一种实时致孔卷烟纸及其制备方法和应用.pdf

本发明公开了一种实时致孔卷烟纸及其应用，主要用于降低卷烟主流烟气中HCN释放量，且对卷烟的抽吸品质不产生负面影响。本发明通过在卷烟纸生产过程中使用MOF材料，能够使使用该卷烟纸的卷烟主流烟气HCN释放量降低15％以上，获得高的抽吸品质。且该卷烟纸制备方法简单、成本低，可工业化生产。

权利要求书
1.  一种实时致孔卷烟纸，其特征在于，该卷烟纸中包括MOF材料，MOF材料占卷烟纸重量的1％～8％；所述MOF材料的粒径40～350nm。

2.  根据权利要求1所述的卷烟纸，其特征在于，MOF材料占卷烟纸重量的2％～4％。

3.  根据权利要求1所述的卷烟纸，其特征在于，MOF材料占卷烟纸重量的2.5％～3.5％。

4.  根据权利要求1-3任一项所述的卷烟纸，其特征在于，所述的MOF材料为MOF-Fe、MOF-Mn或MOF-Zn中的一种或几种。

5.  根据权利要求4所述的卷烟纸，其特征在于，所述的MOF材料与包括木浆、填料在内的原料通过打浆造纸，得到具有实时致孔功能的卷烟纸。

6.  根据权利要求5所述的卷烟纸，其特征在于，所述木浆由针叶木浆和阔叶木浆组成，针叶木浆占卷烟纸重量的9％～22％，阔叶木浆占卷烟纸质量的22％～37％。

7.  根据权利要求5所述的卷烟纸，其特征在于，所述填料为碳酸钙，碳酸钙占卷烟纸重量的23％～53％。

8.  根据权利要求5所述的卷烟纸，其特征在于，卷烟纸中进一步添加占卷烟纸重量的2％～4％的助燃剂。

9.  根据权利要求5所述的卷烟纸，其特征在于，所述助燃剂选自柠檬酸钾或柠檬酸钠中的一种或两种。

10.  权利要求1-9任一项所述的卷烟纸的制备方法，其特征在于，将木浆、MOF材料和填料混合，进行打浆、造纸，再添加助燃剂，即得卷烟纸。

11.  根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述的助燃剂以溶液形式，在施胶工序中添加在卷烟纸上。

12.  一种权利要求1-9任一项所述的实时致孔卷烟纸的用途，其用于降低卷烟主流烟气HCN释放量。

13.  一种权利要求1-9任一项所述的实时致孔卷烟纸的用途，在不影响卷烟的抽吸品质下，同时用于降低卷烟主流烟气HCN释放量。

说明书一种实时致孔卷烟纸及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种实时致孔卷烟纸及其制备方法和应用，属于卷烟制备领域。
技术背景
卷烟烟气中含有大量的有害成分，如何有效降低卷烟烟气中的有害成分一直是烟草行业的研究热点。谢剑平等人提出选用CO、氢氰酸(HCN)、4-(甲基亚硝胺基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)、氨(NH3)、苯并[a]芘(B[a]P)、苯酚、巴豆醛等7种最具有代表性的有害物质来评价卷烟的危害性。HCN是一种高挥发性的A类剧毒物，对人体的阈值仅为10ppm。卷烟中的HCN主要来自于烟草中硝酸盐和含氮化合物的燃烧，其含量约为30-300μg/支。烟气中的HCN经呼吸道迅速吸收进入机体，与高铁型细胞色素氧化酶结合变成氰化高铁型细胞色素氧化酶，失去传递氧气的作用，引起组织缺氧而中毒。
目前降低HCN的方法主要有滤嘴通风稀释法、吸收法、吸附法和催化氧化法。滤嘴通风稀释法是通过引入空气来稀释主流烟气，达到减少有害成分的目的。吸收法主要是利用碱性物质与HCN发生酸碱相互作用；吸附法主要是利用吸附剂或含有过渡金属离子改性的吸附剂与HCN发生物理吸附或络合吸附达到降低HCN释放量的目的；催化氧化主要是利用催化剂将HCN深度氧化生成CO2与NOx等。虽然上述技术能在一定程度上获得降低HCN释放量的效果，但其均会对卷烟的感官品质造成明显的负面影响，难以在工业企业推广使用。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足及行业发展的需求，本发明的第一个目的在于提供一种具有可变扩散率与孔结构的，具有实时致孔功能、用于卷烟中能够同时获得高抽吸品质的卷烟纸。
本发明的另一目的在于提供一种制备方法简单、成本低的上述卷烟纸的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述具有可变扩散率与孔结构的卷烟纸的具体应用，用于降低卷烟主流烟气中HCN释放量，同时不会在卷烟燃烧过程中产生有毒有害成分。
本发明更进一步的目的在于，提供上述具有可变扩散率与孔结构的卷烟纸的具体应用，用于降低卷烟主流烟气中HCN释放量的同时，不影响卷烟抽吸品质。
本发明的另一目的在于提供一种实时致孔卷烟纸在降低卷烟主流烟气中的HCN释放量，增加扩散率的卷烟中的应用，且该卷烟纸的卷烟抽吸品质高，无有毒有害成分产生。
本发明的技术方案：
一种实时致孔卷烟纸，该卷烟纸中包括MOF材料，MOF材料占卷烟纸重量的1％～8％；所述的MOF材料的粒径为40～350nm。
MOF材料优选占卷烟纸重量的2％～4％。
MOF材料进一步优选占卷烟纸重量的2.5％～3.5％。
所述的MOF材料为MOF-Fe、MOF-Mn或MOF-Zn中的一种或几种。
所述的MOF材料优选与包括木浆、填料在内的原料通过打浆造纸，得到具有实时致孔功能的卷烟纸。
所述木浆优选由针叶木浆和阔叶木浆组成，针叶木浆占卷烟纸重量的9％～22％，阔叶木浆占卷烟纸质量的22％～37％。
所述填料优选为碳酸钙，碳酸钙占卷烟纸重量的23％～53％。
卷烟纸中进一步优选添加占卷烟纸重量的2％～4％的助燃剂。
所述助燃剂优选选自柠檬酸钾或柠檬酸钠中的一种或两种。
上述实时致孔卷烟纸的制备方法，将木浆、MOF材料和填料混合，进行打浆、造纸，再添加微量助燃剂，即得卷烟纸。
所述的助燃剂优选以溶液形式，在施胶工序中添加在卷烟纸上。
上述的实时致孔卷烟纸的用途，将其用于降低卷烟主流烟气HCN释放量。
上述的实时致孔卷烟纸的用途，在不影响卷烟的抽吸品质下，同时用于降低卷烟主流烟气HCN释放量。
本发明的有益效果：
在现有技术中，金属有机框架材料中主要应用于电池的制备等领域。本发明首次通过在普通卷烟纸中添加MOF材料，但发明人在实验过程中发现，加入MOF材料后，HCN的含量并没有马上有所下降，发明人也不知是何原因，经过反复研究才发现，本发明的方案中需要进一步的控制MOF材料的含量和粒径大小，才会在加入卷烟纸后降低HCN的释放量，本发明通过在卷烟纸中使用MOF材料，并通过严格控制其含量和粒径，得到了具有实时致孔效果的卷烟纸，将该卷烟纸用于卷烟中，不仅意外地获得了远远高于现有技术卷烟纸的扩散率，大大降低主流烟气中HCN释放量，且通过实验发现，不同于现有去除HCN的方法，使用本发明的卷烟纸，不会对卷烟的抽吸品质产生影响。且实验过程中，发现本发明能够显著提高卷烟燃烧过程中炭化线附近卷烟纸的扩散率，改变卷烟纸的孔结构，将该具有可变扩散率的卷烟纸用于制备卷烟，可显著降低卷烟主流烟气中HCN释放量，相对普通卷烟纸卷烟， 降幅在15％以上；同时，该方法相对于传统的烟气稀释法还有一个突出的优势是添加了MOF材料后卷烟抽吸品质高，无有毒有害成分产生，具有极强的推广使用的价值。且本发明卷烟纸的制备方法简单，成本低，适合进行工业化生产和利用。
具体实施方式
以下实施例旨在说明本发明，而不是对本发明保护范围的进一步限定。
对比例1
取150公斤针叶木浆和250公斤阔叶木浆，加入碳酸钙300公斤进行打浆造纸，配制质量百分数为8％的柠檬酸钾和3％的柠檬酸钠混合添加剂溶液，将配制好的添加剂溶液在卷烟纸生产的施胶工段通过计量棒式膜转移施胶机均匀添加到卷烟纸中，按常规造纸方法生产卷烟纸，在设备上控制卷烟纸参数为：定量32g m-2，透气度60CORESTA，添加剂在卷烟纸中的添加量为1.00g m-2。此为对照样卷烟纸(编号为P1)。利用Sodim公司的全自动纸张扩散率仪测试纸张的扩散率，测试结果见表1。将制得P1卷烟纸试制某一牌号的卷烟(编号C1)，对卷制的卷烟进行主流烟气HCN释放量分析和感官质量评价，结果分别见表2、表3。
对比例2
取150公斤针叶木浆和250公斤阔叶木浆，20公斤粒径为10-30nm的MOF-Fe，加入碳酸钙300公斤进行打浆造纸，配制质量百分数为8％的柠檬酸钾和3％的柠檬酸钠混合添加剂溶液，将配制好的添加剂溶液在卷烟纸生产的施胶工段通过计量棒式膜转移施胶机均匀添加到卷烟纸中，按常规造纸方法生产卷烟纸，在设备上控制卷烟纸参数为：定量32g m-2，透气度60CORESTA，添加剂在卷烟纸中的添加量为1.00g m-2。此为对照样卷烟纸(编号为P2)。利用Sodim公司的全自动纸张扩散率仪测试纸张的扩散率，测试结果见表1。将制得P2卷烟纸试制某一牌号的卷烟(编号C2)，对卷制的卷烟进行主流烟气HCN释放量分析和感官质量评价，结果分别见表2、表3。
对比例3
取150公斤针叶木浆和250公斤阔叶木浆，20公斤粒径为400-600nm的MOF-Fe，加入碳酸钙300公斤进行打浆造纸，配制质量百分数为8％的柠檬酸钾和3％的柠檬酸钠混合添加剂溶液，将配制好的添加剂溶液在卷烟纸生产的施胶工段通过计量棒式膜转移施胶机均匀添加到卷烟纸中，按常规造纸方法生产卷烟纸，在设备上控制卷烟纸参数为：定量32g m-2，透气度60CORESTA，添加剂在卷烟纸中的添加量为1.00g m-2。此为对照样卷烟纸(编号为P3)。利用Sodim公司的全自动纸张扩散率仪测试纸张的扩散率，测试结果见表1。将制得P3卷烟 纸试制某一牌号的卷烟(编号C3)，对卷制的卷烟进行主流烟气HCN释放量分析和感官质量评价，结果分别见表2、表3。
对比例4
取150公斤针叶木浆和250公斤阔叶木浆，5公斤粒径为40-350nm的MOF-Fe，加入碳酸钙300公斤进行打浆造纸，配制质量百分数为8％的柠檬酸钾和3％的柠檬酸钠混合添加剂溶液，将配制好的添加剂溶液在卷烟纸生产的施胶工段通过计量棒式膜转移施胶机均匀添加到卷烟纸中，按常规造纸方法生产卷烟纸，在设备上控制卷烟纸参数为：定量32g m-2，透气度60CORESTA，添加剂在卷烟纸中的添加量为1.00g m-2。此为对照样卷烟纸(编号为P4)。利用Sodim公司的全自动纸张扩散率仪测试纸张的扩散率，测试结果见表1。将制得P4卷烟纸试制某一牌号的卷烟(编号C4)，对卷制的卷烟进行主流烟气HCN释放量分析和感官质量评价，结果分别见表2、表3。
对比例5
取150公斤针叶木浆和250公斤阔叶木浆，70公斤粒径为40-350nm的MOF-Fe，加入碳酸钙300公斤进行打浆造纸，配制质量百分数为8％的柠檬酸钾和3％的柠檬酸钠混合添加剂溶液，将配制好的添加剂溶液在卷烟纸生产的施胶工段通过计量棒式膜转移施胶机均匀添加到卷烟纸中，按常规造纸方法生产卷烟纸，在设备上控制卷烟纸参数为：定量32g m-2，透气度60CORESTA，添加剂在卷烟纸中的添加量为1.00g m-2。此为对照样卷烟纸(编号为P5)。利用Sodim公司的全自动纸张扩散率仪测试纸张的扩散率，测试结果见表1。将制得P5卷烟纸试制某一牌号的卷烟(编号C5)，对卷制的卷烟进行主流烟气HCN释放量分析和感官质量评价，结果分别见表2、表3。
对比例6
将制得的粒径为40-350nm的MOF-Fe材料按照添加量为5％的比例加入到试制卷烟的滤嘴中，采用对比实施例中的卷烟纸P1试制卷烟，得到滤嘴中添加MOF-Fe材料的卷烟C6，卷制的卷烟进行主流烟气HCN释放量分析和感官质量评价，结果分别见表2、表3。
实施例1
取150公斤针叶木浆、250公斤阔叶木浆、20公斤粒径为40-350nm的MOF-Fe，加入碳酸钙300公斤进行打浆造纸，配制质量百分数为8％的柠檬酸钾和3％的柠檬酸钠混合添加剂溶液，将配制好的添加剂溶液在卷烟纸生产的施胶工段通过计量棒式膜转移施胶机均匀添加到卷烟纸中，按常规造纸方法生产卷烟纸，在设备上控制卷烟纸参数为：定量32g m-2，透气 度60CORESTA,添加剂在卷烟纸中的添加量为1.00g m-2(编号为P7)。利用Sodim公司的全自动纸张扩散率仪测试纸张的扩散率，测试结果见表1。将制得P7卷烟纸试制某一牌号的卷烟(编号C7)，对卷制的卷烟进行主流烟气HCN释放量分析和感官质量评价，结果分别见表2、表3。
实施例2
取120公斤针叶木浆、220公斤阔叶木浆、20公斤粒径为40-350nm的MOF-Zn，加入碳酸钙300公斤进行打浆造纸，配制质量百分数为8％的柠檬酸钾和3％的柠檬酸钠混合添加剂溶液，将配制好的添加剂溶液在卷烟纸生产的施胶工段通过计量棒式膜转移施胶机均匀添加到卷烟纸中，按常规造纸方法生产卷烟纸，在设备上控制卷烟纸参数为：定量32g m-2，透气度60CORESTA,添加剂在卷烟纸中的添加量为1.00g m-2(编号为P8)。利用Sodim公司的全自动纸张扩散率仪测试纸张的扩散率，测试结果见表1。将制得P8卷烟纸试制某一牌号的卷烟(编号C8)，对卷制的卷烟进行主流烟气HCN释放量分析和感官质量评价，结果分别见表2、表3。
实施例3
取110公斤针叶木浆、200公斤阔叶木浆、20公斤粒径为40-350nm的MOF-Mn，加入碳酸钙280公斤进行打浆造纸，配制质量百分数为8％的柠檬酸钾和3％的柠檬酸钠混合添加剂溶液，将配制好的添加剂溶液在卷烟纸生产的施胶工段通过计量棒式膜转移施胶机均匀添加到卷烟纸中，按常规造纸方法生产卷烟纸，在设备上控制卷烟纸参数为：定量32g m-2，透气度60CORESTA,添加剂在卷烟纸中的添加量为1.00g m-2(编号为P9)。利用Sodim公司的全自动纸张扩散率仪测试纸张的扩散率，测试结果见表1。将制得P9卷烟纸试制某一牌号的卷烟(编号C9)，对卷制的卷烟进行主流烟气HCN释放量分析和感官质量评价，结果分别见表2、表3。
实施例4
取170公斤针叶木浆、260公斤阔叶木浆、10公斤MOF-Fe、16公斤MOF-Zn，加入碳酸钙400公斤进行打浆造纸，配制质量百分数为8％的柠檬酸钾和3％的柠檬酸钠混合添加剂溶液，将配制好的添加剂溶液在卷烟纸生产的施胶工段通过计量棒式膜转移施胶机均匀添加到卷烟纸中，按常规造纸方法生产卷烟纸，在设备上控制卷烟纸参数为：定量32g m-2，透气度60CORESTA,添加剂在卷烟纸中的添加量为1.00g m-2(编号为P10)。利用Sodim公司的全自动纸张扩散率仪测试纸张的扩散率，测试结果见表1。将制得P10卷烟纸试制某一牌号的 卷烟(编号C10)，对卷制的卷烟进行主流烟气HCN释放量分析和感官质量评价，结果分别见表2、表3。
实施例5
取140公斤针叶木浆、240公斤阔叶木浆、15公斤MOF-Fe、8公斤MOF-Mn，加入碳酸钙290公斤进行打浆造纸，配制质量百分数为8％的柠檬酸钾和3％的柠檬酸钠混合添加剂溶液，将配制好的添加剂溶液在卷烟纸生产的施胶工段通过计量棒式膜转移施胶机均匀添加到卷烟纸中，按常规造纸方法生产卷烟纸，在设备上控制卷烟纸参数为：定量32g m-2，透气度60CORESTA,添加剂在卷烟纸中的添加量为1.00g m-2(编号为P11)。利用Sodim公司的全自动纸张扩散率仪测试纸张的扩散率，测试结果见表1。将制得P11卷烟纸试制某一牌号的卷烟(编号C11)，对卷制的卷烟进行主流烟气HCN释放量分析和感官质量评价，结果分别见表2、表3。
实施例6
取150公斤针叶木浆、250公斤阔叶木浆、10公斤MOF-Mn、17公斤MOF-Zn，加入碳酸钙300公斤进行打浆造纸，配制质量百分数为8％的柠檬酸钾和3％的柠檬酸钠混合添加剂溶液，将配制好的添加剂溶液在卷烟纸生产的施胶工段通过计量棒式膜转移施胶机均匀添加到卷烟纸中，按常规造纸方法生产卷烟纸，在设备上控制卷烟纸参数为：定量32g m-2，透气度60CORESTA,添加剂在卷烟纸中的添加量为1.00g m-2(编号为P12)。利用Sodim公司的全自动纸张扩散率仪测试纸张的扩散率，测试结果见表1。将制得P12卷烟纸试制某一牌号的卷烟(编号C12)，对卷制的卷烟进行主流烟气HCN释放量分析和感官质量评价，结果分别见表2、表3。
实施例7
取170公斤针叶木浆、260公斤阔叶木浆、8公斤MOF-Fe、10公斤MOF-Zn、9公斤MOF-Mn，加入碳酸钙400公斤进行打浆造纸，配制质量百分数为8％的柠檬酸钾和3％的柠檬酸钠混合添加剂溶液，将配制好的添加剂溶液在卷烟纸生产的施胶工段通过计量棒式膜转移施胶机均匀添加到卷烟纸中，按常规造纸方法生产卷烟纸，在设备上控制卷烟纸参数为：定量32g m-2，透气度60CORESTA,添加剂在卷烟纸中的添加量为1.00g m-2(编号为P13)。利用Sodim公司的全自动纸张扩散率仪测试纸张的扩散率，测试结果见表1。将制得P13卷烟纸试制某一牌号的卷烟(编号C13)，对卷制的卷烟进行主流烟气HCN释放量分析和感官质量评价，结果分别见表2、表3。
实施例8
取130公斤针叶木浆、240公斤阔叶木浆、10公斤MOF-Fe、6公斤MOF-Zn、6公斤MOF-Mn，加入碳酸钙300公斤进行打浆造纸，配制质量百分数为8％的柠檬酸钾和3％的柠檬酸钠混合添加剂溶液，将配制好的添加剂溶液在卷烟纸生产的施胶工段通过计量棒式膜转移施胶机均匀添加到卷烟纸中，按常规造纸方法生产卷烟纸，在设备上控制卷烟纸参数为：定量32g m-2，透气度60CORESTA,添加剂在卷烟纸中的添加量为1.00g m-2(编号为P14)。利用Sodim公司的全自动纸张扩散率仪测试纸张的扩散率，测试结果见表1。将制得P14卷烟纸试制某一牌号的卷烟(编号C14)，对卷制的卷烟进行主流烟气HCN释放量分析和感官质量评价，结果分别见表2、表3。
表1 卷烟纸烘烤前(后)扩散率的变化
卷烟纸试样烘烤前扩散率(cm/s)烘烤后扩散率(cm/s)增加率P11.563.19104.5％P21.593.23103.1％P31.553.0798.1％P41.603.1596.9％P51.543.10101.3％P71.563.88148.7％P81.583.76138.0％P91.603.79136.9％P101.593.69132.1％P111.543.86150.6％P121.514.05168.2％P131.584.16163.3％P141.543.96157.1％
表2 卷烟主流烟气HCN释放量


表3 卷烟感官质量评吸数据(评委人数9人)
卷烟试样光泽(5)香气(32)协调(6)杂气(12)刺激性(20)余味(25)合计C15.030.05.110.817.722.290.8C25.029.85.110.917.722.290.7C35.029.95.110.817.622.190.5C45.029.65.110.817.722.090.2C55.029.75.110.817.722.290.5C65.029.25.010.817.522.189.6C75.030.05.110.817.822.391.0C85.030.05.110.817.922.391.1C95.030.05.110.817.922.391.1C105.030.05.110.717.722.290.7C115.030.05.110.817.822.391.0C125.030.05.110.917.922.391.2C135.030.05.110.817.822.491.1C145.030.05.110.817.722.290.8