本发明涉及一种复合型卷烟滤嘴的制备方法，属于卷烟技术领域。
背景技术：
吸烟造成的污染和健康危害已成为世界亟待解决的问题。烟草烟雾是一种含有3800多种化合物的混合物，这些化合物是由气相中的挥发性、半挥发性和非挥发性化合物组成的气溶胶。吸烟者吸烟是因为他们对尼古丁上瘾。然而除尼古丁外，卷烟烟雾中还含有各种有毒化合物，致使吸烟者染病患癌。尽管多年来国内外在卷烟过滤嘴的开发方面已经做了很多努力，但是大多数卷烟过滤嘴仍然是由醋酸纤维制成的。然而，常见的醋酸纤维过滤嘴对烟气中有毒化合物的去除效果并不理想。为了提高去除效率，人们开始向滤嘴中加入如活性炭、沸石甚至碳纳米管等添加剂，利用它们来吸附或分解烟气中的有毒物质。
另一方面，从优质纤维素资源如阔叶树到醋酸纤维的生产是一个复杂的化学生产过程，必定会产生大量污染。如今，工业生产中卷烟质量和环境保护的标准越来越高，这更加促使人们努力提高烟气中有毒化合物的去除效率。因此，发明新型的过滤嘴材料去作为醋酸纤维或聚丙烯合成纤维的替代品是非常有必要的。
中国专利公开号cn108158034a，公开日期为2018年6月15日，发明名称为：一种复合气凝胶型香烟过滤嘴材料的制备方法，该发明是以海泡石为原料，对其进行改性以及其他物质的再复合，最终得到复合气凝胶型滤嘴材料。其优点是对香烟中的有害物质吸附效果非常显著，并且具有良好的力学性能。但复合所需的辅料品类特别，致使取材困难，成本过高，加之原料无法自然降解，为吸附后处理增加了难度，较难运用于目前主流的一次性卷烟。
灯芯草，多年生草本植物，常取其茎晒干入药，具有清心火、利小便的功效。近年来，人们发觉灯芯草内部存在天然的立体网状结构，并逐渐开始进行功能探索。由于卷烟烟气中多含微米级的气溶胶，而灯芯草内部的网孔多为纳米级，因此灯芯草便被认为是一种理想的卷烟过滤嘴材料。
中国专利公开号cn101347266b，公开日期为2010年12月22日，发明名称为：一种卷烟过滤材料的制备方法，该发明是用灯芯草作为原料，通过载重处理、干燥、造粒等工艺形成卷烟吸附颗粒，从而制得卷烟过滤材料。其优点是原料为天然多孔植物纤维，可利用其纳米级立体网状结构吸附、拦截有害物质，且价格低廉。但其吸附机理主要为物理吸附，相对于传统滤嘴的吸附效果提升不大，且颗粒不具备粘附性，成棒后易漏粒，实用性不强。
中国专利公开号cn2757604y，公开日期为2006年2月15日，发明名称为：灯心草过滤嘴卷烟，该发明是将少量条状灯芯草以轴向排列的方式置入卷烟过滤嘴内，形成新型滤嘴。其虽然可以降低卷烟毒性，但灯芯草易断，置入滤棒的过程困难，无法实现产业化，且仅通过多孔结构进行物理吸附，烟气中有害物质的吸附量少，吸附效果不佳。
目前，灯芯草滤嘴的作用机理仅停留在利用其网状结构进行物理吸附上，虽有不错的效果，但相较于加入添加剂而产生的化学吸附，还是有所差距，主要体现在吸附的选择性和整体效果上。
因此，如何对灯芯草进行改性，使得其在烟气过滤的过程中兼具多重吸附，提升过滤效果，且成品稳定，具有工业化的潜力，是当下的关键问题。
技术实现要素：
本发明的目的旨在克服现有技术的缺陷，提供一种以改性后的灯芯草为基体制备复合型卷烟滤嘴的制备方法，使得烟气过滤兼备多重吸附作用，有效降低烟气中的焦油等有害物质。
本发明所述的一种复合型卷烟滤嘴的制备方法，按以下步骤进行：
a洗涤液的配制
将异丙醇和水混合均匀后搅拌配制成洗涤液，其中，异丙醇与水的体积比为98:2～90:10，搅拌速率为50～600r/min，搅拌时间为1～10min。
b改性溶液的配制
将聚乙烯吡咯烷酮置于乙醇和水的混合溶液中，搅拌溶解后在真空环境下进行脱泡处理，得到改性溶液，其中，聚乙烯吡咯烷酮的质量分数为3～10％，乙醇和水的体积比为95:5～90:10，溶解温度为40～80℃，搅拌速度为50～600r/min，搅拌时间为6～12h，真空环境的真空度为0.05～0.1mpa，脱泡处理的时间为8～12h。
c灯芯草的预处理
将灯芯草置于经a步骤配制而成的洗涤液中，进行超声波处理后烘干，得到预处理后的灯芯草，其中，超声波频率为20～60khz，超声温度为10～35℃，超声时间为15～20min，烘干温度为40～60℃，烘干时间为4～8h。
d灯芯草的改性
将经c步骤预处理后的灯芯草置于布氏漏斗中，在b步骤配制而成的改性溶液浸润下进行负压抽滤，之后放入冰箱中预冻，预冻完成后，将预冻后的灯芯草移入冷冻干燥机中，真空冷冻干燥后得到改性后的灯芯草，其中，抽滤负压为0.3～0.5mpa，抽滤时间为3～5min，预冻温度为-40～-30℃，预冻时间为6～12h，真空冷冻干燥的真空度为0.1～0.3mpa，真空冷冻干燥温度为-55～-40℃，真空冷冻干燥时间为6～12h。
e颗粒型滤材的制备
将d步骤中改性后的灯芯草切成颗粒状，颗粒状粒径为1～3mm，投入滤棒成型机中进行压制，之后用滤嘴成型纸进行包覆，得到颗粒型滤材，其中，颗粒型滤材所含改性后颗粒状灯芯草的质量为0.04～0.07g。
f条型滤材的制备
将d步骤中改性后的灯芯草切成条状，条状长度为1～2cm，沿轴向紧密排列成圆柱体，经滤棒成型机压制后用滤嘴成型纸进行包覆，得到条型滤材，其中，条型滤材所含改性后条状灯芯草的质量为0.04～0.07g。
g复合型卷烟滤嘴的制备
将e步骤中制备的颗粒型滤材和f步骤中制备的条型滤材分别裁切后进行拼接，再经滤棒成型机共同压制成型并用滤嘴成型纸进行包覆，得到复合型卷烟滤嘴，其中，拼接方式为端部对接，颗粒型滤材和条状滤材的裁切长度比为3:7～7:3。
所述的聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为80000～130000。
由于采用了以上技术方案，本发明的技术特点在于：采用聚乙烯吡咯烷酮对灯芯草进行改性，聚乙烯吡咯烷酮是一种水溶性高分子聚合物，其无臭、无味、无毒，且具有良好的粘结性，粘度随着平均分子量的增大而增大，所以能够很好的附着在灯芯草的外壁。当平均分子量适中的情况下能够很好的渗入灯芯草内部的网状结构当中，并且采用真空冷冻干燥的方法，在不影响聚乙烯吡咯烷酮物理结构和分子结构的情况下，较为完整的保留了其组织结构和外观形态，溶剂脱干的同时形成相互贯通或封闭的孔洞或网络结构，能够有效避免因溶液局部粘度不均而造成的孔道堵塞。聚乙烯吡咯烷酮分子结构具有强极性和易形成氢键的酞胺基团，这使它能结合一些极性小分子，同时分子内的氧原子、氮原子是典型的配位原子，使其能与许多不同的化合物生成络合物，在与主流烟气接触时，使烟气气溶胶中不溶于水的有害物质水溶性增强，更多溶解于水蒸气当中，从而发生凝聚现象，形成水凝胶，致使被灯芯草内部网孔拦截，达到过滤有害物质的效果。
颗粒状灯芯草由于灯芯草外壁与内部网状结构的孔径大小不均一，且由颗粒间存在众多稳定的孔隙，为烟气流动提供了通道，烟气通过弯曲的孔道，得以增长与滤料的接触时间，截留效果显著提升。条状灯芯草内部孔径均匀，烟气均沿轴向通过其中，进行孔隙过滤的同时，气流的流速稳定，对卷烟吸阻影响不大。将条状与颗粒两种结构复合，两种结构平均孔径不同，在分别进行过滤的同时，两结构的交界面由于平均孔径骤然发生变化，烟气得不到疏通，导致滞留或逆流，进一步延长了滤料与烟气的接触时间。三种模式组合过滤，形成三重吸附。物理孔道拦截与化学络合吸附相结合，从而达到良好的过滤效果。本发明制备的滤嘴结构简单、原料成本低、材料天然可降解、吸附效果良好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行具体详细描述。
所述制备方法按以下步骤进行：
a洗涤液的配制
将异丙醇和水混合均匀后搅拌配制成洗涤液，其中，异丙醇与水的体积比为98:2～90:10，搅拌速率为50～600r/min，搅拌时间为1～10min。
b改性溶液的配制
将聚乙烯吡咯烷酮置于乙醇和水的混合溶液中，搅拌溶解后在真空环境下进行脱泡处理，得到改性溶液，其中，聚乙烯吡咯烷酮的质量分数为3～10％，乙醇和水的体积比为95:5～90:10，溶解温度为40～80℃，搅拌速度为50～600r/min，搅拌时间为6～12h，真空环境的真空度为0.05～0.1mpa，脱泡处理的时间为8～12h。
c灯芯草的预处理
将灯芯草置于经a步骤配制而成的洗涤液中，进行超声波处理后烘干，得到预处理后的灯芯草，其中，超声波频率为20～60khz，超声温度为10～35℃，超声时间为15～20min，烘干温度为40～60℃，烘干时间为4～8h。
d灯芯草的改性
将经c步骤预处理后的灯芯草置于布氏漏斗中，在b步骤配制而成的改性溶液浸润下进行负压抽滤，之后放入冰箱中预冻，预冻完成后，将预冻后的灯芯草移入冷冻干燥机中，真空冷冻干燥后得到改性后的灯芯草，其中，抽滤负压为0.3～0.5mpa，抽滤时间为3～5min，预冻温度为-40～-30℃，预冻时间为6～12h，真空冷冻干燥的真空度为0.1～0.3mpa，真空冷冻干燥温度为-55～-40℃，真空冷冻干燥时间为6～12h。
e颗粒型滤材的制备
将d步骤中改性后的灯芯草切成颗粒状，颗粒状粒径为1～3mm，投入滤棒成型机中进行压制，之后用滤嘴成型纸进行包覆，得到颗粒型滤材，其中，颗粒型滤材所含改性后颗粒状灯芯草的质量为0.04～0.07g。
f条型滤材的制备
将d步骤中改性后的灯芯草切成条状，条状长度为1～2cm，沿轴向紧密排列成圆柱体，经滤棒成型机压制后用滤嘴成型纸进行包覆，得到条型滤材，其中，条型滤材所含改性后条状灯芯草的质量为0.04～0.07g。
g复合型卷烟滤嘴的制备
将e步骤中制备的颗粒型滤材和f步骤中制备的条型滤材分别裁切后进行拼接，再经滤棒成型机共同压制成型并用滤嘴成型纸进行包覆，得到复合型卷烟滤嘴，其中，拼接方式为端部对接，颗粒型滤材和条状滤材的裁切长度比为3:7～7:3。
所述的聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为80000～130000。
具体实施例
实施例一
按上述工艺步骤：将乙醇和水按质量比为90:10形成混合溶液，在室温下，以100r/min的速度将混合溶液搅拌1min后，得到洗涤液。将平均分子量为80000的聚乙烯吡咯烷酮溶于95:5的无水乙醇/水混合溶液中，形成质量分数为3％的混合溶液，在温度为50℃的水浴环境下，将混合溶液以50r/min的速度搅拌8h，在真空度为0.05mpa的环境下脱泡8h，得到改性溶液。将灯芯草纤维浸没于洗涤液中，以20khz、10℃超声处理15min，之后放置在40℃烘箱中干燥4h，得到预处理后的灯芯草纤维。将预处理后的灯芯草纤维置于布氏漏斗中，在改性溶液的浸润下，以负压0.3mpa抽滤3min，之后将其放入-40℃的冰箱预冻6h，取出后放入真空度为0.1mpa、温度为-55℃的冷冻干燥机中真空冻干6h，得到改性后的灯芯草。取0.07g粒径为1mm改性后的颗粒状灯芯草投入滤棒成型机中，经压制后用滤嘴成型纸进行包覆，得到颗粒型滤材。取30根长度为2cm改性后的条状灯芯草纤维紧密定向排列，经滤棒成型机压制后用滤嘴成型纸进行包覆，得到条型滤材。最后，将颗粒型滤材和条型滤材以长度比3:7经滤棒成型机共同压制成型，再用滤嘴成型纸进行包覆，得到复合型卷烟滤嘴。
实施例二
按上述工艺步骤：将乙醇和水按质量比为91:9形成混合溶液，在室温下，以50r/min的速度将混合溶液搅拌3min后，得到洗涤液。将平均分子量为90000的聚乙烯吡咯烷酮溶于94:6的无水乙醇/水混合溶液中，形成质量分数为5％的混合溶液，在温度为40℃的水浴环境下，将混合溶液以100r/min的速度搅拌6h，在真空度为0.06mpa的环境下脱泡9h，得到改性溶液。将灯芯草纤维浸没于洗涤液中，以30khz、15℃超声处理16min，之后放置在45℃烘箱中干燥5h，得到预处理后的灯芯草纤维。将预处理后的灯芯草纤维置于布氏漏斗中，在改性溶液的浸润下，以负压0.35mpa抽滤3.5min，之后将其放入-37℃的冰箱预冻7h，取出后放入真空度为0.15mpa、温度为-50℃的冷冻干燥机中真空冻干7h，得到改性后的灯芯草。取0.06g粒径为1.5mm改性后的颗粒状灯芯草投入滤棒成型机中，经压制后用滤嘴成型纸进行包覆，得到颗粒型滤材。取28根长度为1.5cm改性后的条状灯芯草纤维紧密定向排列，经滤棒成型机压制后用滤嘴成型纸进行包覆，得到条型滤材。最后，将颗粒型滤材和条型滤材以长度比4:6经滤棒成型机共同压制成型，再用滤嘴成型纸进行包覆，得到复合型卷烟滤嘴。
实施例三
按上述工艺步骤：将乙醇和水按质量比为93:7形成混合溶液，在室温下，以70r/min的速度将混合溶液搅拌4min后，得到洗涤液。将平均分子量为80000的聚乙烯吡咯烷酮溶于93:7的无水乙醇/水混合溶液中，形成质量分数为6％的混合溶液，在温度为60℃的水浴环境下，将混合溶液以200r/min的速度搅拌7h，在真空度为0.07mpa的环境下脱泡10h，得到改性溶液。将灯芯草纤维浸没于洗涤液中，以40khz、20℃超声处理17min，之后放置在50℃烘箱中干燥6h，得到预处理后的灯芯草纤维。将预处理后的灯芯草纤维置于布氏漏斗中，在改性溶液的浸润下，以负压0.4mpa抽滤4min，之后将其放入-36℃的冰箱预冻8h，取出后放入真空度为0.2mpa、温度为-45℃的冷冻干燥机中真空冻干8h，得到改性后的灯芯草。取0.05g粒径为2mm改性后的颗粒状灯芯草投入滤棒成型机中，经压制后用滤嘴成型纸进行包覆，得到颗粒型滤材。取27根长度为1cm改性后的条状灯芯草纤维紧密定向排列，经滤棒成型机压制后用滤嘴成型纸进行包覆，得到条型滤材。最后，将颗粒型滤材和条型滤材以长度比5:5经滤棒成型机共同压制成型，再用滤嘴成型纸进行包覆，得到复合型卷烟滤嘴。
实施例四
按上述工艺步骤：将乙醇和水按质量比为95:5形成混合溶液，在室温下，以200r/min的速度将混合溶液搅拌5min后，得到洗涤液。将平均分子量为100000的聚乙烯吡咯烷酮溶于95:5的无水乙醇/水混合溶液中，形成质量分数为7％的混合溶液，在温度为65℃的水浴环境下，将混合溶液以300r/min的速度搅拌9h，在真空度为0.08mpa的环境下脱泡8.5h，得到改性溶液。将灯芯草纤维浸没于洗涤液中，以45khz、25℃超声处理18min，之后放置在55℃烘箱中干燥7h，得到预处理后的灯芯草纤维。将预处理后的灯芯草纤维置于布氏漏斗中，在改性溶液的浸润下，以负压0.45mpa抽滤4.5min，之后将其放入-35℃的冰箱预冻9h，取出后放入真空度为0.25mpa、温度为-40℃的冷冻干燥机中真空冻干9h，得到改性后的灯芯草。取0.04g粒径为2.5mm改性后的颗粒状灯芯草投入滤棒成型机中，经压制后用滤嘴成型纸进行包覆，得到颗粒型滤材。取25根长度为1.6cm改性后的条状灯芯草纤维紧密定向排列，经滤棒成型机压制后用滤嘴成型纸进行包覆，得到条型滤材。最后，将颗粒型滤材和条型滤材以长度比6:4经滤棒成型机共同压制成型，再用滤嘴成型纸进行包覆，得到复合型卷烟滤嘴。
实施例五
按上述工艺步骤：将乙醇和水按质量比为96:4形成混合溶液，在室温下，以300r/min的速度将混合溶液搅拌6min后，得到洗涤液。将平均分子量为110000的聚乙烯吡咯烷酮溶于92:8的无水乙醇/水混合溶液中，形成质量分数为8％的混合溶液，在温度为70℃的水浴环境下，将混合溶液以400r/min的速度搅拌10h，在真空度为0.09mpa的环境下脱泡9.5h，得到改性溶液。将灯芯草纤维浸没于洗涤液中，以50khz、30℃超声处理19min，之后放置在60℃烘箱中干燥8h，得到预处理后的灯芯草纤维。将预处理后的灯芯草纤维置于布氏漏斗中，在改性溶液的浸润下，以负压0.5mpa抽滤5min，之后将其放入-34℃的冰箱预冻10h，取出后放入真空度为0.3mpa、温度为-50℃的冷冻干燥机中真空冻干10h，得到改性后的灯芯草。取0.045g粒径为3mm改性后的颗粒状灯芯草投入滤棒成型机中，经压制后用滤嘴成型纸进行包覆，得到颗粒型滤材。取24根长度为1.7cm改性后的条状灯芯草纤维紧密定向排列，经滤棒成型机压制后用滤嘴成型纸进行包覆，得到条型滤材。最后，将颗粒型滤材和条型滤材以长度比7:3经滤棒成型机共同压制成型，再用滤嘴成型纸进行包覆，得到复合型卷烟滤嘴。
实施例六
按上述工艺步骤：将乙醇和水按质量比为97:3形成混合溶液，在室温下，以400r/min的速度将混合溶液搅拌8min后，得到洗涤液。将平均分子量为120000的聚乙烯吡咯烷酮溶于91:9的无水乙醇/水混合溶液中，形成质量分数为9％的混合溶液，在温度为75℃的水浴环境下，将混合溶液以500r/min的速度搅拌11h，在真空度为0.06mpa的环境下脱泡11h，得到改性溶液。将灯芯草纤维浸没于洗涤液中，以55khz、35℃超声处理20min，之后放置在40℃烘箱中干燥7.5h，得到预处理后的灯芯草纤维。将预处理后的灯芯草纤维置于布氏漏斗中，在改性溶液的浸润下，以负压0.3mpa抽滤3min，之后将其放入-32℃的冰箱预冻11h，取出后放入真空度为0.1mpa、温度为-42℃的冷冻干燥机中真空冻干11h，得到改性后的灯芯草。取0.055g粒径为1mm改性后的颗粒状灯芯草投入滤棒成型机中，经压制后用滤嘴成型纸进行包覆，得到颗粒型滤材。取22根长度为1.8cm改性后的条状灯芯草纤维紧密定向排列，经滤棒成型机压制后用滤嘴成型纸进行包覆，得到条型滤材。最后，将颗粒型滤材和条型滤材以长度比4.5:5.5经滤棒成型机共同压制成型，再用滤嘴成型纸进行包覆，得到复合型卷烟滤嘴。
实施例七
按上述工艺步骤：将乙醇和水按质量比为98:2形成混合溶液，在室温下，以600r/min的速度将混合溶液搅拌10min后，得到洗涤液。将平均分子量为130000的聚乙烯吡咯烷酮溶于90:10的无水乙醇/水混合溶液中，形成质量分数为10％的混合溶液，在温度为80℃的水浴环境下，将混合溶液以600r/min的速度搅拌12h，在真空度为0.1mpa的环境下脱泡12h，得到改性溶液。将灯芯草纤维浸没于洗涤液中，以60khz、35℃超声处理20min，之后放置在50℃烘箱中干燥5.5h，得到预处理后的灯芯草纤维。将预处理后的灯芯草纤维置于布氏漏斗中，在改性溶液的浸润下，以负压0.4mpa抽滤4min，之后将其放入-30℃的冰箱预冻12h，取出后放入真空度为0.2mpa、温度为-52℃的冷冻干燥机中真空冻干12h，得到改性后的灯芯草。取0.065g粒径为2mm改性后的颗粒状灯芯草投入滤棒成型机中，经压制后用滤嘴成型纸进行包覆，得到颗粒型滤材。取20根长度为1.9cm改性后的条状灯芯草纤维紧密定向排列，经滤棒成型机压制后用滤嘴成型纸进行包覆，得到条型滤材。最后，将颗粒型滤材和条型滤材以长度比6.5:3.5经滤棒成型机共同压制成型，再用滤嘴成型纸进行包覆，得到复合型卷烟滤嘴。