一种可降低卷烟主流烟气中co等有害物质释放量的致孔卷烟纸的制备方法
【专利摘要】一种可降低卷烟主流烟气中CO等有害物质释放量的致孔卷烟纸的制备方法，将卷烟纸纤维素的裂解催化剂与致孔剂添加到卷烟纸中；所述的裂解催化剂与致孔剂的质量比为1∶10-20∶1；所述的裂解催化剂与致孔剂在卷烟纸中总的添加量为0.3-3.0g?m-2；将纤维木浆、疏解、打浆、然后添加无机填料，经脱水、纸张成型、压榨、烘干、喷洒裂解催化剂与致孔剂混合溶液、再烘干、卷取、复卷制得，提高主流烟气中CO的扩散能力，可降低主流烟气中CO释放量15%以上。该卷烟纸制备方法简单、生产成本低，可工业化生产。
【专利说明】—种可降低卷烟主流烟气中CO等有害物质释放量的致孔卷烟纸的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可降低卷烟主流烟气一氧化碳等有害物质释放量的致孔卷烟纸制备。
技术背景
[0002]2005年，《烟草控制框架公约》(FCTC)在我国正式生效，公约中要求各国政府制订出相应的管制法规，更加严格地限制卷烟制品中有害成分(Hoffmann分析物)的释放量。伴随着公众对吸烟与健康问题的日益关注，卷烟烟气中释放的有害成分逐渐成为人们关注的焦点问题，其释放量成为评价卷烟危害性大小的重要参数。
[0003]卷烟纸是卷烟生产中的重要材料，卷烟纸的主要特点是直接参与卷烟燃烧，它对烟支的阴燃性、卷烟燃烧速度、主流与侧流烟气的释放量、卷烟吸味和外观质量等方面均具有重要的影响。因此，利用卷烟纸对卷烟燃烧状态的影响，是实现降低卷烟主流烟气有害成分的有效手段。
[0004]CO是卷烟主流烟气七种代表性有害成分中含量最高，也是最难去除的成分。目前，已经在使用的一些有效手段主要是利用滤嘴通风稀释技术以及高透气度卷烟纸的空气稀释作用来实现主流烟气中CO的有效降低。奥地利的Gleinser M等人研究了不同类型助燃添加剂对卷烟纸扩散率水平的影响。该研究表明，助燃剂会对主流烟气的产出产生影响，增加卷烟纸扩散能力将显著降低主流烟气中CO的释放量；Baker等人对卷烟纸的透气度和烟气组分变化量的关系进行了研究。结果表明，随着透气度的增加，CO、焦油等组分都有较大幅度的降低，同时指出打孔卷烟纸与自然透气卷烟纸对CO有着不同影响。具有相同透气度时，打孔的卷烟纸流入烟支的空气量要多于自然透气卷烟纸。
[0005]Muramatsu等人研究了卷烟纸的孔隙度和烟支长度对CO等组分在卷烟中的扩散和稀释作用。气体扩散率与气体分子量有关，分子量越少，扩散率越大。而他们认为主流烟气中的CO浓度的降低归功于CO扩散和稀释。Rostami的研究表明CO通过卷烟纸扩散受到烟支长度和粗细，卷烟纸的厚度，卷烟纸的透气度等因素的影响。法国的Thierry L等人研究了卷烟纸多孔结构的特性及对CO释放的影响。研究认为卷烟纸对CO的释放的影响主要有稀释和扩散两种作用，稀释法主要靠空气渗透，扩散法则依靠卷烟纸的实际多孔结构。采用水银测孔计等技术评价了具有相同透气度，但不同CO释放的卷烟纸，其扩散结果的差异性解释为多孔结构的不同所造成。
[0006]美国专利US6817365公开了一种含可热解填充物颗粒的卷烟纸及其制成的卷烟，但该卷烟纸比一般卷烟纸的厚度要大，纸张不平且易掉粉；且该类可热解填充物颗粒热分解的速度较慢，实际效果欠佳。
[0007]中国专利200710192688.8公开了一种可变透气度卷烟纸及其制备方法，该方法主要是在卷烟纸中添加有机发泡剂颗粒，通过发泡剂热分解后发泡作用使得炭化线附近卷烟纸的透气度增加。但该专利采用的有机发泡剂在热解的过程中除产生氮气外，还会生成大量NOx等有害气体，且发泡剂的加入会严重影响卷烟的吸味，不适合工业化生产。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足及行业发展的需求，提供一种用于降低卷烟主流烟气中CO等有害物质的释放量，且不影响卷烟抽吸感官品质的卷烟纸，该卷烟纸制备方法简单，生产成本低，可满足工业化生产要求。
[0009]本发明的目的是通过下述方式实现的:
[0010]将卷烟纸纤维素的裂解催化剂与致孔剂添加到卷烟纸中；所述的裂解催化剂与致孔剂的质量比为1: 10-20: 1 ;所述的裂解催化剂与致孔剂在卷烟纸中总的添加量为
0.3-3.0g m_2 ;将纤维木浆、疏解、打浆、然后添加无机填料，经脱水、纸张成型、压榨、烘干、喷洒裂解催化剂与致孔剂混合溶液、再烘干、卷取、复卷制得。
[0011]所述纤维原料中，将针叶木浆与阔叶木浆按重量比1:10-10:1进行配浆。
[0012]所述的无机填料为碳酸钙、轻质碳酸钙粉末或新鲜制备的碳酸钙悬浮液，其用量在卷烟纸中重量百分比范围为20-40%。本发明还可根据制备卷烟纸所需添加常规的功能助剂成分。
[0013]所述的裂解催化剂为酒石酸钾、富马酸钾、酒石酸钠、富马酸钠与醋酸铈、醋酸锌中的一种或几种。
[0014]所述的致孔剂为碳酸氢钠、碳酸氢钾、氯酸钾中的一种或几种。
[0015]本发明方案中优选采用裂解催化剂与致孔剂按质量比1.0-2.5: I。
[0016]本发明最优选的实施方案包括:
[0017]酒石酸钾:酒石酸钠:醋酸锌:碳酸氢钾的质量比为10: 3: 3: 8。
[0018]富马酸钾:酒石酸钠:醋酸铈:碳酸氢钠的质量比为7: 3: 2: 5。
[0019]酒石酸钾:富马酸钠:醋酸锌:醋酸铈:氯酸钾质量比为10: 2: 3: 2: 10。
[0020]富马酸钾:酒石酸钠:醋酸锌:碳酸氢钾:氯酸钾质量比为8: 5: 5: 10: 5。
[0021]酒石酸钾:富马酸钠:醋酸铈:碳酸氢钾:碳酸氢钠质量比为10: 3: 3: 8: 5。
[0022]所述的裂解催化剂与致孔剂在卷烟纸中总的添加量为0.3-3.0g m_2。
[0023]本发明与已有技术相比具有以下显著特点:
[0024]本发明首次通过浆料与致孔剂的优选制备具有纤维素催化裂解致孔与气体致孔双重作用的卷烟纸。通过利用钾盐、醋酸锌与醋酸铈等裂解催化剂的催化裂解纸张纤维素致孔作用，以及碳酸氢钠、碳酸氢钾、氯酸钾热分解产生的CO2与O2的气体致孔作用，从而综合调节卷烟纸孔结构，可实现降低卷烟主流烟气CO释放量15%以上。
[0025]本发明制备的具有纤维素催化裂解致孔与气体致孔双重作用卷烟纸卷制卷烟后，可有效降低主流烟气中CO释放量15%以上，且不影响卷烟的抽吸品质；
[0026]本发明将提升卷烟的品质，成为低危害卷烟的一大亮点，有望成为卷烟产品新的经济增长点。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]【图1】为对比例I与实施例2中未完全裂解卷烟纸的SEM图像:图1(a)为对比例1，图1(b)为实施例2。
[0028]【图2】为对比例I与实施例2中完全裂解卷烟纸的SEM图像:图2(a)为对比例1，图2(b)为实施例2。
【具体实施方式】
[0029]以下实施例旨在说明本发明，而不是对本发明保护范围的进一步限定。
[0030]对比例I
[0031]取120公斤针叶木浆和450公斤桦木阔叶浆，加入碳酸钙500公斤进行打浆造纸，配制质量百分数为10%的酒石酸钾和6%的酒石酸钠混合添加剂溶液，将配制好的添加剂溶液在卷烟纸生产的施胶工段通过计量棒式膜转移施胶机均匀添加到卷烟纸中，按常规造纸方法生产卷烟纸，在设备上控制卷烟纸参数为:定量29g m_2，透气度60C0RESTA，添加剂在卷烟纸中的添加量为1.0Og m-2。此为对照样卷烟纸(编号为SI)。
[0032]实施例2
[0033]取150公斤针叶木浆和420公斤桦木阔叶浆，加入碳酸钙500公斤进行打浆造纸，配制质量百分数为10%的酒石酸钾、3%的酒石酸钠、3%的醋酸锌以及8%的碳酸氢钾混合添加剂溶液，将配制好的添加剂溶液在卷烟纸生产的施胶工段通过计量棒式膜转移施胶机均匀添加到卷烟纸中，按常规造纸方法生产卷烟纸，在设备上控制卷烟纸参数为:定量29gm_2，透气度60C0RESTA，添加剂在卷烟纸中的添加量为l.0Og m_2(编号为S2)。将制得的功能性卷烟纸S2与对照样卷烟纸SI用于湖南中烟某一牌号的卷烟生产，对卷制的卷烟进行主流烟气CO、焦油的常规烟气数据分析、7项有害指标检测和感官质量评价，结果分别见表1、表2与表3。此外，还采用扫描电镜(SEM)观察了卷烟实际燃烧过程炭化线后2mm内(未完全裂解)和燃烧锥(完全裂解)和两个不同区域中的卷烟纸孔结构变化规律，结果分别见图1、表4与图2、表5。
[0034]图1为未完全裂解的卷烟纸(炭化线附近2mm区域)的SEM图像，图1中可清晰的观察到纤维素的催化裂解致孔与气体致孔所产生的微孔结构。图1结果表明，卷烟燃烧过程中SI与S2两个卷烟纸样品均出现了大量微孔，其中S2比SI孔数目更多，孔径更小。采用统计方法对不同孔径进行了分析，结果见表4。表4中的结果表明，在76.42*51.79 μ m测试样品区域中，SI样品通过4个平行样的测试，平均有1837个不同孔径的孔，总面积1727.54 μ m2，平均孔隙面积0.948 μ m2，当量孔径为0.548 μ m,孔隙平均周长3.015 μ m ;而S2样品通过4个平行样的测试，平均有2489个不同孔径的孔，面积1405.92 μ m2，平均孔隙面积0.567 μ m2，当量孔径为0.424 μ m,孔隙平均周长2.312 μ m。由此可得出结论，在卷烟燃烧过程中，卷烟纸S2比SI产生了更多的微孔数目，更小的孔隙总面积，更小的孔径，且分布更均匀，卷烟纸炭化线附近所产生的丰富微孔结构更有利于CO的扩散。
[0035]图2为完全裂解的卷烟纸(卷烟燃烧锥区域)的SEM图像。图2结果表明，S2比SI的孔数目更多，孔径更小。采用统计方法对不同孔径进行了分析，结果见表5。由表5可知，卷烟纸完全裂解后，在227.78*153.33 μ m测量区域里面，样品S2通过4个平行样的测试，平均孔数目为4148个，总面积3398.32 μ m2，孔隙平均面积0.82 μ m2，当量孔径为0.511 μ m ;而样品SI通过4个平行样的测试，平均孔数目为3585个，孔隙总面积3582.37 μ m2，孔隙平均面积1.0Oym2,当量孔径为0.564 μ m。这也就是说，在这一测量区域里面，S2具有更多的微孔数目，更小的孔隙总面积，从而使得其孔隙平均面积更小，孔径更加均匀，该结构有利于CO扩散，从而降低主流烟气中CO释放量。
[0036]实施例3
[0037]取150公斤针叶木浆、420公斤桦木阔叶浆，加入碳酸钙500公斤进行打浆造纸，配制质量百分数为7%的富马酸钾、3%的酒石酸钠、2%的醋酸铈以及5%的碳酸氢钠混合添加剂溶液，将配制好的添加剂溶液在卷烟纸生产的施胶工段通过计量棒式膜转移施胶机均匀添加到卷烟纸中，按常规造纸方法生产卷烟纸，在设备上控制卷烟纸参数为:定量29g m_2，透气度60C0RESTA，添加剂在卷烟纸中的添加量为1.10g m_2 (编号为S3)。将制得的功能性卷烟纸S3与对照样卷烟纸SI用于湖南中烟某一牌号的卷烟生产，对卷制的卷烟进行主流烟气CO、焦油的常规烟气数据分析、7项有害指标检测和感官质量评价，结果分别见表1、表2与表3。
[0038]实施例4
[0039]取150公斤针叶木浆、420公斤桦木阔叶浆，加入碳酸钙500公斤进行打浆造纸，配制质量百分数为10%的酒石酸钾、2%的富马酸钠、3%的醋酸锌、2%的醋酸铈及10%的氯酸钾混合添加剂溶液，将配制好的添加剂溶液在卷烟纸生产的施胶工段通过计量棒式膜转移施胶机均匀添加到卷烟纸中，按常规造纸方法生产卷烟纸，在设备上控制卷烟纸参数为:定量29g m-2，透气度60C0RESTA，添加剂在卷烟纸中的添加量为0.92g m-2(编号为S4)。将制得的功能性卷烟纸S4与对照样卷烟纸SI用于湖南中烟某一牌号的卷烟生产，对卷制的卷烟进行主流烟气CO、焦油的常规烟气数据分析、7项有害指标检测和感官质量评价，结果分别见表1、表2与表3。
[0040]实施例5
[0041]取180公斤针叶木浆、400公斤桦木阔叶浆，加入碳酸钙500公斤进行打浆造纸，配制质量百分数为8%的富马酸钾、5%的酒石酸钠、5%的醋酸锌及10%的碳酸氢钾与5%的氯酸钾混合添加剂溶液，将配制好的添加剂溶液在卷烟纸生产的施胶工段通过计量棒式膜转移施胶机均匀添加到卷烟纸中，按常规造纸方法生产卷烟纸，在设备上控制卷烟纸参数为:定量29g m_2，透气度60C0RESTA，添加剂在卷烟纸中的添加量为1.05g m_2(编号为S5)。将制得的功能性卷烟纸S5与对照样卷烟纸SI用于湖南中烟某一牌号的卷烟生产，对卷制的卷烟进行主流烟气CO、焦油的常规烟气数据分析、7项有害指标检测和感官质量评价，结果分别见表1、表2与表3。
[0042]实施例6
[0043]取150公斤针叶木浆、420公斤桦木阔叶浆，加入碳酸钙500公斤进行打浆造纸，配制质量百分数为10%的酒石酸钾、3%的富马酸钠、3%的醋酸铈及8%的碳酸氢钾与5%的碳酸氢钠混合添加剂溶液，将配制好的添加剂溶液在卷烟纸生产的施胶工段通过计量棒式膜转移施胶机均匀添加到卷烟纸中，按常规造纸方法生产卷烟纸，在设备上控制卷烟纸参数为:定量29g m_2，透气度60C0RESTA，添加剂在卷烟纸中的添加量为1.12g m_2(编号为S6)。将制得的功能性卷烟纸S6与对照样卷烟纸SI用于湖南中烟某一牌号的卷烟生产，对卷制的卷烟进行主流烟气CO、焦油的常规烟气数 据分析、7项有害指标检测和感官质量评价，结果分别见表1、表2与表3。
[0044]表1卷烟主流烟气常规烟气数据[0045]
【权利要求】
1.一种可降低卷烟主流烟气中CO等有害物质释放量的致孔卷烟纸的制备方法，其特征在于，将卷烟纸纤维素的裂解催化剂与致孔剂添加到卷烟纸中；所述的裂解催化剂与致孔剂的质量比为1: 10-20: I ;所述的裂解催化剂与致孔剂在卷烟纸中总的添加量为0.3-3.0g m_2 ;将纤维木浆、疏解、打浆、然后添加无机填料，经脱水、纸张成型、压榨、烘干、喷洒裂解催化剂与致孔剂混合溶液、再烘干、卷取、复卷制得。
2.根据权利要求1所述的卷烟纸，其特征在于，所述的裂解催化剂为酒石酸钾、富马酸钾、酒石酸钠、富马酸钠与醋酸铈、醋酸锌中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的卷烟纸，其特征在于，所述的致孔剂为碳酸氢钠、碳酸氢钾、氯酸钾中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的卷烟纸，其特征在于，所述的纤维木浆为针叶木浆与阔叶木浆。
5.根据权利要求4所述的卷烟纸，其特征在于，将针叶木浆与阔叶木浆按重量比I: 10-10: I进行配浆。
6.根据权利要求1所述的卷烟纸，其特征在于，所述的无机填料为碳酸钙、轻质碳酸钙粉末或新鲜制备的碳酸钙悬浮液。
7.根据权利要求1所述的卷烟纸，其特征在于，所述的无机填料在卷烟纸中重量百分比范围为20-40%。
8.根据权利要求1所述的卷烟纸，其特征在于，所述的裂解催化剂与致孔剂按质量比1.0-2.5:1。
9.根据权利要求1-8任一项所述的卷烟纸，其特征在于，所述的裂解催化剂为酒石酸钾、富马酸钾、酒石酸钠、富马酸钠与醋酸铈、醋酸锌中的一种或几种；所述的致孔剂为碳酸氢钠、碳酸氢钾、氯酸钾中的一种或几种。
10.根据权利要求9所述的卷烟纸，其特征在于，酒石酸钾:酒石酸钠:醋酸锌:碳酸氢钾的质量比为10: 3: 3: 8 ;或富马酸钾:酒石酸钠:醋酸铈:碳酸氢钠的质量比为7:3:2:5 ;或酒石酸钾:富马酸钠:醋酸锌:醋酸铺:氯酸钾质量比为10: 2: 3: 2: 10 ;或富马酸钾:酒石酸钠:醋酸锌:碳酸氢钾:氯酸钾质量比为8: 5: 5: 10: 5 ;或酒石酸钾:富马酸钠:醋酸铈:碳酸氢钾:碳酸氢钠质量比为10: 3: 3: 8: 5。
【文档编号】D21H21/22GK103882778SQ201410130879
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2014年4月2日
【发明者】银董红, 罗玮, 王平军, 陈泽亮, 钟科军 申请人:湖南中烟工业有限责任公司