一種降低煙氣中巴豆醛的納米纖維復合紙及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及卷煙降焦減害技術領域，具體涉及一種降低煙氣中巴豆醛的納米纖維 復合紙及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002] 卷煙的煙氣成分十分復雜，巴豆醛是煙氣中一種主要的有害物質，可經皮膚粘膜、 呼吸道及消化道進入人體，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 煙煙氣有害物質的指標性化合物之一，需進行嚴格監(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的中國專利文獻公開了一種通過改變微波松散條件 來實現(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纖維的新型 加工方法，引起了人們的廣泛關注。理論上，任何可溶解或熔融的高分子材料均可進行電紡 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，基材上沉積的復合納米纖維 量較低，無法體現(xiàn)出復合纖維材料特性和高比表面積的優(yōu)勢。因此，急需開發(fā)一種復合納米 纖維材料，采用該復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。

【發(fā)明內容】

[0007] 為解決現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明公開了一種降低煙氣中巴豆醛的納米纖維復合紙 及其制備方法和應用，納米纖維復合紙能有效地降低煙氣中巴豆醛的釋放量，同時該納米 纖維復合紙制備方法簡單。
[0008] 本發(fā)明的具體技術方案為：
[0009] -種降低煙氣中巴豆醛的納米纖維復合紙的制備方法，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合得到復合納米二氧化 娃；
[0011] (2)利用靜電紡絲將所述的復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物，分子結構中含有較多氨基，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堿性條件下與一氯乙酸反應而制得的，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、表面能大、化學純度高、分 散性能好，具有優(yōu)越的穩(wěn)定性、補強性、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 網絡結構，同時空間網絡中填充了納米二氧化硅顆粒。所述的復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合高分子溶液。所形成的復合高分子溶液中既 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吸附性能。體系中廣泛存在的氨基，羧基，季銨鹽 基團，羥基等對煙氣中的巴豆醛具有較好的吸附作用，且復合納米二氧化硅中各組分相互 協(xié)同促進巴豆醛的吸附。
[0015] 將步驟（1)制備的復合納米二氧化硅通過靜電紡絲負載到纖維素紙的表面，提高 納米纖維復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 細流，射流在電場下經過彎曲、裂解、溶劑蒸發(fā)或固化作用下負載在纖維素紙上，制得納米 纖維復合紙。通過本發(fā)明的方法所制備的復合納米纖維的直徑在20~500nm之間、比表面 積大、孔隙率高，對有害物質的吸附能力強。將所述納米纖維復合紙應用于卷煙通風溝槽濾 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 后經靜電復合制得復合納米二氧化硅。
[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，加料完成后經靜電復合后制得復合納米二氧化硅。
[0021] 更進一步優(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，靜電復合后制得復合納米二氧化硅。
[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，復合體系內部充滿大量 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絡的過程中均勻地填充入 高分子微孔中。在上述的投料比下，生成的復合納米二氧化硅高分子溶液穩(wěn)定性好，后續(xù)經 電紡后制備的負載復合納米二氧化硅的納米纖維復合紙的吸附能力強。
[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，靜電復合制得的復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致射流拉伸，因此溶液導電 性的強度會影響溶液的拉伸度，從而影響復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 均勻的復合納米纖維；但當醋酸水溶液濃度增加并超過〇. lwt%時，復合納米纖維直徑反 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堿性條件下