一种降低卷烟烟气中苯酚的微纳结构滤嘴添加剂及其制备方法和应用.pdf

本发明涉及一种降低卷烟烟气中苯酚的微纳结构滤嘴添加剂，所述的滤嘴添加剂以烟用椰壳炭为载体，且在载体表面负载聚电解质纳米粒子；所述的聚电解质纳米粒子是两性离子聚合物的自组装体，所述的两性离子聚合物为含有羟基的两性离子共聚物；所述聚电解质纳米粒子在滤嘴添加剂中的质量百分含量为0.1~5.0%。本发明与同规格的对照卷烟相比，含有本发明添加剂的卷烟滤嘴可使卷烟主流烟气中苯酚的释放量降低10～20%。本发明的滤嘴添加剂制备工艺简单，具有良好的工业实用性。

权利要求书
1.  一种降低卷烟烟气中苯酚的微纳结构滤嘴添加剂，其特征在于：所述的滤嘴添加剂以烟用椰壳炭为载体，且在载体表面负载聚电解质纳米粒子；所述的聚电解质纳米粒子是两性离子聚合物的自组装体，所述的两性离子聚合物为含有羟基的两性离子共聚物；所述聚电解质纳米粒子在滤嘴添加剂中的质量百分含量为0.1~5.0%。

2.  根据权利要求1所述的降低卷烟烟气中苯酚的微纳结构滤嘴添加剂，其特征在于：所述的聚电解质纳米粒子在滤嘴添加剂中的质量百分含量为0.2~ 2.0%。

3.  根据权利要求1或2所述的降低卷烟烟气中苯酚的微纳结构滤嘴添加剂，其特征在于：所述的两性离子共聚物包括甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酸酯和N,N-二甲基N-(2-甲基丙烯酰氧乙基)N-(3-磺丙基)铵盐的共聚物。

4.  根据权利要求3所述的降低卷烟烟气中苯酚的微纳结构滤嘴添加剂，其特征在于：所述的丙烯酸酯为丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯和丙烯酸缩水甘油酯中的一种。

5.  一种制备权利要求1~4任意一项权利要求所述的降低卷烟烟气中苯酚的微纳结构滤嘴添加剂的方法，其特征在于该方法包括以下的步骤：
1）将含有季铵盐基团的单体、丙烯酸酯单体和两性离子单体加入水中，通入氮气，加入质量百分比浓度为1～3%的氧化－还原引发剂，在35～50℃下进行溶液/乳液聚合，聚合时间为8～24小时，得到聚电解质纳米粒子的分散液；
2）以烟用椰壳炭为载体，将其浸渍到上述聚电解质纳米粒子的分散液中，通过静电驱动原位生长的方式，在其表面负载一定量的聚电解质纳米粒子，经过滤、洗涤和干燥后得到微纳结构的滤嘴添加剂。

6.  根据权利要求5所述的滤嘴添加剂的制备方法，其特征在于：步骤1）中所述的含有季铵盐基团的单体、丙烯酸酯单体和两性离子单体在水中的质量浓度分别为0.1～5%、0.1～5%和1～15%。

7.  根据权利要求5所述的滤嘴添加剂的制备方法，其特征在于：步骤2）中所述的静电驱动原位生长的条件为在25～35 ℃，静置0.5～3.5小时。

8.  根据权利要求1~4任一项所述的滤嘴添加剂在制备降低卷烟烟气中苯酚的卷烟滤嘴中的应用。

9.  一种降低卷烟烟气中苯酚的卷烟滤嘴，其特征在于：该滤嘴中含有权利要求1~4任一项所述的滤嘴添加剂，所述滤嘴添加剂在每支滤嘴中的添加量为10~60 mg。

10.  根据权利要求9所述的一种降低卷烟烟气中苯酚的卷烟滤嘴，其特征在于：所述的卷烟滤嘴为二元复合滤嘴，包括近嘴端的普通滤棒以及沿轴向叠加的近烟丝端的料棒；所述的料棒由所述的滤嘴添加剂和普通滤棒组成；或者，所述的卷烟滤嘴为三元复合滤嘴，包括两段普通滤棒以及沿轴向叠加的料棒，所述的料棒位于两段普通滤棒之间；所述的料棒由所述的滤嘴添加剂或由所述的滤嘴添加剂和普通滤棒组成。

说明书一种降低卷烟烟气中苯酚的微纳结构滤嘴添加剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及卷烟减害技术领域，具体涉及一种降低卷烟烟气中苯酚的微纳结构滤嘴添加剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着社会对吸烟与健康问题关注的不断增强，卷烟产品的减害技术研究已经引起烟草行业的高度重视。针对卷烟烟气中各种有害成分，研究者发展了多种减害技术，如有复合滤嘴、应用滤嘴通风稀释技术、使用高透气度和静燃速率快的卷烟纸、掺用膨胀烟丝和膨胀梗丝等方法。其中对卷烟滤嘴的改性是常用的减害手段之一，通过向卷烟滤嘴中添加或复合生物材料、高分子材料和纳米材料等，达到有效降低卷烟烟气中有害成分的效果。
卷烟烟气中酚类物质有40多种，其中最主要的包括苯酚、苯二酚和甲基苯酚等。烟气酚类化合物主要来源于烟叶中多酚类化合物（绿原酸和芸香苷）的裂解，对卷烟的香气品质有很重要的作用。但有些酚类物质具有促癌作用，苯酚、间甲苯酚、对甲苯酚、邻甲苯酚、间苯二酚等已被Hoffman名单收录，列入降低卷烟危害性的推荐性控制成分。中国专利CN 101664228 B中公开了将对-[1-(4-羟基苯基)-1-甲基乙基]杯[8]芳烃作为卷烟添加剂直接添加到卷烟滤嘴中，降低烟气中苯酚的含量。中国专利ZL201010278343.6公开了以多孔材料为载体，以层层自组装的方式交替负载聚阴离子和聚阳离子材料，达到降酚效果。但这些材料在实际生产过程中或者制备成本较高，或者工艺复杂、不适合大规模工业化生产。因此，有必要开发一种新型滤嘴添加剂。
发明内容
针对现有技术的以上不足，本发明的第一个目的是提供一种降低卷烟烟气中苯酚的微纳结构滤嘴添加剂，该滤嘴添加剂可有效降低烟气中苯酚的释放量。本发明的第二个目的是提供上述的滤嘴添加剂的制备方法，该方法简单可控，适于工业化生产。本发明的第三个目的是提供上述的滤嘴添加剂的应用。
为了实现上述的第一个目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种降低卷烟烟气中苯酚的微纳结构滤嘴添加剂，所述的滤嘴添加剂以烟用椰壳炭为载体，且在载体表面负载聚电解质纳米粒子；所述的聚电解质纳米粒子是两性离子聚合物的自组装体，所述的两性离子聚合物为含有羟基的两性离子共聚物；所述聚电解质纳米粒子在滤嘴添加剂中的质量百分含量为0.1~5.0%。
本发明所述的烟用椰壳炭表面负载的聚电解质纳米粒子既可增加烟气与材料的接触，又不会堵塞椰壳炭的孔隙；其中的羟基官能团、季铵盐基团等有利于吸附苯酚，增加降低苯酚的效果。
所述聚电解质纳米粒子在滤嘴添加剂中的质量百分含量为0.1~5.0%。可在节约成本的前提下有效降低烟气中苯酚的释放量。作为优选，所述聚电解质纳米粒子在滤嘴添加剂中的质量百分含量为0.2~2.0%。
作为优选，所述的两性离子共聚物包括甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酸酯和N,N-二甲基N-(2-甲基丙烯酰氧乙基)N-(3-磺丙基)铵盐的共聚物。作为再优选，所述的丙烯酸酯为丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯和丙烯酸缩水甘油酯中的一种。
为了实现上述的第二个目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种制备上述的降低卷烟烟气中苯酚的微纳结构滤嘴添加剂的方法，该方法包括以下的步骤：
1）将含有季铵盐基团的单体、丙烯酸酯单体和两性离子单体加入水中，通入氮气，加入质量百分比浓度为1～3%的氧化－还原引发剂，在35～50℃下进行溶液/乳液聚合，聚合时间为8～24小时，得到聚电解质纳米粒子的分散液；
2）以烟用椰壳炭为载体，将其浸渍到上述聚电解质纳米粒子的分散液中，通过静电驱动原位生长的方式，在其表面负载一定量的聚电解质纳米粒子，经过滤、洗涤和干燥后得到微纳结构的滤嘴添加剂。
作为优选，步骤1）中所述的含有季铵盐基团的单体、丙烯酸酯单体和两性离子单体在水中的质量浓度分别为0.1～5%、0.1～5%和1～15%。
作为优选，步骤2）中所述的静电驱动原位生长的条件为在25～35 ℃，静置0.5～3.5小时。
为了实现上述的第三个目的，本发明采用了以下的技术方案：
上述的滤嘴添加剂在制备降低卷烟烟气中苯酚的卷烟滤嘴中的应用。
一种降低卷烟烟气中苯酚的卷烟滤嘴，该卷烟滤嘴中添加了上述的滤嘴添加剂，所述滤嘴添加剂在每支滤嘴中的添加量为10~60 mg。
作为优选，所述的卷烟滤嘴为二元复合滤嘴，包括近嘴端的普通滤棒以及沿轴向叠加的近烟丝端的料棒；所述的料棒由所述的滤嘴添加剂和普通滤棒材料组成；或者，所述的卷烟滤嘴为三元复合滤嘴，包括两段普通滤棒以及沿轴向叠加的料棒，所述的料棒位于两段普通滤棒之间；所述的料棒由所述的滤嘴添加剂或由所述的滤嘴添加剂和普通滤棒材料组成。
本发明所述的普通滤棒优选用本领域的醋纤棒和纸质嘴棒。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明微纳结构滤嘴添加剂，以烟用椰壳炭表面负载纳米粒子的特殊结构以及负载的聚电解质纳米粒子的官能团实现了有效降低卷烟烟气中苯酚的释放量。与同规格的对照卷烟相比，含有本发明添加剂的卷烟滤嘴可使卷烟主流烟气中苯酚的释放量降低10～20%。本发明的滤嘴添加剂制备工艺简单，具有良好的工业实用性。
具体实施方式
实施例1：
将1质量份的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、1质量份的丙烯酸-2-羟乙酯和25质量份的N,N-二甲基N-(2-甲基丙烯酰氧乙基)N-(3-磺丙基)铵盐加入水中，配成浓度为10wt%的混合液，通入氮气，加入浓度为3wt%的氧化－还原引发剂K2S2O8和NaHSO3 (1：1)，在35℃下进行溶液/乳液聚合，聚合时间为24小时，得到聚电解质纳米粒子的分散液。将烟用椰壳炭浸渍到聚电解质纳米粒子的分散液中，在25 ℃下静置0.5 h，通过静电驱动原位生长方式，在其表面负载聚电解质纳米粒子，经过滤、洗涤和干燥后得到微纳结构滤嘴添加剂。其中，聚电解质纳米粒子在添加剂中的质量百分含量约为0.1%。
将上述添加剂应用于卷烟滤嘴，每支卷烟滤嘴中的添加量约为20 mg，测定卷烟主流烟气中苯酚的释放量，以未使用添加剂的同规格卷烟为对照样品。结果表1所示。
表1. 本发明的滤嘴添加剂对主流烟气中苯酚释放量的影响
                                                
实施例2：
将5质量份的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、5质量份的丙烯酸-2-羟丙酯和10质量份的N,N-二甲基N-(2-甲基丙烯酰氧乙基)N-(3-磺丙基)铵盐加入水中，配成浓度为10wt%的混合液，通入氮气，加入浓度为1wt%的氧化－还原引发剂K2S2O8和NaHSO3 (1：1)，在35℃下进行溶液/乳液聚合，聚合时间为24小时，得到聚电解质纳米粒子的分散液。将烟用椰壳炭浸渍到聚电解质纳米粒子的分散液中，在35 ℃下静置3.5 h，通过静电驱动原位生长方式，在其表面负载聚电解质纳米粒子，经过滤、洗涤和干燥后得到微纳结构滤嘴添加剂。其中，聚电解质纳米粒子在添加剂中的质量百分含量约为5%。
将上述添加剂应用于卷烟滤嘴，每支卷烟滤嘴中的添加量约为30 mg。测定卷烟主流烟气中苯酚的释放量，以未使用添加剂的同规格卷烟为对照样品。结果表2所示。
表2. 本发明的滤嘴添加剂对主流烟气中苯酚释放量的影响
 
实施例3：
将2质量份的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、1质量份的丙烯酸缩水甘油酯和20质量份的N,N-二甲基N-(2-甲基丙烯酰氧乙基)N-(3-磺丙基)铵盐加入水中，配成质量百分比浓度为10wt%的混合液，通入氮气，加入质量百分比浓度为1.5wt%的氧化－还原引发剂K2S2O8和NaHSO3 (1：1)，在35℃下进行溶液/乳液聚合，聚合时间为24小时，得到聚电解质纳米粒子的分散液。将烟用椰壳炭浸渍到聚电解质纳米粒子的分散液中，在25 ℃下静置1.5 h，通过静电驱动原位生长方式，在其表面负载聚电解质纳米粒子，经过滤、洗涤和干燥后得到微纳结构滤嘴添加剂。其中，聚电解质纳米粒子在添加剂中的质量百分含量约为1.5%。
将上述添加剂应用于卷烟滤嘴，每支卷烟滤嘴中的添加量约为45 mg。测定卷烟主流烟气中苯酚的释放量，以未使用添加剂的同规格卷烟为对照样品。结果表3所示。
表3 . 本发明的滤嘴添加剂对主流烟气中苯酚释放量的影响
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