一种卷烟滤棒母料及卷烟滤棒的制作方法

1.本发明属于卷烟滤棒领域，具体涉及一种卷烟滤棒母料及卷烟滤棒。


背景技术：

2.卷烟滤棒是指卷烟的上面部分，它能够减少吸烟时入口的烟雾、焦油和燃烧时产生的悬浮粒子，减少尼古丁对人体的危害。中国是世界上吸烟人口最多的国家，过去人们对卷烟滤棒的研究通常集中于其对有害物质的过滤效果以减少对人类健康的影响，如慢性支气管炎、肺气肿和肺癌等，而对吸烟的副产品烟蒂的环境行为却研究不多，如何将这些烟蒂副产品加以充分利用或快速分解，减少对环境的污染是目前急待解决的问题。
3.为了提高滤棒降解率，减少环境污染，需要对制备滤棒的材料进行改进，其中可降解材料成为主流。目前的可降解材料主要是pla/pbat/纸张等。但pla/pbat价格昂贵，且对于烟气的吸附效果未知，整体设备都需要重新更改，成本极高。纸滤嘴对于酚类物质的截留效率较低，同时易受潮软化，弹性较差，导致圆周和压降难以控制。
4.随着科技的发展，二醋酸纤维素作为卷烟滤嘴的原材料，在自然界中的快速生物降解，已被越来越多的社会公众关注。从1991年开始，有关方面的结果就在coresta（cooperation centre for scientific research relativeto tobacco，烟草科学研究合作中心）大会上陆续发表；eastman化学公司的steven a. wilson等以及celanese公司的terry a. brodof也分别对滤棒的生物降解，光降解和自然态降解几种降解方式的机理及降解测试方法进行了系统的研究。在1997年celanese公司、eastman化学公司在《世界烟草动态》分别发表文章《醋纤降解机理及其与环境气候的关系》以及《环境中醋纤的降解机理》，文章中指出，被丢弃于环境中的滤嘴需要很长的降解时间。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种卷烟滤棒母料及卷烟滤棒，能够提高废弃滤嘴在自然界中的降解速率。
6.现有技术中为了加速滤嘴的降解，通常采用天然植物或聚乳酸纤维等高分子聚合物替代二醋酸纤维素；或是利用生物酶进行生物降解；亦或是在二醋酸纤维素中添加光催化剂进行光降解。然而，经本技术发明人研究发现，烟支在吸食过程中，滤棒的温度较高可能会使得生物酶失活，造成烟支抽吸完成后剩下的滤棒被丢弃后仍较难降解。由于废弃滤棒是在烟支抽吸完成后再发生降解的，若在滤棒中直接加入光催化剂，就需要对滤棒或者生产成型的烟支进行避光保存，不便于加工、保存以及后续的售卖。
7.鉴于此，本技术采用相变材料对光催化剂进行包裹形成微胶囊，并将其作为制备滤棒的母料。首先，相变材料的包裹起到对光催化剂的避光作用，使得无论在滤棒成型或者烟支生产过程以及后续售卖中均不需要避光保存；另外，卷烟滤棒温度的变化直接影响着卷烟的口感与风格特征，直接添加二氧化钛等光催化剂的滤棒可能导致烟支在吸食过程中，会有“烫嘴唇”的感觉，极大影响了消费者入口处的抽吸体验。相变材料在卷烟抽吸过程
中能够发生物理状态的改变，在此过程中不但发生吸热，降低烟气的温度；而且可以将包裹在其内部的光催化剂释放出来，进而使得光催化剂在卷烟抽吸完成后再发挥其光催化性能，使得进入环境中的废弃滤棒在光照条件下迅速分解。由此，创造了本发明。
8.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：本发明提供一种卷烟滤棒母料，该母料包括囊壳和包覆在所述囊壳内的芯材；其中，所述囊壳为相变材料，所述芯材包含光催化剂。
9.光催化剂是指在光子的激发下能够起到催化作用的一类化学物质，将光催化剂添加到卷烟滤棒中可以实现废弃滤棒在光照下发生降解，从而避免环境污染。然而，直接将光催化剂加入到滤棒中会造成滤嘴端温度较高，影响抽吸体验，而且需要对滤棒和烟支进行避光保存，极不方便。因此，本发明使用相变材料对光催化剂进行包裹，不但不需要进行严苛的避光条件，而且在烟支抽吸过程中相变材料吸热发生相变，降低烟支入口处的温度，并使得抽吸完成后包裹在其中的光催化剂释放出来，进而对废弃滤棒进行光催化降解。
10.相变材料是在某一特定温度下，能够从一种状态到另一种状态转变的物质，物质的分子迅速由有序向无序转变，伴随着发生吸热现象。脂肪酸类相变材料的相变焓高，融化和凝结能重复实现，基本没有过冷度，多元醇类相变材料存在着很大的热变换。作为本发明的优选，所述相变材料为脂肪酸、多元醇中的至少一种。
11.卷烟在吸食过程中滤棒端的温度可高达85℃，月桂酸的相变温度为42.6℃左右，癸酸的相变温度为30℃，新戊二醇、三羟甲基丙烷的相变温度分别为47.3℃和62.3℃，以上物质均能在烟支抽吸过程中发生相变，因此，作为本发明的优选，所述脂肪酸为月桂酸、癸酸中的至少一种，所述多元醇为新戊二醇、三羟甲基丙烷中的至少一种。
12.为了达到良好的包覆效果以及不影响光催化降解效果，作为本发明的优选，所述光催化剂与所述相变材料的质量比为（1~2）：（1~3）。
13.本技术光催化剂的种类不限，可以是二氧化钛(tio2)、氧化锌(zno)、氧化锡(sno2)、二氧化锆(zro2)，硫化镉(cds)等多种氧化物硫化物半导体。其中，二氧化钛（tio2）由于光生电子和光生空穴都有很强的能量，远远高出二醋酸纤维素分子链的强度，所以可以轻易将二醋酸纤维素等纤维分解成最原始的状态。同时光生空穴还能与空气中的水分子形成反应，产生氢氧自由基亦可分解醋酸纤维素并且杀灭细菌病毒。作为一种优良的光催化剂，将 tio2掺入到滤棒中，可制备出环境友好的可光降解滤棒，该种滤棒在一定的使用期内具有期望的功效，在超过使用期后，或在远未达到使用寿命期而被废弃后，在光照条件下能迅速自动分解。作为本发明的优选，所述光催化剂为二氧化钛，使用该母料制备的卷烟滤棒可以在光的作用下发生迅速降解。
14.纳米级的二氧化钛以及比表面积的优化能够促进电子转移，对含纤维素酯的滤棒降解有着有利的影响，作为本发明的优选，所述二氧化钛的平均粒径为10~80nm，比表面积为50~300m2/g。
15.作为本发明的优选，所述芯材还包含光催化促进剂，以提高光催化降解速率。
16.为了进一步改善本发明的光降解性能，所述光催化促进剂和光催化剂的质量比为（0.3-0.8）：（1-10）。
17.大量研究表明，光催化过成中羟基自由基（oh
·
）起主要作用，具有氧化性能的电解质加入会形成强氧化性的自由基，能够更有效的捕获光生电子，从而促进光催化反应进
程，起到促进光催化的作用。作为本发明的优选，所述光催化促进剂为具有氧化性能的电解质。
18.本技术所述具有氧化性能的电解质种类不限，例如可以为硫酸钠和硫酸钾等硫酸盐，其光催化促进原理如下：。
19.必要时，本技术的二氧化钛可以为改性二氧化钛，例如采用硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂对二氧化钛粉体进行表面改性，包括但不限定于kh550和wd-70。经改性了的二氧化钛不易结块，可进一步提高光催化作用。
20.另外，本发明还提供了一种卷烟滤棒，该卷烟滤棒包含上述卷烟滤棒母料。
21.本发明利用相变材料对光催化剂进行包裹得到制备卷烟滤棒的母料，该母料的作用机理为：在烟支抽吸过程中，滤棒会逐渐受热，温度升高，此时相变材料便会发生相变，将包裹在其内部的光催化剂释放。一方面，相变材料在发生相变过程中吸热，带走滤棒的部分热量，达到降温效果，提升消费者的感官体验；另一方面，在烟支抽吸完成后，光催化剂被完全释放出来，根据光催化反应的机理，让醋酸纤维素等形成滤棒的主体材料在阳光和水份的作用下脱去乙酰基，同时通过光化学和土壤中微生物等使纤维素链断裂，在生物及光化学的综合作用下加速降解过程。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：1、本发明通过相变材料将光催化剂进行包裹，不但可以有效降低滤棒温度，而且使得烟支抽吸完成后再发挥光催化剂的作用，避免了需要将滤棒或含滤棒的烟支长时间避光储存的问题，废弃烟支滤棒在光催化剂的作用下能够迅速降解。
23.2、本发明的芯材中还添加了光催化促进剂，促进光催化反应的进行，进一步提高废弃滤棒的降解速率。
具体实施方式
24.以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
25.实施例1一种卷烟滤棒母料，该母料包括囊壳和包覆在所述囊壳内的芯材；其中，所述囊壳为相变材料，所述芯材包含光催化剂。其通过以下步骤进行制备：（1）将二氧化钛粉末（锐钛矿相：金红石相=3:1）通过珠磨机碾磨至平均粒径为10~80nm。（2）将10份碾磨后的二氧化钛、0.8份硫酸钠分散在50份无水乙醇中，得到混合液。
26.（3）将20份月桂酸在50℃下加热熔融，然后边搅拌边加入上述混合液，加热搅拌15分钟后，挥发乙醇，将体系自然冷却至室温，凝固为卷烟滤棒母料。
27.取77份二醋酸纤维素、19.5份的增塑剂（聚乙二醇）与本实施例得到的卷烟滤棒母料混合，采用常规的熔融纺丝法制备成丝束，再根据cn109007969b中公开的方法使用滤棒成型机加工成卷烟滤棒。
28.实施例2
一种卷烟滤棒母料及卷烟滤棒，通过如下步骤制备：（1）将二氧化钛粉末（锐钛矿相：金红石相=3:1）通过珠磨机碾磨至平均粒径为10~80nm。（2）将1份碾磨后的二氧化钛、0.3份硫酸钠分散在10份无水乙醇中，得到混合液。
29.（3）将3份癸酸在50℃下加热熔融，然后边搅拌边加入上述混合液，加热搅拌15分钟后，挥发乙醇，将体系自然冷却至室温，凝固为卷烟滤棒母料。
30.取70份二醋酸纤维素、21.7份的增塑剂（聚乙二醇）与本实施例得到的卷烟滤棒母料混合，采用常规的熔融纺丝法制备成丝束，再根据cn109007969b中公开的方法使用滤棒成型机加工成卷烟滤棒。
31.实施例3一种卷烟滤棒母料及卷烟滤棒，通过如下步骤制备：（1）将二氧化钛粉末（锐钛矿相：金红石相=3:1）通过珠磨机碾磨至平均粒径为10~80nm。（2）将9份碾磨后的二氧化钛、0.5份硫酸钠分散在20份无水乙醇中，得到混合液。
32.（3）取9份新戊二醇在50℃下加热熔融，然后边搅拌边加入上述混合液，加热搅拌20分钟后，挥发乙醇，将体系自然冷却至室温，凝固为卷烟滤棒母料。
33.取80份二醋酸纤维素、17.4份的增塑剂（乙酰基柠檬酸三乙酯）与本实施例得到的卷烟滤棒母料混合，采用常规的熔融纺丝法制备成丝束，再根据cn109007969b中公开的方法使用滤棒成型机加工成卷烟滤棒。
34.实施例4一种卷烟滤棒母料及卷烟滤棒，通过如下步骤制备：（1）将二氧化钛粉末（锐钛矿相：金红石相=3:1）通过珠磨机碾磨至平均粒径为10~80nm。（2）将5份碾磨后的二氧化钛、0.3份硫酸钠分散在20份无水乙醇中，得到混合液。
35.（3）取7.5份三羟甲基丙烷在70℃下加热熔融，然后边搅拌边加入上述混合液，加热搅拌15分钟后，挥发乙醇，将体系自然冷却至室温，凝固为卷烟滤棒母料。
36.取70份二醋酸纤维素、21.7份的增塑剂（邻苯二甲酸二丁酯）与本实施例得到的卷烟滤棒母料混合，采用常规的熔融纺丝法制备成丝束，再根据cn109007969b中公开的方法使用滤棒成型机加工成卷烟滤棒。
37.实施例5一种卷烟滤棒母料及卷烟滤棒，通过如下步骤制备：（1）将二氧化钛粉末（锐钛矿相：金红石相=3:1）通过珠磨机碾磨至平均粒径为10~80nm。
38.（2）将8份碾磨后的二氧化钛、0.6份硫酸钠分散在20份无水乙醇中，得到混合液。
39.（3）将5份月桂酸、5.7份癸酸在50℃下加热熔融，然后边搅拌边加入上述混合液，加热搅拌15分钟后，挥发乙醇，将体系自然冷却至室温，凝固为卷烟滤棒母料。
40.取70份二醋酸纤维素、21.7份的增塑剂（邻苯二甲酸二丁酯）与本实施例得到的卷烟滤棒母料混合，采用常规的熔融纺丝法制备成丝束，再根据cn109007969b中公开的方法使用滤棒成型机加工成卷烟滤棒。
41.实施例6与实施例1唯一不同的是，步骤（1）中使用硅烷偶联剂改性的二氧化钛替代二氧化钛粉末。
42.对比例1与实施例1唯一不同的是，在卷烟滤棒的制备中不添加二氧化钛。
43.对比例2与实施例1唯一不同的是，步骤（3）中不添加相变材料（月桂酸）。
44.评价a.评价过程将实施例和对比例制备的卷烟滤棒加工成烟支并进行抽吸，将抽吸完成后剩余的烟蒂置于笼中。该笼由具有85％开放面积的金属织物和混凝土基板构成。然后将该笼置于屋顶的露天台，使得阳光能不受阻碍地照射。其中，每个滤棒样品的规格相同，为了区分样品，将笼分为单独的室。将每种试样分别分配在不同的室中。且各实施例均采用10个样品进行平行试验，以评估各实施例滤棒的降解速度。另外，将实施例1和对比例2制备得到的滤棒不经抽吸，直接置于光照条件下，分别在3、6、9个月后称量剩余重量，结果见表1所示。
45.b.评价结果表1实施例与对比例滤棒的剩余重量从表1可以看出，实施例1-6的降解效果远优于常规滤棒的降解速率，表明在烟支抽吸完成后本发明卷烟滤棒母料中的光催化剂（二氧化钛）被释放出来所作的技术贡献；实施例6的滤棒降解速率优于实施例1-5，表明改性二氧化钛所作的技术贡献。
46.对比例2制备的滤棒在卷烟抽吸前后均能发生降解，而实施例1只有在烟支抽吸完成后才产生降解，表明对光催化剂进行包裹所作的技术贡献。
47.实施例1经抽吸后剩余的滤棒与未经抽吸的滤棒相比，其降解速率明显增强，且未
经抽吸的滤棒与常规滤棒的降解速率相差不大，从而表明本发明将光催化剂进行包裹可以避免滤棒在烟支抽吸前就发生光降解的问题。
48.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。