專利名稱：一種降低卷煙煙氣中有害成分的添加劑及其卷煙的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于巻煙加工領(lǐng)域，具體涉及一種降低巻煙煙氣中有害成分的巻煙添加劑
及由其制作的巻煙。
背景技術(shù)：
現(xiàn)階段煙草行業(yè)面臨著世界衛(wèi)生組織(WHO)以及《控煙框架條約》的多重壓力，另一方面，隨著生活水平和生活質(zhì)量的不斷提高，吸煙與健康之間的矛盾日益突出，對巻煙安全性的要求也越來越高，降低巻煙煙氣中的焦油量，尤其是降低煙氣中的有害成分是煙草行業(yè)面臨的一項重要任務(wù)。 巻煙燃燒是一個非常復雜的反應，主流煙氣中存在多種具有致癌或協(xié)同致癌作用的有害成分，以3，4-苯并[a]芘為代表的多環(huán)芳烴和以苯酚、兒茶酚為代表的酚類物質(zhì)是其中重要的兩類有害成分。多環(huán)芳烴(PAHs)是煙草在高溫缺氧條件下不完全燃燒的產(chǎn)物，各種有機物熱解所生成的有機物碎片，經(jīng)過復雜的聚合過程形成多種多環(huán)芳烴，其中大約有30種具有致癌性，3，4-苯并[a]芘的致癌性最高，其次是二苯并[a， h]蒽、苯并[b]熒蒽等。巻煙煙氣中的酚類化合物主要來源于煙葉中的多酚類物質(zhì)的裂解，煙氣中兒茶酚具有輔助致癌作用，且酚類物質(zhì)對呼吸道黏膜有比較強的剌激作用，影響巻煙的抽吸品質(zhì)。因此，在降低巻煙煙氣中焦油含量的同時，選擇性地降低巻煙煙氣中的有害成分，提高巻煙的吸食安全性，對煙草行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。 碳納米管是碳晶體家族的一個新成員，其徑向尺寸小，管的外徑一般在幾納米到幾十納米，管的內(nèi)徑更小。而碳納米管的長度一般在幾微米至幾百微米，長度和直徑比非常大，可達103-106。因此，碳納米管被認為是一種典型的一維納米材料。碳納米管這種獨特的一維纖維結(jié)構(gòu)，納米級的直徑、高的有效比表面積和高的長徑比，并且化學性質(zhì)穩(wěn)定，使其成為一種良好的吸附材料。碳納米管的吸附有兩種物理吸附和化學吸附。物理吸附中的作用力主要是納米管與吸附質(zhì)之間的范德華力。有研究表明(J Am Chem Soc，2001，123 :2058-2059)，碳納米管表面為富含ji電子的多烯結(jié)構(gòu)，這種特殊的結(jié)構(gòu)使得碳納米管與苯環(huán)之間存在著較強的共軛效應。這種共軛效應使碳納米管對煙氣中的含苯環(huán)的有害物質(zhì)如苯并芘、苯并蒽等多環(huán)芳烴、酚類物質(zhì)有著比較強的化學吸附作用，在降低巻煙煙氣中焦油含量的同時，碳納米管還可以達到選擇性的去除煙氣中多環(huán)芳烴和酚類物質(zhì)等有害成分的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種降低巻煙煙氣中多環(huán)芳烴和酚類物質(zhì)含量的巻煙添加
劑，該添加劑能高選擇性地降低巻煙煙氣中多環(huán)芳烴和酚類物質(zhì)的含量。 本發(fā)明的第二個目的是提供上述添加劑制備的巻煙。 —種降低巻煙主流煙氣中有害成分的巻煙添加劑是將碳納米管分散于表面活性劑水溶液中所得到的懸液。
碳納米管為單壁碳納米管、多壁碳納米管中的一種或兩種；優(yōu)選多壁碳納米管。碳
納米管長度直徑比為io3-io6。 所述的表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化 銨、十二烷基三甲基溴化銨、4_乙烯基吡啶、二甲亞砜、聚乙二醇、十二烷基甜菜堿、曲拉通 X-30 、聚乙烯基吡咯烷酮中的任何一種或幾種的復配物。 所述的表面活性劑水溶液的濃度為0. 04-0. 4mol/l，碳納米管在懸液中的濃度為 5_40mg/ml。 所述的巻煙添加劑制備的巻煙是將巻煙添加劑加入由其它煙用添加劑、丙二醇、 乙醇和水調(diào)配而成的加料香精中，噴灑于煙葉上，或者將添加劑單獨噴灑于煙葉上；然后經(jīng) 過潤葉、切絲、烘絲、加香、巻制、包裝工藝，制得的成品巻煙，所述的巻煙添加劑是將碳納米 管分散于表面活性劑水溶液中所得到的懸液。 所述碳納米管添加劑的添加量為煙絲重量的1-25 %，優(yōu)選15-20%。
本發(fā)明的碳納米管巻煙添加劑的制備方法如下一種降低巻煙煙氣中多環(huán)芳 烴和酚類物質(zhì)含量的巻煙添加劑，首先按傳統(tǒng)方法合成碳納米管(包括單壁碳納米管及 多壁碳納米管)并進行純化處理，然后配制表面活性劑溶液，溶液中表面活性劑濃度為 0. 04-0. 4mol/l，表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化 銨、十二烷基三甲基溴化銨、4_乙烯基吡啶、十二烷基甜菜堿、曲拉通X-30、聚乙烯基吡咯 烷酮中的一種或其中幾種表面活性劑的復配物。將碳納米管加入表面活性劑溶液中，加入 量為5-40mg/ml，通過超聲使其形成分散均勻、穩(wěn)定的懸液，即得到本發(fā)明的碳納米管巻煙 添加劑。 本發(fā)明的主流煙氣中低苯并[a]芘、低苯酚含量的巻煙制備方法，是在巻煙加料
工藝過程中，將本發(fā)明的碳納米管巻煙添加劑加入由煙用添加劑、丙二醇、乙醇、水等調(diào)配
而成的加料香精中，噴灑于煙葉上，也可以將本添加劑單獨噴灑于煙葉上。本發(fā)明的巻煙添
加劑在煙葉中的添加量為碳納米管添加劑的添加量為煙葉重量的1-25%，優(yōu)選15-20%。
然后經(jīng)過潤葉、切絲、烘絲、加香、巻制、包裝等工藝，制得成品巻煙。 本發(fā)明的有益效果如下 1)將分散均勻的碳納米管均勻引入巻煙煙絲中，制成巻煙產(chǎn)品后，碳納米管均勻 地附著于煙絲上，巻煙抽吸時燃燒端產(chǎn)生的主流煙氣經(jīng)過后部未燃燒煙絲由濾嘴被吸出， 使碳納米管對煙氣中有害物質(zhì)有一個比較長的吸附距離，可以充分發(fā)揮碳納米管優(yōu)異的吸 附性能。 2)由于碳納米管表面為富含Ji電子的多烯結(jié)構(gòu)，這種特殊的結(jié)構(gòu)使得碳納米管 與苯環(huán)之間存在著較強的共軛效應。這種共軛效應使碳納米管在降低巻煙煙 氣中焦油含量的同時，能選擇性的去除煙氣中的含苯環(huán)的有害物質(zhì)如苯并芘、苯并蒽等稠 環(huán)芳烴、酚類物質(zhì)等。 3)由于碳納米管長度在幾十至幾百微米，具有很大的長徑比，可以很好地附著于 煙絲上，再加上醋酸纖維濾嘴的作用，碳納米管不會被吸入人體，可以保證巻煙的吸食安全 性。 4)碳納米管在高溫下性質(zhì)不會發(fā)生改變，在燃燒錐內(nèi)部幾百度的溫度下仍能發(fā)揮 作用，而且碳納米管不會影響巻煙的原有吃味。
5)本發(fā)明的添加劑制備技術(shù)簡單，添加方便且適合工業(yè)化生產(chǎn)的要求。
具體實施例方式以下實施例旨在更具體地描述本發(fā)明而不是對本發(fā)明的進一步限定，本發(fā)明可以按發(fā)明內(nèi)容所述的任一方式實施。
實施例1 : 先按溶液中表面活性劑總濃度為0. 04-0. 4mol/l配制表面活性劑水溶液，然后按5-40mg/ml加入量將碳納米管(碳納米管長度直徑比為103_106)加入表面活性劑水溶液中，
超聲使其形成分散均勻、穩(wěn)定的懸液，得到添加劑成品。
實施例2 : 先配制0. lmol/1的十二烷基硫酸鈉溶液，按10. Omg/ml的量加入多壁碳納米管，超聲使其分散均勻，按碳納米管添加劑的添加量為煙葉重量的15%，根據(jù)煙葉重量將一定量的多壁碳納米管/十二烷基硫酸鈉溶液與事先配制好的加料香精混合，噴灑于煙葉上。巻成煙支后點燃，分析主流煙氣中的目標化學成分，與對照煙支相比，焦油降低3. 9 % ，苯并[a]芘降低8. 2 % ，苯酚降低3. 8 % ，兒茶酚降低4. 7 % 。
實施例3 : 先配制0. lmol/1的十二烷基苯磺酸鈉溶液，按10. Omg/ml的量加入多壁碳納米管，超聲使其分散均勻，按碳納米管添加劑的添加量為煙葉重量的15% ，根據(jù)煙葉重量將一定量的多壁碳納米管/十二烷基苯磺酸鈉溶液與事先配制好的加料香精混合，噴灑于煙葉上。巻成煙支后點燃，分析主流煙氣中的目標化學成分，與對照煙支相比，焦油降低3.4%，苯并[a]芘降低6.2%，苯酚降低3.0%，兒茶酚降低3.5%。
實施例4 : 先配制0. 2mol/l的十二烷基苯磺酸鈉溶液，按15. Omg/ml的量加入多壁碳納米管，超聲使其分散均勻，按碳納米管添加劑的添加量為煙葉重量的18% ，根據(jù)煙葉重量將一定量的多壁碳納米管/十二烷基苯磺酸鈉溶液與事先配制好的加料香精混合，噴灑于煙葉上。巻成煙支后點燃，分析主流煙氣中的目標化學成分，與對照煙支相比，焦油降低7.6%，苯并[a]芘降低12. 1%，苯酚降低5.3%，兒茶酚降低6.5%。
實施例5 : 先配制0. 2mol/l的十二烷基苯磺酸鈉溶液，按25. Omg/ml的量加入多壁碳納米管，超聲使其分散均勻，按碳納米管添加劑的添加量為煙葉重量的18% ，根據(jù)煙葉重量將一定量的多壁碳納米管/十二烷基苯磺酸鈉溶液與事先配制好的加料香精混合，噴灑于煙葉上。巻成煙支后點燃，分析主流煙氣中的目標化學成分，與對照煙支相比，焦油降低12.8%，苯并[a]芘降低21. 1%，苯酚降低9.7%，兒茶酚降低12.3%。
實施例6 : 先配制0. 3mol/l的十二烷基苯磺酸鈉溶液，按35. Omg/ml的量加入多壁碳納米管，超聲使其分散均勻，按碳納米管添加劑的添加量為煙葉重量的15% ，根據(jù)煙葉重量將一定量的多壁碳納米管/十二烷基苯磺酸鈉溶液噴灑于煙葉上。巻成煙支后點燃，分析主流煙氣中的目標化學成分，與對照煙支相比，焦油降低18.8%，苯并[a]芘降低35.7%，苯酚降低18. 2%，兒茶酚降低22.9%。
實施例7 : 先配制0. 4mol/l的十二烷基苯磺酸鈉/聚乙烯基吡咯烷酮溶液，按40. 0mg/ml的 量加入多壁碳納米管，超聲使其分散均勻，按碳納米管添加劑的添加量為煙葉重量的15%， 根據(jù)煙葉重量將一定量的多壁碳納米管/十二烷基苯磺酸鈉/聚乙烯基吡咯烷酮溶液噴灑 于煙葉上。巻成煙支后點燃，分析主流煙氣中的目標化學成分，與對照煙支相比，焦油降低 20.4%，苯并[a]芘降低38.8%，苯酚降低25. 1%，兒茶酚降低28.3%。
實施例8 : 先配制0. 4mol/l的十二烷基硫酸鈉/聚乙二醇溶液，按40. Omg/ml的量加入多壁 碳納米管，超聲使其分散均勻，按碳納米管添加劑的添加量為煙葉重量的15% ，根據(jù)煙葉重 量將一定量的多壁碳納米管/十二烷基硫酸鈉/聚乙二醇溶液噴灑于煙葉上。巻成煙支后 點燃，分析主流煙氣中的目標化學成分，與對照煙支相比，焦油降低19. 1%，苯并[a]芘降 低33. 5% ，苯酚降低21.4%，兒茶酚降低24. 9% 。
實施例9 : 先配制0. 4mol/l的十二烷基硫酸鈉/4_乙烯基吡啶溶液，按40. Omg/ml的量加入 多壁碳納米管，超聲使其分散均勻，按碳納米管添加劑的添加量為煙葉重量的15% ，根據(jù)煙 葉重量將一定量的多壁碳納米管/十二烷基苯磺酸鈉/4_乙烯基吡啶溶液噴灑于煙葉上。 巻成煙支后點燃，分析主流煙氣中的目標化學成分，與對照煙支相比，焦油降低19.7%，苯 并[a]芘降低32.3%，苯酚降低23.5%，兒茶酚降低24.2%。
實施例10 : 先配制0. 4mol/l的十二烷基苯磺酸鈉/曲拉通X-30溶液，按40. Omg/ml的量加 入多壁碳納米管，超聲使其分散均勻，按碳納米管添加劑的添加量為煙葉重量的15% ，根據(jù) 煙葉重量將一定量的多壁碳納米管/十二烷基苯磺酸鈉/曲拉通X-30溶液噴灑于煙葉上。 巻成煙支后點燃，分析主流煙氣中的目標化學成分，與對照煙支相比，焦油降低21. 1%，苯 并[a]芘降低30.9%，苯酚降低21.7%，兒茶酚降低26.0%。
實施例11 : 先配制0. 4mol/l的十二烷基硫酸鈉/聚乙二醇溶液，按40. Omg/ml的量加入多壁 碳納米管和單壁碳納米管混合物(二者按1 : 1比例混合)，超聲使其分散均勻，按碳納米 管添加劑的添加量為煙葉重量的20%，根據(jù)煙葉重量將一定量的多壁碳納米管/十二烷基 苯磺酸鈉/聚乙烯基吡咯烷酮溶液噴灑于煙葉上。巻成煙支后點燃，分析主流煙氣中的目 標化學成分，與對照煙支相比，焦油降低19.8%，苯并[a]芘降低36. 5% ，苯酚降低25.1%， 兒茶酚降低27.9%。
權(quán)利要求
一種降低卷煙主流煙氣中有害成分的卷煙添加劑，其特征在于，所述的卷煙添加劑是將碳納米管分散于表面活性劑水溶液中所得到的懸液。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低巻煙主流煙氣中有害成分的巻煙添加劑，其特征在于， 所述的碳納米管為單壁碳納米管、多壁碳納米管中的一種或兩種，碳納米管長度直徑比為 103-106。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的降低巻煙主流煙氣中有害成分的巻煙添加劑，其特征在 于，所述的碳納米管為多壁碳納米管。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低巻煙主流煙氣中有害成分的巻煙添加劑，其特征在于， 所述的表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、十二烷 基三甲基溴化銨、4-乙烯基吡啶、二甲亞砜、聚乙二醇、十二烷基甜菜堿、曲拉通X-30、聚乙 烯基吡咯烷酮中的任何一種或幾種的復配物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的降低巻煙主流煙氣中有害成分的巻煙添加劑，其特征 在于，所述的表面活性劑水溶液的濃度為0. 04-0. 4mol/l，碳納米管在所述懸液中的濃度為 5_40mg/ml。
6. 權(quán)利要求1所述的降低巻煙主流煙氣中有害成分的巻煙添加劑制備的巻煙，其特征 在于，是將巻煙添加劑加入由其它煙用添加劑、丙二醇、乙醇和水調(diào)配而成的加料香精中， 噴灑于煙葉上，或者將添加劑單獨噴灑于煙葉上；然后經(jīng)過潤葉、切絲、烘絲、加香、巻制、包 裝工藝，制得的成品巻煙，所述的巻煙添加劑是將碳納米管分散于表面活性劑水溶液中所 得到的懸液。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的降低巻煙主流煙氣中有害成分的巻煙添加劑制備的巻煙，其 特征在于，所述的碳納米管添加劑的添加量為煙絲重量的1_25%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的降低巻煙主流煙氣中有害成分的巻煙添加劑制備的巻煙，其 特征在于，所述的碳納米管添加劑的添加量為煙絲重量的15-20%。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6或7或8所述的降低巻煙主流煙氣中有害成分的巻煙添加劑制備的 巻煙，其特征在于，所述的碳納米管為單壁碳納米管、多壁碳納米管中的一種或兩種。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的降低巻煙主流煙氣中有害成分的巻煙添加劑制備的巻煙， 其特征在于，所述的碳納米管為多壁碳納米管。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的降低巻煙主流煙氣中有害成分的巻煙添加劑制備的巻煙， 其特征在于，所述的表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴 化銨、十二烷基三甲基溴化銨、4-乙烯基吡啶、二甲亞砜、聚乙二醇、十二烷基甜菜堿、曲拉 通X-30、聚乙烯基吡咯烷酮中的任何一種或幾種的復配物。
12. 根據(jù)權(quán)利要求6或11所述的降低巻煙主流煙氣中有害成分的巻煙添加劑制備的巻 煙，其特征在于，所述的表面活性劑水溶液的濃度為0. 04-0. 4mol/l，碳納米管在所述的懸 液中的濃度為5-40mg/ml。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種卷煙添加劑及其制備的卷煙。該添加劑可以降低卷煙煙氣中的焦油含量，并可以選擇性地吸附卷煙煙氣中多環(huán)芳烴、酚類等有害物質(zhì)。添加劑為分散在表面活性劑水溶液中的碳納米管制劑。將該制劑作為卷煙煙絲添加劑，按煙絲重量1-25％在卷煙生產(chǎn)加料工藝過程中噴灑于煙葉之上，經(jīng)烘絲處理后碳納米管便均勻分散地附著于煙絲表面。使用本添加劑能夠去除卷煙主流煙氣中6.2-38.8％的苯并[a]芘等多環(huán)芳烴以及3.0-28.3％的苯酚和兒茶酚，還能降低煙氣中的焦油含量3.4-20.4％，而煙絲原有的色澤和吃味基本不變。
文檔編號A24B15/00GK101692934SQ200910308650
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月22日
發(fā)明者文建輝, 蔣健暉, 鐘科軍 申請人:湖南中煙工業(yè)有限責任公司;