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技术

本发明专利技术公开了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，其中纳米纤维复合丝束，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。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。本发明专利技术所使用的原料价廉易得，制备方法绿色环保、安全可控，得到的纳米纤维复合丝束对苯酚具有很好的吸附作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卷烟
，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。
技术介绍
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。 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的专利技术专利文献公开了 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。
技术实现思路
本专利技术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。 -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。 本专利技术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°C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。 作为优选，醋酸纤维素和环糊精的质量比为10~20:3~15。在醋酸纤维素上接 枝适当数量的环糊精，有利于形成的纳米纤维对苯酚具有高效的吸附作用。优选地，醋酸纤 维素和环糊精的质量比为1~6:1。进一步优选，醋酸纤维素和环糊精的质量比为2~4:1。 二甲基甲酰胺作为溶剂，用量并无严格限制，以能够完全溶解所加入的醋酸纤维 素和异氰酸酯为宜，优选地，每IOOmL二甲基甲酰胺中溶解5~IOg醋酸纤维素。 步骤（1)中，活化后的醋酸纤维素与环糊精进行接枝共聚的具体操作为： 将环糊精、活化后的醋酸纤维素以及催化剂混合，在30~90°C条件下，反应0. 5~ 1. 5h，得到环糊精修饰的醋酸纤维素。 作为优选，所述催化剂为醋酸钾或二丁基二月桂酸锡中的一种。 为了保证接枝聚合反应的顺利进行，优选地，醋酸纤维素与催化剂的质量比为 10~20:0. 001~0. 1。优选地，醋酸纤维素与催化剂的质量比为15:0. 001~0. 1。 作为优选，所述静电纺丝的电压为5~30kV，接收距离（钢丝和烟用丝束基材之间 的距离）为5~20cm，烟用丝束的卷绕速率为50~400m/min。 含有环糊精修饰的醋酸纤维素的纺丝液由环糊精修饰的醋酸纤维素、纤维素、添 加剂和溶剂组成，环糊精修饰的醋酸纤维素、纤维素、添加剂和溶剂的质量比为〇. 005~ 0· 05 :0· 01 ~0· 2 :0· 001 ~0· 01 :1 ~2。 所述添加剂为乙二醇、丙三醇、季戊四醇、二醋酸甘油酯、三醋酸甘油酯、甘油三油 酸酯、甘油软脂酸酯、甘油硬脂酸酯中的至少一种。 所述溶剂为丙酮、N，N-二甲基甲酰胺中的至少一种。 纺丝液的各组分具有合适的配比，能够保证纺丝液具有良好的可纺性能，同时使 纺出的纳米纤维具有合适的直径，以及较大的比表面积，对卷烟烟气中的苯酚以及焦油等 有害物质的吸附能力更强。 本专利技术提供的纳米纤维复合丝束的制备方法绿色环保，安全可控，适于规模化生 产。 本专利技术还提供了一种卷烟滤棒，由所述的纳米纤维复合丝束制备而成。 本专利技术提供的卷烟滤棒能够对卷烟烟气中的苯酚以及焦油等有害物质进行有效 的去除，降低卷烟主流烟气中苯酚的释放量。 本专利技术利用静电纺丝技术将环糊精修饰的醋酸纤维素沉积在烟用丝束的表面，环 糊精修饰的醋酸纤维素在烟用丝束表面形成纳米纤维，得到纳米纤维复合丝束，纳米纤维 具有较大的比表面积，能够更好地吸附卷烟烟气中的苯酚，同时，环糊精对于卷烟烟气中的 苯酚也具有很好的吸附作用，有效降低卷烟烟气中的苯酚含量。本专利技术提供的滤棒制备的 卷烟与市售卷烟相比，可使卷烟烟气中的苯酚含量降低15~27%。 本专利技术采用无针头静电纺丝技术，实现了纺丝过程的连续化、快速化，适合规模化 生产；通过调整醋酸纤维素上接枝环糊精的含量，以及纺丝液中各组分的用量比，能够调控 纳米纤维的尺寸，进而调整对卷烟烟气中苯酚的吸附量。 本专利技术所使用的原料价廉易得，制备方法绿色环保、安全可控，具有良好的工业实 用性。【附图说明】 图1为本专利技术实施例5制备得到的纳米纤维复合丝束的SEM图。【具体实施方式】 实施例1 将20g二醋酸纤维素和5g二苯基甲烷二异氰酸酯溶解于200mL二甲基甲酰胺中， 在50°C下反应2. 0h，得到反应液；将3gi3环糊精和0.0 Olg二丁基二月桂酸锡加入到反应 液中，继续在90°C下反应I.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低烟气中苯酚含量的纳米纤维复合丝束，其特征在于，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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志康，储国海，王辉，安全福，周国俊，汤德芳，万灵书，杜芳琪，李霞，智锁红，
申请(专利权)人：浙江中烟工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33