一种壳聚糖改性烟用二醋酸纤维丝束的生产方法 【技术领域】
一种壳聚糖改性烟用二醋酸纤维丝束的生产方法，属于香烟过滤嘴的制备技术领域。
背景技术
卷烟在燃烧过程中产生大量的化学物质主要存在于气溶胶中，气溶胶又分为气相部分和粒相部分。气相部分约占整个烟气重量的92％，其中包括有机物和无机物的蒸汽，过量的氮气(约58％)、氧气(约12％)、二氧化碳(约13％)、少量的碳氢化合物、含氧化合物及其他成分，并且含有具有生物活性的物质。气相中的有害成分主要有一氧化碳、氢氰酸、挥发性的醛类物质、挥发性的亚硝胺、氮氧化物、吡啶和气相自由基等。约占整个烟气重量8％的粒相部分主要由烟碱、焦油和水分组成。烟碱(尼古丁)对人的中枢神经有强烈的刺激和麻痹作用，少量使人兴奋，大量会引起晕眩、呕吐甚至中毒死亡。焦油中存在诱发癌症的物质，其中0.2％是致癌的引发剂，0.4％是致癌的协同剂。前者可改变细胞的遗传结构，使正常细胞变为癌细胞；后者本身不能改变细胞的遗传结构，但能刺激被激发的细胞，导致肿瘤的发展。焦油中地致癌物质主要是一些多环芳烃类化合物，它们是烟草在燃烧时热解形成的，具有强致癌作用的苯并[a]芘可作为其中的代表。因此，吸烟与健康问题一直是烟草行业致力解决的问题。
自然界中，甲壳素广泛存在于低等植物菌类、藻类的细胞，节肢动物虾、蟹、蝇蛆和昆虫的外壳，贝类、软体动物(如鱿鱼、乌贼)的外壳和软骨，高等植物的细胞壁等，其每年生物合成的资源量高达100亿吨，是地球上仅次于植物纤维的第二大生物资源，其中海洋生物的生成量在10亿吨以上，可以说是一种用之不竭的生物资源。
将甲壳素用强碱在加热条件下脱去乙酰基可得到可溶性甲壳素——壳聚糖。壳聚糖系白色或淡黄色片状固体，英文名称：Chitosan，简称CTS，其化学名称为：聚葡萄糖胺(1，4-2-胺基-脱氧-β-D葡萄糖)。在壳聚糖分子中存在有氨基和羟基，它们都有配位螯合功能，能与过渡金属离子形成配位化合物而具有选择吸附的功能，同时均可与交联剂接技成网状聚合物，溶解在稀酸中能形成高粘度的胶体物质，其水溶液是阳离子电解质，具有很好的絮凝作用。壳聚糖的氨基具有阳离子交换功能，当pH＜6.5时有高电荷密度，能吸附在负电荷表面，与许多金属离子螯合。壳聚糖有良好的生物相容性和生物活性，无毒，易于生物降解。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种壳聚糖改性烟用二醋酸纤维丝束的生产方法，以降低香烟烟气中有害成份，提高香烟过滤嘴的过滤效果。
本发明的技术方案，采用壳聚糖改性烟用二醋酸纤维丝束的方法是：选用壳聚糖对烟用二醋酸纤维丝束进行改性；在烟用二醋酸纤维丝束生产工艺的纺丝单元中，在油槽中放置一种含有壳聚糖和亲水性表面活性剂的复合油剂形成均匀乳液；在上油过程中将壳聚糖结合到二醋酸纤维丝束表面。
选用壳聚糖的技术指标为：
所用壳聚糖包括普通壳聚糖或不同脱乙酰度的壳聚糖。由于壳聚糖的脱乙酰度对于其对烟气中有害物质的滤除作用有重要的影响，脱乙酰度越大，对于烟碱和焦油的过滤效率越高，脱乙酰度为95％的壳聚糖效果最好。
将壳聚糖添加到复合油剂中形成均匀乳液的技术要求包括：
所用复合油剂的组成为，5-10％的市售T90油剂加90-95％的壳聚糖稀醋酸水溶液，壳聚糖稀醋酸水溶液为4-10‰质量百分浓度的壳聚糖溶于1-3％质量百分浓度的醋酸水溶液中。
混合体系基本组成为7％的市售T90油剂(66％矿物油+5％水+29％表面活性剂(亲油性∶亲水性＝5.5∶1))+93％的5‰壳聚糖稀醋酸(2％)水溶液，所组成的复合油剂效果最好。
本发明的有益效果：本发明采用壳聚糖对烟用二醋酸纤维丝束进行改性，以实现降焦减害为目标，改性后的烟用二醋酸纤维丝束对香烟主流烟气中主要有害成份的去除效果明显提高，这些有害成份主要包括总颗粒物(TPM)、烟碱、焦油、多环芳烃类化合物、苯并[a]芘、挥发性脂肪醛类和自由基等。本方法的创新特点为：(1)以往的方法是把固体粒相添加剂直接添加在滤嘴中，很难保证质量稳定。本方法把添加剂制成液态后与生产工相结合，工艺简单，且稳定性很好；(2)壳聚糖能够对有害物质进行选择性吸附，且其本身对人体无害，还是一种环境友好材料，不会造成二次污染；(3)本发明生产的二醋酸纤维丝束具有良好的抗菌性能，利于丝束的贮存、运输，简化了一般丝束生产及使用过程中添加其它抗菌剂的工艺过程。
烟用二醋酸纤维丝束是我国最为重要的卷烟材料之一。本专利的研究成果不仅可提高烟用二醋酸纤维丝束行业的加工技术水平，使二醋酸纤维丝束增值增效，而且由于采用本发明制备的二醋酸纤维丝束制成卷烟滤棒，能有效截留卷烟烟气中的焦油类有害物质，提高卷烟档次，缓解吸烟与健康的矛盾，因此，具有重要的社会和环境效益。
采用经壳聚糖改性的二醋酸纤维丝束作为香烟过滤嘴对卷烟进行烟气中总颗粒物(TPM)、烟碱和焦油过滤，其去除效果见表1。
表1 改性二醋酸纤维滤嘴对卷烟烟气中烟碱和焦油的吸附作用 TPM(mg/支) 烟碱(mg/支) 焦油(mg/支) 对照 23.40 1.10 19.85 样品1 16.64 0.67 14.47 样品2 16.32 0.62 14.50 样品3 16.37 0.65 14.31 样品4 16.59 0.69 14.39
采用经壳聚糖改性的二醋酸纤维丝束作为香烟过滤嘴对卷烟进行烟气中苯并[a]芘过滤，其去除效果与对照相比，所有样品的主流烟气中的苯并[a]芘含量都明显下降，降低幅度最大的为23.0％，平均下降了15.6％。
采用经壳聚糖改性的二醋酸纤维丝束作为香烟过滤嘴对卷烟进行烟气中多环芳烃过滤，其去除效果见表2，与对照香烟相比，其大部分多环芳烃含量都有所降低，说明含壳聚糖的二醋酸纤维丝束滤嘴对卷烟烟气中的多环芳烃有明显的截留效果。
表2卷烟主流烟气中多环芳烃含量 多环芳烃PAHs 普通滤嘴/(ng/支)改性滤嘴/(ng/支) 降低率/(％) 苊Acenaphthene 80.3 70.9 11.6 苊烯Acenaphthylene 186.6 152.3 18.4 蒽Anthracene 180.4 162.2 10.1 苯并(a)蒽 Benzo(a)anthracene 40.3 35.3 12.3 苯并(b)荧蒽Benzo(b)fluoranthene 28.4 25.0 11.9 苯并(ghi)苝 Benzo(ghi)perylene 11.5 10.8 6.3 苯并(k)荧蒽Benzo(k)fluoranthene 15.9 16.2 -1.6 屈Chrysene 55.6 49.9 10.4 荧蒽Fluoranthene 135.8 125.9 7.3
二苯并(a，h)荧蒽Dibenz(a，h)anthracene 8.9 8.7 2.2 芴Fluorene 454.8 397.0 12.7 茚并(1，2，3-cd)芘Indeno(1，2，3-cd)pyrene 13.4 12.3 8.4 萘Naphthalene 286.4 268.3 6.2 菲Phenanthrene 422.6 365.1 13.6 芘Pyrene 124.1 82.7 33.4
与对照卷烟相比，壳聚糖改性的二醋酸纤维丝束滤嘴对挥发性脂肪醛类有明显的过滤效果，结果见表3。
表3卷烟主流烟气中挥发性脂肪醛类的含量 醛类量(μg/支) 降低率(％) 对照 1211 样本1 936 22.7 样本2 929 23.3 样本3 921 23.9
【具体实施方式】
实施例1
所用复合油剂的配方为：7％的市售T90油剂(66％矿物油+5％水+29％表面活性剂(亲油性∶亲水性＝5.5∶1))+93％的5‰壳聚糖稀醋酸(2％)水溶液。在烟用二醋酸纤维丝束生产工艺的纺丝单元中，在油槽中放置上述复合油剂，在上油过程中将壳聚糖结合到二醋酸纤维丝束表面。
实施例2
所用复合油剂的配方为：5％的市售T90油剂(66％矿物油+5％水+29％表面活性剂(亲油性∶亲水性＝5.5∶1))+95％的4‰壳聚糖稀醋酸(3％)水溶液。在烟用二醋酸纤维丝束生产工艺的纺丝单元中，在油槽中放置上述复合油剂，在上油过程中将壳聚糖结合到二醋酸纤维丝束表面。
实施例3
所用复合油剂的配方为：10％的市售T90油剂(66％矿物油+5％水+29％表面活性剂(亲油性∶亲水性＝5.5∶1))+90％的10‰壳聚糖稀醋酸(1％)水溶液。在烟用二醋酸纤维丝束生产工艺的纺丝单元中，在油槽中放置上述复合油剂，在上油过程中将壳聚糖结合到二醋酸纤维丝束表面。