一种纳米环糊精复合添加剂及其制备方法和应用.pdf

本发明涉及一种纳米环糊精复合添加剂，所述的纳米环糊精添加剂是由羧甲基-β-环糊精与阳离子聚电解质通过原位成核静电自组装的方式得到的环糊精纳米粒子，所述的羧甲基-β-环糊精与阳离子聚电解质的质量比为50:1~1:20。本发明将纳米环糊精添加剂应用于纤维素纸涂布改性来降低卷烟烟气中苯酚指标，操作简单，工艺上非常容易实现大规模工业化生产。与同规格市售卷烟相比，采用纳米环糊精添加剂改性纤维素纸的沟槽滤棒卷烟可使卷烟主流烟气中苯酚释放量降低10～20%。

权利要求书
1.  一种纳米环糊精复合添加剂，其特征在于：所述的纳米环糊精添加剂是由羧甲基-β-环糊精与阳离子聚电解质通过原位成核静电自组装的方式得到的环糊精纳米粒子，所述的羧甲基-β-环糊精与阳离子聚电解质的质量比为50:1~1:20。

2.  根据权利要求1所述的纳米环糊精复合添加剂，其特征在于：所述的羧甲基-β-环糊精与阳离子聚电解质的质量比为20:1~1:10。

3.  根据权利要求1或2所述的纳米环糊精复合添加剂，其特征在于：阳离子聚电解质为壳聚糖、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、氨基聚乙二醇盐酸盐、双氨基聚乙二醇盐酸盐、季铵盐化聚4-乙烯吡啶中的一种或多种。

4.  一种制备权利要求1~3任意一项权利要求所述的纳米环糊精复合添加剂的方法，其特征在于该方法包括以下的步骤：将羧甲基-β-环糊精和阳离子聚电解质分别溶解于水中，以羧甲基-β-环糊精水溶液为母液，将阳离子聚电解质水溶液缓慢加入其中，通过原位成核静电自组装的方式，得到环糊精纳米粒子的分散液。

5.  根据权利要求4所述的复合添加剂的制备方法，其特征在于：所述的羧甲基-β-环糊精和阳离子聚电解质在水溶液中的质量百分比浓度分别为0.5～30%和0.1～10 %。

6.  根据权利要求4所述的复合添加剂的制备方法，其特征在于：所述的原位成核静电自组装条件为温度25～35℃，搅拌速率500～3000rpm，持续1～5h。

7.  根据权利要求1~3任一项所述的复合添加剂在制备降低卷烟烟气中苯酚的卷烟滤嘴中的应用。

8.  一种降低卷烟烟气中苯酚的卷烟用纤维素纸，其特征在于：将权利要求1~3任意一项权利要求纳米环糊精复合添加剂的分散液均匀涂布于纤维素纸的粗糙面上，使其涂布量在3~10 g/m2。

9.  一种降低卷烟烟气中苯酚的卷烟沟槽滤棒，其特征在于：该卷烟沟槽滤棒采用权利要求8所述的卷烟用纤维素纸制备。

10.  一种降低卷烟烟气中苯酚的卷烟，其特征在于：该卷烟的滤棒采用权利要求8所述的卷烟沟槽滤棒。

说明书一种纳米环糊精复合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，具体涉及一种纳米环糊精复合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，卷烟产品的降焦减害技术研究已经引起烟草行业的高度重视，降低卷烟烟气有害成分释放量是烟草行业义不容辞的责任，也是烟草行业在前进过程中面临的主要挑战之一。
卷烟的烟气成分十分复杂，酚类化合物是烟气中一种主要的有害物质，可经皮肤粘膜、呼吸道及消化道进入人体，引起蓄积性慢性中毒或急性中毒等症状，因此苯酚被列为卷烟烟气有害物质的指标性化合物之一，需进行严格监测和控制。β-环糊精(β-CD)是中空锥柱状低聚糖，其主客体作用功能广为人知。中国专利CN 102805425 A报道了在制备二元、三元复合滤棒中添加β-胡萝卜素/β-环糊精包合物，能显著降低卷烟烟气中苯酚的释放量。中国专利CN 102793272 A报道了茶多酚/β-环糊精包合物作为卷烟滤嘴添加剂在降低卷烟烟气酚类化合物中的用途。中国专利CN 103027378 A报道了降低卷烟烟气中苯酚的复合添加剂及其制备方法和用途，复合添加剂为含有环糊精和荆芥挥发油的荆芥挥发油环糊精包合物。但这些研究多局限于小分子环糊精，目前还没有纤维素纸上涂布环糊精/聚合物纳米粒子降低卷烟烟气中苯酚释放量的报道。
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纳米环糊精复合添加剂，该复合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复合添加剂的制备方法，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复合添加剂的应用。
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：
一种纳米环糊精复合添加剂，所述的纳米环糊精添加剂是由羧甲基-β-环糊精与阳离子聚电解质通过原位成核静电自组装的方式得到的环糊精纳米粒子，所述的羧甲基-β-环糊精与阳离子聚电解质的质量比为50:1~1:20。
本发明纳米环糊精添加剂中的环糊精空腔和阳离子聚电解质中的阳离子基团或多醚键等的存在可吸附苯酚，达到降低卷烟烟气中苯酚指标的效果。
作为优选，所述的羧甲基-β-环糊精与阳离子聚电解质的质量比为20:1~1:10。
作为优选，阳离子聚电解质为壳聚糖、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、氨基聚乙二醇盐酸盐、双氨基聚乙二醇盐酸盐、季铵盐化聚4-乙烯吡啶中的一种或多种。
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：
一种制备上述的纳米环糊精复合添加剂的方法，该方法包括以下的步骤：
将羧甲基-β-环糊精和阳离子聚电解质分别溶解于水中，以羧甲基-β-环糊精水溶液为母液，将阳离子聚电解质水溶液缓慢加入其中，通过原位成核静电自组装的方式，得到环糊精纳米粒子的分散液。
作为优选，所述的羧甲基-β-环糊精和阳离子聚电解质在水溶液中的质量百分比浓度分别为0.5～30%和0.1～10 %。
作为优选，所述的原位成核静电自组装条件为温度25～35℃，搅拌速率500～3000rpm，持续1～5h。
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：
上述的复合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用纤维素纸，将上述的纳米环糊精复合添加剂的分散液均匀涂布于纤维素纸的粗糙面上，使其涂布量在3~10 g/m2。
一种降低卷烟烟气中苯酚的卷烟沟槽滤棒，该卷烟沟槽滤棒采用上述的卷烟用纤维素纸制备。
一种降低卷烟烟气中苯酚的卷烟，该卷烟的滤棒采用上述的卷烟沟槽滤棒。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明设计开发了纳米环糊精添加剂，添加剂中环糊精空腔和阳离子聚电解质中的阳离子基团或多醚键等可吸附苯酚，通过调节羧甲基-β-环糊精和阳离子聚电解质的组成比例，可以方便调控其对卷烟烟气中苯酚释放量的降低效果。本发明将纳米环糊精添加剂应用于纤维素纸涂布改性来降低卷烟烟气中苯酚指标，操作简单，工艺上非常容易实现大规模工业化生产。与同规格市售卷烟相比，采用纳米环糊精添加剂改性纤维素纸的沟槽滤棒卷烟可使卷烟主流烟气中苯酚释放量降低10～20%。
具体实施方式
实施例1：
将200 g羧甲基-β-环糊精和20 g壳聚糖分别溶解于20 kg水溶液中，以羧甲基-β-环糊精水溶液为母液，在25 ℃和1000 rpm的搅拌速率下，将壳聚糖水溶液缓慢加入其中，进行原位成核静电自组装5 h，得到环糊精纳米粒子分散液。将该分散液均匀涂布于纤维素纸粗糙面，干燥后测定纳米环糊精添加剂在纤维素纸上的涂布量约为5 g/m2。将改性纤维素纸分切用于卷制醋纤沟槽滤棒试样烟并测定其主流烟气中苯酚释放量，以使用未改性纤维素纸的同规格卷烟为对照，结果如下表1所示。
表1. 本发明的纳米环糊精添加剂对主流烟气中苯酚释放量的影响

实施例2：
将400 g羧甲基-β-环糊精和20 g聚二甲基二烯丙基氯化铵分别溶解于20 kg水溶液中，以羧甲基-β-环糊精水溶液为母液，在30 ℃和1500 rpm的搅拌速率下，将聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液缓慢加入其中，进行原位成核静电自组装4 h，得到环糊精纳米粒子分散液。将该分散液均匀涂布于纤维素纸粗糙面，干燥后测定纳米环糊精添加剂在纤维素纸上的涂布量约为6 g/m2。将改性纤维素纸分切用于卷制醋纤沟槽滤棒试样烟并测定其主流烟气中苯酚释放量，以使用未改性纤维素纸的同规格卷烟为对照，结果如下表2所示。
表2. 本发明的纳米环糊精添加剂对主流烟气中苯酚释放量的影响

实施例3：
将100 g羧甲基-β-环糊精和60 g聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵分别溶解于20 kg水溶液中，以羧甲基-β-环糊精水溶液为母液，在30 ℃和2000 rpm的搅拌速率下，将聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液缓慢加入其中，进行原位成核静电自组装5 h，得到环糊精纳米粒子分散液。将该分散液均匀涂布于纤维素纸粗糙面，干燥后测定纳米环糊精添加剂在纤维素纸上的涂布量约为6 g/m2。将改性纤维素纸分切用于卷制醋纤沟槽滤棒试样烟并测定其主流烟气中苯酚释放量，以使用未改性纤维素纸的同规格卷烟为对照，结果如下表3所示。
表3. 本发明的纳米环糊精添加剂对主流烟气中苯酚释放量的影响

实施例4：
将400 g羧甲基-β-环糊精和800 g氨基聚乙二醇盐酸盐分别溶解于20 kg水溶液中，以羧甲基-β-环糊精水溶液为母液，在35 ℃和3000 rpm的搅拌速率下，将氨基聚乙二醇盐酸盐水溶液缓慢加入其中，进行原位成核静电自组装2 h，得到环糊精纳米粒子分散液。将该分散液均匀涂布于纤维素纸粗糙面，干燥后测定纳米环糊精添加剂在纤维素纸上的涂布量约为8 g/m2。将改性纤维素纸分切用于卷制醋纤沟槽滤棒试样烟并测定其主流烟气中苯酚释放量，以使用未改性纤维素纸的同规格卷烟为对照，结果如下表4所示。
表4. 本发明的纳米环糊精添加剂对主流烟气中苯酚释放量的影响

实施例5：
将800 g羧甲基-β-环糊精和2 kg双氨基聚乙二醇盐酸盐分别溶解于20 kg水溶液中，以羧甲基-β-环糊精水溶液为母液，在30 ℃和3000 rpm的搅拌速率下，将双氨基聚乙二醇盐酸盐水溶液缓慢加入其中，进行原位成核静电自组装5 h，得到环糊精纳米粒子分散液。将该分散液均匀涂布于纤维素纸粗糙面，干燥后测定纳米环糊精添加剂在纤维素纸上的涂布量约为10 g/m2。将改性纤维素纸分切用于卷制醋纤沟槽滤棒试样烟并测定其主流烟气中苯酚释放量，以使用未改性纤维素纸的同规格卷烟为对照，结果如下表5所示。
表5. 本发明的纳米环糊精添加剂对主流烟气中苯酚释放量的影响

实施例6：
将2 kg羧甲基-β-环糊精和500 g季铵盐化聚4-乙烯吡啶分别溶解于20 kg水溶液中，以羧甲基-β-环糊精水溶液为母液，在25 ℃和1500 rpm的搅拌速率下，将季铵盐化聚4-乙烯吡啶水溶液缓慢加入其中，进行原位成核静电自组装5 h，得到环糊精纳米粒子分散液。将该分散液均匀涂布于纤维素纸粗糙面，干燥后测定纳米环糊精添加剂在纤维素纸上的涂布量约为7 g/m2。将改性纤维素纸分切用于卷制醋纤沟槽滤棒试样烟并测定其主流烟气中苯酚释放量，以使用未改性纤维素纸的同规格卷烟为对照，结果如下表6所示。
表6. 本发明的纳米环糊精添加剂对主流烟气中苯酚释放量的影响
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