專利名稱：一種竹炭纖維及其制備方法以及它在卷煙濾嘴中的應(yīng)用的制作方法
一種竹炭纖維及其制備方法以及它在卷煙濾嘴中的應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及卷煙濾嘴制備技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種竹炭纖維，還涉及所述竹炭纖維的制備方法，以及所述竹炭纖維在卷煙濾嘴中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
煙草燃燒后可產(chǎn)生多種有害物質(zhì)，如一氧化碳、氫氰酸、醛類、氨、酚類、亞硝胺和多環(huán)芳烴類化合物等。其中，亞硝胺和多環(huán)芳烴類化合物能夠改變細(xì)胞的遺傳結(jié)構(gòu)，刺激或激發(fā)腫瘤的形成；氫氰酸能迅速與細(xì)胞色素氧化酶結(jié)合，使細(xì)胞由于缺氧而喪失正常功能導(dǎo)致死亡；醛類和酚類化合物可導(dǎo)致人體的氧化損傷，引起病變或降低肌體的防御能力。吸煙與健康成為最受人們關(guān)注的問題之一。煙草行業(yè)圍繞減害降焦，從多個角度出發(fā)進行研究。在卷煙濾嘴方面，陸續(xù)開發(fā)出二元復(fù)合結(jié)構(gòu)、三元復(fù)合結(jié)構(gòu)等，濾嘴中使用的添加劑則有活性炭、海泡石、沸石和其他有機或無機添加劑。由于活性炭對煙氣氣相成分的吸附作用較為明顯，因而目前普遍采用活性炭作為添加劑。活性炭吸附技術(shù)在煙草行業(yè)中應(yīng)用多年，常規(guī)采用的是木炭，但由于其吸附效率低、選擇性差、工業(yè)適用性差，因而受到極大地限制。而竹炭炭質(zhì)致密，比重大，孔隙多，礦物質(zhì)含量豐富，比表面積達每克500m2以上，作為一種以植物為原料的吸附劑，與木炭相比， 它具有吸附性強、無異味、具有催化功能的特點，并且低碳環(huán)保。一些技術(shù)因而將竹炭作為添加劑應(yīng)用到卷煙濾嘴中。中國專利CN201010039153. 9提出了一種天然植物炭化材料的制備方法及其在卷煙濾棒中的應(yīng)用，天然植物是煙梗、煙桿、茶餅、毛竹和山毛櫸中的一種或幾種。所述天然植物經(jīng)過炭化處理后，得到顆粒狀炭化材料，然后將其均勻地撒在濾棒絲束上，或者是將其均勻地撒在紙濾棒芯紙上或煙用瓦楞濾嘴棒紙上，最后通過卷煙濾棒成型設(shè)備加工制成卷煙濾棒。中國專利CN200780013092.5提出了一種采用竹活性炭的卷煙濾嘴，所述卷煙濾嘴包含由醋酸纖維素構(gòu)成的纖維材料和至少一種填充有竹活性炭的過濾材料。例如，根據(jù)不同的用途，所述填充有竹活性炭的過濾材料可以位于各根纖維材料之間，或者所述竹活性炭可以分布于整個纖維材料中。中國專利CN03101383.X提出了一種能夠除去香煙制品煙氣中尼古丁濾嘴材料， 它是利用生物技術(shù)優(yōu)化產(chǎn)生高密度實竹經(jīng)高壓、悶燒后產(chǎn)生活性實竹炭，經(jīng)納米技術(shù)加工成納米級活性炭粉，和某種豆科植物中藥粉混和，附著在濾嘴植物基材里。目前通過卷煙濾嘴降低煙氣中有害物質(zhì)，主要是降低單個或幾個物質(zhì)含量，并且降低幅度較小。而且由于吸附劑的引入加大了濾嘴加工難度，成本也相對較高，甚至部分吸附劑的引入導(dǎo)致煙氣中出現(xiàn)異味。因此，為了解決現(xiàn)有工藝的不足，本申請人經(jīng)過長期研究，提出了本申請，通過將竹炭與合成纖維有機結(jié)合從而形成竹炭纖維，它既具有竹炭的所有功能，又具有纖維的工業(yè)可加工性，使其在卷煙濾嘴的減害應(yīng)用上具有極大的前景。
發(fā)明內(nèi)容[發(fā)明要解決的問題]本發(fā)明的目的是提供一種無毒無味、能夠有效吸附焦油和其它小分子有害物質(zhì)的竹炭纖維。本發(fā)明的另一個目的是提供一種竹炭纖維的制備方法。本發(fā)明的另一個目的是提供一種竹炭纖維在卷煙濾嘴中的應(yīng)用。[技術(shù)方案]為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)。本發(fā)明涉及一種用于卷煙濾嘴絲束的竹炭纖維，所述竹炭纖維是由共融成絲的超細(xì)竹炭粉與成纖維材料構(gòu)成。在本發(fā)明中，所述竹炭纖維的直徑是5-10 μ m。根據(jù)一種優(yōu)選的技術(shù)方案，竹炭成纖維材料是一種或多種選自醋酸纖維、丙酸纖維或其它聚酯切片的材料。本發(fā)明還涉及所述竹炭纖維的制備方法，該方法包括以下步驟(1)竹的選取選取3至8年生的下部竹為原料。更優(yōu)選地，選取5至7年生的下部竹原料。竹的品種不限，可以是任一種便于得到的竹。(2)竹的炭化采用熱交換工藝，在不同溫度下分步對竹進行炭化，得到竹炭。竹的炭化優(yōu)選分4步進行，即先在溫度160_180°C下干燥階段2_4小時，然后在溫度180-350°C下預(yù)炭化4-5小時，再在溫度350_450°C下炭化1-1. 5小時，再在溫度450°C以上煅燒20-40分鐘。竹的炭化設(shè)備可以是本技術(shù)領(lǐng)域通常采用的設(shè)備，例如干餾釜。(3)竹炭加工將步驟(2)得到的竹炭粉碎至1-3 μ m。在本發(fā)明的制備方法中，竹炭的粒度應(yīng)當(dāng)是1-3 μ m，如果顆粒過大，則會造成加工成的竹炭纖維較硬；粒度過小，則會造成與聚酯切片等物質(zhì)不易混勻、生產(chǎn)成本增加等。粉碎竹炭采用的設(shè)備可以是本技術(shù)領(lǐng)域通常采用的設(shè)備。
(4)制成竹炭纖維將步驟( 得到的超細(xì)竹炭粉末與成纖維材料按比例進行高溫共融，所述超細(xì)竹炭粉的量是以成纖維材料重量計的0. 1-25%，然后經(jīng)噴絲頭制絲。其中，加入的超細(xì)竹炭粉的量是以成纖維材料的重量計0. 1-15%。所述的成纖維材料是一種或多種選自醋酸纖維、丙纖維或其它聚酯切片的材料。聚酯切片即聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，是由精對苯二甲酸(PTA)和乙二醇 (EG)聚合而成的材料。可選用的如共混聚酯切片、共聚聚酯切片、結(jié)晶聚酯切片等。竹炭粉末與成纖維材料在溫度230-300°C、壓力2_6MPa下進行高溫共融。高溫共融后的竹炭纖維采用本技術(shù)領(lǐng)域常用的設(shè)備和方法經(jīng)過噴絲頭制絲。絲的直徑是煙草工業(yè)中絲束纖維的常規(guī)直徑l_3um。此外，本發(fā)明還涉及根據(jù)以上方法制備得到的竹炭纖維在卷煙濾嘴中的應(yīng)用，濾嘴絲束或者由單一的竹炭纖維構(gòu)成，或者由竹炭纖維與香煙濾嘴工藝中通常采用的其它材料混紡而成。
[有益效果]本發(fā)明的竹炭纖維產(chǎn)品無毒、無味，對卷煙煙氣中的焦油，尤其是對亞硝胺、氨氣、 一氧化碳、氫氰酸、巴豆醛、苯并芘、苯酚等物質(zhì)吸附能力強，吸附效率高。例如對甲醛的吸收率達到30-55%，氫氰酸的吸收率達到35-85%，氨氣的吸收率達到40-50%。本發(fā)明的生產(chǎn)工藝簡便，對于現(xiàn)有的濾嘴生產(chǎn)和卷接工藝均不需要配置額外的設(shè)備。本發(fā)明的四步法炭化由于在燒制過程中基本不存在竹炭氧化問題，因此竹炭得率較高，一般為25%左右，高者可達35%，燒制周期短一般在48 72小時。相比現(xiàn)有技術(shù)采用的直接煅燒手段，其產(chǎn)率較低，竹炭密度較低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差。
具體實施方式下面非限制性實施例用于更詳細(xì)地說明本發(fā)明。實施例1選料選取6至8年生靠近根部的竹片裝入竹炭窯。炭化采取4個步驟(1)溫度100°C下干燥4小時；(2)溫度250°C下預(yù)炭化4小時；⑶溫度400°C下炭化1. 5小時；(4)溫度850°C下煅燒30分鐘。加工煅燒結(jié)束后，待竹炭窯自然溫降至50°C后，竹炭出窯；竹炭炭塊經(jīng)粉碎至平均粒度為2 μ m，包裝備用。以醋酸纖維切片的重量計，加入15%竹炭，將竹炭粉與醋酸纖維切片在溫度 260°C、壓力3MPa下加熱共融，混勻后制絲，絲束直徑為10 μ m ；竹炭絲束經(jīng)加工處理后制成濾嘴。實施例2選料選取6至8年生靠近根部的竹片裝入竹炭窯。炭化采取4個步驟⑴溫度150°C下干燥3. 5小時；⑵溫度180°C下預(yù)炭化5 小時；(3)溫度450°C下炭化1小時；(4)然后在溫度1000°C下煅燒20分鐘。加工煅燒結(jié)束后，待將竹炭窯溫降至50°C以下后，竹炭出窯；炭塊經(jīng)粉碎加工至平均粒度為3 μ m，包裝備用。以醋酸纖維切片的重量計，加入0. 1 %竹炭，將竹炭粉與丙酸纖維切片在溫度 300°C、壓力下加熱共融，混勻后制絲，其直徑為5μπι;竹炭絲束經(jīng)加工處理后制成濾嘴。實施例3選料選取6至8年生靠近根部的竹片裝入竹炭窯。炭化采取4個步驟(1)溫度120°C下干燥200分鐘；( 溫度350°C下預(yù)炭化5 小時；(3)溫度350°C炭化1. 5小時；(4) 4500C以上高溫煅燒40分鐘。加工將竹炭窯溫降至50°C以下后，竹炭出窯；炭塊經(jīng)粉碎加工至粒度為1 μ m，包
裝備用ο以醋酸纖維切片的重量計，加入8%竹炭，將竹炭粉與醋酸纖維切片在溫度250°C 壓力6MPa下加熱共融，混勻后制絲，其直徑為8 μ m ；竹炭絲束經(jīng)加工處理后制成濾嘴。以上實施例得到的濾嘴與添加普通木炭的濾嘴，在小分子有害物質(zhì)的吸收方面進行對比，對比結(jié)果列在表1中。
表 權(quán)利要求
1.一種用于卷煙濾嘴絲束的竹炭纖維，其特征在于它是由共融成絲的超細(xì)竹炭粉與成纖維材料構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的竹炭纖維，其特征在于所述竹炭纖維的直徑是5-10μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的竹炭纖維，其特征在于所述竹炭成纖維材料是一種或多種選自醋酸纖維、丙酸纖維或其它聚酯切片的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的竹炭纖維的制備方法，其特征在于所述方法包括以下步驟(1)竹的選取選取3至8年生的下部竹為原料；(2)竹的炭化采用熱交換工藝，在不同溫度下分步對竹進行炭化，得到竹炭；(3)竹炭加工將步驟( 得到的竹炭粉碎至粒度為1-3μ m，得到超細(xì)竹炭粉末；(4)制成竹炭纖維將步驟C3)得到的超細(xì)竹炭粉末與成纖維材料按比例進行高溫共融，所述超細(xì)竹炭粉的量是以成纖維材料重量計的0. 1_15%，然后經(jīng)噴絲頭制絲。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于步驟O)中，先在溫度160-180°C下干燥階段2-4小時，然后在溫度180-350°C下預(yù)炭化4_5小時，再在溫度350-450°C下炭化 1-1. 5小時，再在溫度450°C以上煅燒20-40分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，在步驟(4)中，所述超細(xì)竹炭粉末與成纖維材料在溫度230-300°C、壓力2-6MPa下進行高溫共融。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的竹炭纖維在卷煙濾嘴中的應(yīng)用，其特征在于卷煙濾嘴的絲束由竹炭纖維構(gòu)成，或由竹炭纖維與卷煙濾嘴工藝中通常采用的其它材料混紡而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法得到的竹炭纖維在卷煙濾嘴中的應(yīng)用，其特征在于卷煙濾嘴的絲束由竹炭纖維構(gòu)成，或由竹炭纖維與卷煙濾嘴工藝中通常采用的其它材料混紡而成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種竹炭纖維及其制備方法以及它在卷煙濾嘴中的應(yīng)用。其中，所述竹炭纖維是由共融成絲的超細(xì)竹炭粉與成纖維材料構(gòu)成的，所述超細(xì)竹炭粉的量是以成纖維材料重量計的0.1-15％。本發(fā)明的竹炭纖維無毒、無味，對卷煙煙氣中的焦油，尤其是小分子有害物質(zhì)的吸附能力強，吸附效率高。本發(fā)明的生產(chǎn)工藝簡便，濾嘴的生產(chǎn)和卷接均不需要配置額外的設(shè)備。
文檔編號A24D3/14GK102302219SQ20111024378
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月24日
發(fā)明者周小文, 谷向春, 黃正虹 申請人:華寶食用香精香料(上海)有限公司