CN109679018B - 一种卷烟滤嘴功能材料及其制备方法、卷烟滤嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种卷烟滤嘴功能材料及其制备方法、卷烟滤嘴。该卷烟滤嘴功能材料的制备包括：1)将丙烯酸酯单体、交联剂、致孔剂、引发剂混合均匀，得到油相；将分散剂、水混合均匀，得到水相；将油相分散于水相中，进行悬浮聚合反应，制得聚合物多孔树脂；2)将聚合物多孔树脂进行氨基化改性，即得。卷烟烟气在通过该功能材料时，外表面及孔内表面负载的氨基功能基均可起到吸附作用，功能材料本身的堆积状态对吸附效果的影响小，而且流经孔内的烟气与功能材料具有强交换传质作用，可强化对多种烟气成分的吸附，因而可有效降低烟气有害成分释放量，提高对烟气有害成分的吸附效率，降低卷烟烟气刺激。
Description
技术领域
本发明属于卷烟滤嘴功能材料领域，具体涉及一种卷烟滤嘴功能材料及其制备方法、卷烟滤嘴。
背景技术
作为卷烟产品不可或缺的组成部分，烟用材料(卷烟纸、接装纸、成形纸、滤棒、添加剂以及包装材料等)不仅是决定卷烟产品品质的关键因素，更是推动卷烟产品改革创新、快速发展的核心要素。烟草行业与烟草制品发展历程中的重大突破和跨越与烟用材料的创新与应用密不可分。
滤材的应用带来了滤嘴卷烟的问世，有效推动了卷烟产品的划时代飞跃；烟用材料通风稀释技术和添加剂技术的应用，进一步促进了低焦油和低有害成分释放量卷烟的发展，一定程度缓解了吸烟与健康的矛盾；烟用材料加香技术与结构设计技术的应用，衍生出了不同风格特征、不同外观特征的卷烟产品，满足了市场的不同需求，引领了市场的消费潮流。因此，烟用材料长期以来一直是烟草行业技术创新中极为重要并高度重视的技术领域，是卷烟产品创新最为关键、最为核心的切入点。
卷烟滤嘴作为卷烟的一个重要组成部分，可以截留、吸附、去除或稀释来自叶组端的主流烟气，有效降低卷烟主流烟气中的有害成分，目前已成为卷烟降害技术创新的突破口。公布号为CN107286275A的中国专利申请公开了一种选择性降低卷烟烟气中HCN和巴豆醛释放量的氨基树脂，该氨基树脂为表面接枝氨基的聚甲基丙烯酸甲酯树脂球。在卷烟制作时，该氨基树脂相互堆积形成滤芯，通过氨基树脂表面的氨基功能基对卷烟烟气中的HCN和巴豆醛进行吸附。该氨基树脂在卷烟滤嘴中的应用极为不便，主要表现在：球状氨基树脂的粒径过小时，容易堆积紧密，气阻太大；粒径过大时，氨基树脂的吸附效果会降低。综合来说，该氨基树脂对烟气有害成分的吸附量较低，导致在卷烟抽吸过程中，降低有害成分释放量、减小烟气刺激的效果不明显。
发明内容
本发明的目的在于提供一种卷烟滤嘴功能材料的制备方法，以解决现有材料对烟气有害成分的吸附量较低的问题。
本发明的第二个目的在于提供一种卷烟滤嘴功能材料，以解决现有材料对烟气有害成分的吸附量较低的问题。
本发明的第三个目的在于提供一种卷烟滤嘴，以解决现有卷烟滤嘴不能有效降低烟气有害成分释放量的问题。
为实现上述目的，本发明的卷烟滤嘴功能材料的制备方法的技术方案是：
一种卷烟滤嘴功能材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将丙烯酸酯单体、交联剂、致孔剂、引发剂混合均匀，得到油相；将分散剂、水混合均匀，得到水相；将油相分散于水相中，进行悬浮聚合反应，制得聚合物多孔树脂；
2)将聚合物多孔树脂进行氨基化改性，即得。
本发明提供的卷烟滤嘴功能材料的制备方法，依次通过制备聚合物多孔树脂载体、氨基化改性步骤，制得具有多孔以及氨基化改性的功能材料。卷烟烟气在通过该功能材料时，外表面及孔内表面携带的氨基功能基均可起到吸附作用，功能材料本身的堆积状态对吸附效果的影响小，而且流经孔内的烟气与功能材料具有强交换传质作用，可强化对多种烟气成分的吸附，因而可有效降低烟气有害成分释放量，提高对烟气有害成分的吸附效率，降低卷烟烟气刺激。
为降低单体的成本，便于聚合过程的控制，优选的，所述丙烯酸酯单体的结构式为：
其中，R1选自H、-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2CH3、-CH(CH3)2，R2选自-OCH3、-OCH2CH3、-OCH2CH2CH3、-OCH(CHCH3)2。
可通过调节聚合物多孔树脂的孔径等参数来实现对烟气有害成分吸附效果的调节，为方便功能材料的造孔和孔调节，方便获得性能稳定的聚合产物，优选的，所述致孔剂为液体石蜡、正丁醇、石油醚、正己烷、甲苯、汽油中的至少一种。
为获得粒径、孔径比表面一致性好的聚合物多孔树脂，从而可以进一步强化孔的吸附效果，优选的，所述交联剂与丙烯酸酯单体的质量比为1:(1-4)，所述致孔剂与丙烯酸酯单体的质量比为(1-2.5):1。在上述比例下，有利于形成一致、规整的连通孔结构，从而可以获得吸附和透气性能良好的聚合产物。
为了控制聚合反应过程均匀、稳定进行，优选的，所述聚合反应的温度为55-75℃，聚合反应时间为10-14h。
为进一步强化对卷烟主流烟气中多种挥发性羰基化合物的选择性吸附，减低该类有害成分的释放量，优选的，步骤1)中，所述聚合物多孔树脂的粒径为0.8-1.7mm，平均孔径为15-25nm，BET比表面积为40-100m2/g。
为便于氨基化改性的进行，提高聚合物多孔树脂的氨基化改性效果，优选的，步骤2)中，所述氨基化改性是将聚合物多孔树脂与氨基化试剂混合，溶胀8-12h，然后在80-140℃下反应6-12h，再经洗涤、干燥，即得。
为进一步提高氨基化反应的效率，避免引入其他影响卷烟抽吸安全性的物质，方便后处理过程的进行，优选的，所述氨基化试剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺中的至少一种。可以看出，上述氨基化试剂与步骤1)制备的聚合物多孔树脂具有良好的适应性，溶胀过程无需添加其他溶剂，这不仅有助于提高后续的氨基化反应效率，还可降低后处理难度，提高该卷烟滤嘴功能材料的使用安全性。
本发明的卷烟滤嘴功能材料所采用的技术方案是：
一种卷烟滤嘴功能材料，由包括以下步骤的方法制得：
1)将丙烯酸酯单体、交联剂、致孔剂、引发剂混合均匀，得到油相；将分散剂、水混合均匀，得到水相；将油相分散于水相中，进行悬浮聚合反应，制得聚合物多孔树脂；
2)将聚合物多孔树脂进行氨基化改性，即得。
本发明提供的卷烟滤嘴功能材料，对烟气中多种有害成分的吸附效果好，在较低的添加量下即可实现预期的吸附效果，能够有效降低卷烟烟气刺激，提升卷烟感官品质。
卷烟滤嘴功能材料的优选技术方案与上述卷烟滤嘴功能材料的制备方法的优选技术方案相同，在此不再详述。
本发明的卷烟滤嘴所采用的技术方案是：
一种卷烟滤嘴，包括上述卷烟滤嘴功能材料，所述卷烟滤嘴功能材料的添加量为20-80mg。
本发明提供的卷烟滤嘴，能够选择性降低主流烟气中的挥发性羰基化合物，可减小烟气刺激，提升卷烟感官品质；同时，可将该卷烟滤嘴功能材料使用透明的成形纸与接装纸包装，在卷烟抽吸过程中，该卷烟滤嘴功能材料在吸附烟气中的有害成分后可发生明显变色，消费者在抽吸过程中能够通过材料颜色的变化，感知产品所蕴含的科技含量。
具体实施方式
本发明主要是通过聚合物多孔树脂的制备、氨基化改性步骤制备卷烟滤嘴功能材料。
通过调节聚合工艺参数可以对所得聚丙酸酯多孔树脂的粒径、孔径、BET比表面积进行调节，从而能够使孔结构的强化吸附作用成为烟气净化的主导因素。聚丙酸酯多孔树脂的制备过程中，水相的分散剂可选择聚乙烯醇或丙烯酸酯悬浮聚合领域其他分散剂品种；聚乙烯醇在水相中的质量分数可控制为0.5-2％。
所选的丙烯酸酯类单体在水中尚有一定的溶解度，加入氯化钠可以降低聚合单体在水相中的溶解度，降低损失，并有利于得到球形度和孔结构更加规整可控的聚合产物。氯化钠在水相中的质量分数可控制为5-12％。
油相中，引发剂可选择偶氮二异丁腈或丙烯酸酯悬浮聚合领域其他引发剂品种，优选为偶氮二异丁腈，偶氮二异丁腈占单体和交联剂总质量的比例可控制为0.5-2％。
下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的卷烟滤嘴功能材料的制备方法实施例1，采用以下步骤：
1)将聚乙烯醇1788在水中充分溶胀，再经加热使其充分溶解，得到聚乙烯醇溶液，向聚乙烯醇溶液中加入氯化钠溶解，得到水相；水相中，聚乙烯醇的质量分数为0.5％，氯化钠的质量分数为8％；
将二乙烯基苯、丙烯酸乙酯、液体石蜡按质量比30:70:100混合均匀，然后加入引发剂偶氮二异丁腈(偶氮二异丁腈占丙烯酸乙酯和二乙烯基苯总质量的2％)混合均匀，得到油相；
在装有搅拌器、回流冷凝管和温度计的250ml三口瓶中加入水相，升温至40℃，搅拌下加入油相，油相和水相的质量比为1:4，在200r/min的搅拌速度下于(60±2)℃下悬浮聚合12h。聚合反应结束后，过滤、水洗，再采用乙醇洗涤除去致孔剂，再用水洗涤至洗涤液中无乙醇残留，经干燥、筛选后得到球状聚合物多孔吸附树脂。该球状聚合物多孔吸附树脂的粒径为0.8-1.4mm、平均孔径为22nm、BET比表面积为75m2/g。
2)将球状聚合物多孔吸附树脂置于过量的二乙烯三胺中，溶胀8h，然后在110℃下反应12h，反应结束后水洗至中性，干燥即得白色球状氨化聚合物多孔吸附树脂。白色球状氨化聚合物多孔吸附树脂的粒径为0.8-1.4mm、平均孔径为21nm、BET比表面为73m2/g。
本发明的卷烟滤嘴功能材料的制备方法实施例2，采用以下步骤：
1)将聚乙烯醇1788在水中充分溶胀，再经加热使其充分溶解，得到聚乙烯醇溶液，向聚乙烯醇溶液中加入氯化钠溶解，得到水相；水相中，聚乙烯醇的质量分数为1％，氯化钠的质量分数为10％；
将二乙烯基苯、甲基丙烯酸甲酯、正丁醇按质量比25:75:150混合均匀，然后加入引发剂偶氮二异丁腈(偶氮二异丁腈占甲基丙烯酸甲酯和二乙烯基苯总质量的1％)混合均匀，得到油相；
在装有搅拌器、回流冷凝管和温度计的250ml三口瓶中加入水相，升温至40℃，搅拌下加入油相，油相和水相的质量比为1:5，在160r/min的搅拌速度下于(60±2)℃下悬浮聚合12h。聚合反应结束后，采用甲醇洗涤除去致孔剂，再用水洗涤至洗涤液中无甲醇残留，经干燥、筛选后得到球状聚合物多孔吸附树脂。该球状聚合物多孔吸附树脂的粒径为1.2-1.7mm、平均孔径为18nm、BET比表面积为90m2/g。
2)将球状聚合物多孔吸附树脂置于过量的多乙烯多胺与二乙烯三胺的混合物(多乙烯多胺与二乙烯三胺的质量比为1:2)中，溶胀12h，然后在120℃下反应12h，反应结束后水洗至中性，干燥即得白色球状氨化聚合物多孔吸附树脂。白色球状氨化聚合物多孔吸附树脂的粒径为1.2-1.7mm、平均孔径为16nm、BET比表面为86m2/g。
本发明的卷烟滤嘴功能材料的制备方法实施例3，采用以下步骤：
1)将聚乙烯醇1788在水中充分溶胀，再经加热使其充分溶解，得到聚乙烯醇溶液，向聚乙烯醇溶液中加入氯化钠溶解，得到水相；水相中，聚乙烯醇的质量分数为2％，氯化钠的质量分数为12％；
将二乙烯基苯、甲基丙烯酸乙酯、液体石蜡、甲苯按质量比20:80:36:84混合均匀，然后加入引发剂偶氮二异丁腈(偶氮二异丁腈占甲基丙烯酸乙酯和二乙烯基苯总质量的1.5％)混合均匀，得到油相；
在装有搅拌器、回流冷凝管和温度计的250ml三口瓶中加入水相，升温至40℃，搅拌下加入油相，油相和水相的质量比为1:3.5，在180r/min的搅拌速度下于(60±2)℃下悬浮聚合12h。聚合反应结束后，采用乙醇洗涤除去致孔剂，再用水洗涤至洗涤液中无乙醇残留，经干燥、筛选后得到球状聚合物多孔吸附树脂。该球状聚合物多孔吸附树脂的粒径为1.0-1.4mm、平均孔径为22nm、BET比表面积为55m2/g。
2)将球状聚合物多孔吸附树脂置于过量的乙二胺中，溶胀10h，然后在120℃下反应10h，反应结束后水洗至中性，干燥即得白色球状氨化聚合物多孔吸附树脂。白色球状氨化聚合物多孔吸附树脂的粒径为1.0-1.4mm、平均孔径为22nm、BET比表面为56m2/g。
本发明的卷烟滤嘴功能材料实施例1-3，分别对应以上卷烟滤嘴功能材料的制备方法实施例1-3所得最终产物。
本发明的卷烟滤嘴实施例1，将卷烟滤嘴功能材料实施例1涉及的白色球状氨化聚合物多孔吸附树脂添加到透明成形纸包裹的三元复合滤棒的空腔中，按40mg的添加量应用于卷烟产品。
将卷烟滤嘴实施例1与同等规格的对照卷烟滤嘴进行卷烟(卷烟规格为圆周24.3mm、长度84mm的烤烟型卷烟)抽吸试验，对烟气中挥发性羰基化合物的降低效果如下表1所示。
表1卷烟滤嘴实施例1对烟气中有害成分的去除效果
由表1可知，该卷烟滤嘴对卷烟主流烟气中多种挥发性羰基化合物具有良好的吸附作用，挥发性羰基化合物总量的选择性降低率为45％，卷烟烟气的刺激性明显减小；抽吸过程中滤嘴透明段的球状氨化聚合物多孔吸附树脂由白色逐渐变为黄色，具有良好的视觉效果。
本发明的卷烟滤嘴实施例2，将卷烟滤嘴功能材料实施例2涉及的白色球状氨化聚合物多孔吸附树脂添加到透明成形纸包裹的三元复合滤棒的空腔中，按30mg的添加量应用于卷烟产品。
将卷烟滤嘴实施例2与同等规格的对照卷烟滤嘴进行卷烟(卷烟规格为圆周24.3mm、长度84mm的烤烟型卷烟)抽吸试验，对烟气中挥发性羰基化合物的降低效果如下表2所示。
表2卷烟滤嘴实施例2对烟气中有害成分的去除效果
由表2可知，该卷烟滤嘴对卷烟主流烟气中挥发性羰基化合物的选择性降低率为40％，卷烟烟气的刺激性明显减小；抽吸过程中滤嘴透明段的球状氨化聚合物多孔吸附树脂由白色逐渐变为黄色，具有良好的视觉效果。
本发明的卷烟滤嘴实施例3，将卷烟滤嘴功能材料实施例3涉及的白色球状氨化聚合物多孔吸附树脂添加到透明成形纸包裹的三元复合滤棒的空腔中，按20mg的添加量应用于卷烟产品。
将卷烟滤嘴实施例3与同等规格的对照卷烟滤嘴进行卷烟(卷烟规格为圆周24.3mm、长度84mm的烤烟型卷烟)抽吸试验，对烟气中挥发性羰基化合物的降低效果如下表3所示。
表3卷烟滤嘴实施例3对烟气中有害成分的去除效果
由表3可知，该卷烟滤嘴对卷烟主流烟气中挥发性羰基化合物的选择性降低率为35％，卷烟烟气的刺激性明显减小；抽吸过程中滤嘴透明段的球状氨化聚合物多孔吸附树脂由白色逐渐变为黄色，具有良好的视觉效果。
在本发明的卷烟滤嘴功能材料的制备方法的其他实施例中，悬浮聚合的条件可以在温度为55-75℃、聚合时间为10-14h的范围内进行适应性调整；氨基化反应可使用三乙烯四胺或四乙烯五胺对制备方法实施例1中的二乙烯三胺进行替换；氨基化反应步骤的溶胀时间、反应温度、反应时间等条件均可在本发明限定的范围内进行适应性调整，其均可获得与以上实施例相当的较优的实施效果。
Claims (5)
1.一种卷烟滤嘴功能材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将丙烯酸酯单体、交联剂、致孔剂、引发剂混合均匀，得到油相；将分散剂、水混合均匀，得到水相；将油相分散于水相中，进行悬浮聚合反应，制得聚合物多孔树脂；所述致孔剂为液体石蜡、正丁醇、石油醚、正己烷、甲苯、汽油中的至少一种；所述交联剂与丙烯酸酯单体的质量比为1:(1-4)，所述致孔剂与丙烯酸酯单体的质量比为(1-2.5):1；所述聚合物多孔树脂的粒径为0.8-1.7mm，平均孔径为15-25nm，BET比表面积为40-100m2/g；
2)将聚合物多孔树脂进行氨基化改性，即得；所述氨基化改性是将聚合物多孔树脂与氨基化试剂混合，溶胀8-12h，然后在80-140℃下反应6-12h，再经洗涤、干燥，即得；
步骤1)中，所述聚合反应的温度为55-75℃，聚合反应时间为10-14h。
2.如权利要求1所述的卷烟滤嘴功能材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述丙烯酸酯单体的结构式为：
其中，R1选自H、-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2CH3、-CH(CH3)2，R2选自-OCH3、-OCH2CH3、-OCH2CH2CH3、-OCH(CHCH3)2。
3.如权利要求1所述的卷烟滤嘴功能材料的制备方法，其特征在于，所述氨基化试剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺中的至少一种。
4.一种由权利要求1～3中任一项所述的制备方法制得的卷烟滤嘴功能材料。
5.一种卷烟滤嘴，其特征在于，包括如权利要求4所述的卷烟滤嘴功能材料，所述卷烟滤嘴功能材料的添加量为20-80mg。
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