凹凸棒石在烟草工业中作烟丝添加剂和/或过滤咀添加剂 【技术领域】
凹凸棒石在烟草工业中作烟丝添加剂和/或过滤咀添加剂，涉及凹凸棒石应用和卷烟生产技术领域。
背景技术
当今世界，吸烟与健康的关系进一步受到人们的广泛关注。卷烟燃烧所形成的烟气是一种气溶胶，焦油约占烟气总量的6-8％，它是烟气中许多物质混合而成的粒相物，含有许多有害物质，如稠环芳烃类，酚类，N-亚销胺类，某些杂环化合物。它们大都是促癌和致癌物，主要引发肺癌和其它器官癌。气相约占烟气总量的92％，气相中主要有害物质有：CO，NO，HCN，丙烯醛等。采用多种渠道降低焦油含量及其中有害物质，是烟草行业研究的一大课题。
我国1997年1月1日起实行的《卷烟》系列新国标中，对卷烟烟气中焦油量档次及相应焦油量作了明确的规定：＜12mg/支为低，12-＜16mg/支为中低，16-＜19mg/支为中，19-＜23mg/支为中高，≥23mg/支为高。到2005年，高于15mg/支的卷烟不准上市。
但一味降低焦油含量使烟民感到卷烟口味平淡，无法满足生理需求。因此，在降低焦油中有害成分的同时，还要改善卷烟的吃，香味。
凹凸棒石是一种层链状结构黏土矿石，由于其特殊的结构特征而具有极强的选择吸附能力。凹凸棒石又叫坡缕石或坡缕缟石，在苏联乌拉尔，美国佐治亚洲的attapulgus地区，法国摩尔莫隆地区发现该种矿石。1976年，中国学者许冀泉根据凹凸堡之音同时兼顾该矿物的晶体结构特征，译成“凹凸棒石”，近年来在国内传用。上世纪80年代初，探明苏皖凹凸矿带储量达近20亿吨，是我国唯一探明的具有长期开采利用价值的凹凸棒石黏土矿产资源。对凹凸棒石吸附特性及开发利用进行了大量研究，主要集中在建材，轻，农业，畜牧业，纺织，石油勘探，食品油脂加工，环保，化工，化妆品，塑料橡胶，制药，冶金等工业。凹凸棒石在烟草制品中的应用尚未见报道。
【发明内容】
本发明的目的是提供凹凸棒石在烟草工业中用作烟丝添加剂和/或过滤咀添加剂。作过滤咀添加剂有助于降低烟气中地焦油及有害成分；作烟丝添加剂在基本不增加焦油含量的情况下能提高烟碱含量，改善卷烟的吃、香味。
凹凸棒石的晶体形状为棒状、纤维状、针状，长0.5-5微米，宽0.05-0.15微米，为2∶1型黏土矿物，即两层硅氧四面体，一层铝氧八面体，其分子式为Mg5Si8O20(OH)2(OH2)44H2O。凹凸棒石黏土集合体为土状块体构造，颜色为灰白色、青灰、微黄或浅绿，油脂光泽，比重轻，摩式硬度2-3级，潮湿时呈粘性和可塑性，干燥收缩小，且不产生龟裂，吸水性强，可达到150％以上。由于内部孔道多，比表面积大，可达350m2/克，大部分的阳离子、水分子和一定大小的有机分子均可直接被吸入孔道中，而它的电化学性能稳定，不宜被电解质所絮凝。
凹凸棒石经江苏省科委组织鉴定，具有较高的安全卫生性，在医药、食品等行业已有广泛应用。本发明探讨凹凸棒石作为添加剂，加入卷烟烟丝及滤棒，制成成品卷烟的工艺。
凹凸棒石制备工艺流程：采矿，选矿——配料，预处理——磨粉——碾泥——烘干焙烤——分级，造粒——表面处理，活化和改性——精选及深加工——均化热化控制——存储及计量包装。
本发明技术方案：用凹凸棒石作为烟丝添加剂和/或过滤咀添加剂。作烟丝添加剂：在烟丝中添加烟丝重量比0.01-0.5％的凹凸棒石；过滤咀添加剂：取凹凸棒石粉使其均匀悬浮于三醋酸甘油酯中，配成重量比为0.1-10％的凹凸棒石粉悬浊液，将悬浊液在滤咀机上喷淋在醋酸纤维丝束上，制成合格的烟用过滤咀棒。凹凸棒石粉添加量(重量比)为3％的凹凸棒石三醋酸甘油酯悬浊液，喷淋丝束上，过滤效果更佳，所用凹凸棒石粉的细度为500-1200目最适宜。
烟丝中添加凹凸棒石的制备工艺：将0.25g甲基纤维素(CMC)加到50ml乙醇中，振动搅拌，再将2.5g凹凸棒石加入，然后再加入100ml乙醇稀释并不断搅拌，使之成为均匀悬浊液，然后用雾化器将其形成雾状喷加到5kg烟丝中，放置8小时(环境相对湿度为65±5％)将乙醇挥发，然后在卷烟机上卷制成型。
作为过滤咀添加剂，控制三醋酸甘油酯含量约为0.05g/支，控制过滤咀中吸附剂凹凸棒石含量为0.5-2.5mg/支。
滤咀添加凹凸棒石后对烟气中的焦油、烟碱、一氧化碳的过滤吸附效果如表1所示。
表1各种滤咀对烟气中的焦油、烟碱、一氧化碳的过滤吸附效果比较总粒相物(mg/支) 焦油 (mg/支)焦油变化率％ 烟碱 (mg/支) 烟碱变 化率％ 焦油/烟 碱比 CO (mg/支) CO变化 率％ 1％凹凸棒石19.13 13.9 4.79 1.12 1.75 12.4∶1 17.5 -0.57 3％凹凸棒石18.01 13.2 9.59 1.14 0 11.6∶1 16.3 6.32 5％凹凸棒石18.40 14.0 4.11 1.18 -3.50 11.9∶1 16.9 2.87 滤咀原样19.98 14.6 0 1.14 0 12.8∶1 17.4 0 活性炭滤咀17.16 13.2 9.59 1.08 5.26 12.2∶1 17.2 1.1
滤咀添加凹凸棒石后对焦油中有害成分的吸附效果如表2所示。
表2各种滤咀对焦油中有害成分的吸附效果苯并芘％苯并荧蒽％ ％ 芘％ 荧蒽％ 蒽％ 菲％苯并蒽％滤咀原样烟支0.2201 0.2427 0.1901 0.1681 0.8142 0.2298 0.8882 0.00553％凹凸棒石烟支0.1718 0.1949 0.0351 0.0695 0.2623 0.0588 0.1939 0.0217活性炭滤咀烟支0.4477 0.3140 0.1042 0.0667 0.6909 0.2132 0.7040 0.0098
烟丝中添加凹凸棒石对烟气焦油，烟碱的影响：
表3烟丝中添加凹凸棒石与对照卷烟焦油、烟碱的比较 总粒相物 (mg/支) 焦油 (mg/支) 烟碱 (mg/支) CO (mg/支)烟丝原样烟支 21.04 15.4 1.38 16.5烟丝添加凹凸棒石烟支 21.14 16.1 1.66 15.9增减量 0.10 0.70 0.28 -0.6增减率(％) 0.48 4.54 20.3 --3.64
添加凹凸棒石卷烟烟丝焦油比对照组高0.7mg，增加率4.54％，但其烟碱比对照组高0.28mg，增加率20.3％。可解决低焦油卷烟烟碱含量较低，吃味平淡的问题。
烟丝中添加凹凸棒石对焦油中有害成分的影响：
表4组分分离结果(绝对量) 总粒相物 (mg/支) 饱和烃 (mg/支) 芳烃 (mg/支) 非烃 (mg/支) 沥青质 (mg/支) 柱留非烃 (mg/支)烟丝原样烟支 21.04 0.41 0.49 3.31 7.51 9.32烟丝添加凹凸棒石烟支 21.14 0.65 0.47 3.81 8.91 7.30增减量 0.10 0.24 -0.02 0.50 1.40 -2.02增减率(％) 0.48 58.54 -4.08 15.1 18.64 -21.67
由表看出，尽管两种卷烟总粒相物相差不大，仅为0.48％，但抽提物各组分相对量，绝对量发生根本变化。烟丝中加凹凸棒石烟支饱和烃类物质比原样烟支增加0.24mg，增幅58.54％；芳烃类物质下降0.02mg，降幅4.08％；非烃增加0.50mg，增幅15.1％；沥青质增加1.40mg，增幅18.64％；柱留非烃降低2.02mg，降幅21.67％。由此进一步证明凹凸棒石对芳烃类物质有一定吸附能力，但对饱和烃，低分子杂环杂原子化合物(非烃)，高分子杂环化合物(沥青质)吸附很少，并且可能在凹凸棒石参与卷烟高温燃烧促使烟丝中某些组分生成饱和烃及低分子杂原子化合物和高分子杂环化合物，由于这类物质中如酯类、多酚类、挥发油等物质对卷烟的吃味起较大作用，由此也进一步证明添加凹凸棒石对卷烟吃味改善的作用机理。
表5芳烃色谱分析结果苯并芘 ％苯并荧蒽 ％ ％ 芘 ％ 荧蒽 ％ 蒽 ％ 菲 ％ 苯并蒽 ％烟丝原样烟支0.2201 0.2427 0.1901 0.1681 0.8143 0.2298 0.8882 0.0055烟丝添加凹凸棒石烟支0.1301 0.2172 0.0327 0.1116 0.5356 0.1752 0.6091 0.0024增减量-0.09 -0.0255 -0.1574 -0.0565 -0.2787 -0.0546 -0.2791 -0.0031增减率(％)-40.89 -10.51 -82.80 -33.61 -34.23 -23.76 -31.42 -56.36
检验结果表明凹凸棒石对芳烃中强致癌物质有较强的吸附能力。
本发明的有益效果：凹凸棒石矿藏资源比较丰富，开发、研究其在烟草工业中的应用具有广阔的前景。
在实际生产工艺中，只需对现有设备作轻微改动和调整，即可实现凹凸棒石在烟丝中的添加。相对于其它添加剂对烟丝的添加效果来说，其添加成本较低，添加工艺简单，添加效果显著，可为卷烟生产带来可喜的经济效益和社会效益，有着极大的推广价值。
烟丝中添加0.5‰凹凸棒石卷烟与对照组对比，烟碱增加0.28mg/支；增幅20.3％，焦油总体水平基本没有变化。通过气相色谱分析，虽然其不能降低卷烟焦油量，但对降低焦油中有害成分效果显著。采用拉丁方程评吸方法，请省级专家评委评吸，烟丝添加凹凸棒石后，卷烟内在评吸效果得到了极大的提高，使卷烟从B类跃升为A类，内在评吸指标得到很大的改善，谐调性大幅提高，杂气和刺激性得到了消除，余味得到了改善。
在实际生产工艺中，滤咀中物理添加凹凸棒石，其成本低廉，对设备要求低，基本不用改造和购买新设备。滤咀添加凹凸棒石后降焦油、降CO效果明显，焦油降低1.4mg/支，CO降低1.1mg/支；对致癌物质苯并芘、苯并荧蒽的降低也都很显著，平均比对照样品降低幅度分别为21.9％和19.7％。烟碱量基本保持不变，在降低焦油的同时，维持了卷烟原有的吃、香味。
【具体实施方式】
实施例1
烟用滤咀中添加凹凸棒石
取900目的凹凸棒石粉使其均匀悬浮于三醋酸甘油酯中，分别配成1％、3％、5％的悬浊液。将1％、3％、5％(w/w)的凹凸棒石悬浊液在滤咀机上喷淋在醋酸纤维丝束上，制成合格的过滤咀棒样品，控制每支棒中含吸附剂约为0.5mg/支、1.5mg/支、2.5mg/支，三醋酸甘油酯含量约为0.05g/支，考虑到吸附能力，原料成本及实际生产设备的接合等因素，凹凸棒石颗粒直径不能选的太大或太小。
实施例2
烟丝中添加凹凸棒石
先将0.25g CMC加入50ml乙醇中，振动搅拌，再将2.5g凹凸棒石加入，然后再加入100ml乙醇稀释并不断搅拌，使之成为均匀悬浊液，然后用雾化器将其形成雾状喷加到5kg烟丝中，放置8小时(环境相对湿度为65±5％)将乙醇挥发，然后在卷烟机上卷制成型。