一種含有硫醚鏈段的橋聯倍半矽氧烷氣凝膠作為捲菸過濾嘴材料的用途

2023-05-28 18:19:31

一種含有硫醚鏈段的橋聯倍半矽氧烷氣凝膠作為捲菸過濾嘴材料的用途
【專利摘要】本發明涉及一種含有硫醚鏈段的橋聯倍半矽氧烷氣凝膠作為捲菸過濾嘴材料的用途。所述含有硫醚鏈段的橋聯倍半矽氧烷氣凝膠由巰基矽氧烷與乙烯基矽氧烷在催化劑的作用下通過巰基--雙鍵點擊反應製備。該氣凝膠材料被模塑成濾棒狀、塊狀、圓筒狀或片狀的整體式材料單獨作為過濾嘴材料使用，或者與醋酸纖維絲束、聚丙烯絲束分段式複合使用，或者被粉碎成顆粒狀或粉末後，作為三元過濾嘴的中間段填充材料使用。該氣凝膠材料對煙氣吸附效果明顯，可以有效降低捲菸主流煙氣中的有害成分。本發明提供的濾嘴材料是醋纖濾棒的很好的替代品，且綜合性能更優異，具有良好的市場應用前景。
【專利說明】一種含有硫醚鏈段的橋聯倍半矽氧烷氣凝膠作為捲菸過濾嘴材料的用途

【技術領域】
[0001]本發明屬於捲菸濾嘴材料領域。

【背景技術】
[0002]為了減少菸草危害，世界衛生組織成員國籤訂了第一個限制菸草的全球性公約一《菸草控制框架公約》，為在全球控制菸草危害、共同維護人類健康提供了法律框架。我國是世界上捲菸生產和消費的大國，也是菸民最多的國家。近年來，隨著生活水平不斷提高，消費者的自身健康保護意識和環保意識逐漸增強，對捲菸安全性的要求也越來越高。因此，研製低焦油安全型過濾嘴香菸是我國捲菸生產中一個迫切的問題，而開發合適的濾材是解決這一問題的有效途徑。
[0003]自從1930年用棉花作過濾材料的第一個捲菸濾嘴問世以來，過濾嘴便成為降低或消除捲菸煙氣中有害成分的最重要手段。濾嘴作為吸菸者與主流煙氣之間的橋梁，可以有效地濾除捲菸主流煙氣中的焦油、菸鹼及其他多種有害成分，減少煙氣對人體健康及環境的危害。採用不同的過濾嘴材料，降低有害成分的效果是不一樣的。目前，國內外普遍使用的濾嘴材料是二醋酸纖維絲束、聚丙烯絲束、活性炭、無機礦物纖維等。上述幾種材料都存在或多或少的缺點，如二醋酸纖維絲束的原料來源和製備工藝等導致其價格相對較高，聚丙烯絲束不能吸附煙氣中的醛類化合物如乙醛、丙烯醛、苯和甲苯等，活性炭容易被吸入體內等。因此，需開發一種新的材料用作濾材來提高降低煙氣中有害成分的效能。


【發明內容】

[0004]本發明的目的在於提供了一種含有硫醚鏈段的橋聯倍半矽氧烷氣凝膠作為捲菸過濾嘴材料的用途。並提供所述新型濾嘴材料的製備方法。這種方法簡便、性能優異，具有很好的應用前景。
[0005]在優選的實施方案中，所述含有硫醚鏈段的橋聯倍半矽氧烷氣凝膠由巰基矽氧烷與乙烯基矽氧烷在催化劑的作用下通過巰基一雙鍵點擊反應製備。其中巰基-雙鍵反應是點擊化學反應的一種，點擊反應是加成反應的一種，具有反應速度快、定向選擇性高、反應條件溫和、反應適應性強等特點，已被廣泛應用於聚合物合成和功能化、表面改性、納米壓印材料、聚合物微球、塗層以及凝膠等。
[0006]在優選的實施方案中，所述含有硫醚鏈段的橋聯倍半矽氧烷氣凝膠被模塑成濾棒狀、塊狀、圓筒狀或片狀的整體式材料單獨作為過濾嘴材料使用，或者被粉碎成顆粒狀或粉末後，作為三元過濾嘴的中間段填充材料使用。其中所述含有硫醚鏈段的橋聯倍半矽氧烷氣凝膠作為捲菸過濾嘴材料時，能夠降低煙氣中的苯並[α]芘、ΝΝΚ、苯酚、焦油和氰化氫含量。
[0007]在優選的實施方案中，所述疏基娃氧燒為疏丙基二甲氧基娃燒、疏丙基二乙氧基娃燒或疏丙基甲基~■甲氧基娃燒中的一種。所述乙稀基娃氧燒為乙稀基二甲氧基娃燒、乙稀基二乙氧基娃燒、乙稀基甲基_■甲氧基娃燒中的一種。所述的催化劑為2，2- _■甲氧基-2-苯基乙醯苯、4』，6』 -二甲氧基-2-2』 -羥基-2-苯基乙醯苯、2，4- 二甲基乙醯苯或2-羥基-3-碘-4，6- 二甲氧基苯乙酮。
[0008]在優選的實施方案中，將所述氣凝膠粉碎成粉末，然後添加到三元空腔濾棒的空腔中使用。在優選的實施方案中，其中所述氣凝膠粉末在三元空腔濾棒的空腔中的添加量為10?50mg/支。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]無

【具體實施方式】
[0010]本發明中使用的含有硫醚鏈段的橋聯倍半矽氧烷氣凝膠的製備方法按以下技術方案進行:
[0011]將巰基矽氧烷和乙烯基矽氧烷以0.01?lmol:0.01?Imol的比例加入到圓底燒瓶中，加入催化劑攪拌，在365nm汞燈下輻照，反應0.15-10h ;將所得上述產物溶於溶劑中得到濃度為0.01-5mol/L的溶液，將一定量酸加到上述溶液中攪拌lOmin，保證H+/Si的摩爾比=2-5。將所得溶膠倒入模具中，放入30-80°C的烘箱中凝膠化。經過2-10h後，將所得的凝膠從模具中轉移至溶劑中浸泡50-100h ;將凝膠浸入溶劑中並放入真空容器中。用真空泵保持容器內為負壓直到凝膠乾燥；將樣品在50-250°C下進一步乾燥0-5h，確保孔中的液體完全蒸發。
[0012]所述疏基娃氧燒為疏丙基二甲氧基娃燒、疏丙基二乙氧基娃燒或疏丙基甲基_■甲氧基娃燒中的一種。
[0013]所述乙稀基娃氧燒試劑為乙稀基二甲氧基娃燒、乙稀基二乙氧基娃燒、乙稀基甲基~■甲氧基娃燒中的一種。
[0014]所述催化劑為2，2-二甲氧基-2-苯基乙醯苯、4』，6』 -二甲氧基_2_2』 -羥基_2_苯基乙醯苯、2，4- 二甲基乙醯苯、2-羥基-3-碘-4，6- 二甲氧基苯乙酮中的一種。
[0015]所述催化劑的用量與巰基矽氧烷與乙烯基矽氧烷總用量的比例為1:20?1:200。
[0016]所述溶劑為水、乙醇、甲醇、苯、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷、正己烷、、乙醚、丙酮、乙腈、四氫呋喃、吡啶、二甲基亞碸，N，N-二甲基甲醯胺，N，N-二甲基乙醯胺等。
[0017]所述酸為甲酸、乙酸、鹽酸、羧酸、氫氟酸、氫氰酸、硫酸等。
[0018]所述氣凝膠在製備過程中模塑成濾棒狀，或粉碎成粉末添加到三元空腔濾棒的空腔中。
[0019]本發明工藝操作簡單，反應條件溫和，適用於工業化大規模生產。
[0020]下面結合具體實施例對本發明作進一步闡述，但本發明並不限於以下實施例。所述方法如無特別說明均為常規方法。所述反應物如無特別說明均能從公開商業途徑而得。
[0021]實施例1
[0022]將疏丙基二甲氧基娃燒和乙稀基二甲氧基娃燒以0.5:1的比例加入到圓底燒瓶中，加入2，2- 二甲氧基-2-苯基乙醯苯攪拌，在365nm汞燈下輻照，反應4h ;將所得上述產物溶於乙醇中得到濃度為0.lmol/L的溶液，將一定量鹽酸加到上述溶液中攪拌lOmin，保證肝/51的摩爾比=3.5。將所得溶膠倒入濾嘴模具中，放入60°C的烘箱中凝膠化。經過7h後，將所得的凝膠從濾嘴模具中轉移至溶劑中浸泡50h ;將凝膠浸入乙醇中並放入真空容器中。用真空泵保持容器內為負壓直到凝膠乾燥；將樣品在150°C下進一步乾燥2h，確保孔中的液體完全蒸發。
[0023]實施例2
[0024]將疏丙基二乙氧基娃燒和乙稀基二甲氧基娃燒以1:1的比例加入到圓底燒瓶中，加入2，2- 二甲氧基-2-苯基乙醯苯攪拌，在365nm汞燈下輻照，反應5h ;將所得上述產物溶於乙醇中得到濃度為0.lmol/L的溶液，將一定量鹽酸加到上述溶液中攪拌lOmin，保證H+/Si的摩爾比=3.5。將所得溶膠倒入濾嘴模具中，放入40°C的烘箱中凝膠化。經過7h後，將所得的凝膠從濾嘴模具中轉移至溶劑中浸泡10h ;將凝膠浸入乙醇中並放入真空容器中。用真空泵保持容器內為負壓直到凝膠乾燥；將樣品在250°C下進一步乾燥lh，確保孔中的液體完全蒸發。
[0025]實施例3
[0026]將巰丙基甲基二甲氧基矽烷和乙烯基三甲氧基矽烷以2:1的比例加入到圓底燒瓶中，加入2，2- 二甲氧基-2-苯基乙醯苯攪拌，在365nm汞燈下輻照，反應5h ;將所得上述產物溶於甲醇中得到濃度為0.lmol/L的溶液，將一定量鹽酸加到上述溶液中攪拌lOmin，保證肝/51的摩爾比=3.5。將所得溶膠倒入濾嘴模具中，放入40°C的烘箱中凝膠化。經過7h後，將所得的凝膠從濾嘴模具中轉移至溶劑中浸泡10h ;將凝膠浸入甲醇中並放入真空容器中。用真空泵保持容器內為負壓直到凝膠乾燥；將樣品在250°C下進一步乾燥lh，確保孔中的液體完全蒸發。
[0027]實施例4
[0028]將巰丙基甲基二甲氧基矽烷和乙烯基甲基二甲氧基矽烷以2:1的比例加入到圓底燒瓶中，加入4』，6』 - 二甲氧基-2-2』 -輕基-2-苯基乙醯苯攪拌,在365nm萊燈下福照，反應5h ;將所得上述產物溶於丙酮中得到濃度為5mol/L的溶液，將一定量鹽酸加到上述溶液中攪拌lOmin，保證H+/Si的摩爾比=3.5。將所得溶膠倒入濾嘴模具中，放入40°C的烘箱中凝膠化。經過7h後，將所得的凝膠從濾嘴模具中轉移至溶劑中浸泡10h ;將凝膠浸入丙酮中並放入真空容器中。用真空泵保持容器內為負壓直到凝膠乾燥；將樣品在250°C下進一步乾燥lh，確保孔中的液體完全蒸發。
[0029]實施例5
[0030]將巰丙基甲基二甲氧基矽烷和乙烯基三甲氧基矽烷以2:1的比例加入到圓底燒瓶中，加入2，2- 二甲氧基-2-苯基乙醯苯攪拌，在365nm汞燈下輻照，反應5h ;將所得上述產物溶於甲醇中得到濃度為2.0moI/L的溶液，將一定量鹽酸加到上述溶液中攪拌lOmin，保證H+/Si的摩爾比=3.5。將所得溶膠倒入濾嘴模具中，放入40°C的烘箱中凝膠化。經過7h後，將所得的凝膠從濾嘴模具中轉移至溶劑中浸泡10h ;將凝膠浸入甲醇中並放入真空容器中。用真空泵保持容器內為負壓直到凝膠乾燥；將樣品在50°C下進一步乾燥5h，確保孔中的液體完全蒸發。
[0031]應用效果實驗
[0032]為了證明採用包含硫醚鏈段的橋聯倍半矽氧烷氣凝膠作為捲菸過濾嘴材料時的優越性，發明人做了如下的應用對比試驗:
[0033]將「紅梅」牌捲菸(黃殼軟包裝)過濾嘴裡的醋纖絲束拔出，將實施例1-3中所得到的橋聯倍半矽氧烷氣凝膠濾棒替代醋纖絲束填充在濾嘴部分，製成經改進的過濾嘴捲菸，並在相同條件下與使用醋纖作濾棒、醋纖與活性炭三元複合作濾棒的情況進行對比，檢測經過各過濾材料過濾後的煙氣中的有害物質的量，檢測方法按照國標:
[0034]GB/T5606.1-2004，GB/T16447-2004,GB/T19069-2004,GB/T23355-2009，GB/T23203.1-2008，GB/T23356-2009來進行。經過濾後的煙氣中有害物質的量越少，說明過濾材料過濾性能越好。
[0035]
醋酸纖橋聯倍半矽氧烷氣凝膠
活性炭2 ---
維絲束1實施例1 實施例2 實施例3
BET 比表面積(m2/g) -900900-1300
孔隙率(％) -93-9593-97
苯並[α]芘(ng/cig)8,417.817.027.106.89
一氧化碳(mg/cig)11.3011.0510.9111.8310.51
氰化氫(pg/cig)143132121115IlB
亞硝胺(ng/cig)7.597.086.236.556.42
苯酚(pg/cig)16.615.814.214乂14.6
氨(pg/cig)7.607.136.566.896.81
焦油(mg/cig)10.410.19.089.159.13
[0036]1.醋酸纖維絲束材料本身不是多孔的，故沒有比表面積和孔隙率一說；
[0037]2.實驗中選用了與橋聯倍半矽氧烷氣凝膠在BET比表面積和孔隙率上相近的活性炭材料作為對比，以提高可比性。
[0038]從上表結果可以看出，使用含有硫醚鏈段的橋聯倍半矽氧烷氣凝膠作為捲菸過濾嘴材料，煙氣中的各種主要的有害物質殘留量均有下降，尤其是致癌性較強的苯並[α ]芘、ΝΝΚ、苯酚、焦油和毒性較強的氰化氫，下降幅度較為明顯。雖然現有技術材料中提到了乾燥後的氣凝膠材料可以作為吸附材料使用，但從來沒有任何文獻教導其能作為過濾嘴材料使用，更沒有任何文獻教導其在降低煙氣中的苯並[α]芘、ΝΝΚ、苯酚、焦油和氰化氫含量方面會有如此明顯的效果。
【權利要求】
1.一種含有硫醚鏈段的橋聯倍半矽氧烷氣凝膠作為捲菸過濾嘴材料的用途。
2.根據權利要求1的用途，其中所述含有硫醚鏈段的橋聯倍半矽氧烷氣凝膠由巰基矽氧烷與乙烯基矽氧烷在催化劑的作用下通過巰基一雙鍵點擊反應製備。
3.根據權利要求1的用途，其中所述含有硫醚鏈段的橋聯倍半矽氧烷氣凝膠被模塑成濾棒狀、塊狀、圓筒狀或片狀的整體式材料單獨作為過濾嘴材料使用，或者被粉碎成顆粒狀或粉末後與醋酸纖維絲束、聚丙烯絲束、活性炭或無機礦物纖維中一種或幾種組合後作為過濾嘴材料使用。
4.根據權利要求2的用途，其中所述巰基矽氧烷為巰丙基三甲氧基矽烷、巰丙基三乙氧基娃燒或疏丙基甲基_■甲氧基娃燒中的一種。
5.根據權利要求2的用途，其中所述乙稀基娃氧燒為乙稀基二甲氧基娃燒、乙稀基二乙氧基娃燒、乙稀基甲基_■甲氧基娃燒中的一種。
6.根據權利要求2的用途，其特徵在於所述的催化劑為2，2-二甲氧基-2-苯基乙醯苯、4』，6』 - 二甲氧基-2-2』 -羥基-2-苯基乙醯苯、2，4- 二甲基乙醯苯或2-羥基-3-碘-4，6- 二甲氧基苯乙酮。
7.根據權利要求1的用途，其中將所述氣凝膠粉碎成粉末，然後添加到三元空腔濾棒的空腔中使用。
8.根據權利要求7的用途，其中所述氣凝膠粉末在三元空腔濾棒的空腔中的添加量為10 ?50mg/ 支。
9.根據權利要求1的用途，其中所述含有硫醚鏈段的橋聯倍半矽氧烷氣凝膠作為捲菸過濾嘴材料時，能夠降低煙氣中的苯並[α]芘、ΝΝΚ、苯酚、焦油和氰化氫含量。
【文檔編號】A24D3/10GK104126871SQ201410344376
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月18日 優先權日:2014年7月18日
【發明者】雷萍, 尚善齋, 湯建國, 鄭緒東, 袁大林, 陳永寬, 繆明明 申請人:雲南中煙工業有限責任公司