一種降低捲菸焦油釋放量的複合捲菸濾棒及其製備方法與流程
2023-10-31 04:50:27 1
本發明涉及菸草降焦技術領域，特別是涉及一種降低捲菸焦油釋放量的複合捲菸濾棒及其製備方法。
背景技術：
面對WTO和世界衛生組織《控煙框架條約》的多重壓力，以及人們對於吸菸與健康的不斷關注，提高吸菸的安全性逐漸成為菸草行業繼續生存和發展的主要目標，捲菸的降焦減害已成為當前菸草行業發展的方向和趨勢。
目前，在菸草行業中降焦的方法有很多，常見的有：濾嘴通風技術、高透氣度捲菸紙技術、摻用菸草薄片技術、摻用膨脹菸絲和膨脹梗絲技術、研發加熱不燃燒捲菸技術等方法。以上技術都改變了捲菸原有的燃燒過程，對於捲菸原有的吃味有一定的影響。以上技術需在以下一方面或者多方面進行改進：1)菸葉原料配方；2)捲菸生產設備；3)輔材生產工藝；這些改進無形之中增加了過多生產成本，造成捲菸價格上漲。
技術實現要素：
鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供降低捲菸焦油釋放量的複合捲菸濾棒及其製備方法，該複合捲菸濾棒通過在捲菸濾嘴部分添加吸附劑，能有效吸附捲菸煙氣中的粒相成分，顯著減少整支捲菸的焦油釋放量，從而降低捲菸抽吸的危害性。
為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種降低捲菸焦油釋放量的複合捲菸濾棒，所述複合捲菸濾棒用於與捲菸本體連接，所述複合捲菸濾棒包括第一醋酸纖維段和第二醋酸纖維段，所述第二醋酸纖維段一端與所述第一醋酸纖維段相連，另一端與所述捲菸本體相連，所述第二醋酸纖維段內分布有吸附劑，所述第二醋酸纖維段與所述第一醋酸纖維段的長度比例為(3-5)：1。
優選地，所述複合捲菸濾棒含有1-50mg/支的所述吸附劑。
優選地，所述吸附劑為白炭黑。
更優選的，所述吸附劑為矽烷改性的白炭黑。
所述矽烷改性的白炭黑具體可以是通過矽烷偶聯劑對白炭黑進行表面改性所製備獲得的，所述表面改性通常為表面惰性處理，經過表面惰性處理後的白炭黑對捲菸煙氣成分中極性較弱的成分的吸附能力可以得到提升，改性過程中所使用的矽烷偶聯劑可以是三甲基乙氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、乙烯基乙氧矽烷、四丁氧基矽烷、六甲基乙基矽氧烷和六甲基二矽氧烷等中的任意一種或多種。
優選地，所述吸附劑的比表面積為300-1000m2/g。
優選地，所述吸附劑的粒徑為1-10μm。
優選地，所述吸附劑的介孔孔徑為5-10nm。
優選地，所述吸附劑呈均勻分布。
優選地，所述複合捲菸濾棒的長度為20-30mm。
本發明還公開一種製備如上述所述的複合捲菸濾棒的方法，包括以下步驟：
a)加工所述第一醋酸纖維段和所述第二醋酸纖維段；
b)將所述吸附劑均勻噴灑於所述第二醋酸纖維段內醋酸纖維絲束間。
優選地，所述第一醋酸纖維段和所述第二醋酸纖維段均由醋酸纖維素材質組成，所述醋酸纖維素為二醋紡絲級醋酸纖維素，使得複合捲菸濾棒具有無毒、無害、安全的優點。
優選地，所述製備方法還包括在所述步驟b)之前對所述吸附劑進行表面惰性處理的步驟。本發明以白炭黑為吸附劑，對白炭黑進行表面惰性處理，提高吸附劑對捲菸煙氣成分中極性較弱的成分的吸附能力。
優選地，採用幹法改性工藝對白炭黑進行表面惰性處理。所述幹法改性工藝採用固定反應器或流化床反應器進行反應，以矽烷偶聯劑為改性劑，氮氣為保護氣，對白炭黑表面進行改性。
幹法改性工藝是採用乾燥的白炭黑與改性劑蒸汽在固定反應器或流化床反應器中高溫條件下接觸反應。該法的主要特點是過程簡單，後處理工藝少，易於實現規模化生產。
更優選地，所述幹法改性工藝的條件為：矽烷偶聯劑與白炭黑的重量比為(0.2-0.4)：1，預處理溫度為330-370℃，預處理時間8-12min，反應溫度330-370℃，反應時間8-12min，氮氣流量(1.4-1.6)m-3/h。
更優選地，所述矽烷偶聯劑包括三甲基乙氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、乙烯基乙氧矽烷、四丁氧基矽烷、六甲基乙基矽氧烷和六甲基二矽氧烷中的任意一種或多種。
如上所述，本發明的降低捲菸焦油釋放量的複合捲菸濾棒及其製備方法，具有以下有益效果：
本發明濾嘴降焦的概念，為捲菸減害降焦提供了新的方法與途徑，大力推進捲菸降焦減害技術的發展。
進一步，本發明將吸附劑添加至捲菸濾棒的醋酸纖維中，能有效降低捲菸的焦油釋放量，特別地，對於煙氣成分中高沸點的有害成分吸附效果顯著，起到減少危害的作用。本發明採用吸附劑為白炭黑材料，白炭黑材料具有顯著的吸油能力，可有效吸附捲菸煙氣中的粒相成分，從而降低捲菸的焦油釋放量。
進一步，本發明採用的吸附劑為白炭黑，具有取材廉價、方面、安全等諸多優點。
進一步，本發明將吸附劑進行表面惰性處理，提高吸附劑對捲菸煙氣成分中極性較弱成分的吸附能力。
進一步，本發明提供的複合捲菸濾棒，對於現有捲菸生產工藝沒有顯著影響，主要優勢在於：1)無需改變菸葉原料配方；2)無需改裝捲菸生產設備；3)無需改變輔材生產工藝；從而避免進一步增加生產成本。
附圖說明
圖1顯示為本發明於一實施例中降低捲菸焦油釋放量的複合捲菸濾棒的結構示意圖。
元件標號說明：
1 第一醋酸纖維段
2 第二醋酸纖維段
21 吸附劑
3 捲菸本體
具體實施方式
以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點及功效。
請參閱圖1須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，並非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容所能涵蓋的範圍內。同時，本說明書中所引用的如「上」、「下」、「左」、「右」、「中間」及「一」等的用語，亦僅為便於敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的範圍，其相對關係的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的範疇。
對比例
常規捲菸進行常規煙氣分析實驗：按照GB/T 19609-2004《捲菸用常規分析用吸菸機測定總粒相物和焦油》和GB/T 23356-2009《捲菸煙氣氣相中一氧化炭的測定非散射紅外法》測定煙氣總粒相物(TPM)、焦油及一氧化碳(CO)含量，具體結果見表1。
實施例1
如圖1所示，一種降低捲菸焦油釋放量的複合捲菸濾棒，複合捲菸濾棒用於與捲菸本體3連接，複合捲菸濾棒包括第一醋酸纖維段1和第二醋酸纖維段2，第二醋酸纖維段2的一端與第一醋酸纖維段1相連，另一端與捲菸本體3相連，其中第二醋酸纖維段2長度20mm，第一醋酸纖維段1長度5mm。第二醋酸纖維段2中添加了表面惰性處理的白炭黑21，添加量為0.45mg/mm，整支濾棒添加白炭黑的質量為9.0mg。白炭黑21的分布呈均勻分布。
複合捲菸濾棒的製備方法，包括以下步驟：先加工第一醋酸纖維段1和第二醋酸纖維段2；再將白炭黑21均勻噴灑於第二醋酸纖維段2內醋酸纖維絲束間。
複合捲菸濾棒的製備方法在所述步驟b)之前對白炭黑進行表面惰性處理。採用幹法改性工藝對白炭黑進行表面惰性處理。幹法是採用乾燥的白炭黑與改性劑蒸汽在固定反應器或流化床反應器中高溫條件下接觸反應。該法的主要特點是過程簡單，後處理工藝少，易於實現規模化生產。對白炭黑進行表面惰性處理在固定反應器進行反應，以六甲基二矽氧烷為改性劑，氮氣為保護氣，反應條件為：矽烷偶聯劑與白炭黑的重量比為0.3：1，預處理溫度為350℃，預處理時間10min，反應溫度350℃，反應時間10min，氮氣流量1.5m-3/h。
將複合捲菸濾棒應用於製作捲菸，然後將捲菸進行常規煙氣分析實驗：按照GB/T 19609-2004《捲菸用常規分析用吸菸機測定總粒相物和焦油》和GB/T 23356-2009《捲菸煙氣氣相中一氧化炭的測定非散射紅外法》測定煙氣總粒相物(TPM)、焦油及一氧化碳(CO)含量，具體結果見表1。
實施例2
一種降低捲菸焦油釋放量的複合捲菸濾棒，複合捲菸濾棒用於與捲菸本體3連接，複合捲菸濾棒包括第一醋酸纖維段1和第二醋酸纖維段2，第二醋酸纖維段2的一端與第一醋酸纖維段1相連，另一端與捲菸本體3相連，其中第二醋酸纖維段2長度20mm，第一醋酸纖維段1長度5mm。第二醋酸纖維段2中添加了型號為SIPERNAT 310的表面極性的白炭黑21，添加量為0.625mg/mm，整支濾棒添加的白炭黑的質量為12.5mg。白炭黑21的分布呈均勻分布。
複合捲菸濾棒的製備方法，包括以下步驟：先加工第一醋酸纖維段1和第二醋酸纖維段2；再將白炭黑21均勻噴灑於第二醋酸纖維段2內醋酸纖維絲束間。
將複合捲菸濾棒應用於製作捲菸，然後將捲菸進行常規煙氣分析實驗：按照GB/T 19609-2004《捲菸用常規分析用吸菸機測定總粒相物和焦油》測定煙氣總粒相物(TPM)和焦油，具體結果見表1。
表1捲菸煙氣分析結果
由表1可知，實施例1和實施例2製備的含降低捲菸焦油釋放量的複合捲菸濾棒的捲菸樣品的焦油釋放量、總粒相物均低於對比例的常規捲菸。焦油釋放量、總粒相物的降低進而改善了捲菸抽吸的口感。從表1的數據結果計算可知，所用白炭黑材料的吸焦油效率平均為0.22mg(焦油)/mg(白炭黑)，所用白炭黑材料的總粒相物效率平均為0.28mg(總粒相物)/mg(白炭黑)。因此，利用白炭黑材料作為吸附劑，應用於低危害捲菸的濾嘴中，對於開發新型低危害捲菸具有積極的推動作用。同時，對於現有捲菸生產工藝的影響極小，其主要優勢如下：1)無需改變菸葉原料配方；2)無需改裝捲菸生產設備；3)無需改變輔材生產工藝。
實施例3
將對比例、實施例1和實施例2獲得的捲菸樣品，進行捲菸煙氣成分分析，具體檢測結果見表2。其中，相應成分的檢測方法為：GB/T 23356-2009《捲菸煙氣氣相中一氧化碳的測定非散射紅外法》、YC/T 253-2008《捲菸主流煙氣中氰化氫的測定連續流動法》、QJ/SY·JF10.4-2013《捲菸主流煙氣總粒相物中菸草特有N-亞硝胺的測定、氨氣正化學電離模式三重四極杆氣質聯用法》、YC/T 377-2010《捲菸主流煙氣中氨的測定離子色譜法》、GB/T 21130-2007《捲菸煙氣總粒相物中苯並[a]芘的測定》、YC/T 254-2008《捲菸主流煙氣中主要羰基化合物的測定高效液相色譜法》。
表2捲菸煙氣分析結果
由表2可知，實施例1和實施例2製備的含降低捲菸焦油釋放量的複合捲菸濾棒的捲菸樣品從危害性評價指數來看，明顯優於對比例中的常規捲菸。特別地，實施例1和實施例2中捲菸樣品對於一些高沸點物質(如NNK、苯酚和苯並[a]芘)的去除效果顯著，而且，主要存在於煙氣粒相成分中的氨的去除效率同高沸點成分的去除效率相當。主要存在於煙氣氣相成分中的一氧化碳、氰化氫和巴豆醛的降低效果並不明顯。
實施例4
將對比例、實施例1和實施例2製備的捲菸樣品，分別進行捲菸煙氣全成分分析評價。其中，煙氣粒相成分採用中心切割二維氣相色譜-質譜法，儀器為美國Agilent公司的7890B/5977A氣質聯用儀配備DB-5MS色譜柱(30m×0.32mm id×0.25μmdf)和DB-WAX色譜柱(60m×0.32mm id×0.25μmdf)，具體檢測結果見表3，實驗數據以對比例的結果歸一化，數值以實施例2升序排列。
煙氣氣相成分採用氣袋-熱脫附-氣/質聯用法，儀器為HP 7890A氣相色譜儀(Agilent，美國)和HP 5975C質譜儀(Agilent，美國)；LSP02-1B注射泵(保定蘭格恆流泵有限公司)；TurboMatrix ATD熱脫附儀(Perkin Elmer，美國)；Carbotrap 300吸附採樣管(Supelco，美國)，具體檢測結果見表4，實驗數據以對比例的結果歸一化，數值以實施例2升序排列。
表3捲菸煙氣粒相成分分析結果
表4捲菸煙氣氣相成分分析結果
由表3和表4可知，實施例1和實施例2製備的含降低捲菸焦油釋放量的複合捲菸濾棒的捲菸樣品對於煙氣成分的降低效率明顯優於對比例中的常規捲菸，實施例2中的表面極性的白炭黑對於煙氣成分中極性較強的成分吸附能力較強，而實施例1中的表面惰性處理的白炭黑對於煙氣成分中極性較弱的成分吸附能力較強，煙氣成分中多為一些極性較弱的成分，因此，表面惰性處理的白炭黑對煙氣成分吸附能力強於表面極性的白炭黑。
綜合測試結果，白炭黑材料作為吸附劑，應用於低危害捲菸的濾棒中，對於開發新型低危害捲菸具有積極的推動作用。
綜上，本發明將吸附劑添加至捲菸濾棒的醋酸纖維中，能有效降低捲菸的焦油釋放量，特別地，對於煙氣成分中高沸點的有害成分吸附效果顯著，起到減少危害的作用；本發明採用白炭黑材料作為吸附劑，白炭黑材料具有顯著的吸油能力，可有效吸附捲菸煙氣中的粒相成分，從而降低捲菸的焦油釋放量。所以，本發明有效克服了現有技術中的缺點而具高度產業利用價值。
上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。