本发明公开了一种复合气凝胶型香烟过滤嘴材料的制备方法，属于过滤材料制备技术领域。
背景技术：
卷烟滤嘴最初设计是为了防止抽吸时卷烟纸黏在嘴唇上以及防止烟丝吸入口腔。但是，研究人员有关吸烟有害健康的流行病学研究结果发布后，消费者对醋酸纤维滤嘴端面外观和降焦效果的认可导致醋纤滤嘴市场份额急剧上升，滤嘴成为卷烟不可缺少的部分。随着社会对吸烟与健康问题的日益关注，烟草行业科研人员在滤材改性和开发、滤嘴参数优化、滤嘴结构设计和滤嘴添加剂技术等领域开展了大量研究，开发的滤嘴降焦减害技术有效地降低了烟气焦油、有害成分释放量，其中滤嘴参数优化设计、沟槽滤嘴技术、活性炭颗粒滤嘴技术、通风滤嘴技术等在卷烟产品上应用日趋广泛，并在降焦减害和彰显卷烟品牌特色上具有重要作用。目前，有关卷烟烟气烟碱、焦油等烟气常规成分的滤嘴截留效率的研究多有报道，但有关烟气中主要有害成分，尤其是烟草特有亚硝胺（TSNAs）滤嘴截留效率的研究少见报道。近年来TSNAs的致病机理已得到初步阐明。但是，一些关键性的问题依然未能解决，TSNAs的形成机理尚未彻底阐明，而对如何降解烟气中亚硝胺的技术，虽有一些突破，目前仍没有很好地解决。目前，采用物理技术来降低TSNAs较多。传统方法通过在卷烟烟丝中加入2%～5%负载金属氧化物（镁、锌、铁、锰等的氧化物）的沸石，来降低主流和侧流烟气中的亚硝胺总量。戴亚等从羊齿类天然植物中提取出多种酮、酚类及其衍生物得到复合添加剂，以0.008%的比例添加于卷烟滤嘴或烟丝中，其主流烟气中的多种稠环芳烃、自由基和芳香胺等致癌物的含量也有降低，对烟气中TSNAs也有一定的清除作用，但是去除效果仍差强人意。
因此，如何改善传统香烟过滤嘴材料吸附性能及力学性能不佳的缺点，以获取更高综合性能的香烟过滤嘴材料，是其推广与应用，满足工业生产需求亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是：针对传统香烟过滤嘴材料吸附性能及力学性能不佳的缺点，提供了一种复合气凝胶型香烟过滤嘴材料的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）将海泡石与有机酸溶液按质量比为1：10～1：20混合后，超声浸渍，再经减压浓缩，干燥，焙烧，得预处理海泡石；
（2）将预处理海泡石与有机碱溶液按质量比为1：10～1：15混合后，恒温搅拌反应，再经减压浓缩，干燥，得改性海泡石；
（3）按重量份数计，依次取30～40份卡波姆，8～10份糖蛋白，6～8份磷脂，4～6份卡拉胶，200～300份水，先将卡波姆、磷脂和卡拉胶加入水中，超声分散后，再加入糖蛋白，恒温搅拌反应，得混合液；
（4）按质量比为1：8～1：10将改性海泡石和混合液恒温搅拌混合后，注入模具中，再经低温预冷后，真空冷冻干燥，脱模，即得复合气凝胶型香烟过滤嘴材料。
步骤（1）所述有机酸溶液是由草酸、柠檬酸和水按质量比为3：1：20配置而成。
步骤（2）所述有机碱溶液为质量分数为10～15%的四丙基氢氧化铵溶液。
步骤（3）所述卡波姆为卡波姆910，卡波姆934或卡波姆940中的任意一种。
步骤（3）所述糖蛋白为猪血清粘蛋白、牛血清粘蛋白或鸡血清粘蛋白中的任意一种。
步骤（3）所述磷脂为大豆卵磷脂或鸡蛋卵磷脂中的任意一种。
步骤（4）所述低温预冷为：于温度为-30～-28℃条件下，预冷6～8h。
本发明的有益效果是：
（1）本发明技术方案通过制备一种气凝胶型的过滤嘴材料，其中含有具有优异吸附性能的海泡石、卡波姆、糖蛋白、卡拉胶等有效成分，在制备过程中，首先，利用有机酸与海泡石进行超声浸渍，使酸溶液中氢离子取代海泡石骨架中镁离子，使海泡石晶体内部通道连通，使海泡石比表面积有效提升，并配合焙烧，焙烧过程中，孔隙中有机酸分解产生气体，可进一步丰富海泡石孔隙结构，从而提高其吸附性能，再利用四丙基氢氧化铵对海泡石进行改性，使海泡石骨架结构发生部分脱硅，使体系中非骨架硅迁移到表面，并在表面重新结晶，使体系内部孔道得以疏通，活性中心得以暴露，且表面规整，另外，配合浓缩和干燥，使有机碱沉积于海泡石骨架结构中，在与卡波姆搅拌反应过程中，有机碱可与卡波姆中羧酸基团结合，并使体系内部形成凝胶，且卡波姆的使用可以与体系中糖蛋白寡糖链上糖残基形成氢键，形成较强的粘液凝胶网络，从而提高凝胶体系的力学性能和吸附性能；
（2）本发明技术方案中使用的有机碱可在使用过程中，在烟气热量作用下分解，分解后使卡波姆中活性的酸性基团重新活化，从而大量吸附烟气中的焦油、亚硝胺等有害物质，另外，烟草燃烧产生的盐雾是由大量微液滴组成，它常以悬浮气态存在，而磷脂、糖蛋白等带有正负电荷的物质的加入，可使悬浮气态颗粒发生团聚，并被体系固定吸附，且本发明技术方案中各组分配合使用可选择性吸附烟气中有害物质，保留香烟的香味。
具体实施方式
按质量比为3：1：20将草酸、柠檬酸和水倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌溶解20～30min，得有机酸溶液；将海泡石球磨后，过300～500目筛，并将过筛后的海泡石与有机酸溶液按质量比为1：10～1：20混合后，于超声频率为45～55kHz，温度为45～55℃条件下，超声浸渍1～3h，得浸渍液，并将所得浸渍液移入旋转蒸发仪，于温度为65～75℃，压力为500～600kPa条件下，减压浓缩3～5h，得1号浓缩液，并将所得1号浓缩液于温度为85～95℃条件下，干燥2～4h后，转入管式炉，于温度为350～400℃条件下，保温焙烧45～60min，随炉冷却至室温，出料，得预处理海泡石；随后将预处理海泡石和有机碱溶液按质量比为1：10～1：15混合后，于温度为45～55℃，转速为400～600r/min条件下，恒温搅拌反应2～4h，得反应液，并将所得反应液移入旋转蒸发仪，于温度为75～85℃，压力为600～700kPa条件下，减压浓缩3～5h，得2号浓缩液，并将所得2号浓缩液于温度为85～90℃条件下干燥2～4h，得改性海泡石；按重量份数计，依次取30～40份卡波姆，8～10份糖蛋白，6～8份磷脂，4～6份卡拉胶，200～300份水，先将卡波姆、磷脂、卡拉胶和水倒入反应釜中，于温度为65～75℃，超声频率为45～55kHz条件下，超声分散2～4h后，再向反应釜中加入糖蛋白，随后于温度为75～85℃，转速为600～800r/min条件下，恒温搅拌反应3～5h，得混合液；按质量比为1：8～1：10将改性海泡石和混合液倒入混料机中，于转速为800～1200r/min，温度为65～75℃条件下，恒温搅拌混合4～6h后，将混料机中物料通过注射器注入模具中，并将模具移入冰箱中，于温度为-30～-28℃条件下预冷6～8h，再将预冷后的模具移入真空冷冻干燥箱，于温度为-50～-48℃，压力为20～30Pa条件下，真空冷冻干燥24～36h，出料，脱模，即得复合气凝胶型香烟过滤嘴材料。所述有机碱溶液为质量分数为10～15%的四丙基氢氧化铵溶液。所述卡波姆为卡波姆910，卡波姆934或卡波姆940中的任意一种。所述糖蛋白为猪血清粘蛋白、牛血清粘蛋白或鸡血清粘蛋白中的任意一种。所述磷脂为大豆卵磷脂或鸡蛋卵磷脂中的任意一种。
实例1
按质量比为3：1：20将草酸、柠檬酸和水倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌溶解30min，得有机酸溶液；将海泡石球磨后，过500目筛，并将过筛后的海泡石与有机酸溶液按质量比为1：20混合后，于超声频率为55kHz，温度为55℃条件下，超声浸渍3h，得浸渍液，并将所得浸渍液移入旋转蒸发仪，于温度为75℃，压力为600kPa条件下，减压浓缩5h，得1号浓缩液，并将所得1号浓缩液于温度为95℃条件下，干燥4h后，转入管式炉，于温度为400℃条件下，保温焙烧60min，随炉冷却至室温，出料，得预处理海泡石；随后将预处理海泡石和有机碱溶液按质量比为1：15混合后，于温度为55℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌反应4h，得反应液，并将所得反应液移入旋转蒸发仪，于温度为85℃，压力为700kPa条件下，减压浓缩5h，得2号浓缩液，并将所得2号浓缩液于温度为90℃条件下干燥4h，得改性海泡石；按重量份数计，依次取40份卡波姆，10份糖蛋白，8份磷脂，6份卡拉胶，300份水，先将卡波姆、磷脂、卡拉胶和水倒入反应釜中，于温度为75℃，超声频率为55kHz条件下，超声分散4h后，再向反应釜中加入糖蛋白，随后于温度为85℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌反应5h，得混合液；按质量比为1：10将改性海泡石和混合液倒入混料机中，于转速为1200r/min，温度为75℃条件下，恒温搅拌混合6h后，将混料机中物料通过注射器注入模具中，并将模具移入冰箱中，于温度为-28℃条件下预冷8h，再将预冷后的模具移入真空冷冻干燥箱，于温度为-48℃，压力为30Pa条件下，真空冷冻干燥36h，出料，脱模，即得复合气凝胶型香烟过滤嘴材料。所述有机碱溶液为质量分数为15%的四丙基氢氧化铵溶液。所述卡波姆为卡波姆910。所述糖蛋白为猪血清粘蛋白。所述磷脂为大豆卵磷脂。
实例2
按质量比为3：1：20将草酸、柠檬酸和水倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌溶解30min，得有机酸溶液；将按重量份数计，依次取40份卡波姆，10份糖蛋白，8份磷脂，6份卡拉胶，300份水，先将卡波姆、磷脂、卡拉胶和水倒入反应釜中，于温度为75℃，超声频率为55kHz条件下，超声分散4h后，再向反应釜中加入糖蛋白，随后于温度为85℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌反应5h，得混合液；按质量比为1：10将改性海泡石和混合液倒入混料机中，于转速为1200r/min，温度为75℃条件下，恒温搅拌混合6h后，将混料机中物料通过注射器注入模具中，并将模具移入冰箱中，于温度为-28℃条件下预冷8h，再将预冷后的模具移入真空冷冻干燥箱，于温度为-48℃，压力为30Pa条件下，真空冷冻干燥36h，出料，脱模，即得复合气凝胶型香烟过滤嘴材料。所述有机碱溶液为质量分数为15%的四丙基氢氧化铵溶液。所述卡波姆为卡波姆910。所述糖蛋白为猪血清粘蛋白。所述磷脂为大豆卵磷脂。
实例3
按质量比为3：1：20将草酸、柠檬酸和水倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌溶解30min，得有机酸溶液；将海泡石球磨后，过500目筛，并将过筛后的海泡石与有机酸溶液按质量比为1：20混合后，于超声频率为55kHz，温度为55℃条件下，超声浸渍3h，得浸渍液，并将所得浸渍液移入旋转蒸发仪，于温度为75℃，压力为600kPa条件下，减压浓缩5h，得1号浓缩液，并将所得1号浓缩液于温度为95℃条件下，干燥4h后，转入管式炉，于温度为400℃条件下，保温焙烧60min，随炉冷却至室温，出料，得预处理海泡石；按重量份数计，依次取40份卡波姆，10份糖蛋白，8份磷脂，6份卡拉胶，300份水，先将卡波姆、磷脂、卡拉胶和水倒入反应釜中，于温度为75℃，超声频率为55kHz条件下，超声分散4h后，再向反应釜中加入糖蛋白，随后于温度为85℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌反应5h，得混合液；按质量比为1：10将改预处理海泡石和混合液倒入混料机中，于转速为1200r/min，温度为75℃条件下，恒温搅拌混合6h后，将混料机中物料通过注射器注入模具中，并将模具移入冰箱中，于温度为-28℃条件下预冷8h，再将预冷后的模具移入真空冷冻干燥箱，于温度为-48℃，压力为30Pa条件下，真空冷冻干燥36h，出料，脱模，即得复合气凝胶型香烟过滤嘴材料。所述有机碱溶液为质量分数为15%的四丙基氢氧化铵溶液。所述卡波姆为卡波姆910。所述糖蛋白为猪血清粘蛋白。所述磷脂为大豆卵磷脂。
实例4
按质量比为3：1：20将草酸、柠檬酸和水倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌溶解30min，得有机酸溶液；将海泡石球磨后，过500目筛，并将过筛后的海泡石与有机酸溶液按质量比为1：20混合后，于超声频率为55kHz，温度为55℃条件下，超声浸渍3h，得浸渍液，并将所得浸渍液移入旋转蒸发仪，于温度为75℃，压力为600kPa条件下，减压浓缩5h，得1号浓缩液，并将所得1号浓缩液于温度为95℃条件下，干燥4h后，转入管式炉，于温度为400℃条件下，保温焙烧60min，随炉冷却至室温，出料，得预处理海泡石；随后将预处理海泡石和有机碱溶液按质量比为1：15混合后，于温度为55℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌反应4h，得反应液，并将所得反应液移入旋转蒸发仪，于温度为85℃，压力为700kPa条件下，减压浓缩5h，得2号浓缩液，并将所得2号浓缩液于温度为90℃条件下干燥4h，得改性海泡石；按重量份数计，依次取10份糖蛋白，8份磷脂，6份卡拉胶，300份水，先将磷脂、卡拉胶和水倒入反应釜中，于温度为75℃，超声频率为55kHz条件下，超声分散4h后，再向反应釜中加入糖蛋白，随后于温度为85℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌反应5h，得混合液；按质量比为1：10将改性海泡石和混合液倒入混料机中，于转速为1200r/min，温度为75℃条件下，恒温搅拌混合6h后，将混料机中物料通过注射器注入模具中，并将模具移入冰箱中，于温度为-28℃条件下预冷8h，再将预冷后的模具移入真空冷冻干燥箱，于温度为-48℃，压力为30Pa条件下，真空冷冻干燥36h，出料，脱模，即得复合气凝胶型香烟过滤嘴材料。所述有机碱溶液为质量分数为15%的四丙基氢氧化铵溶液。所述糖蛋白为猪血清粘蛋白。所述磷脂为大豆卵磷脂。
实例5
按质量比为3：1：20将草酸、柠檬酸和水倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌溶解30min，得有机酸溶液；将海泡石球磨后，过500目筛，并将过筛后的海泡石与有机酸溶液按质量比为1：20混合后，于超声频率为55kHz，温度为55℃条件下，超声浸渍3h，得浸渍液，并将所得浸渍液移入旋转蒸发仪，于温度为75℃，压力为600kPa条件下，减压浓缩5h，得1号浓缩液，并将所得1号浓缩液于温度为95℃条件下，干燥4h后，转入管式炉，于温度为400℃条件下，保温焙烧60min，随炉冷却至室温，出料，得预处理海泡石；随后将预处理海泡石和有机碱溶液按质量比为1：15混合后，于温度为55℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌反应4h，得反应液，并将所得反应液移入旋转蒸发仪，于温度为85℃，压力为700kPa条件下，减压浓缩5h，得2号浓缩液，并将所得2号浓缩液于温度为90℃条件下干燥4h，得改性海泡石；按重量份数计，依次取40份卡波姆，10份糖蛋白，8份磷脂，300份水，先将卡波姆、磷脂和水倒入反应釜中，于温度为75℃，超声频率为55kHz条件下，超声分散4h后，再向反应釜中加入糖蛋白，随后于温度为85℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌反应5h，得混合液；按质量比为1：10将改性海泡石和混合液倒入混料机中，于转速为1200r/min，温度为75℃条件下，恒温搅拌混合6h后，将混料机中物料通过注射器注入模具中，并将模具移入冰箱中，于温度为-28℃条件下预冷8h，再将预冷后的模具移入真空冷冻干燥箱，于温度为-48℃，压力为30Pa条件下，真空冷冻干燥36h，出料，脱模，即得复合气凝胶型香烟过滤嘴材料。所述有机碱溶液为质量分数为15%的四丙基氢氧化铵溶液。所述卡波姆为卡波姆910。所述糖蛋白为猪血清粘蛋白。所述磷脂为大豆卵磷脂。
实例6
按质量比为3：1：20将草酸、柠檬酸和水倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌溶解30min，得有机酸溶液；将海泡石球磨后，过500目筛，并将过筛后的海泡石与有机酸溶液按质量比为1：20混合后，于超声频率为55kHz，温度为55℃条件下，超声浸渍3h，得浸渍液，并将所得浸渍液移入旋转蒸发仪，于温度为75℃，压力为600kPa条件下，减压浓缩5h，得1号浓缩液，并将所得1号浓缩液于温度为95℃条件下，干燥4h后，转入管式炉，于温度为400℃条件下，保温焙烧60min，随炉冷却至室温，出料，得预处理海泡石；随后将预处理海泡石和有机碱溶液按质量比为1：15混合后，于温度为55℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌反应4h，得反应液，并将所得反应液移入旋转蒸发仪，于温度为85℃，压力为700kPa条件下，减压浓缩5h，得2号浓缩液，并将所得2号浓缩液于温度为90℃条件下干燥4h，得改性海泡石；按重量份数计，依次取40份卡波姆，8份磷脂，6份卡拉胶，300份水，先将卡波姆、磷脂、卡拉胶和水倒入反应釜中，于温度为75℃，超声频率为55kHz条件下，超声分散4h后，随后于温度为85℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌反应5h，得混合液；按质量比为1：10将改性海泡石和混合液倒入混料机中，于转速为1200r/min，温度为75℃条件下，恒温搅拌混合6h后，将混料机中物料通过注射器注入模具中，并将模具移入冰箱中，于温度为-28℃条件下预冷8h，再将预冷后的模具移入真空冷冻干燥箱，于温度为-48℃，压力为30Pa条件下，真空冷冻干燥36h，出料，脱模，即得复合气凝胶型香烟过滤嘴材料。所述有机碱溶液为质量分数为15%的四丙基氢氧化铵溶液。所述卡波姆为卡波姆910。所述磷脂为大豆卵磷脂。
实例7
按质量比为3：1：20将草酸、柠檬酸和水倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌溶解30min，得有机酸溶液；将海泡石球磨后，过500目筛，并将过筛后的海泡石与有机酸溶液按质量比为1：20混合后，于超声频率为55kHz，温度为55℃条件下，超声浸渍3h，得浸渍液，并将所得浸渍液移入旋转蒸发仪，于温度为75℃，压力为600kPa条件下，减压浓缩5h，得1号浓缩液，并将所得1号浓缩液于温度为95℃条件下，干燥4h后，转入管式炉，于温度为400℃条件下，保温焙烧60min，随炉冷却至室温，出料，得预处理海泡石；随后将预处理海泡石和有机碱溶液按质量比为1：15混合后，于温度为55℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌反应4h，得反应液，并将所得反应液移入旋转蒸发仪，于温度为85℃，压力为700kPa条件下，减压浓缩5h，得2号浓缩液，并将所得2号浓缩液于温度为90℃条件下干燥4h，得改性海泡石；按重量份数计，依次取40份卡波姆，10份糖蛋白，6份卡拉胶，300份水，先将卡波姆、卡拉胶和水倒入反应釜中，于温度为75℃，超声频率为55kHz条件下，超声分散4h后，再向反应釜中加入糖蛋白，随后于温度为85℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌反应5h，得混合液；按质量比为1：10将改性海泡石和混合液倒入混料机中，于转速为1200r/min，温度为75℃条件下，恒温搅拌混合6h后，将混料机中物料通过注射器注入模具中，并将模具移入冰箱中，于温度为-28℃条件下预冷8h，再将预冷后的模具移入真空冷冻干燥箱，于温度为-48℃，压力为30Pa条件下，真空冷冻干燥36h，出料，脱模，即得复合气凝胶型香烟过滤嘴材料。所述有机碱溶液为质量分数为15%的四丙基氢氧化铵溶液。所述卡波姆为卡波姆910。所述糖蛋白为猪血清粘蛋白。
对比例：取市售某品牌香烟。
将实例1至7所得的复合气凝胶型香烟过滤嘴材料及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
1.吸附性能：按照GB/T 19609对焦油的释放量（单支）进行检测；按照GB/T 23228对亚硝胺类烟气（单支）的释放量进行检测；
2.力学性能：按照YC/T223.2对试件的硬度进行检测。
具体检测结果如表1所示：
表1
由表1检测结果可知，本发明技术方案制备的复合气凝胶型香烟过滤嘴材料具有优异的吸附性能，对香烟中有害物质的吸附效果显著的特点，且具有较好的力学性能，并能保留香烟的香味，在香烟过滤材料行业的发展中具有广阔的前景。