[发明专利]一种降低烟气中苯酚含量的纳米纤维复合丝束及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及卷烟技术领域，具体涉及一种降低烟气中苯酚含量的纳米纤维复合丝束及其制备方法和应用。

背景技术

随着人们对吸烟影响健康问题的日益关注，卷烟产品的降焦减害技术研究已经引起烟草行业的高度重视。针对卷烟烟气中的各种有害成分，研究者发展了多种降害技术，例如，接装滤嘴、应用滤嘴通风稀释技术、使用高透气度和静燃速率快的卷烟丝束、掺用膨胀烟丝和膨胀梗丝等方法。

现有的降害技术中，对卷烟滤嘴进行改性是最常用且最有效的降害手段之一，通过在卷烟滤嘴中添加或复合生物材料、高分子材料和纳米材料等，达到有效降低卷烟烟气中有害成分的效果。

卷烟的烟气成分十分复杂，苯酚是烟气中的主要有害物质的一种，可经皮肤粘膜、呼吸道及消化道进入人体，引起蓄积性慢性中毒或急性中毒等症状，因此，苯酚被列为卷烟烟气有害物质的指标性化合物之一，需进行严格监测和控制。

公开号为CN 101125025的发明专利文献公开了一种将中草药提取物添加到烟丝中作为改性剂以降低卷烟烟气中苯酚的方法，但此法不但会影响烟丝的正常燃烧，还会影响烟气的口感，增加其它有害成分。公开号为CN 101664228的发明专利文献公开了一种将粉末状杯芳烃直接添加到卷烟滤嘴以降低卷烟烟气中苯酚的方法，该方法降低烟气中苯酚可达40％，但杯芳烃自身的毒性作用仍有待考察。

电纺丝(electrospinning)，又称静电纺丝(electrostaticspinning)，是一种利用聚合物溶液或熔体在强电场作用下形成喷射流进行纺丝加工的工艺。近年来，电纺丝作为一种可制备超精细纤维的新型加工方法，引起了人们的广泛关注。理论上，任何可溶解或熔融的高分子材料均可进行电纺丝加工。公开号为CN 103625090A的发明专利文献公开了一种基于静电纺丝制备的纳米纤维膜改性丝束，将该丝束用于烟用过滤嘴中，能够有效降低焦油含量，但对苯酚没有降低效果。同时，该专利文献所采用的传统喷丝头的静电纺丝技术，易堵孔，效率低，丝束上复合的纳米纤维量最大仅为0.8g/m²，无法体现出纤维材料的特性和纳米纤维高比表面积的优势。

因此，急需开发一种具备高效吸附能力的纳米纤维材料，达到除酚减害的效果。

发明内容

本发明提供了一种降低烟气中苯酚含量的纳米纤维复合丝束，该纳米纤维复合丝束吸附能力强，用于卷烟滤嘴中，能够达到良好的除酚减害效果。

一种降低烟气中苯酚含量的纳米纤维复合丝束，包括烟用丝束以及沉积在烟用丝束表面的纳米纤维，所述纳米纤维的直径为20～500nm，所述纳米纤维由环糊精修饰的醋酸纤维素经静电纺丝而成。

所述纳米纤维具有高比表面积，对卷烟烟气中的苯酚以及焦油都能够有效吸附，尤其是对苯酚具有很高的吸附作用。为了达到更好的吸附效果，优选地，所述纳米纤维的直径为50～400nm。进一步优选，所述纳米纤维的直径为200～400nm。

烟用丝束上纳米纤维的沉积量可以根据需要进行选择，并无特殊限制。

本发明还提供了一种所述的纳米纤维复合丝束的制备方法，包括以下步骤：

(1)利用异氰酸酯对醋酸纤维素进行活化，活化后的醋酸纤维素与环糊精进行接枝共聚，得到环糊精修饰的醋酸纤维素；

(2)以烟用丝束为基材，对含有环糊精修饰的醋酸纤维素的纺丝液进行静电纺丝，得到所述的纳米纤维复合丝束。

所述的醋酸纤维素为一醋酸纤维素、二醋酸纤维素、三醋酸纤维素中的至少一种。

所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。

所述环糊精为α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精中的至少一种。

步骤(1)中，利用异氰酸酯对醋酸纤维素进行活化的具体操作为：

将醋酸纤维素以及异氰酸酯溶于二甲基甲酰胺中，在25～50℃条件下，反应0.5～2.0h，得到活化后的醋酸纤维素。

作为优选，醋酸纤维素和异氰酸酯的质量比为2～4:1～2。在醋酸纤维素上引入异氰酸酯，利用异氰酸酯与环糊精进行共聚反应，得到环糊精修饰的醋酸纤维素。

醋酸纤维素上引入的异氰酸酯基团的数量应适当，异氰酸酯基团的数量在一定程度上决定了在醋酸纤维素上接枝的环糊精的数量，而环糊精的接枝数量对最终得到的纳米纤维的尺寸以及吸附性能都有影响。优选地，醋酸纤维素和异氰酸酯的质量比为1～2:1。