CN105342006A - 一种选择性降低卷烟主流烟气中hcn的液体功能材料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种选择性降低卷烟主流烟气中HCN的液体功能材料及其制备方法和应用，其特征在于：该液体功能材料是将过渡金属离子与富含氨基的聚乙烯亚胺（PEI）络合后而得到，将其以涂布纸-醋纤二元复合滤棒形式应用于卷烟，添加量为10-15mg/支，卷烟主流烟气中HCN释放量可选择性降低25%-40%，同时对卷烟的感官品质总体影响较小。该液体材料通过酸碱反应及络合反应协同作用吸附卷烟烟气中HCN，同时液体材料以纸涂布方式应用，不改变滤棒结构和滤棒成型加工工艺，最大限度减少了对卷烟感官质量的影响，且较固体材料复合滤棒添加更易实现，应用成本低。

Description

一种选择性降低卷烟主流烟气中HCN的液体功能材料及其应用

技术领域

本发明涉及一种选择性降低卷烟主流烟气中HCN的液体功能材料及其制备方法和应用。该液体材料是由过渡金属离子与富含氨基的聚乙烯亚胺络合得到，将其以涂布纸-醋纤二元复合滤棒形式应用于卷烟，能够有效降低主流烟气中氰化氢释放量，同时对卷烟的感官品质影响较小。

背景技术

随着人们对健康意识的增强，吸烟与健康研究备受关注，相继出现了多个烟气有害成分名单，如1998年加拿大政府修订确定46种成分的Hoffmann名单、2008年WHO确定的需要优先管制9种有害成分建议名单，氰化氢（HCN）均在名单之列。目前，国内外在降低烟气中HCN滤棒添加剂方面开展了大量工作，主要有活性炭、分子筛、硅胶、多孔氧化铝和离子交换树脂等固体类吸附剂，且主要是采用两段或三段式醋纤加料复合滤棒。如US2006207620将炭纤维复合分子筛以二元或三元复合滤棒添加于卷烟，降低烟气中的HCN。WO2007117115制得高比表面积的活化竹炭以醋纤加料形式应用于卷烟滤嘴，可吸附烟气中的焦油、烟碱、HCN等有害物质。CN201210147845将负载型氨基和过渡金属盐复配物材料以醋纤加料二元复合滤棒形式添加于卷烟，用于降低烟气中的HCN和巴豆醛。目前发明中降低烟气HCN的滤棒添加剂主要是固体类材料，且多以醋纤加料形式施加于滤棒，对卷烟原有滤嘴结构改变较大，容易引起卷烟感官质量变化，同时增加了滤棒成型工艺复杂性，这些因素共同制约了其在卷烟中的应用。

发明内容

本发明的目的正是针对上述现有技术存在问题而研制一种选择性降低卷烟主流烟气中HCN的液体功能材料，可通过纸涂布方式应用，不改变滤棒结构和滤棒成型加工工艺，最大限度减少了对卷烟感官质量的影响，且较固体材料复合滤棒添加更易实现，应用成本低。

本发明的目的是通过以下以下技术方案来实现的：一种选择性降低卷烟主流烟气中HCN的液体功能材料，是由过渡金属离子与富含氨基的聚乙烯亚胺水溶液络合得到，所述富含氨基的聚乙烯亚胺PEI重均分子量为500~100000，聚乙烯亚胺水溶液质量分数为5%~40%；过渡金属离子为Cu²⁺、Co²⁺、Fe^2+/3+、Ni²⁺、Zn²⁺，过渡金属离子与PEI的用量比例为0.1~5×10^-4mol/gPEI（即每克PEI中金属离子的摩尔量）。

过渡金属离子的加入是通过加入以下含有过渡金属离子的盐类来实现：铜、锌、镍、钴、铁及亚铁离子的卤化物、硫酸盐和硝酸盐。

络合反应时间为室温下搅拌反应40-80min。

将过渡金属离子与富含氨基的聚乙烯亚胺（PEI）络合后得到液体功能材料，将其以涂布纸-醋纤二元复合滤棒形式应用于卷烟，添加量为10-15mg/支，卷烟主流烟气中HCN释放量可选择性降低25%-40%，同时对卷烟的感官品质总体影响较小。该液体材料通过酸碱反应及络合反应协同作用吸附卷烟烟气中HCN，同时液体材料以纸涂布方式应用，不改变滤嘴结构，最大限度减少了对卷烟感官质量的影响，且纸涂布应用方式较固体材料复合滤棒添加更易实现，应用成本低。

本发明选用的富含氨基且易溶于水的聚乙烯亚胺，既具有碱性，又可与多种金属离子形成络合物。

本发明所述金属络合材料的具体制备方法是：将不同重均分子量的PEI配成一定浓度水溶液，分别加入CuCl₂·H₂O、CuSO₄·5H₂O、ZnCl₂、NiCl₂·6H₂O、CoCl₂·6H₂O、FeCl₂·4H₂O、FeCl₃·6H₂O，室温下搅拌1小时，即得到金属离子改性的PEI液体功能材料Mⁿ⁺-PEI。

本发明提供的液体功能材料具有如下优点：

1.本发明利用酸碱反应及络合反应的协同作用，选择性降低卷烟烟气中的HCN释放量；

2.本发明能够选择性降低卷烟主流烟气中氰化氢释放量，有效降低率达25%-40%；

3.本发明的产品为液体材料，以涂布纸-醋纤二元复合滤棒形式应用于卷烟，不改变滤棒结构和滤棒成型加工工艺，最大限度减少了对卷烟感官质量的影响，且较固体材料复合滤棒添加更易实现，应用成本低；

4.本发明产品安全性高，制备过程简单，易实现规模化生产，对环境基本无污染，成本较低。

具体实施方式

下面以实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。

实施例1

选取重均分子量为600的PEI，配置成质量分数40%的水溶液，向其中加入CuCl₂·H₂O，使Cu²⁺/PEI比值为2.9×10^-4mol/g，室温搅拌0.5小时，制得1#液体功能材料。

将该液体功能材料以凹版印刷的方式涂布于纸滤棒用纤维素纸上，涂布时在材料中加入乙醇调节涂布液粘度以满足涂布要求。涂布后经干燥、分切后得到涂布有1#液体功能材料的纸嘴棒纸，制成纸质滤棒并与醋纤基棒复合后得到纸-醋二元复合滤棒（100mm/4，10mm纸段+15mm醋纤段）。以相同生产条件下未涂布功能材料的纸-醋复合滤棒制得的卷烟为对照样品，纸段涂布1#材料的纸-醋复合滤棒制得的卷烟为1#试验卷烟样品。

将卷接好的卷烟置于温度(22±1)℃、相对湿度(60±2)%条件下平衡48小时，然后经重量(平均重量±0.01g)及吸阻(平均吸阻±49Pa)分选，挑出符合标准的试验卷烟。在吸烟机上按照标准抽吸条件进行卷烟抽吸，并按照标准YCT253-2008和GB/T19609-2004分别进行氰化氢释放量和焦油释放量的检测，结果如表1所示。

表1卷烟烟气中焦油和氰化氢释放量结果（材料添加量10mg/cig）

结果表明，本发明的1#液体功能材料以涂布纸-醋纤二元复合滤棒形式应用于卷烟，可以降低卷烟主流烟气中氰化氢释放量30.2%，而焦油释放量变化很小，HCN选择性降低率为31.3%。同时，感官质量对比评吸结果表明，1#试验卷烟总体感官质量与对照卷烟基本一致。

实施例2

选取重均分子量为10000的PEI，配置成质量分数15%的水溶液，向其中加入NiCl₂·6H₂O，使Ni²⁺/PEI比值为4.8×10^-4mol/g，室温搅拌3小时，制得2#液体功能材料。

将该液体功能材料以凹版印刷的方式涂布于纸滤棒用纤维素纸上，涂布时在材料中加入乙醇调节涂布液粘度以满足涂布要求。涂布后经干燥、分切后得到涂布有2#液体功能材料的纸嘴棒纸，制成纸质滤棒并与醋纤基棒复合后得到纸-醋二元复合滤棒（100mm/4，10mm纸段+15mm醋纤段）。以相同生产条件下未涂布功能材料的纸-醋复合滤棒制得的卷烟为对照样品，纸段涂布2#材料的纸-醋复合滤棒制得的卷烟为2#试验卷烟样品。

将卷接好的卷烟置于温度(22±1)℃、相对湿度(60±2)%条件下平衡48小时，然后经重量(平均重量±0.01g)及吸阻(平均吸阻±49Pa)分选，挑出符合标准的试验卷烟。在吸烟机上按照标准抽吸条件进行卷烟抽吸，并按照标准YCT253-2008和GB/T19609-2004分别进行氰化氢释放量和焦油释放量的检测，结果如表2所示。

表2卷烟烟气中焦油和氰化氢释放量结果（材料添加量13mg/cig）

结果表明，本发明的材料2#液体功能材料以涂布纸-醋纤二元复合滤棒形式应用于卷烟，可以降低卷烟主流烟气中氰化氢释放量27.2%，而焦油释放量变化很小，HCN选择性降低率为26.1%。同时，感官质量对比评吸结果表明，2#试验卷烟总体感官质量与对照卷烟基本一致。

实施例3

选取重均分子量为600的PEI，配置成质量分数40%的水溶液，向其中加入ZnCl₂，使Zn²⁺/PEI比值为2.9×10^-4mol/g，室温搅拌1小时，制得3#液体功能材料。

将该液体功能材料以凹版印刷的方式涂布于纸滤棒用纤维素纸上，涂布时在材料中加入乙醇调节涂布液粘度以满足涂布要求。涂布后经干燥、分切后得到涂布有3#液体功能材料的纸嘴棒纸，制成纸质滤棒并与醋纤基棒复合后得到纸-醋二元复合滤棒（100mm/4，10mm纸段+15mm醋纤段）。以相同生产条件下未涂布功能材料的纸-醋复合滤棒制得的卷烟为对照样品，纸段涂布3#材料的纸-醋复合滤棒制得的卷烟为3#试验卷烟样品。

将卷接好的卷烟置于温度(22±1)℃、相对湿度(60±2)%条件下平衡48小时，然后经重量(平均重量±0.01g)及吸阻(平均吸阻±49Pa)分选，挑出符合标准的试验卷烟。在吸烟机上按照标准抽吸条件进行卷烟抽吸，并按照标准YCT253-2008和GB/T19609-2004分别进行氰化氢释放量和焦油释放量的检测，结果如表3所示。

表3卷烟烟气中焦油和氰化氢释放量结果（材料添加量12mg/cig）

结果表明，本发明的材料3#液体功能材料以涂布纸-醋纤二元复合滤棒形式应用于卷烟，可以降低卷烟主流烟气中氰化氢释放量39.2%，而焦油释放量变化很小，HCN选择性降低率为41.3%。同时，感官质量对比评吸结果表明，3#试验卷烟总体感官质量与对照卷烟基本一致。

实施例4

选取重均分子量为70000的PEI，配置成质量分数10%的水溶液，向其中加入FeCl₃·6H₂O，使Fe³⁺/PEI比值为1.8×10^-4mol/g，室温搅拌4小时，制得4#液体功能材料。

将该液体功能材料以凹版印刷的方式涂布于纸滤棒用纤维素纸上，涂布时在材料中加入乙醇调节涂布液粘度以满足涂布要求。涂布后经干燥、分切后得到涂布有4#液体功能材料的纸嘴棒纸，制成纸质滤棒并与醋纤基棒复合后得到纸-醋二元复合滤棒（100mm/4，10mm纸段+15mm醋纤段）。以相同生产条件下未涂布功能材料的纸-醋复合滤棒制得的卷烟为对照样品，纸段涂布4#材料的纸-醋复合滤棒制得的卷烟为4#试验卷烟样品。

将卷接好的卷烟置于温度(22±1)℃、相对湿度(60±2)%条件下平衡48小时，然后经重量(平均重量±0.01g)及吸阻(平均吸阻±49Pa)分选，挑出符合标准的试验卷烟。在吸烟机上按照标准抽吸条件进行卷烟抽吸，并按照标准YCT253-2008和GB/T19609-2004分别进行氰化氢释放量和焦油释放量的检测，结果如表4所示。

表4卷烟烟气中焦油和氰化氢释放量结果（材料添加量15mg/cig）

结果表明，本发明的材料4#液体功能材料以涂布纸-醋纤二元复合滤棒形式应用于卷烟，可以降低卷烟主流烟气中氰化氢释放量33.7%，而焦油释放量变化很小，HCN选择性降低率为34.8%。同时，感官质量对比评吸结果表明，4#试验卷烟总体感官质量与对照卷烟基本一致。

Claims (5)

1.一种选择性降低卷烟主流烟气中HCN的液体功能材料，其特征在于：是由过渡金属离子与富含氨基的聚乙烯亚胺水溶液络合得到，所述富含氨基的聚乙烯亚胺PEI重均分子量为500~100000，聚乙烯亚胺水溶液质量分数为5%~40%；过渡金属离子为Cu²⁺、Co²⁺、Fe^2+/3+、Ni²⁺、Zn²⁺，过渡金属离子与PEI的用量比例为0.1~5×10^-4mol/gPEI。

2.根据权利要求1所述的选择性降低卷烟主流烟气中HCN的液体功能材料，其特征在于：过渡金属离子的加入是通过加入以下含有过渡金属离子的盐类来实现：铜、锌、镍、钴、铁及亚铁离子的卤化物、硫酸盐和硝酸盐。

3.根据权利要求1所述的选择性降低卷烟主流烟气中HCN的液体功能材料，其特征在于：络合反应时间为室温下搅拌反应40-80min。

4.一种如权利要求1所述的选择性降低卷烟主流烟气中HCN的液体功能材料在卷烟中的应用，其特征在于：将该液体功能材料以纸涂布方式应用，制成涂布纸-醋纤二元复合滤棒形式应用于卷烟，卷烟主流烟气中HCN释放量可选择性降低25%-40%。

5.根据权利要求4所述的液体功能材料在卷烟中的应用，其特征在于：液体功能材料的添加量为10-15mg/支。