专利名称：一种香烟滤嘴及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种烟油过滤材料及其制备方法，特别涉及一种用天然高分子物质涂覆于纤维表面，用于制备香烟滤嘴的滤芯材料，能有效吸附过滤香烟主流烟气。
背景技术：
目前，国内外市场上用于制作香烟滤嘴的基本原料以二醋酸纤维素纤维为主，也有三醋酸纤维素纤维、聚丙烯纤维、壳聚糖等合成和天然材料。醋酸纤维素纤维用作香烟滤嘴纤维有一些优势，例如因为基础原料是天然纤维素纤维，所以生产原料来源广泛；成熟的纺丝及卷曲加工生产工艺赋予了醋酸纤维具有合适的卷曲度和硬挺度，有利于制作具有合适硬挺度和弹性的滤嘴棒；能够减少香烟主流烟气焦油量，但不会明显改变香烟的口感。但是，用醋酸纤维素纤维(下文包括二醋酸纤维素纤维和三醋酸纤维素纤维)制备的香烟滤嘴存在一些缺陷，尤其是阻滤燃吸香烟过程中产生的烟气中有害致癌物质(例如多环芳烃和醛类物质)的效果不十分理想，例如醋酸纤维素纤维只能滤除香烟主流烟气中具有潜在致癌性的多环芳烃物质的40%左右。因此，有必要提高香烟滤嘴纤维及其滤嘴本身对香烟主流烟气的吸附过滤性能。蚕丝是昆虫家蚕和柞蚕分泌而形成的一种蛋白质纤维，主要由丝素蛋白和丝胶蛋白组成，对人体无毒，无刺激作用，且具有良好的生物降解性能。最近几年的研究表明，因为蚕丝蛋白独特的结构和化学组成，用蚕丝丝素纤维和丝素蛋白多孔材料制备的香烟滤嘴对香烟主流烟气具有非常好的吸附过滤性能，尤其是具有潜在致癌性的多环芳烃和醛类物质，滤除率可达80%以上。然而，蚕丝纤维或蚕丝蛋白是一种价格较高的天然物质，不适合完全替代醋酸纤维素纤维用来制备香烟滤嘴，因此结合成本低廉的醋酸纤维素纤维和对香烟烟气吸附过滤性能优异的蚕丝蛋白各自的优点，用比较低廉和不浪费资源的方法赋予醋酸纤维素纤维具有蚕丝纤维或者蚕丝蛋白材料一样优异的吸附过滤香烟烟气的性能，是一个值得研究开发的方向。
发明内容
本发明的目的在于克服目前包括醋酸纤维素纤维在内的香烟滤嘴纤维在吸附过滤香烟主流烟气中致癌性物质方面的不足，提供一种能有效提高香烟滤嘴纤维吸附过滤香烟主流烟气中多环芳烃和醛类等有害物质能力的滤芯纤维及其制备方法。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种香烟滤嘴，以二醋酸纤维素纤维、三醋酸纤维素纤维或聚丙烯纤维为滤芯，蚕丝蛋白以膜状包覆于滤芯纤维表面，或以颗粒状或多孔膜状分散附着于滤芯纤维表面或纤维之间，蚕丝蛋白与滤芯纤维按质量百分比为0. I 30%O所述的蚕丝蛋白为丝胶蛋白、丝素蛋白中的一种或它们任意比例的混合。所述的香烟滤嘴的制备方法，以蚕丝为原料，制得蚕丝蛋白溶液，将滤芯纤维浸溃于蚕丝蛋白溶液或蚕丝蛋白乳液中，或将蚕丝蛋白溶液或蚕丝蛋白乳液喷涂在滤芯纤维表面，得到的滤芯纤维再按香烟滤嘴棒成型工艺制备得到香烟滤嘴。所述的香烟滤嘴的另一种制备方法是，以蚕丝为原料，制得蚕丝蛋白溶液，将蚕丝蛋白溶液与粘合剂混合成乳液，用作香烟滤嘴棒成型粘合剂，制备得到香烟滤嘴。所述的香烟滤嘴还有一种制备方法是，以蚕丝为原料，制得蚕丝蛋白溶液，将成型的香烟滤嘴棒浸溃于蚕丝蛋白溶液或蚕丝蛋白乳液中，烘干后制备得到香烟滤嘴。所述的蚕丝蛋白乳液包括蚕丝蛋白溶液与粘合剂，蚕丝蛋白与粘合剂按质量百分比为0. I 95%。用本发明涉及的技术制备香烟滤嘴对香烟烟气中致癌性物质有非常好的效果，以醋酸纤维素纤维为例，按本发明技术方案得到的香烟滤嘴，模拟吸烟烟气分析结果表明，用不同含量的丝素蛋白溶液浸溃处理后，每个24毫米标准长度的香烟滤嘴增重了 5 15毫 克，主流烟气中多环芳烃的滤除率达到了 65 85%，而对照样品未处理的香烟滤嘴的多环芳烃滤除率仅为46%。本发明技术方案依据的原理是醋酸纤维素纤维的分子上只有羟基和乙酸酯基两种侧基，而聚丙烯纤维分子侧基只有甲基，而且无反应活性，对成分复杂的香烟主流烟气中的化学物质尤其是分子体积较大、且疏水的多环芳烃、分子链较长的烷类分子和醛类物质难以吸附，所以目前的醋酸纤维素纤维和聚丙烯纤维对香烟主流烟气中焦油具有一定程度的阻滤作用，但是对致癌性物质的吸附过滤作用不够理想。然而，蚕丝蛋白由十八种氨基酸组成，含有大量侧链较长的酪氨酸、赖氨酸等氨基酸残基，且分子链上分布有大量氨基、羟基等可以与甲醛等醛类物质反应的活性基团，因此吸附于滤嘴纤维表面或者分散于滤嘴纤维之间的蚕丝蛋白可以有效吸附香烟主流烟气中具有潜在致癌性的多环芳烃和醛类物质。与现有技术相比，本发明的显著效果是以较低的成本使香烟滤嘴纤维表面形成一层蚕丝蛋白膜改变纤维表面性能，分散在滤嘴纤维之间的蚕丝蛋白对烟气物质起到一个附加阻滤效果，能显著提高香烟滤嘴吸附过滤香烟主流烟气中致癌性物质的效果。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明技术方案作进一步描述。实施例I
1.按浴比1:50，将50克干净的茧壳用去离子水剧烈搅拌沸煮5分钟，将已蓬松的茧壳取出拧干，再按同样的浴比用去离子水剧烈搅拌沸煮30分钟后，取出蚕丝纤维后，获得的是丝胶蛋白溶液。取出蚕丝纤维用稀碱溶液沸煮两次后取出烘干，得到丝素纤维；
2.将丝胶蛋白溶液置于烘箱中，105°C烘至体积约1000毫升，测得溶液中丝胶的含量约为0. 85% ；
3.用CaCl2/H20/CH3CH20H溶液将丝素纤维溶解，透析后获得丝素溶液，将丝素溶液的含量调整至0. 6% (W/V)；
4.将长度为24毫米、重量为130毫克的醋酸纤维素纤维滤嘴垂直浸于浓度为0.6%(ff/V)的丝素蛋白溶液中，滤嘴棒浸入深度为10毫米,浸溃时间为15分钟；
5.取出滤嘴棒，置于烘箱中60°C烘干，并称重；
6.将经处理的醋酸纤维素纤维滤嘴棒替换某品牌商品香烟的滤嘴棒(长度为24毫米、重量为130毫克)，通过模拟吸烟，用环己烷收集主流烟气，使包括多环芳烃在内的一些疏水性烟气物质溶解于环己烷中；
7.经过测定，每个标准滤嘴棒的丝素蛋白增长量为13. 6毫克，相对定量法测出的多环芳烃滤除率为82. 75%，同样远高于未经处理的醋酸纤维素纤维滤嘴棒的多环芳烃滤除率46%。实施例2
1.按实施例I的技术方案制备丝胶蛋白溶液，将长度为24毫米、重量为130毫克的醋 酸纤维素纤维滤嘴垂直浸于浓度为0. 85%的丝素蛋白溶液中，滤嘴棒浸入深度为10毫米，浸溃时间为15分钟；
2.取出滤嘴棒，置于烘箱中60°C烘干，并称重；
3.将经处理的醋酸纤维素纤维滤嘴棒替换某品牌商品香烟的滤嘴棒(长度为24毫米、重量为130毫克)，通过模拟吸烟，用环己烷收集主流烟气，使具有潜在致癌性的多环芳烃物质溶解于环己烷中；
4.经过测定，每个标准滤嘴棒的丝胶蛋白增重量为12.5毫克，相对定量法测出的多环芳烃滤除率为80. 52%，远高于未经处理的醋酸纤维素纤维滤嘴棒的46%多环芳烃滤除率。实施例3
取纤维直径在10-20微米之间的聚丙烯短纤，梳理成条状，按照120毫克聚丙烯纤维/24毫米的规格，放入内径为0. 8毫米的玻璃管中，将玻璃管全部浸入质量浓度为0. 6%的丝素蛋白溶液，采取适当方法使丝素溶液进入玻璃管内部和聚丙烯纤维之间，保持30分钟，取出后放入烘箱中，60°C烘干，得到聚丙烯滤嘴棒。经称重和计算，确认24毫米、120毫克的聚丙烯纤维滤嘴棒吸附的丝素蛋白质量约为9. 5毫克。实施例4
按照丝素蛋白与粘合剂的质量比为1:10，取25毫升含量为0. 3%(W/V)的丝素蛋白溶液与水乳型聚丙烯酸酯粘合剂混合均匀，用小型喷枪均匀喷洒于12克重的聚丙烯纤维无纺布一面，然后按照120毫克聚丙烯纤维、24毫米长度的规格卷取制作聚丙烯棒，60°C烘干，即获得聚丙烯滤嘴棒，每个滤嘴棒上含7. 5克丝素蛋白。
权利要求
1.一种香烟滤嘴，以二醋酸纤维素纤维、三醋酸纤维素纤维或聚丙烯纤维为滤芯，其特征在于蚕丝蛋白以膜状包覆于滤芯纤维表面，或以颗粒状或多孔膜状分散附着于滤芯纤维表面或纤维之间，蚕丝蛋白与滤芯纤维按质量百分比为0. I 30%。
2.根据权利要求I所述的一种香烟滤嘴，其特征在于所述的蚕丝蛋白为丝胶蛋白、丝素蛋白中的一种或它们任意比例的混合。
3.—种如权利要求I所述的香烟滤嘴的制备方法，以蚕丝为原料，制得蚕丝蛋白溶液，其特征在于将滤芯纤维浸溃于蚕丝蛋白溶液或蚕丝蛋白乳液中，或将蚕丝蛋白溶液或蚕丝蛋白乳液喷涂在滤芯纤维表面，得到的滤芯纤维再按香烟滤嘴棒成型工艺制备得到香烟滤嘴。
4.一种如权利要求I所述的香烟滤嘴的制备方法，以蚕丝为原料，制得蚕丝蛋白溶液，其特征在于将蚕丝蛋白溶液与粘合剂混合成乳液，用作香烟滤嘴棒成型粘合剂，制备得到香烟滤嘴。
5.一种如权利要求I所述的香烟滤嘴的制备方法，以蚕丝为原料，制得蚕丝蛋白溶液，其特征在于将成型的香烟滤嘴棒浸溃于蚕丝蛋白溶液或蚕丝蛋白乳液中，烘干后制备得到香烟滤嘴。
6.根据权利要求3或4或5所述的一种香烟滤嘴的制备方法，其特征在于所述的蚕丝蛋白乳液包括蚕丝蛋白溶液与粘合剂，蚕丝蛋白与粘合剂按质量百分比为0. I 95%。
全文摘要
本发明涉及一种烟油过滤材料，特别涉及一种天然高分子物质涂覆于滤芯纤维表面的香烟滤嘴及其制备方法。它以二醋酸纤维素纤维、三醋酸纤维素纤维或聚丙烯纤维为滤芯，蚕丝蛋白以膜状包覆于滤芯纤维表面，或以颗粒状或多孔膜状分散附着于滤芯纤维表面或纤维之间，蚕丝蛋白与滤芯纤维按质量百分比为0.1～30%。本发明提供的香烟滤嘴，由于蚕丝蛋白含有大量侧链较长的酪氨酸、赖氨酸等氨基酸残基，且分子链上分布有大量氨基、羟基等可以与甲醛等醛类物质反应的活性基团，因此能显著提高吸附过滤香烟主流烟气中焦油尤其是多环芳烃和醛类等有害物质的效果。
文档编号A24D3/10GK102669820SQ20121016204
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月23日 优先权日2012年5月23日
发明者田保中 申请人:苏州大学