CN110250568A - 一种二醋酸纤维素浆粕作为香烟过滤棒的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种二醋酸纤维素浆粕作为香烟过滤棒的用途，本发明开发了一种二醋酸纤维素浆粕的新用途，相比于常规的纤维，具有更大的孔隙率和比表面积，具有良好的吸附过滤效果，可以实现对卷烟烟气中焦油等有害物质的有效吸附，可直接作为香烟过滤棒应用在香烟中，应用价值高，应用前景良好。

Description

一种二醋酸纤维素浆粕作为香烟过滤棒的用途
技术领域
本发明属于高分子材料领域，涉及一种二醋酸纤维素浆粕作为香烟过滤棒的用途。
背景技术
卷烟燃烧产生的烟雾中含有大量直接致癌化学物质，其中焦油的含量最高。焦油是有机质在缺氧条件下，不完全燃烧的产物，其主要成分为众多烃类及烃的氧化物、硫化物和氮化物的复杂混合物，包括镉、砷、胺、亚硝胺及放射性同位素等多种致癌物质和苯酚类、富马酸等促癌物质。
目前市面上的香烟产品通常使用二醋酸纤维素作为滤棒材料避免吸烟者直接大量吸入烟雾，二醋酸纤维素原料通过纺丝、丝束定位、提取、开松、施加增塑剂、成型纸供给、卷制、切割等工序获得二醋酸纤维素滤棒。但其对于卷烟烟雾中焦油的吸收仍具有优化的空间。
CN107048476A公开了一种吸附卷烟烟汽中焦油的滤嘴，包括吸段、卷烟段及两者之间的空隙段，其中卷烟段为掺入粗孔硅胶的二醋酸纤维素，空隙段为掺入了活性碳纤维的二醋酸纤维素丝束；其所用粗孔硅胶孔容大于0.781mL/g、比表面积小于450m2/g，所用活性碳纤维直径为5-20μm、比表面积为1000-1500m2/g，活性碳的加入能够增强对烟气中气相物质的吸收。
CN106805292A涉及一种含有活性炭的香烟过滤嘴。过滤嘴总长度20～30mm，由成型纸和过滤介质组成，所述成型纸为水松纸，所述过滤介质由两部分组成：靠近唇部的部分为醋酸纤维，占总长度1/5～1/3，靠近烟体的部分为活性炭，占总长度2/3～4/5。与传统的醋酸纤维过滤嘴相比，活性炭的加入能更有效吸附去除烟雾中CO等有害气体，减少焦油和尼古丁吸入量。
CN103987284A公开了一种香烟过滤嘴，其具备含有滤材的过滤嘴滤棒，所述滤材由醋酸纤维素纤维的丝束、和分散于所述丝束中的滤过率控制粒子构成，其中，所述滤过率控制粒子选自由纤维素构成的粒子、由纤维素三乙酸酯构成的粒子及它们的混合物，所述纤维素三乙酸酯粒子具有2.8～3.0的平均乙酰基取代度，并且，所述滤过率控制粒子具有低于5m2/g的BET比表面积，所述滤过率控制粒子占所述过滤嘴滤棒总体积的1.5～30体积％。
CN108113050A公开了一种香烟过滤嘴棒，所述香烟过滤嘴棒除固态滤材外还含有1,4,5,6-四氢-2-甲基-4-嘧啶羧酸或1,4,5,6-四氢-2-甲基-5-羟基-4-嘧啶羧酸1,4,5,6-四氢-2-甲基-4-嘧啶羧酸或1,4,5,6-四氢-2-甲基-5-羟基-4-嘧啶羧酸可通过溶液浸润、悬浮液浸润的方式添加于固态滤材，也可以固体粉末的形式直接添加于固态滤材。研究表明，这种香烟过滤嘴棒用于抽吸香烟，可对吸烟者肺部产生保护作用，降低和减轻吸烟导致的肺损伤。
由上述几种公开的香烟过滤棒可以看出，目前的香烟过滤棒制备方法均是由传统的制备工艺获得滤棒，对烟气中的焦油等吸收仍然具有提升和优化的空间。
高聚物浆粕是高聚物纤维的一种新型的差别化、功能性产品，其与常规的纤维相比，具有更大的孔隙率和比表面积，具有很广阔的应用前景。
冷冻干燥技术是一种将含水物料冷冻到冰点以下，使水转变为冰，然后在较高真空下将冰转变为蒸气而除去的干燥方法。
目前，还没有将浆粕应用到制备香烟过滤棒中的研究。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种二醋酸纤维素浆粕作为香烟过滤棒的用途，以解决现有的通过二醋酸纤维素纺丝等工序制得的滤棒过滤效果较低、生产过程繁琐的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种二醋酸纤维素浆粕作为香烟过滤棒的用途。
本发明开发了一种二醋酸纤维素浆粕的新用途，相比于常规的纤维，具有更大的孔隙率和比表面积，具有良好的吸附过滤效果，可以实现对卷烟烟气中焦油等有害物质的有效吸附，可直接作为香烟过滤棒应用在香烟中，应用价值高。
本发明提供的二醋酸纤维素浆粕的材料也可以覆盖应用在其它油性吸附领域。
此外，二醋酸纤维素浆粕的结构，相比于活性炭等吸附材料，其吸附效果更优异。
优选地，所述二醋酸纤维素浆粕为经过干燥成型后的二醋酸纤维素浆粕。
优选地，所述干燥的方式包括真空干燥、冷冻干燥或常温常压干燥中的任意一种。
优选地，所述干燥的方式为冷冻干燥。
在本发明中，冷冻干燥不同于普通的加热干燥，物料中的水分基本上在0℃以下的冰冻的固体表面升华而进行干燥，物质本身则剩留在冻结时的冰架子中。因此，二醋酸纤维素浆粕干燥后的产品体积不变、能形成疏松多孔的结构，具有较大的比面积和孔隙率。
此外，冷冻干燥后的二醋酸纤维素浆粕便于长时间贮存，物理结构和分子结构变化极小，其组织结构和外观形态被较好地保存，并且由于干燥过程是在很低的温度下进行，而且基本隔绝了空气，因此有效地抑制了热敏性物质发生生物、化学或物理变化，并较好地保存了原料中的活性物质，以及保持了原料的色泽。目前，冷冻干燥的技术主要应用在食品、生物制品、药品等领域，还没有关于应用到香烟领域的研究。
优选地，所述二醋酸纤维素浆粕的制备方法包括如下步骤：
将二醋酸纤维素和亲油性高分子材料溶于溶剂中得到浆液，输送到文丘里管的凝固浴中，得到初始浆粕后，再经水处理得到二醋酸纤维素浆粕。
优选地，所述亲油性高分子材料包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚苯乙烯(PS)、聚砜(PSU)或聚丙烯腈(PAN)中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述二醋酸纤维素与亲油性高分子材料的固含量比为(10～100):1，例如可以是10:1、20:1、30:1、40:1、50:1、60:1、70:1、80:1、90:1或100:1等。
本发明所述固含量的含义为：二醋酸纤维素或亲油性高分子材料在规定条件下烘干后剩余部分占总量的质量百分数。
本发明所述固含量的含义为两种材料添加共混时候的质量比。
优选地，所述溶剂包括丙酮、丁酮、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述浆液的固含量为5％～20％，例如可以是5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％等。
本发明所述浆液的固含量的含义为：浆液中溶质的质量分数。
优选地，所述水处理的方法为：使用水反复冲洗初始浆粕。
在本发明中，文丘里管的喉部处设有输水口，可在浆液经过文丘里管的同时从输水口处往所述文丘里管装置中注水。并且一般需要反复进行冲洗若干次，水可以是超纯水、自来水或去离子水等。
本发明所述凝固浴一般是与溶剂相对应的溶剂的水溶液，也可以是纯水溶液。
优选地，所述浆液的温度为15-80℃，例如可以是15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃等。
优选地，所述输送的压力为0.1MPa～10MPa，例如可以是0.1MPa、0.5MPa、1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa或1MPa等。
目前有报道的高聚物化纤浆粕主要有芳纶浆粕、聚丙烯腈浆粕、涤纶浆粕等等，这些类型的浆粕也未见有应用到香烟过滤棒中。
一种香烟过滤棒，其含有二醋酸纤维素浆粕或者由二醋酸纤维素浆粕制成。
本发明中，将二醋酸纤维素浆粕作为香烟过滤棒：其结构与传统的烟嘴滤棒结构基本一致，呈长条圆柱状。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的二醋酸纤维素浆粕的新用途，相比于常规的纤维，其具有更大的孔隙率和比表面积，具有良好的吸附过滤效果，可以实现对卷烟烟气中焦油等有害物质的有效吸附，可直接作为香烟过滤棒应用在香烟中，应用价值高，应用前景良好。
附图说明
图1是二醋酸纤维素浆粕的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例中提供一种二醋酸纤维素浆粕用作香烟过滤棒
将二醋酸纤维素与PVDF按20:1的固含量比进行混合，二甲基乙酰胺为溶剂，配制成固含量为10％的浆液，温度为40℃，在压力为5MPa下输送到文丘里管的凝固浴中，得到初始浆粕，然后用去离子水由文丘里管的喉部反复冲洗10次，获得二醋酸纤维素浆粕，在模具中经过冷冻干燥，脱模后作为香烟过滤棒。其中，二醋酸纤维素浆粕的扫描电子显微镜图如图1所示，传统滤棒中的二醋酸纤维素直径一般在25μm左右，而我们制备的二醋酸纤维素浆粕纤维直径小于1μm，增加了吸附的比表面积。
实施例2
本实施例中提供一种二醋酸纤维素浆粕用作香烟过滤棒
将二醋酸纤维素与PS按50:1的固含量比进行混合，二甲基乙酰胺与二甲基亚砜体积比为1:1混合后为溶剂，配制成固含量为8％的浆液，温度为80℃，在压力为4MPa下输送到文丘里管的凝固浴中，得到初始浆粕，然后用去离子水由文丘里管的喉部反复冲洗10次，获得二醋酸纤维素浆粕，在模具中经过冷冻干燥，脱模后作为香烟过滤棒。
实施例3
本实施例中提供一种二醋酸纤维素浆粕用作香烟过滤棒
将二醋酸纤维素与PAN按100:1的固含量比进行混合，二甲基亚砜为溶剂，配制成固含量为12％的浆液，温度为30℃，在压力为7MPa下输送到文丘里管的凝固浴中，得到初始浆粕，然后用去离子水由文丘里管的喉部反复冲洗8次，获得二醋酸纤维素浆粕，在模具中经过冷冻干燥，脱模后作为香烟过滤棒。
实施例4
本实施例中提供一种二醋酸纤维素浆粕用作香烟过滤棒
将二醋酸纤维素与PSU按10:1的固含量比进行混合，丁酮为溶剂，配制成固含量为20％的浆液，温度为15℃，在压力为10MPa下输送到文丘里管的凝固浴中，得到初始浆粕，然后用去离子水由文丘里管的喉部反复冲洗15次，获得二醋酸纤维素浆粕，在模具中经过冷冻干燥，脱模后作为香烟过滤棒。
实施例5
本实施例中提供一种二醋酸纤维素浆粕用作香烟过滤棒
将二醋酸纤维素与PVDF按10:1的固含量比进行混合，二甲基亚砜为溶剂，配制成固含量为5％的浆液，温度为45℃，在压力为2MPa下输送到文丘里管的凝固浴中，得到初始浆粕，然后用去离子水由文丘里管的喉部反复冲洗9次，获得二醋酸纤维素浆粕，在模具中在常温25℃，常压下干燥，脱模后作为香烟过滤棒。
实施例6
本实施例中提供一种二醋酸纤维素浆粕用作香烟过滤棒
将二醋酸纤维素与PVDF按60:1的固含量比进行混合，二甲基乙酰胺为溶剂，配制成固含量为9％的浆液，温度为40℃，在压力为3MPa下输送到文丘里管的凝固浴中，得到初始浆粕，然后用去离子水由文丘里管的喉部反复冲洗10次，获得二醋酸纤维素浆粕，在模具中经过真空干燥，脱模后作为香烟过滤棒。
实施例7
本实施例与实施例1的区别在于，二醋酸纤维素与PVDF固含量比为3:1，其余均与实施例1相同作为香烟过滤棒。
实施例8
本实施例与实施例1的区别在于，二醋酸纤维素与PVDF固含量比为108:1，其余均与实施例1相同作为香烟过滤棒。
实施例9
本实施例与实施例1的区别在于，配制成固含量为2％的浆液，其余均与实施例1相同作为香烟过滤棒。
实施例10
本实施例与实施例1的区别在于，配制成固含量为25％的浆液，其余均与实施例1相同作为香烟过滤棒。
实施例11
本实施例与实施例1的区别在于，不包括PVDF而是仅使用二醋酸纤维素，其余均与实施例1相同作为香烟过滤棒。
对比例1
传统的香烟过滤棒，制备方法如下：
二醋酸纤维素纺丝—丝束开包定位—丝束提取—丝束开松—施加增塑剂—输出供丝—成型纸供给—施加粘胶剂—卷制成型—分切—装盒等多个程序步骤制备获得。
性能测试：
采用CeruleanSM450型吸烟机按照ISO3308、YC/T255-2008规定进行卷烟抽吸实验，测定计算主流烟气参数进行烟气分析。
各实施例的分析结果如下表1所示：
表1
由表1中的数据可知，本发明提供的二醋酸纤维素浆粕的香烟过滤棒，不仅对于焦油具有良好的吸附效果，而且还含有较高含量的水分，性能较好。
由实施例7-8的数据可知，由于二醋酸纤维素与PVDF固含量之比不合理，使得滤棒水分含量和焦油的吸附效果不能同时达到最佳。由实施例7中可知，虽然对于焦油的吸附效果较好，但是其水分含量较差。而实施例8中对于焦油的吸附效果较差。
由实施例9-10的数据可知，固含量不合理时，同样会导致滤棒出现焦油吸附效果变差、水分含量不足的问题。
通过实施例1与实施例11的对比可知，仅使用二醋酸纤维素时，焦油的吸附效果变差。这是由于没有添加亲油材料，焦油吸附效果变差。
而对比例1中传统方法制备的香烟过滤棒对于焦油的吸附效果，同样比二醋酸纤维素浆粕的吸附效果差。这是由于没有添加亲油材料，同时传统纤维孔隙率不如浆粕纤维，焦油吸附效果变差。
综上，本发明通过二醋酸纤维素与亲油性高分子材料的合理搭配制成的浆粕，相对降低了亲水性的二醋酸纤维素的比例，使得烟气过滤材料亲油性提升，吸油性能提高，从而提升了水分，增加湿润度，在应用于香烟滤嘴时，降低了烟气带来的干燥的不适感，水分含量提高，提升了口感。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的二醋酸纤维素浆粕作为香烟过滤棒的用途，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种二醋酸纤维素浆粕作为香烟过滤棒的用途。
2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述二醋酸纤维素浆粕为经过干燥成型后的二醋酸纤维素浆粕；
优选地，所述干燥的方式包括真空干燥、冷冻干燥或常温常压干燥中的任意一种；
优选地，所述干燥的方式为冷冻干燥。
3.根据权利要求1或2所述的用途，其特征在于，所述二醋酸纤维素浆粕的制备方法包括如下步骤：
将二醋酸纤维素和亲油性高分子材料溶于溶剂中得到浆液，输送到文丘里管的凝固浴中，得到初始浆粕后，再经水处理得到二醋酸纤维素浆粕。
4.根据权利要求3所述的用途，其特征在于，所述亲油性高分子材料包括聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚砜或聚丙烯腈中的任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求3或4所述的用途，其特征在于，所述二醋酸纤维素与亲油性高分子材料的固含量比为(10～100):1。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的用途，其特征在于，所述溶剂包括丙酮、丁酮、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的任意一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求3-6中任一项所述的用途，其特征在于，所述浆液的固含量为5％～20％。
8.根据权利要求3-7中任一项所述的用途，其特征在于，所述水处理的方法为：使用水反复冲洗初始浆粕。
9.根据权利要求3-8中任一项所述的用途，其特征在于，所述浆液的温度为15-80℃。
10.根据权利要求3-9中任一项所述的用途，其特征在于，所述输送的压力为0.1MPa～10MPa。
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