一種降低煙氣中巴豆醛的納米纖維復(fù)合紙及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及卷煙降焦減害技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種降低煙氣中巴豆醛的納米纖維 復(fù)合紙及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 卷煙的煙氣成分十分復(fù)雜，巴豆醛是煙氣中一種主要的有害物質(zhì)，可經(jīng)皮膚粘膜、 呼吸道及消化道進(jìn)入人體，引起蓄積性慢性中毒或急性中毒等癥狀，因此巴豆醛被列為卷 煙煙氣有害物質(zhì)的指標(biāo)性化合物之一，需進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)測和控制。
[0003] 目前報道的減少煙氣中巴豆醛的釋放量的方法主要包括兩方面，一方面是通過控 制卷煙的加工工藝；另一方面是向卷煙濾嘴中添加較高效的卷煙添加劑。
[0004] 專利公開號為CN101961135A的中國專利文獻(xiàn)公開了一種通過改變微波松散條件 來實(shí)現(xiàn)降低巴豆醛釋放量的方法，這種方法操作簡單，但降低巴豆醛的效果有限。公開號為 CN104026737A的發(fā)明文獻(xiàn)公開了一種順次交替連接的醋酸纖維段、有序介孔納米二氧化硅 顆粒段和醋酸纖維段的三元復(fù)合卷煙濾棒，可選擇性降低卷煙煙氣中巴豆醛和氨氣的釋放 量，但該類濾嘴加工難度比較大。
[0005][0006] 電紡絲法又稱靜電紡絲方法（簡稱靜電紡絲），是一種利用聚合物溶液或熔體在 強(qiáng)電場作用下噴射紡絲的加工工藝。近年來，電紡絲法作為一種可制備超精細(xì)纖維的新型 加工方法，引起了人們的廣泛關(guān)注。理論上，任何可溶解或熔融的高分子材料均可進(jìn)行電紡 絲法加工。但是，采用傳統(tǒng)噴絲頭的靜電紡絲易堵孔，效率低，基材上沉積的復(fù)合納米纖維 量較低，無法體現(xiàn)出復(fù)合纖維材料特性和高比表面積的優(yōu)勢。因此，急需開發(fā)一種復(fù)合納米 纖維材料，采用該復(fù)合納米纖維材料制備的煙用濾棒不僅具有良好的除醛減害效果，還具 有價格低廉、制備方法綠色環(huán)保、安全可控、適于規(guī)?；a(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明公開了一種降低煙氣中巴豆醛的納米纖維復(fù)合紙 及其制備方法和應(yīng)用，納米纖維復(fù)合紙能有效地降低煙氣中巴豆醛的釋放量，同時該納米 纖維復(fù)合紙制備方法簡單。
[0008] 本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：
[0009] -種降低煙氣中巴豆醛的納米纖維復(fù)合紙的制備方法，包括以下步驟：
[0010] (1)利用納米二氧化娃、羧甲基纖維素鈉和殼聚糖靜電復(fù)合得到復(fù)合納米二氧化 娃；
[0011] (2)利用靜電紡絲將所述的復(fù)合納米二氧化硅沉積在纖維素紙上。
[0012] 殼聚糖，是甲殼素脫乙酰后的產(chǎn)物，分子結(jié)構(gòu)中含有較多氨基，是一種天然陽離子 聚合物。羧甲基纖維素鈉是由天然纖維素在強(qiáng)堿性條件下與一氯乙酸反應(yīng)而制得的，由于 羧基的引入使其分子鏈在堿性條件下帶有部分的負(fù)電荷，是一種陰離子型高分子聚合物。
[0013] 所述納米二氧化娃的粒徑為50~200nm。優(yōu)選地，所述納米二氧化娃的粒徑為 100~200nm。納米二氧化硅粒徑小、比表面積大、表面吸附力強(qiáng)、表面能大、化學(xué)純度高、分 散性能好，具有優(yōu)越的穩(wěn)定性、補(bǔ)強(qiáng)性、增稠性和觸變性。
[0014] 殼聚糖分子中的氨基和羧甲基纖維素鈉分子中的羧基通過靜電作用，形成空間 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時空間網(wǎng)絡(luò)中填充了納米二氧化硅顆粒。所述的復(fù)合納米二氧化硅為殼聚 糖-納米二氧化硅-羧甲基纖維素鈉的復(fù)合高分子溶液。所形成的復(fù)合高分子溶液中既 具有殼聚糖和羧甲基纖維素鈉的特性，即復(fù)合高分子溶液具有-COOH和-NH2兩性離子的特 征，又具有納米二氧化硅的高表面積的強(qiáng)吸附性能。體系中廣泛存在的氨基，羧基，季銨鹽 基團(tuán)，羥基等對煙氣中的巴豆醛具有較好的吸附作用，且復(fù)合納米二氧化硅中各組分相互 協(xié)同促進(jìn)巴豆醛的吸附。
[0015] 將步驟（1)制備的復(fù)合納米二氧化硅通過靜電紡絲負(fù)載到纖維素紙的表面，提高 納米纖維復(fù)合紙對卷煙中有害成分的吸附能力，特別是巴豆醛的吸收作用。
[0016] 含復(fù)合納米二氧化硅的紡絲液在靜電作用下，紡絲液液滴克服表面張力形成噴射 細(xì)流，射流在電場下經(jīng)過彎曲、裂解、溶劑蒸發(fā)或固化作用下負(fù)載在纖維素紙上，制得納米 纖維復(fù)合紙。通過本發(fā)明的方法所制備的復(fù)合納米纖維的直徑在20~500nm之間、比表面 積大、孔隙率高，對有害物質(zhì)的吸附能力強(qiáng)。將所述納米纖維復(fù)合紙應(yīng)用于卷煙通風(fēng)溝槽濾 棒的制備中，制備的卷煙濾棒可使卷煙煙氣中巴豆醛降低15-23%。
[0017] 作為優(yōu)選，步驟（1)中，羧甲基纖維素鈉溶液或殼聚糖溶液以任意次序與納米 二氧化硅混合，所述的納米二氧化硅、羧甲基纖維素鈉溶液、殼聚糖溶液的投料質(zhì)量比為 0. 01~I :200~500 :200~500 ;所述的羧甲基纖維素鈉溶液的濃度為1~2wt%，殼聚糖 溶液的濃度為〇· 1~〇· 2wt%。
[0018] 步驟（1)中，將納米二氧化硅分散于羧甲基纖維素鈉溶液中，然后滴加殼聚糖溶 液；或者將納米二氧化硅分散于殼聚糖溶液中，然后滴加羧甲基纖維素鈉溶液；加料完成 后經(jīng)靜電復(fù)合制得復(fù)合納米二氧化硅。
[0019] 作為優(yōu)選，所述的羧甲基纖維素鈉溶液為羧甲基纖維素鈉的醋酸水溶液，殼聚糖 溶液為殼聚糖的醋酸水溶液。
[0020] 步驟（1)中，羧甲基纖維素鈉醋酸水溶液或殼聚糖醋酸水溶液以任意次序與納米 二氧化硅混合，加料完成后經(jīng)靜電復(fù)合后制得復(fù)合納米二氧化硅。
[0021] 更進(jìn)一步優(yōu)選，納米二氧化硅分散在羧甲基纖維素鈉醋酸水溶液，然后滴加殼聚 糖醋酸水溶液，靜電復(fù)合后制得復(fù)合納米二氧化硅。
[0022] 作為優(yōu)選，納米二氧化硅、羧甲基纖維素鈉醋酸水溶液、殼聚糖醋酸水溶液的投料 質(zhì)量比為0. 02~0. 08 :400~500 :400~500 ;所述的羧甲基纖維素鈉醋酸水溶液中羧甲 基纖維素鈉的濃度為1~I. 5wt %，殼聚糖醋酸水溶液中殼聚糖的濃度為0. 15~0. 2wt %。
[0023] 在羧甲基纖維素鈉的羧基和殼聚糖的氨基的靜電作用下，復(fù)合體系內(nèi)部充滿大量 大小不等的微孔，分散在體系中的納米二氧化硅在形成高分子網(wǎng)絡(luò)的過程中均勻地填充入 高分子微孔中。在上述的投料比下，生成的復(fù)合納米二氧化硅高分子溶液穩(wěn)定性好，后續(xù)經(jīng) 電紡后制備的負(fù)載復(fù)合納米二氧化硅的納米纖維復(fù)合紙的吸附能力強(qiáng)。
[0024] 作為優(yōu)選，所述的醋酸水溶液的濃度為0. 01~0.1 wt %。
[0025] 羧甲基纖維素鈉在水溶液中的溶解性較好，但殼聚糖含有較多的氨基，在pH>6的 體系中溶解性很差。殼聚糖在濃度為〇. 01~〇. lwt%的醋酸水溶液的溶液中溶解性較好， 且在該酸度下穩(wěn)定性較高，靜電復(fù)合制得的復(fù)合納米二氧化硅高分子溶液的穩(wěn)定性較好。
[0026] 在后續(xù)的電紡過程中，由于紡絲液表面電荷的斥力導(dǎo)致射流拉伸，因此溶液導(dǎo)電 性的強(qiáng)度會影響溶液的拉伸度，從而影響復(fù)合納米纖維的可電紡性、直徑和形貌等。〇. 01~ 0. lwt%醋酸水溶液增加了溶液的導(dǎo)電性，增加紡絲液的紡絲性能，有利于制備出直徑比較 均勻的復(fù)合納米纖維；但當(dāng)醋酸水溶液濃度增加并超過〇. lwt%時，復(fù)合納米纖維直徑反 而變粗。
[0027] 作為優(yōu)選，所述羧甲基纖維素鈉的取代度為0. 7~1. 2。
[0028] 羧甲基纖維素鈉是由天然纖維素在強(qiáng)堿性條件下