專利名稱：高分子聚合物卷煙濾嘴添加劑及應用的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種含高分子聚合物的卷煙濾嘴添加劑，及高分子聚合物在卷煙濾嘴中的應用背景技術(shù)隨著“吸煙與健康”“吸煙與環(huán)境”問題的日益突出，利用現(xiàn)代科學的新材料、新工藝通過在復合嘴棒中添加特殊功能性材料，降低卷煙煙氣焦油含量，同時使香煙濾嘴成為對環(huán)境友好的產(chǎn)品，使被丟棄的煙用濾嘴的快速生物降解，已被越來越多的社會公眾關(guān)注。從1991年開始，有關(guān)嘴棒降焦方面的結(jié)果就在CORESTA大會上陸續(xù)發(fā)表，有關(guān)嘴棒降解方面，Eastman化學公司的Steven A.Wilson等以及Celanese公司的Terry A.Brodof也分別對嘴棒的生物降解，光降解和自然態(tài)降解幾種降解方式的機理及降解測試方法進行了系統(tǒng)的研究，之后就加快降解速度提出了一些改進措施。
作為卷煙濾嘴的傳統(tǒng)材料——醋纖，具有高度的卷曲性，結(jié)構(gòu)間又有增塑劑鍵合，以使嘴棒快速成型，其外有成型紙、水松紙兩層包裹，因此，被丟棄于環(huán)境中的濾嘴需要很長的時間掙脫束縛，尤其在不利環(huán)境中，可能2-3年內(nèi)仍保持原狀。然后，醋纖在陽光和水份的作用下脫去乙酰基，通過光化學和生物手段使纖維素鏈斷裂，因此濾嘴的自然風化是生物、化學及光化學降解機理的綜合作用，同時還伴有物理磨損和分散作用。其降解速度很大程度上取決于環(huán)境條件的生物活性，在1995年《世界煙草動態(tài)》第2期中《醋纖濾嘴在自然環(huán)境中的降解》一文曾做過以下實驗嘴棒在厭氧條件下降解時間1-2個月嘴棒在土壤中降解時間6-9個月嘴棒在淡水中降解時間約一年嘴棒在沙漠，地鐵等不利條件下降解時間三年或更長由此我們認為，影響嘴棒降解的兩個阻力是(1)醋纖外層成型紙，水松紙的包裹和增塑劑的桎梏(2)醋纖脫去乙酰基的速度(所有文獻都一致認為，降解速率在很大程度上取決于醋纖的乙?；潭?。
在眾多的降焦、降解專利中，利用添加淀粉類化合物進行降焦的專利US6119701中提出雙醛淀粉的降焦效果顯著，利用添加淀粉類化合物進行降解的專利US5498224和US5453144中利用淀粉類熱溶膠加快卷煙濾嘴的降解，US6062228中提供了一種全新的卷煙濾嘴原材料，即在制造卷煙過濾材料的紡絲過程中將淀粉和高分子聚合物高溫熔融共混后擠壓，而目前卷煙濾嘴普遍材料二醋酸纖維是在丙酮中溶解后，通過揮發(fā)溶劑擠壓成絲的，該方法顯然不具有可行性，若將其加入聚丙烯纖維制成嘴棒或許具有一定的可行性，因為丙纖是熔融紡絲的。本方法，將卷煙濾嘴降焦、降解結(jié)合起來效果顯著，且通過在復合嘴棒成型機上，直接添加于嘴棒中可進行大規(guī)模生產(chǎn)的可行途徑卻未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是尋找一種可以有效降低焦油同時添加后使嘴棒成為對環(huán)境友好且利用現(xiàn)有設備即可添加的高分子聚合物卷煙濾嘴添加劑及應用。
本發(fā)明的目的是通過下述方式實現(xiàn)的高分子聚合物卷煙濾嘴添加劑，含有下述n1、n2結(jié)構(gòu)單元的接枝共聚物 X主要為-COOH、-OH、 Y為H、-OH，-COOH；n1∶n2＝2.0～0.6∶1，w/w。
由具有n1基本單元的化合物淀粉、天然纖維、含有糖醛酸、雙醛淀粉或其衍生物，與可以接枝的具有n2基本單元的化合物聚丙稀酸、聚丙稀酸酯、聚丙稀醇、聚丙稀酰胺類聚合物接技共聚而成。
所述的高分子聚合物卷煙濾嘴添加劑，包括降焦促進劑檸檬酸，殼聚糖。
所述的高分子聚合物卷煙濾嘴添加劑，包括降解促進劑尿素、六亞甲基四胺含氮化合物。
降焦促進劑占添加劑含量的0.5-1.5％，降解促進劑占添加劑含量的0.5-2％，其余為具有n1、n2結(jié)構(gòu)單元的高分子接枝共聚物。
本發(fā)明添加劑顆粒目數(shù)40-60目之間，添加量為占嘴棒總量的10-40％。
使用具有n1、n2結(jié)構(gòu)單元的高分子接枝共聚物應用于卷煙濾嘴，作為起到降解、降焦作用的卷煙濾嘴添加劑。
本發(fā)明可以通過如下措施實現(xiàn)在復合嘴棒成型機上，將添加物按濾嘴重量的不同比例以粉末狀直接摻入絲束中。
本發(fā)明選用的功能高分子材料，利用自由基接枝聚合原理使淀粉接枝丙烯酸等親水性化合物，具有更強的吸水效果，同時淀粉等化合物在嘴棒被抽吸之后可作為微生物營養(yǎng)物，為嘴棒的生物降解提供有利條件。含氮化合物在無菌條件下是穩(wěn)定的，在有微生物作用下易降解成中間體，其中的氮可轉(zhuǎn)變成氨，氨可用來水解醋酸纖維素，從而使醋纖降低己?；潭鹊乃俣燃涌?，促進降解。該聚合物的強親水性，能夠去除卷煙焦油中親水性有害物質(zhì)，并通過聚合物溶漲后截流濾嘴中的大部分焦油。
本發(fā)明為卷煙濾嘴提供了一種更為快速的降解手段，和更為可行的生產(chǎn)方式，由于親水性聚合物與淀粉、纖維素類接枝聚合后吸水效果更快同時淀粉等化合物在嘴棒被抽吸之后可作為微生物營養(yǎng)物，為嘴棒的生物降解提供有利條件等特性，添加該卷煙濾嘴添加劑和降解促進劑后能比一般的吸水材料更快的降解，且添加量相同的情況下，卷煙濾嘴溶漲倍數(shù)更大。由于超強親水的特性以及降焦促進劑的加入，吸附焦油的效果更為顯著。添加劑顆粒目40-60目之間，提供了用復合濾嘴添加，制備卷煙濾嘴可行的大規(guī)模生產(chǎn)方法，且采用煙草焦油標準的檢測方法及降解實驗的設計進行了數(shù)據(jù)比較。
本發(fā)明是一種可以有效降解，有效降低焦油，同時添加后使嘴棒成為對環(huán)境友好且可利用現(xiàn)有設備的卷煙添加劑。與無添加劑的普通濾棒進行對比，焦油減低20-50％，同時降解速率顯著提高，尤其在條件惡劣的自然環(huán)境中。為解決降解、降焦找到了一條可行的途徑。
本發(fā)明的添加劑適用范圍廣，可適用于由醋纖、丙纖或其它材料制成嘴棒，且效果良好。


圖1兩小時后樣品濾嘴于清水中放大200倍照片；圖2兩小時后對照濾嘴于清水中放大200倍照片圖3十天后樣品于污泥中放大200倍照片；圖4十天后對照于污泥中放大200倍照片圖5十天后放大2000倍時每根纖維樣品嘴棒的照片圖6十天后放大2000倍時每根纖維對照嘴棒的照片圖7十天后將800倍的一根纖維上的一點放大2000倍時樣品嘴棒的照片具體實施方式
本發(fā)明還將結(jié)合實例作進一步論證實施例1復合濾棒用牡丹江嘴棒材料廠復合濾嘴接裝機試制，在二元復合濾嘴成型機上，將96mm規(guī)格的普通嘴棒與96mm規(guī)格的含有添加物醋纖棒復合成二元復合濾嘴，濾嘴規(guī)格為8mm長的純醋纖棒+12mm長的含添加物的醋纖棒。使用3.0Y/35000規(guī)格的醋纖絲束，添加35％的卷煙濾嘴添加劑，淀粉與聚丙稀酰胺接枝聚合，7份淀粉12份丙稀酰胺(淀粉與水和甲醇在氮氣流下加熱糊化，然后加入丙烯酰胺、硝酸鈰銨溶液50份和亞甲基雙丙烯酰胺聚合)，吸水倍數(shù)為213倍；降焦、降解促進劑各占添加劑總量0.5％(檸檬酸、尿素)的二元復合棒原棒(96mm)，與無添加劑的白棒(96mm)進行對比，(含35％的添加量即一支1.2136克嘴棒中含1.2136×35％＝0.42克添加劑)濾嘴規(guī)格為8mm長的純醋纖棒+12mm長的含添加物的醋纖棒。濾棒復合前后規(guī)格分別如表3表1 復合前后濾棒規(guī)格重量(g/支) 圓周(mm) 壓降(mmH2O) 硬度(％) 長度(mm)復合前白棒 0.613 24.1 309 8996含添加 1.2136 24.15 351 92.9 96劑嘴棒復合后 1.2162 24.47 427 92.6 120用于降焦、降解測定中的對照嘴棒，規(guī)格如下重量0.812g/支，圓周24.35mm，壓降407mmH2O，硬度93.5％含有添加劑的復合濾嘴卷接后對煙支的影響測定；將樣品及對照接裝卷煙，所用煙絲為一類烤煙型卷煙煙絲，進行卷煙焦油量的測定，結(jié)果見表9。
表2焦油對照表總粒相物水份煙堿焦油 口數(shù) 煙支平均重煙支平均吸阻量(g)(×103pa)(mg/支) (mg/支) (mg/支) (mg/支) (口/支)對照 20.62 2.27 0.9117.44 8.690.9671.088樣品 16.75 1.85 0.8514.05 8.731.01 1.114從表9可以看出，對焦油的吸附量發(fā)生顯著的增大。
生物降解測定實驗設置①樣品來源從廢水處理廠得到活性污泥的新鮮組合樣品，以確保最大的降解速度。
水溫23℃ 酸堿度7.8 DO(mg/l)2.5MLSS(mg/l)3045 BOD5(mg/l)83.13 COD5(mg/l)136將含有35％添加劑的樣品嘴棒和普通嘴棒分別取九支，編號稱重后，放入網(wǎng)狀容器內(nèi)，置于上述環(huán)境中，分別于10天，15天，20天取出3支樣品和三支對照進行對比，先將每支嘴棒倒入漏斗中分別過濾，用水洗收集嘴棒后，將其放入中性洗滌劑溶液中于90℃下懸浮30-60分鐘，然后再用水充分洗滌。最后將濾嘴放入烤箱中于40℃下烘干稱重。
實驗設置②我們將嘴棒樣品與對照置于玻璃容器中，模擬在非常不利于降解的自然環(huán)境中，隨著環(huán)境光照、雨水的侵蝕，濕度、酸堿度的變化，監(jiān)測了嘴棒在2年內(nèi)的重量損失。
實驗①結(jié)果顯示重量損失的實驗過程中，10天后的數(shù)據(jù)變化開始拉大距離，充分說明了加入添加劑后嘴棒的降解能力增強，期間樣品嘴棒降解到10天時已基本斷裂為短纖維，完全碎裂，而對照嘴棒依然是緊密的嘴棒狀，由此我們可推斷，若將復合嘴棒中含添加劑的醋纖棒加長，則降解速度也隨之加大。實驗結(jié)果見表6表3樣品嘴棒10天、15天、20天內(nèi)的重量損失時間編號 原始重量(g)降解后重量(g) 重量損失(g)降解率10天1 0.22 0.099 0.121 55％2 0.2122 0.1167 0.0955 45％3 0.2212 0.115 0.1062 48％15天4 0.2107 0.0421 0.1686 80％5 0.2189 0.0482 0.1707 78％6 0.2122 0.0318 0.1804 85％20天7 0.2192 0 0.2192 100％8 0.2135 0 0.2135 100％9 0.2202 0 0.2202 100％表4對照嘴棒10天、15天、20天內(nèi)的重量損失時間 編號原始重量(g)降解后重量(g)重量損失(g) 降解率10天 1 0.1465 0.1172 0.0293 20％2 0.1504 0.1173 0.0331 22％3 0.148 0.1258 0.0222 15％15天 4 0.1502 0.1051 0.0451 30％5 0.1465 0.0952 0.0513 35％6 0.1514 0.1045 0.0469 31％20天 7 0.1475 0.0619 0.0856 58％
8 0.1497 0.0599 0.0898 60％9 0.148 0.0518 0.0962 65％重量損失從宏觀數(shù)據(jù)顯示上，論證了加入添加劑的降解速度。
實驗②結(jié)果顯示由于樣品嘴棒在雨水浸濕后膨脹，碎裂不再為嘴棒狀了，混在一起，無法單獨確認，所以嘴棒在2年內(nèi)的重量損失只能測三支樣品嘴棒2年后的總重，而對照濾嘴2年后外層水松紙，成型紙雖幾乎被完全降解，可醋纖仍為嘴棒狀，因此可測定單支重量，見表8。
表5原始重量(g)2年后重量(g)降解率(％)樣品嘴棒 0.22010.2125 0.1423 78.250.221對照嘴棒 0.1516 0.13930.1517 0.1432 7.760.161 0.1455由表8可以看出，該添加劑在不利的環(huán)境中的降解能力更為顯著，其特有的儲水能力、霉變時成為微生物的營養(yǎng)物以及生物降解促進劑的明顯作用，為嘴棒在不利環(huán)境中的生物降解提供了充分的條件，從而加快了降解速度。
實施例2制備過程與實施例1相同，將添加量為40％的卷煙濾嘴添加劑，即淀粉與聚丙稀酸接枝共聚，5份淀粉8份丙烯酸，吸水倍數(shù)為350倍；以粉末狀直接摻入絲束中，降焦促進劑0.5％、降解促進劑占添加劑總量1％(檸檬酸、六亞甲基四胺)。
含有添加劑的復合濾嘴卷接后對煙支的影響測定將樣品及對照接裝卷煙，所用煙絲為一類烤煙型卷煙煙絲，進行卷煙焦油量的測定，結(jié)果見表9。
表6焦油對照表總粒相物 水份 煙堿 焦油 口數(shù) 煙支平均重煙支平均吸阻量(g) (×103pa)(mg/支) (mg/支) (mg/支) (mg/支) (口/支)對照 20.68 2.23 0.92 17.53 8.64 0.969 1.091樣品 16.71 1.87 0.82 14.02 8.75 1.078 1.117生物降解測定實驗設置與實例1相同實驗結(jié)果顯示重量損失的實驗過程中，樣品嘴棒10天、15天、20天內(nèi)的重量損失結(jié)果見表6。
表7樣品嘴棒10天、15天、20天內(nèi)的重量損失時間編號原始重量(g)降解后重量(g) 重量損失(g)降解率10天1 0.2155 0.099 0.1250 58％2 0.2205 0.1167 0.1168 53％3 0.2216 0.115 0.1019 46％15天4 0.2210 0.0486 0.1724 78％5 0.2197 0.0439 0.1758 80％6 0.2203 0.0330 0.1873 85％20天7 0.2156 0 0.2156 100％8 0.2132 0 0.2132 100％9 0.2109 0 0.2109 100％表8對照嘴棒10天、15天、20天內(nèi)的重量損失時間編號原始重量(g)降解后重量(g) 重量損失(g) 降解率10天1 0.1465 0.1172 0.0293 20％2 0.1504 0.1173 0.0331 22％3 0.148 0.1258 0.0222 15％15天4 0.1502 0.1051 0.0451 30％5 0.1465 0.0952 0.0513 35％6 0.1514 0.1045 0.0469 31％20天7 0.1475 0.0619 0.0856 58％8 0.1497 0.0599 0.0898 60％9 0.148 0.0518 0.0962 65％重量損失數(shù)據(jù)顯示論證了隨著添加劑比例的增加，降解速度進一步增加。
實施例3制備過程與實施例1相同，將添加量為40％的卷煙濾嘴添加劑，天然纖維與聚丙稀酸接枝共聚，1份天然纖維比9份丙稀酸，吸水倍數(shù)為2400倍；以粉末狀直接摻入絲束中，降焦促進劑1％、降解促進劑占添加劑總量0.5％(檸檬酸、六亞甲基四胺)。
表9焦油對照表總粒相物 水份 煙堿 焦油口數(shù)煙支平均重煙支平均吸阻量(g)(×103pa)(mg/支)(mg/支)(mg/支) (mg/支)(口/支)對照 20.56 2.24 0.91 17.41 8.58 0.9631.089樣品 15.61 1.81 0.81 12.99 8.80 1.0491.120生物降解測定實驗設置與實例1相同實驗結(jié)果顯示重量損失的實驗過程中，樣品嘴棒10天、15天、20天內(nèi)的重量損失結(jié)果見表6。
表10樣品嘴棒10天、15天、20天內(nèi)的重量損失時間 編號 原始重量(g) 降解后重量(g)重量損失(g) 降解率10天 10.2186 0.0525 0.1661 76％
2 0.2218 0.0621 0.1597 72％3 0.2210 0.0442 0.1768 80％15天 4 0.2213 0 0.2213 100％5 0.2193 0 0.2193 100％6 0.2215 0 0.2215 100％表11對照嘴棒10天、15天、20天內(nèi)的重量損失時間編號原始重量(g)降解后重量(g) 重量損失(g)降解率10天1 0.1465 0.1172 0.0293 20％2 0.1504 0.1173 0.0331 22％3 0.148 0.1258 0.0222 15％15天4 0.1502 0.1051 0.0451 30％5 0.1465 0.0952 0.0513 35％6 0.1514 0.1045 0.0469 31％20天7 0.1475 0.0619 0.0856 58％8 0.1497 0.0599 0.0898 60％9 0.148 0.0518 0.0962 65％重量損失數(shù)據(jù)顯示論證了隨著吸水倍數(shù)的增加，降解速度也快速提高。
為了全面了解絲束內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)的斷裂情況，以及混合生物群體生長快慢的對比，電子掃描照片從微觀上直觀的說明了它的降解能力。我們對以上幾組實例中的一組2小時和10天的濾嘴表面，在日立S-570電鏡上進行了電子掃描拍照。
(1)將嘴棒從中間切開，放置在清水中，2小時后放于烤箱內(nèi)烘干，放大200倍拍照，見圖1、圖2。
(2)將切開后的嘴棒放于活性污泥中，10天后取出，用戊二醛將細菌殺死，固定，磷酸緩沖液(酸堿度為7.2)沖洗，用酒精(70％-100％)脫水，再進行電子掃描拍照。見圖3、4、5、6、7。
圖1為兩小時后樣品濾嘴于清水中放大200倍照片，樣品的纖維間明顯拉開，厚度也相應變薄。
圖2為兩小時后對照濾嘴于清水中放大200倍照片，絲束緊密，之間有增塑劑鍵合。
圖3為降解10天后樣品于污泥中放大200倍的微觀照片，可以看到樣品表面細菌繁殖密集，纖維表面上顯示出被細菌侵蝕的大范圍的坑洞和纖維的斷裂情況。
圖4為10天后對照于污泥中放大200倍照片，可以看到絲束表面大多被細菌附著的情況，但絲束斷裂和坑洞的跡象并不明顯，絲束排列依然有序。圖5、圖6為10天后樣品與對照進一步分別放大2000倍時照片，可以更為清楚的看到每根纖維表面被細菌侵蝕的情況對比，樣品纖維表面有大量坑洞即將斷裂，對照僅有細菌附著其上。
圖7為將降解10天后樣品放大800倍時一根纖維上的一點又繼續(xù)放大2000倍時樣品嘴棒的照片，更加明顯的看出纖維表面斷裂的情況。
權(quán)利要求
1.高分子聚合物卷煙濾嘴添加劑，含有下述n1、n2結(jié)構(gòu)單元的接枝共聚物 X主要為-COOH、-OH、 Y為H、-OH，-COOH；n1∶n2＝2.0～0.6∶1，w/w。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子聚合物卷煙濾嘴添加劑，由具有n1基本單元的化合物淀粉、天然纖維、含有糖醛酸、雙醛淀粉或其衍生物，與可以接枝的具有n2基本單元的化合物聚丙稀酸、聚丙稀酸酯、聚丙稀醇、聚丙稀酰胺類聚合物接技共聚而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高分子聚合物卷煙濾嘴添加劑，包括降焦促進劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高分子聚合物卷煙濾嘴添加劑，所述降焦促進劑選自檸檬酸，殼聚糖。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高分子聚合物卷煙濾嘴添加劑，包括降解促進劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高分子聚合物卷煙濾嘴添加劑，所述降解促進劑選自尿素、六亞甲基四胺含氮化合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高分子聚合物卷煙濾嘴添加劑，降焦促進劑占添加劑含量的0.5-1.5％，降解促進劑占添加劑含量的0.5-2％，其余為具有n1、n2結(jié)構(gòu)單元的高分子接枝共聚物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述高分子聚合物卷煙濾嘴添加劑的應用使用具有n1、n2結(jié)構(gòu)單元的高分子接枝共聚物應用于卷煙濾嘴，作為起到降解、降焦作用的卷煙濾嘴添加劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述高分子聚合物卷煙濾嘴添加劑的應用，添加劑顆粒目數(shù)40-60目之間，添加量為占嘴棒總量的20-40％。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述高分子聚合物卷煙濾嘴添加劑的應用在復合嘴棒成型機上，將添加物按所占濾嘴的重量以粉末狀直接摻入絲束中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高分子聚合物卷煙濾嘴添加劑，在復合嘴棒中添加后即可有效降低卷煙煙氣中焦油含量，同時提高了卷煙濾嘴在自然環(huán)境中的降解速度，以約20－40％的添加量制備高分子卷煙濾嘴添加劑二元復合棒，與無添加劑的普通濾棒進行對比，焦油減低20－50％，同時降解速率顯著提高，尤其在條件惡劣的自然環(huán)境中。為解決降解、降焦找到了一條可行的途徑。
文檔編號A24D3/14GK1582795SQ20041002324
公開日2005年2月23日 申請日期2004年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月26日
發(fā)明者譚英, 鄭衛(wèi)青, 曹繼紅 申請人:長沙卷煙廠