降低卷烟烟气有害成分并保留香吃味成分的卷烟滤嘴

降低卷烟烟气有害成分并保留香吃味成分的卷烟滤嘴

技术领域  本发明涉及一种卷烟滤嘴。特别是涉及一种降低卷烟烟气有害成分 并保留香吃味成分的卷烟滤嘴。

背景技术  中国加入世界贸易组织后，鉴于WHO制定的、各成员国政府已签署 的《烟草控制框架公约》对烟草制品有害成分具体限制的要求，世界上一些主 要发达国家已经相继对市售卷烟的焦油、烟碱及一氧化碳量作出了具体的限量 限制，以及消费者自身的健康和环保意识的增强，开发出更低焦油低危害成分 且明显保留卷烟的香吃味的卷烟产品符合世界烟草的发展潮流。烟气中焦油与 有害成分一氧化碳、烟碱、一氧化氮、稠环芳烃、烟碱、亚硝基、自由基、挥 发性腈类、酚类物质对人体有害，烟气的香吃味成分吡啶类、醇类、环戊烯酮 类物质会提高烟的感官评吸品质，如何使烟气中的有害成分较大幅度降低而香 吃味成分又能够较小程度损失是烟草行业尚未完全解决的大问题。

利用卷烟滤嘴里的吸附材料及其添加剂技术是近年来人们为了解决此问题 而致力于研究采取的常用技术方法之一。如国内外采用活性炭纤维、醋酸纤维 或聚丙烯纤维滤嘴来清除卷烟烟气的有害物质，由于仅限于物理吸附作用，只 对焦油及固相物质有一定截留，对气相类有害物质吸附效果甚微。中国专利 CN200510031182.X涉及一种有效降低卷烟烟气气相自由基的复合卷烟滤嘴及其 制备方法，该卷烟滤嘴含有阿魏酸、次亚磷酸钠和活性炭，能有效降低卷烟烟 气中气相自由基含量20.6％～29.4％，但未涉及其他有害成分，略为单一。中 国专利CN89104534.1的卷烟复合滤棒，包括纸质滤棒、醋酸纤维滤棒和坡缕石 族矿物颗粒的三段式或两段式复合滤棒、坡缕石族矿物质纸滤棒和醋酸纤维滤 棒的两段式复合滤棒，使烟气中的焦油含量降低7～12毫克/支以上，刺激 性降低一个等级，但对烟气一氧化碳、烟碱和稠环芳烃等有害物质并无建树。 还有公开了一种天然纤维香烟滤棒(专利编号为CN01255200.3)，该滤棒的包括 滤棒基材和在该滤棒基材外层包裹的一层纸质层，对吸附焦油、尼古丁显示良 好的能力，以及日本专利JP08291013提出从绿茶中提取茶多酚载入活性炭用于 香烟、口香糖等，只是具有吸收有害物质作用。中国专利CN02109979.0研制出 一种茶制卷烟滤棒的制作，滤棒材料由5～100％地茶、0～95％的木浆， 以及棉花、膨大剂、工业用淀粉，由造纸设备制成卷烟滤棒芯纸，再经卷烟滤 棒成型机制成滤棒，卷烟有害物质给人类造成的身体伤害有遏制作用，明显特 点该滤棒能降解。中国专利CN01139277.0揭示了一种降低卷烟烟气有害成分的 卷烟滤嘴，由常规滤棒A和加料滤棒B组成，加料滤棒B由醋酸纤维滤棒和添 加剂组成，其中，添加剂包括活性炭、茶多酚和碧罗芷，可使气相自由基降低 14.8％～23.4％；稠环芳烃各类化合物的含量降低10.9％～74.2 ％；氮亚硝胺中的主要成分NNN、NNK、NAT和NAB下降0.4％～3 3.0％，但未涉及同时保留烟气香吃味成分。中国专利编号为CN03218650.9 所研究的一种可滤除有害成分提高烟质及可用性的卷烟过滤嘴，由水松纸包裹 着化纤滤棒、粘附着三硅酸镁微粒的聚丙烯纤维丝束滤棒、活性碳纤维与化纤 混纺材料滤棒三段构成，具有一定的滤除香烟燃气中的有害成分以及可提高卷 烟的品质作用，但生产工艺较为复杂，费用高，使生产成本大大增加，大部分 消费者和企业较难接受。

发明内容  本发明就是提供一种工艺简单、性能稳定、成本低、无污染、使烟 气中的有害成分较大幅度降低而香吃味成分又能够较小程度损失的卷烟滤嘴。

本发明的技术方法是按如下方案实现的：依据离子交换原理在卷烟滤嘴里 应用选择性吸附分离纤维状材料，能使到吸烟者口里的烟气顺畅地全部通过选 择性吸附分离纤维状材料，把烟气的焦油、CO、烟碱、NO、稠环芳烃、烟碱、 亚硝基、自由基、挥发性腈类、酚类等多种对人体有害的物质经化学和物理吸 附粘附在选择性吸附分离纤维状材料上，而对烟气中的香吃味成分很少吸附截 留，致使到达吸烟者口中的烟气中的有害成分得到较大幅度降低而香吃味成分 又能够较小程度损失。该卷烟滤嘴既可以是整个滤嘴里过滤材料全是本发明所 述的选择性吸附分离纤维状材料，也可以是其中一段是本发明所述的选择性吸 附分离纤维状材料，其余部分是其他过滤材料醋酸纤维或聚丙烯纤维加颗粒活 性炭或/和加香类物质紫罗兰醇或/和当归内酯，如是二元复合滤嘴，复合结构 可有(10+10)mm、(15+15)mm、(15+10)mm、(6+14)mm、(8+12)mm不同规格； 如是三元复合滤棒，复合结构可为(10+5+10)mm，其中间空腔部分可添加颗粒 状物质。本发明所用的选择性吸附分离纤维状材料丝束规格符合烟草行业生产 卷烟滤棒的标准要求，丝束质量稳定，开松性能良好，适用于高、中、低速滤 棒成型机使用。制备时，整个滤嘴里过滤材料全是本发明所述的选择性吸附分 离纤维状材料的滤嘴用普通滤棒成型机卷接成型即可制成；如果其中一段是本 发明所述的选择性吸附分离纤维状材料(设为滤棒A)而其余部分是其他过滤 材料构成(设为滤棒B)的复合滤嘴，将滤棒A和滤棒B复合，即可制成。

本发明所用的选择性吸附分离纤维状材料其一是通过聚丙烯、聚丙烯腈、 聚乙烯醇、聚氯乙烯一丙烯共聚物、聚酚醛、聚酰胺、聚烯烃、碳纤维、活性 碳纤维或半碳化纤维纤维上引进弱酸、弱碱、强碱、强酸或酸碱两性功能基团 而制成；其二是含有酯基类、酰胺、亚砜、腈、吡啶基或氨基基团的多孔性纤 维状吸附材料，以聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯一丙烯共聚物、聚 酚醛、聚酰胺、聚烯烃纤维为基体经聚合反应或交联反应而制成；其三是以粘 胶基或酚醛基或聚氯乙烯基或聚乙烯醇基或聚酰亚胺基或聚苯乙烯基或天然 胶基或沥青基或聚丙烯腈基纤维被用作前驱体，热解并经活化而制成的活性碳 纤维。这些纤维状的直径0.1～50μm的线性高聚物具有物理吸附和化学吸附的 多种优越性能，具有很大的比表面积，具有大量的孔结构或具有丰富的官能团， 其特殊的纤维状物理形态使其与吸附质具有较大的接触面积和较小的阻力，特 别是其骨架结构和引入交换基团都可以控制调节并进行选择，因而在降低卷烟 烟气有害成分并保留香吃味成分显示出高的吸附容量、快的吸附速度和高的选 择性的特点，有益于吸烟者的身体健康。

因此，本发明卷烟滤嘴在抽吸原叶组配方不变的卷烟时，可降低烤烟卷烟 的焦油含量50％以上，CO、烟碱、NO、稠环芳烃、烟碱、亚硝基、自由基、挥发 性腈类、酚类对人体有害的物质可降低40％以上，烟气中的总粒相物也大大下 降，与此同时，保留原来烟气香吃味物质60％以上。

此外，本发明卷烟滤嘴在抽吸原叶组配方不变的卷烟和普通卷烟滤嘴接的 烟感官评吸对比，无产生异味或其他不良信息，其杂气、刺激都大大减少，余 味改善，烟的香气不但没有减少，反而更加饱满醇和，整体指标都得到改善。

除了上述的好处，本发明卷烟滤嘴里的选择性吸附分离纤维状材料原料丰 富、价格低廉、无二次污染。

这里所用的，而且也是本申请的目的之一，本发明卷烟滤嘴所用的选择性 吸附分离纤维状材料被限定于离子交换纤维、鳌合纤维、活性碳纤维、极性纤 维、非极性纤维，由于这样限定，各种过滤材料具备的结构特征分述如下：

(1)离子交换纤维：离子交换纤维的结构由基体纤维和交换基团两部分组 成，基体纤维选自聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯一丙烯共聚物、聚 酚醛、聚酰胺、聚烯烃、碳纤维、活性碳纤维或半碳化纤维，交换基团有磺酸 基、磷酸基、羧酸基、季铵盐基、氨基、吡啶基、咪唑基、羧基-吡啶基或羧 基-咪唑基。

(2)极性纤维：是含有酯基类、酰胺、亚砜、腈、吡啶基、氨基等基团的 多孔性纤维状吸附材料，以聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯一丙烯共 聚物、聚酚醛、聚酰胺、聚烯烃纤维为基体经聚合反应或交联反应而制成。

(3)非极性纤维：是在分子水平上不存在正负电荷的多孔性纤维状吸附材 料，以聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯一丙烯共聚物、聚酚醛、聚酰 胺、聚烯烃纤维为基体经聚合反应或交联反应而制成。

(4)活性碳纤维(Activated Carbon Fiber，ACF)：是以粘胶基或酚醛 基或聚氯乙烯基或聚乙烯醇基或聚酰亚胺基或聚苯乙烯基或天然胶基或沥青基 或聚丙烯腈基纤维被用作前驱体，热解并经活化而制成。

(5)螯合纤维：是一类能与金属离子形成多配位络合物的纤维状吸附功能 材料，其功能基中存在着具有未成键孤电子的N、O、S、P等原子，这些原于能 以一对孤电子与金属形成配位键，构成与小分子螯合纤维物相类似的稳定结构， 选偕胺亏基纤维、二胺基或醇胺基螯合纤维、异硫脲基螯合纤维、硫脲基螯合 纤维、巯基螯合纤维或磺酰氯基螯合纤维。

具体实施方式

实施例一

具体实施步骤为：

(1)选取聚丙烯基高效选择性吸附纤维，其化学结构式为

R-g-R₁-X

式中R表示聚丙烯纤维聚合物，R₁表示羧基基团，X表示转型后的氢离 子。

其制备方法参考专利申请号200610066433.2。该纤维基本性能见下表1：

表1聚丙烯基选择性吸附分离纤维材料的基本性能

(2)预处理：将上述选取的聚丙烯基高效选择性吸附纤维，用纯净水洗净 至恒重，待用；

(3)在室温下，将上述预处理好的聚丙烯基高效选择性吸附纤维通过制备 生产纤维烟用丝束的设备装置进行纤维细化、纤维曲折、干燥加工成聚丙烯基 高效选择性吸附纤维烟用丝束。该聚丙烯基高效选择性吸附纤维烟用丝束规格 为3.9～4.6旦，符合烟草行业生产卷烟滤棒的标准要求，丝束质量稳定，开松 性能良好，能确保高速成型时连续正常运转，适用于高、中、低速成型机使用， 其生产卷烟滤棒物理指标均匀，切割性能良好，抗静电性能优异，吸阻和圆周 特别稳定，丝束结头少、产棒率大于130万支/吨；

(4)聚丙烯基高效选择性吸附纤维卷烟滤棒(嘴)的制备生产：在(22±1) ℃、相对湿度(60±2)％下，将上述步骤制备的聚丙烯基吸附纤维烟用丝束通过 高速或中速或低速卷烟滤棒成型机卷接成型生产聚丙烯基高效选择性吸附纤维 卷烟滤棒，该卷烟滤棒长度90～150mm，圆周22～25mm；

(5)取上述步骤制备好的聚丙烯基高效选择性吸附纤维卷烟滤棒与卷烟对 接生产卷烟烟支，该烟支产品整个滤嘴过滤材料全是本发明所述的聚丙烯基吸 附纤维烟用丝束。该烟支产品使用北戴河牌，原叶组配方不变，本实施例烟支 检测方法为选烟支滤嘴长20mm，圆周22～25mm；实验前用Artikel-Nr9020-0039 恒温恒湿箱在(22±1)℃、相对湿度(60±2)％条件下平衡48小时，然后利用 Sodimat-573综合测试台根据重量及吸阻选出合适烟支。应用Borgwaltdt-KC吸 烟机对检测烟支进行检测，每口抽吸2秒，体积35ml，每口间隔58秒，温度 22±2℃、相对湿度60±5％。每张剑桥滤片收集2支卷烟，将2张滤片放人200ml 锥形瓶中，准确加入40ml环己烷进行萃取，准确移出10ml萃取液加入Agilent Technologies 6890Nq气相谱仪进行谱分析。同时，对于卷烟烟气中气相自 由基的测定方法可采用采用KC公司的5孔道吸烟机加以改造形成气相自由基捕 集装置进行测定，卷烟烟气中固相自由基的测定方法采用低温冷凝法或剑桥滤 片直接收集法，卷烟烟气中多环芳烃(苯并[a]芘等)的测定方法可采用反相高 效液相谱法和GC/MS方法的SCAN模式进行测定，以及卷烟烟气中含氮类物质 (N-亚硝胺等)的测定方法可采用热能分析仪进行测定。主要试验结果见下表 2：

表2焦油、烟碱和一氧化碳测定结果

经计算，这种聚丙烯基高效选择性吸附纤维卷烟滤嘴可降低现有品牌烤烟 卷烟的焦油含量50％以上，一氧化碳、烟碱、一氧化氮、稠环芳烃、烟碱、亚硝 基、自由基、挥发性腈类、酚类对人体有害的物质可降低40％以上，烟气中的 总粒相物也大大下降，与此同时，保留原来烟气香吃味物质60％以上。用聚丙烯 基高效选择性吸附纤维卷烟滤嘴卷接的烟和普通卷烟滤嘴烟同一品牌烟感官评 吸对比，无产生异味或其他不良信息，其杂气、刺激都大大减少，余味改善， 烟的香气不但没有减少，反而更加饱满醇和，整体指标都得到改善；

实施例二

取上述步骤制备好的聚丙烯基高效选择性吸附纤维卷烟滤棒通过复合滤棒 成型机直接生产二元复合滤棒。二元复合滤棒直接接触烟叶的一段是本发明所 述的聚丙烯基高效选择性吸附纤维构成(滤棒A)，其余部分是滤棒B，由醋酸纤 维加颗粒活性炭和加香类物质紫罗兰醇构成，滤棒A和滤棒B复合制成二元复 合滤嘴，复合结构为(10+10)mm规格。将上述制备好的二元复合滤嘴批量卷接 生产紫钻石牌烟支，紫钻石牌原叶组配方不变。本实施例烟支检测方法为选烟 支滤嘴长20mm，圆周22～25mm；实验前用Artikel-Nr9020-0039恒温恒湿箱在 (22±1)℃、相对湿度(60±2)％条件下平衡48小时，然后利用Sodimat-573 综合测试台根据重量及吸阻选出合适烟支。应用Borgwaltdt-KC吸烟机对检测 烟支进行检测，每口抽吸2秒，体积35ml，每口间隔58秒，温度22±2℃、相 对湿度60±5％。每张剑桥滤片收集2支卷烟，将2张滤片放人200ml锥形瓶中， 准确加入40ml环己烷进行萃取，准确移出10ml萃取液加入Agilent Technologies 6890Nq气相谱仪进行谱分析。同时，对于卷烟烟气中气相自 由基的测定方法可采用采用KC公司的5孔道吸烟机加以改造形成气相自由基捕 集装置进行测定，卷烟烟气中固相自由基的测定方法采用低温冷凝法或剑桥滤 片直接收集法，卷烟烟气中多环芳烃(苯并[a]芘等)的测定方法可采用反相高 效液相谱法和GC/MS方法的SCAN模式进行测定，以及卷烟烟气中含氮类物质 (N-亚硝胺等)的测定方法可采用热能分析仪进行测定。主要试验结果见下表 3：

表3同一配方同种烟丝的烤烟型中低档卷烟产品主要指标对比

滤棒纤维材料成本以目前市场烟用聚丙烯纤维丝束1.8万元/吨、醋酸纤维 丝束为4.2万元/吨、聚丙烯基高效选择性吸附纤维2.5万元/吨价格计算。

本发明涉及的降低卷烟烟气有害成分并保留香吃味成分的卷烟滤嘴，利用 选择性吸附分离纤维状材料选择性降低烟气焦油、烟碱、CO、NO、稠环芳烃、 烟碱、亚硝基物、自由基、挥发性腈类、酚类对人体有害物质并保留烟气香吃 味成分吡啶类、醇类物质，使烟气中的有害成分较大幅度降低而卷烟烟气香吃 味成分又能够较小程度损失的卷烟滤嘴及其制备方法技术方案，包括推荐的实 施例在这里得到了详细的描述。该实例有助于理解本发明，但不能理解为限制 本发明。利用本发明方法可选用的任何权利要求范围内的变化和/或改进来制造 和/或应用各种规格的滤嘴和/或滤棒，仍在本发明所规定的权利要求范围之内。