CN108912340A - 一种保润型卷烟纸及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于卷烟纸制备技术领域，具体涉及一种保润型卷烟纸及其制备方法。该卷烟纸包括卷烟纸基材和均匀分散于基材中MOF‑Zr材料，所述MOF‑Zr材料的添加量占卷烟纸质量的5~10%。通过在卷烟纸中添加持有水分的MOF‑Zr材料，可得到本申请所述的新型的保润型卷烟纸，对利用该卷烟纸所制备卷烟抽吸实验表明，其烟气中水分释放量得到了较好调节，减小了烟气吸食时的干燥感及刺激性，表现出较好地保润效果。此外，MOF‑Zr材料中的富马酸可以把卷烟燃烧后的灰片粘结在一起，使其不易散落，达到很好的包灰效果且碳线窄，无异味，对人体无害，因而使得本发明具有较好地实用价值和推广应用意义。

Description

一种保润型卷烟纸及其制备方法

技术领域

本发明属于卷烟纸制备技术领域，具体涉及一种保润型卷烟纸技术其制备方法。

背景技术

卷烟纸是卷烟生产中的重要辅料之一，直接参与卷烟燃烧，对卷烟燃烧速度、主流烟气有害成分释放量、吸食口感以及卷烟产品的外形都有十分重要的影响，此外，卷烟主流烟气中的水分含量也是影响卷烟感官舒适度的重要指标,直接影响卷烟的内在品质。烟气水分适宜则烟气柔和细腻、刺激性小、感官舒适性较好，烟气水分过低时,会导致烟气干燥、刺激性变大、感官舒适性降低。

随着烟草行业内减害降焦和增香保润的发展需求，保润功能性卷烟纸的研究日趋受到重视。公开号为CN107476136 A的中国专利（公开日期20171215）中，将奶香香料负载到羟基磷酸钙上，并涂布与卷烟纸上，得到兼具奶香味和保润功能的卷烟纸。公开号CN103924477 A的中国专利（公开日期20140716）中，将透明质酸涂布到卷烟纸上，得到的保润性卷烟纸可以解决目前由于卷烟产品打孔稀释而使保润效果明显降低的问题，同时增强了烟气润感，提高了抽吸的舒适度。公开号CN107090742 A的中国专利（公开日期20170825），采用在卷烟纸表面浸涂分子囊化保湿剂层达到降低烟气灼热感、刺激性，湿润烟气、提升感官抽吸舒适性的效果。其中分子囊化保湿剂层由壁材和水分子保湿剂构成，所述的壁材为低聚葡萄糖，所述的水分子保湿剂为小分子水(H₂O)n聚合体。

多孔材料如沸石、硅凝胶以及金属-有机框架化合物（MOFs）均可以在宽泛的湿度范围内从空气中吸附水分子，但是传统的沸石或硅凝胶水吸附量要么很低，要么需要较高的能量才能释放吸附的水分子。MOFs材料由于其高度有序的多维网状结构，较高的孔隙率，较高的比表面积，结构易于调控等方面，在气体储存、药物缓释、催化、除湿等领域有着广泛的应用，但是将其应用到卷烟纸保润方面却未见报道。

发明内容

本发明提供了一种MOF-Zr材料的制备方法，并在卷烟纸打浆液过程中将其添加在造纸浆液中，造纸后得到含有MOF-Zr材料的保润卷烟纸，该MOF-Zr材料可经过主流烟气的温度的变化实现可逆性吸附-释放水分子过程，在一定程度上减小了烟气吸食时的干燥感和刺激性，表现出较好地保润效果。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种MOF-Zr材料的制备方法，包括以下步骤，将有机配体化合物和金属锆盐溶于有机溶剂I和有机溶剂II的混合溶液中，130 ℃恒温反应6~12 h，冷却，离心分离出产物，产物分别经有机溶剂I和有机溶剂II洗涤，并依次在水和有机溶剂III中浸泡，离心分离，干燥，即为MOF-Zr材料。

具体的，混合溶液中有机溶剂I和有机溶剂I的体积比为（4~1）:1，混合溶液中有机配体化合物和金属锆盐的终浓度分别为0.02~0.04 g/mL和0.04~0.12 g/mL；所述有机溶剂I为N,N-二甲基甲酰胺，有机溶剂II为甲酸，有机溶剂III为无水甲醇或丙酮；有机配体化合物为反丁烯二酸、3,5-吡唑二甲酸、2,5-噻吩二甲酸、2,5-二羟基对苯二甲酸中的一种；金属锆盐为硝酸氧锆、八水合氯化氧锆、四氯化锆、醋酸锆中的一种。

上述的方法制备的MOF-Zr材料。

本发明中，MOF-Zr是由锆氧离子与富马酸形成的高度有序的三维网状结构，具有较高的孔隙率，比表面积大约为990 m²/g，三维孔径分别为7.4Å*5.6Å *4.8 Å（J.Am.Chem.Soc.2014,136,4369-4381），有文献报道，MOF-Zr在常温常压下，相对湿度20%时，借助一天内环境温差，仍可以从空气吸附并释放水分子，1kg的MOF-Zr一天内水的收集量可以达到2.8L，实现了由温度驱动的可逆性捕获-释放大气中的水分子的过程，而被认为是非常有前景的保润材料。

一种利用上述MOF-Zr材料制得的保润型卷烟纸，由以下步骤制备所得，在卷烟纸的打浆液中添加上述MOF-Zr材料，混合均匀，打浆、造纸，添加助燃剂，即可得到本申请所述的含有MOF-Zr材料的保润型卷烟纸。

进一步的，所述助燃剂为柠檬酸钾、柠檬酸钠或二者的混合溶液，助燃剂的添加量为卷烟纸质量的1~2%。

具体的，所述MOF-Zr材料的添加量为卷烟纸质量的5%~10%。

本发明通过在卷烟纸中添加持有水分的MOF-Zr材料，即得到本申请所述的保润型卷烟纸，将利用该卷烟纸制备的卷烟进行抽吸试验，试验结果表明，烟气中水分的释放量得到了较好调节，减小了烟气吸食时的干燥感及刺激性，表现出较好地保润效果。此外，MOF-Zr材料中的富马酸可以把卷烟燃烧后的灰片粘结在一起，使其不易散落，达到很好的包灰效果且碳线窄，无异味，对人体无害，因而使得本发明具有较好地实用价值和推广应用意义。

附图说明

图1为实施例1-3所制备的MOF-Zr材料的X-射线粉末衍射图；

图2为实施例1制备的MOF-Zr材料持水能力循环测试（温度：22±1℃、相对湿度60±5%）；

图3为添加实施例1-3所制备的MOF-Zr材料的卷烟纸随持水时间变化趋势图；

图4为采用实施例1卷烟纸及对照卷烟纸的卷烟烟丝解湿过程含水率变化图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

MOF-Zr材料A的制备：取5.8 g反丁烯二酸（富马酸）和16 g八水合氯化氧锆，以N,N-二甲基甲酰胺和甲酸混合溶液为溶剂，其中N,N-二甲基甲酰胺和甲酸的体积分别为210 mL，70 mL，130 ℃恒温反应6 h，冷却至室温后，离心分离出产物，产物分别经新鲜N,N-二甲基甲酰胺、甲醇分别洗涤3次后，在无水N,N-二甲基甲酰胺中浸泡三天，每天更换一次溶剂，随后再在去离子水中浸泡三天，以交换在分子孔道中残存的N,N-二甲基甲酰胺分子，最后再在无水甲醇中浸泡三天，以交换在分子孔道中残存的水分子，离心分离，得到的沉淀于150℃恒温干燥24 h，去除孔道内吸附的甲醇分子，即得MOF-Zr材料A。

卷烟纸的制备：采用现有的浆料配比，在混合打浆液中，按比例添加经预先持水处理后的MOF-Zr材料A（添加量为卷烟纸质量的10%），并混合均匀后，按照现行卷烟纸制备工艺，打浆、造纸、涂布后（其中柠檬酸盐含量是卷烟纸质量的1.3%~1.5%，钾钠比为66:34~68:32），即可得到本发明所述的含有MOF-Zr材料的保润卷烟纸。

实施例1制备的卷烟纸持水能力循环测试见图2，由图2可以看出，试验组卷烟较空白对照组卷烟相比，水分散失速率较缓慢，这是由于添加MOF-Zr材料后，MOF-Zr材料中所含羧基及羟基基团可以和水形成氢键而将水束缚起来，延缓了水分的散失，提高了烟丝的物理保润性能。

实施例2

MOF-Zr材料B的制备，与实施例1的不同之处在于，所述金属锆盐为11.6 g的硝酸氧锆，反应时间12 h。

卷烟纸的制备中，MOF-Zr材料B添加量为卷烟纸质量的8%。

实施例3

MOF-Zr材料C的制备，与实施例1的不同之处在于，所述金属锆盐为11.7 g的四氯化锆，，反应时间12 h。

卷烟纸的制备，MOF-Zr材料C添加量为卷烟纸质量的6%，（MOF-Zr材料A、B、C结构表征见图1），从图1中可以看出，MOF-Zr材料A、B、C结构基本一致，金属盐的阴离子对材料结构没有影响。

实施例4

一种MOF-Zr材料的制备，与实施例1的不同之处在于，所述有机配体化合物为10.8g的3,5-吡唑二甲酸，金属锆盐为18g的醋酸锆，N,N-二甲基甲酰胺和甲酸的体积比为（v：v=200mL:100 mL）。

卷烟纸的制备方法同实施例1。

实施例5

一种MOF-Zr材料的制备，与实施例1的不同之处在于，所述有机配体化合物为6.7g的2,5-噻吩二甲酸，金属锆盐为25g的硝酸氧锆，N,N-二甲基甲酰胺和甲酸的体积比为（v：v=150mL:150 mL）。

卷烟纸的制备方法同实施例2。

实施例6

一种MOF-Zr材料的制备，与实施例1的不同之处在于，所述有机配体化合物为7.5g的2,5-二羟基对苯二甲酸，金属锆盐为30g的四氯化锆。

卷烟纸的制备方法同实施例3。

对照试验

采用相同的浆料配比，按照现行卷烟纸制备工艺，打浆、造纸、涂布助燃剂，不添加上述复合材料，即得卷烟纸空白对照组。

卷烟性能评价：

试验例1

将实施例1-3添加有MOF-Zr材料的卷烟纸与空白对照组同时做持水时间的试验，试验结果见图3，图3中不同的卷烟纸含水率随着持续时间增加而趋于平缓，实施例1-3制备的卷烟的含水率始终在6%以上，表现出了良好的保润性能。

试验例2

将实施例1中添加有MOF-Zr材料的卷烟纸及透气度经过定量一致的卷烟纸（50CU），采用相同的烟丝分别卷制卷烟样品，标记为试验卷烟和对照卷烟。将试验组卷烟和对照组卷烟置于温度为22±1℃、相对湿度为60±5%的环境中进行不少于48h的平衡，随后将卷烟放入温度为22±1℃、相对湿度为40±2%的环境中，考察其解湿过程，并对即时含水率的变化进行分析，结果见图4，从图4中可以看出，采用添加有MOF-Zr材料的卷烟纸制备的实验卷烟的即时含水率明显高于对照卷烟，说明本发明制备的卷烟纸表现出较好的保润性能。

试验例3

为了进一步验证该卷烟纸的保润性能，按照国家标准 GB/T 56064-2005 规定的方法对实施例1制备的卷烟样品进行感官评价，使用未添加MOF-Zr材料的卷烟纸卷制的卷烟样品作为对照卷烟，评价结果见表1。

表1含MOF-Zr材料的卷烟纸及对照卷烟纸卷烟样品的感官评价。

表1中的结果说明，按照标准卷烟样品感官质量的分值设计为91.0的要求，在透气度为50 CU条件下，试验卷烟（MOF-Zr材料A添加量为6%时的卷烟样品）与对照卷烟相比，在感官综合质量评定中，刺激性的评分较高，说明在烟支刺激性方面得到了明显的改善。

上述实施例为本发明实施方式的举例说明，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它任何未背离本发明精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种MOF-Zr材料的制备方法，其特征在于，将有机配体化合物和金属锆盐溶于有机溶剂I和有机溶剂II的混合溶液中，恒温反应6~12 h，冷却，离心分离出产物，产物分别经有机溶剂I和有机溶剂II洗涤，并依次在水和有机溶剂III中浸泡，离心分离，干燥，即为MOF-Zr材料。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，混合溶液中有机溶剂I和有机溶剂I的体积比为（4~1）:1，混合溶液中有机配体化合物和金属锆盐的终浓度分别为0.02~0.04 g/mL和0.04~0.12 g/mL。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂I为N,N-二甲基甲酰胺，有机溶剂II为甲酸，有机溶剂III为无水甲醇或丙酮；有机配体化合物为反丁烯二酸、3,5-吡唑二甲酸、2,5-噻吩二甲酸、2,5-二羟基对苯二甲酸中的一种；金属锆盐为硝酸氧锆、八水合氯化氧锆、四氯化锆、醋酸锆中的一种。

4.权利要求1至3任一方法制备的MOF-Zr材料。

5.一种利用权利要求4所述MOF-Zr材料制得的保润型卷烟纸，其特征在于，由以下步骤制备所得，在卷烟纸的打浆液中添加MOF-Zr材料，混合均匀，打浆、造纸，添加助燃剂，即得到所述保润型卷烟纸。

6.如权利要求5所述的保润型卷烟纸，其特征在于，所述助燃剂为柠檬酸钾、柠檬酸钠或二者的混合溶液。

7.如权利要求5所述的保润型卷烟纸，其特征在于，所述助燃剂的添加量为卷烟纸质量的1~2%。

8.如权利要求5所述的保润型卷烟纸，其特征在于，所述MOF-Zr材料的添加量为卷烟纸质量的5%~10%。

9.权利要求5至8任一所述的保润型卷烟纸的制备方法，其特征在于，在卷烟纸的打浆液中添加MOF-Zr材料，混合均匀，打浆、造纸，添加助燃剂，即得到所述保润型卷烟纸。