为200目的硅胶中按重量加入1.5倍20％盐酸，加热到80℃，磁力搅拌12小时，冷却至室温后减压抽滤，滤渣中加入去离子水洗涤至中性，烘干；
2)聚硅氧烷离子液体的固定：将聚硅氧烷离子液体溶解在乙醇中，加入活化的硅胶，所述活化的硅胶与聚硅氧烷离子液体的重量比为1∶1，在N2保护下30℃搅拌反应5小时，停止搅拌后挥干乙醇，继续在N2保护下160℃加热6小时，待冷却后，用乙醇洗涤硅胶，除去未固定在硅胶上的聚硅氧烷离子液体，将洗涤后的硅胶干燥。
所述聚硅氧烷离子液体的制备方法是：将γ-咪唑丙基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、水、KOH，在N2保护下80℃反应15h，旋蒸除去生成的乙醇，再加入六甲基二硅氧烷，80℃条件下反应3天，减压蒸馏除去小分子后，得到粘稠的聚硅氧烷咪唑，所述γ-咪唑丙基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、水、KOH、六甲基二硅氧烷的摩尔比为6∶30∶70∶2∶0.5。然后再将聚硅氧烷咪唑与Br(CH2)17CH3进行反应，所述聚硅氧烷咪唑与Br(CH2)17CH3的摩尔比为1∶2。
实施例3
1)硅胶的活化：向粒径为300目的硅胶中按重量加入3倍30％盐酸，加热到100℃，磁力搅拌6小时，冷却至室温后减压抽滤，滤渣中加入去离子水洗涤至中性，烘干；
2)聚硅氧烷离子液体的固定：将聚硅氧烷离子液体溶解在乙醇中，加入活化的硅胶，所述活化的硅胶与聚硅氧烷离子液体的重量比为3∶1，在N2保护下50℃搅拌反应3小时，停止搅拌后挥干乙醇，继续在N2保护下200℃加热2小时，待冷却后，用乙醇洗涤硅胶，除去未固定在硅胶上的聚硅氧烷离子液体，将洗涤后的硅胶干燥。
所述聚硅氧烷离子液体的制备方法是：将γ-咪唑丙基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、水、KOH，在N2保护下100℃反应10h，旋蒸除去生成的乙醇，再加入六甲基二硅氧烷，100℃条件下反应2天，减压蒸馏除去小分子后，得到粘稠的聚硅氧烷咪唑，所述γ-咪唑丙基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、水、KOH、六甲基二硅氧烷的摩尔比为12∶40∶100∶5∶1。然后再将聚硅氧烷咪唑与Br(CH2)17CH3进行反应，所述聚硅氧烷咪唑与Br(CH2)17CH3的摩尔比为1∶5。
实施例4
将实施例1～3制得的聚硅氧烷离子液体卷烟滤嘴添加剂按10％的比例在滤棒丝束成型过程中直接将其混合在滤棒中，然后用相同的烟丝制备卷烟，检测烟气中酚类物质的含量，以滤嘴中没有添加聚硅氧烷离子液体的空白卷烟为对照，检测结果见表1。
表1烟气中酚类物质的含量测定结果(单位：μg/支)
| 苯酚 | 儿茶酚 | 间-苯二酚 | 对-苯二酚 | 邻-甲酚 | 间-甲酚及对-甲酚 | |
| 实施例1 | 12.51 | 20.62 | 0.36 | 32.31 | 1.52 | 3.78 |
| 实施例2 | 13.46 | 21.78 | 0.39 | 32.27 | 1.69 | 3.85 |
| 实施例3 | 13.60 | 21.34 | 0.37 | 32.40 | 1.73 | 3.98 |
| 对照例 | 19.35 | 32.47 | 0.52 | 46.1 | 2.51 | 5.62 |
Claims (5)
1.一种聚硅氧烷离子液体卷烟滤嘴添加剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)硅胶的活化：向粒径为200～300目的硅胶中按重量加入1.5～3倍20～30％盐酸，加热到80～100℃，磁力搅拌6～12小时，冷却至室温后减压抽滤，滤渣中加入去离子水洗涤至中性，烘干；
2)聚硅氧烷离子液体的固定：将聚硅氧烷离子液体溶解在乙醇中，加入活化的硅胶，所述活化的硅胶与聚硅氧烷离子液体的重量比为1～3∶1，在N2保护下30～50℃搅拌反应3～5小时，停止搅拌后挥干乙醇，继续在N2保护下160～200℃加热2～6小时，待冷却后，用乙醇洗涤硅胶，除去未固定在硅胶上的聚硅氧烷离子液体，将洗涤后的硅胶干燥，
所述聚硅氧烷离子液体是将聚硅氧烷咪唑与Br(CH2)17CH3进行反应，所述聚硅氧烷咪唑的摩尔量按咪唑计与Br(CH2)17CH3的摩尔比为1∶2～5；
所述聚硅氧烷咪唑的制备方法是：将γ-咪唑丙基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、水、KOH，在N2保护下80～100℃反应10～15h，旋蒸除去生成的乙醇，再加入六甲基二硅氧烷，80～100℃条件下反应2～3天，减压蒸馏除去小分子化合物后，得到粘稠的聚硅氧烷咪唑，所述γ-咪唑丙基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、水、KOH、六甲基二硅氧烷的摩尔比为(6～12)∶(30～40)∶(70～100)∶(2～5)∶(0.5～1)。
2.如权利要求1所述聚硅氧烷离子液体卷烟滤嘴添加剂的制备方法，其特征在于：所述活化的硅胶与聚硅氧烷离子液体的重量比为2∶1。
3.如权利要求1所述聚硅氧烷离子液体卷烟滤嘴添加剂的制备方法，其特征在于：所述γ-咪唑丙基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、水、KOH、六甲基二硅氧烷的摩尔比为9∶35∶90∶3∶0.67。
4.一种降低卷烟烟气中芳香酚含量的方法，其特征在于：向卷烟的滤嘴中加入聚硅氧烷离子液体卷烟滤嘴添加剂，所述聚硅氧烷离子液体卷烟滤嘴添加剂是按权利要求1～3任何一项所述的方法制备的，所述聚硅氧烷离子液体卷烟滤嘴添加剂的加入量为滤嘴重量的5～20％。
5.如权利要求4所述的降低卷烟烟气中芳香酚含量的方法，其特征在于：所述聚硅氧烷离子液体卷烟滤嘴添加剂的加入量为滤嘴重量的10％。
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