CN113412964A - 一种颗粒物自净化烟卷及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种颗粒物自净化烟卷及其制备方法和应用。本发明所述的制备方法为：制备聚丙烯/二氧化钛复合材料，通过静电纺丝或熔喷技术制备聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜，所述聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜固定在烟卷的过滤嘴和烟丝棒之间。本发明所述的制备方法在烟卷的过滤嘴和烟丝棒之间构建了摩擦纳米发电机，利用吸烟产生的气流驱动摩擦纳米发电机中电性相反的两种材料接触‑分离式摩擦，使纳米发电机产生高静电压并用于吸附气流中的颗粒物，实现烟卷中颗粒物自净化。
Description
技术领域
本发明属于烟卷制造技术领域，具体涉及一种颗粒物自净化烟卷及其制备方法和应用。
背景技术
在吸烟过程中，烟丝燃烧产生的颗粒物经烟丝棒和过滤嘴被吸入肺中诱发呼吸道疾病和心血管疾病。烟卷中常用的醋酸纤维过滤嘴孔径通常在数十微米以上，无法有效吸附烟丝燃烧产生的高浓度PM2.5和PM10等颗粒物。静电吸附是气体净化方法的一种，主要是利用高压静电场吸附的原理去除空气中的PM2.5和PM10等颗粒物。通常地，含颗粒物气体经过高压静电场时被电分离，尘粒与负离子结合带上负电后，趋向阳极表面放电而沉积。利用静电场使气体电离从而使颗粒物带电吸附到电极上的颗粒物净化方法。在强静电场中空气分子被电离为正离子和电子，电子奔向正极过程中遇到颗粒物，使尘粒带负电吸附到正极被收集。目前，静电吸附通常采用40kV以上的直流高压电场，虽然颗粒物去除效率高，但也存在耗能大、容易产生臭氧等弊端，不适合应用于去除吸烟过程中产生的颗粒物。因此，开发一种烟卷颗粒物自净化技术具有重要的应用价值和现实意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种颗粒物自净化烟卷及其制备方法和应用，静电吸附颗粒物成本低、工艺简单、通过采集基于醋酸纤维过滤嘴和聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜的震动能产生高静电场，可以实现烟卷中颗粒物自净化。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种颗粒物自净化烟卷，所述制备方法包括以下步骤：
（1）加热熔融聚丙烯，获得熔融态聚丙烯；
（2）将二氧化钛纳米粉体加入所述步骤（1）获得的熔融态聚丙烯中，经超声分散、搅拌，制得聚丙烯/二氧化钛复合材料；
（3）将所述步骤（2）获得的聚丙烯/二氧化钛复合材料进行静电纺丝或熔喷，纺在金属箔上，获得聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜；
（4）将所述步骤（3）聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜覆盖在醋酸纤维过滤嘴一端的表面；将烟丝棒组装在所述醋酸纤维过滤嘴的聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜端，用卷烟纸包覆，制得所述颗粒物自净化烟卷。
进一步的，所述步骤（1）中的加热温度为180~300℃。
进一步的，所述步骤（2）中二氧化钛纳米粉体为P25二氧化钛。
进一步的，所述步骤（2）中二氧化钛纳米粉体的质量浓度为10%~50%。
进一步的，所述步骤（3）中聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜采用静电纺丝或熔喷技术制得。
进一步的，所述步骤（3）中金属箔为铝箔、铜箔。
进一步的，所述静电纺丝或熔喷技术采用的电压为10~15kV，喷头到金属箔的距离为80~180毫米，滚轴转速为60~120转/分钟，针头喷射速度为0.08~0.2毫米/分钟。
进一步的，所述步骤（4）中的聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜在摩擦纳米发电机工作时产生的摩擦电荷密度为16~30微库/平方米。
进一步的，所述步骤（4）中的聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜平行覆盖在所述醋酸纤维过滤嘴表面。
本发明还提供了所述制备方法制得的颗粒物自净化烟卷。
本发明还提供了所述步骤（3）制得的聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜在制备香烟中的应用，所述香烟为颗粒物自净化烟卷。
进一步的，所述聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜在摩擦纳米发电机工作时产生的摩擦电荷密度为16~30微库/平方米。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是：
本发明中的颗粒物自净化烟卷可以输出5~50V的开路电压，1~20µA的短路电流和10~50nC的静电荷。颗粒物自净化烟卷通过将震动能转换为高静电压，既保证了烟卷的透气性和口感，又可以有效过滤烟卷燃烧产生的颗粒物。本发明充分利用了吸烟过程中聚丙烯/二氧化钛柔性纤维薄膜随气流震动并与醋酸纤维过滤嘴通过接触-分离式摩擦产生高静电场，与仅采用过滤嘴相比较，具有颗粒物吸附效率高、未明显增加成本的优点。同时，二氧化钛为阻燃材料，制得的聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜具有优异的阻燃特性，减小对身体健康的危害。同时本发明的制备方法简单、成本低廉，是一种制备颗粒物自净化烟卷的有效途径。
附图说明
图1为本发明所制备的颗粒物自净化烟卷示意图；图中标号：1、过滤嘴；2、PM2.5等颗粒物吸收层；3、烟丝棒。
具体实施方式
下述实施方式更好地说明本发明内容。但本发明不限于下述实施例。
实施例1
本发明所述的颗粒物自净化烟卷，在烟卷的过滤嘴和烟丝棒之间构建了纤维状摩擦纳米发电机，利用吸烟产生的气流驱动摩擦纳米发电机中电性相反的两种材料接触-分离式摩擦诱发摩擦静电荷吸附颗粒物达到自净化的目的。具体制备方法如下：
（1）加热熔融聚丙烯，加热温度为240℃，获得熔融态聚丙烯；
（2）将平均粒径约为20纳米的P25二氧化钛纳米粉体加入所述步骤（1）获得的熔融态聚丙烯中，经超声分散、搅拌，制得聚丙烯/二氧化钛材料；所述二氧化钛纳米粉体为；所述二氧化钛纳米粉体的质量浓度为30%；
（3）将所述步骤（2）获得的聚丙烯/二氧化钛材料纺在铝箔、铜箔等金属箔上，获得聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜；采用静电纺丝或熔喷技术制得聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜，采用的电压为12kV，喷头到金属箔的距离为120毫米，滚轴转速为100转/分钟，针头喷射速度为15毫米/分钟；
（4）步骤（3）获得的聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜在摩擦纳米发电机工作时产生的摩擦电荷密度为16~30微库/平方米；将所述步骤（3）聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜平行覆盖在醋酸纤维过滤嘴一端的表面；将烟丝棒组装在所述醋酸纤维过滤嘴的聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜端，用卷烟纸包覆，制得颗粒物自净化烟卷。
经过测试，获得的聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜在摩擦纳米发电机工作时产生的摩擦电荷密度为16~30微库/平方米，所获得的颗粒物自净化烟卷输出的开路电压为5~50V，短路电流为1~20µA，电荷为10~50nC。
本发明制得的颗粒物自净化烟卷如图1所示，醋酸纤维为正电层，聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜为负电层；其中二氧化钛为阻燃材料，质量浓度采用10%~50%最佳，既保证了阻燃效果，又不会因浓度过高导致薄膜易碎。本发明利用摩擦纳米发电机在气流驱动下微振动并在电性相反的薄膜纤维上产生静电的特性，使纳米发电机产生高静电压并用于吸附气流中的颗粒物，实现烟卷中颗粒物自净化。采用静电纺丝或熔喷技术将材料制成薄膜既提高了有效接触面积和感应电荷密度又改善了耐高温特性；同时在纺丝/熔喷过程使纤维薄膜带电，进一步使聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜吸附颗粒物的效果更佳。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种颗粒物自净化烟卷的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
（1）加热熔融聚丙烯，获得熔融态聚丙烯；
（2）将二氧化钛纳米粉体加入所述步骤（1）获得的熔融态聚丙烯中，经超声分散、搅拌，制得聚丙烯/二氧化钛复合材料；
（3）将所述步骤（2）获得的聚丙烯/二氧化钛复合材料纺在金属箔上，获得聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜；
（4）将所述步骤（3）聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜覆盖在醋酸纤维过滤嘴一端的表面；将烟丝棒组装在所述醋酸纤维过滤嘴的聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜端，用卷烟纸包覆，制得所述颗粒物自净化烟卷。
2.根据权利要求1所述的颗粒物自净化烟卷的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的加热温度为180~300℃。
3.根据权利要求1所述的颗粒物自净化烟卷的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中二氧化钛纳米粉体为P25二氧化钛。
4.根据权利要求1所述的颗粒物自净化烟卷的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中二氧化钛纳米粉体的质量浓度为10%~50%。
5.根据权利要求1所述的颗粒物自净化烟卷的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜采用静电纺丝或熔喷技术制得。
6.根据权利要求5所述的颗粒物自净化烟卷的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝或熔喷技术采用的电压为10~15kV，喷头到金属箔的距离为80~180毫米，滚轴转速为60~120转/分钟，针头喷射速度为0.08~0.2毫米/分钟。
7.根据权利要求1所述的颗粒物自净化烟卷的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中的聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜在摩擦纳米发电机工作时产生的摩擦电荷密度为16~30微库/平方米。
8.根据权利要求1所述的颗粒物自净化烟卷的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中的聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜平行覆盖在所述醋酸纤维过滤嘴表面。
9.权利要求1~8任一项所述制备方法制得的颗粒物自净化烟卷。
10.权利要求1所述步骤（3）制得的聚丙烯/二氧化钛纤维薄膜在制备香烟中的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210921 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |