一种含有硫醚链段的桥联倍半硅氧烷气凝胶作为卷烟过滤嘴材料的用途
【专利摘要】本发明涉及一种含有硫醚链段的桥联倍半硅氧烷气凝胶作为卷烟过滤嘴材料的用途。所述含有硫醚链段的桥联倍半硅氧烷气凝胶由巯基硅氧烷与乙烯基硅氧烷在催化剂的作用下通过巯基--双键点击反应制备。该气凝胶材料被模塑成滤棒状、块状、圆筒状或片状的整体式材料单独作为过滤嘴材料使用，或者与醋酸纤维丝束、聚丙烯丝束分段式复合使用，或者被粉碎成颗粒状或粉末后，作为三元过滤嘴的中间段填充材料使用。该气凝胶材料对烟气吸附效果明显，可以有效降低卷烟主流烟气中的有害成分。本发明提供的滤嘴材料是醋纤滤棒的很好的替代品，且综合性能更优异，具有良好的市场应用前景。
【专利说明】一种含有硫醚链段的桥联倍半硅氧烷气凝胶作为卷烟过滤嘴材料的用途
【技术领域】
[0001]本发明属于卷烟滤嘴材料领域。
【背景技术】
[0002]为了减少烟草危害，世界卫生组织成员国签订了第一个限制烟草的全球性公约一《烟草控制框架公约》，为在全球控制烟草危害、共同维护人类健康提供了法律框架。我国是世界上卷烟生产和消费的大国，也是烟民最多的国家。近年来，随着生活水平不断提高，消费者的自身健康保护意识和环保意识逐渐增强，对卷烟安全性的要求也越来越高。因此，研制低焦油安全型过滤嘴香烟是我国卷烟生产中一个迫切的问题，而开发合适的滤材是解决这一问题的有效途径。
[0003]自从1930年用棉花作过滤材料的第一个卷烟滤嘴问世以来，过滤嘴便成为降低或消除卷烟烟气中有害成分的最重要手段。滤嘴作为吸烟者与主流烟气之间的桥梁，可以有效地滤除卷烟主流烟气中的焦油、烟碱及其他多种有害成分，减少烟气对人体健康及环境的危害。采用不同的过滤嘴材料，降低有害成分的效果是不一样的。目前，国内外普遍使用的滤嘴材料是二醋酸纤维丝束、聚丙烯丝束、活性炭、无机矿物纤维等。上述几种材料都存在或多或少的缺点，如二醋酸纤维丝束的原料来源和制备工艺等导致其价格相对较高，聚丙烯丝束不能吸附烟气中的醛类化合物如乙醛、丙烯醛、苯和甲苯等，活性炭容易被吸入体内等。因此，需开发一种新的材料用作滤材来提高降低烟气中有害成分的效能。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供了一种含有硫醚链段的桥联倍半硅氧烷气凝胶作为卷烟过滤嘴材料的用途。并提供所述新型滤嘴材料的制备方法。这种方法简便、性能优异，具有很好的应用前景。
[0005]在优选的实施方案中，所述含有硫醚链段的桥联倍半硅氧烷气凝胶由巯基硅氧烷与乙烯基硅氧烷在催化剂的作用下通过巯基一双键点击反应制备。其中巯基-双键反应是点击化学反应的一种，点击反应是加成反应的一种，具有反应速度快、定向选择性高、反应条件温和、反应适应性强等特点，已被广泛应用于聚合物合成和功能化、表面改性、纳米压印材料、聚合物微球、涂层以及凝胶等。
[0006]在优选的实施方案中，所述含有硫醚链段的桥联倍半硅氧烷气凝胶被模塑成滤棒状、块状、圆筒状或片状的整体式材料单独作为过滤嘴材料使用，或者被粉碎成颗粒状或粉末后，作为三元过滤嘴的中间段填充材料使用。其中所述含有硫醚链段的桥联倍半硅氧烷气凝胶作为卷烟过滤嘴材料时，能够降低烟气中的苯并[α]芘、ΝΝΚ、苯酚、焦油和氰化氢含量。
[0007]在优选的实施方案中，所述疏基娃氧烧为疏丙基二甲氧基娃烧、疏丙基二乙氧基娃烧或疏丙基甲基~■甲氧基娃烧中的一种。所述乙稀基娃氧烧为乙稀基二甲氧基娃烧、乙稀基二乙氧基娃烧、乙稀基甲基_■甲氧基娃烧中的一种。所述的催化剂为2，2- _■甲氧基-2-苯基乙酰苯、4’，6’ -二甲氧基-2-2’ -羟基-2-苯基乙酰苯、2，4- 二甲基乙酰苯或2-羟基-3-碘-4，6- 二甲氧基苯乙酮。
[0008]在优选的实施方案中，将所述气凝胶粉碎成粉末，然后添加到三元空腔滤棒的空腔中使用。在优选的实施方案中，其中所述气凝胶粉末在三元空腔滤棒的空腔中的添加量为10?50mg/支。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]无
【具体实施方式】
[0010]本发明中使用的含有硫醚链段的桥联倍半硅氧烷气凝胶的制备方法按以下技术方案进行:
[0011]将巯基硅氧烷和乙烯基硅氧烷以0.01?lmol:0.01?Imol的比例加入到圆底烧瓶中，加入催化剂搅拌，在365nm汞灯下辐照，反应0.15-10h ;将所得上述产物溶于溶剂中得到浓度为0.01-5mol/L的溶液，将一定量酸加到上述溶液中搅拌lOmin，保证H+/Si的摩尔比=2-5。将所得溶胶倒入模具中，放入30-80°C的烘箱中凝胶化。经过2-10h后，将所得的凝胶从模具中转移至溶剂中浸泡50-100h ;将凝胶浸入溶剂中并放入真空容器中。用真空泵保持容器内为负压直到凝胶干燥；将样品在50-250°C下进一步干燥0-5h，确保孔中的液体完全蒸发。
[0012]所述疏基娃氧烧为疏丙基二甲氧基娃烧、疏丙基二乙氧基娃烧或疏丙基甲基_■甲氧基娃烧中的一种。
[0013]所述乙稀基娃氧烧试剂为乙稀基二甲氧基娃烧、乙稀基二乙氧基娃烧、乙稀基甲基~■甲氧基娃烧中的一种。
[0014]所述催化剂为2，2-二甲氧基-2-苯基乙酰苯、4’，6’ -二甲氧基_2_2’ -羟基_2_苯基乙酰苯、2，4- 二甲基乙酰苯、2-羟基-3-碘-4，6- 二甲氧基苯乙酮中的一种。
[0015]所述催化剂的用量与巯基硅氧烷与乙烯基硅氧烷总用量的比例为1:20?1:200。
[0016]所述溶剂为水、乙醇、甲醇、苯、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷、正己烷、、乙醚、丙酮、乙腈、四氢呋喃、吡啶、二甲基亚砜，N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二甲基乙酰胺等。
[0017]所述酸为甲酸、乙酸、盐酸、羧酸、氢氟酸、氢氰酸、硫酸等。
[0018]所述气凝胶在制备过程中模塑成滤棒状，或粉碎成粉末添加到三元空腔滤棒的空腔中。
[0019]本发明工艺操作简单，反应条件温和，适用于工业化大规模生产。
[0020]下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述反应物如无特别说明均能从公开商业途径而得。
[0021]实施例1
[0022]将疏丙基二甲氧基娃烧和乙稀基二甲氧基娃烧以0.5:1的比例加入到圆底烧瓶中，加入2，2- 二甲氧基-2-苯基乙酰苯搅拌，在365nm汞灯下辐照，反应4h ;将所得上述产物溶于乙醇中得到浓度为0.lmol/L的溶液，将一定量盐酸加到上述溶液中搅拌lOmin，保证肝/51的摩尔比=3.5。将所得溶胶倒入滤嘴模具中，放入60°C的烘箱中凝胶化。经过7h后，将所得的凝胶从滤嘴模具中转移至溶剂中浸泡50h ;将凝胶浸入乙醇中并放入真空容器中。用真空泵保持容器内为负压直到凝胶干燥；将样品在150°C下进一步干燥2h，确保孔中的液体完全蒸发。
[0023]实施例2
[0024]将疏丙基二乙氧基娃烧和乙稀基二甲氧基娃烧以1:1的比例加入到圆底烧瓶中，加入2，2- 二甲氧基-2-苯基乙酰苯搅拌，在365nm汞灯下辐照，反应5h ;将所得上述产物溶于乙醇中得到浓度为0.lmol/L的溶液，将一定量盐酸加到上述溶液中搅拌lOmin，保证H+/Si的摩尔比=3.5。将所得溶胶倒入滤嘴模具中，放入40°C的烘箱中凝胶化。经过7h后，将所得的凝胶从滤嘴模具中转移至溶剂中浸泡10h ;将凝胶浸入乙醇中并放入真空容器中。用真空泵保持容器内为负压直到凝胶干燥；将样品在250°C下进一步干燥lh，确保孔中的液体完全蒸发。
[0025]实施例3
[0026]将巯丙基甲基二甲氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷以2:1的比例加入到圆底烧瓶中，加入2，2- 二甲氧基-2-苯基乙酰苯搅拌，在365nm汞灯下辐照，反应5h ;将所得上述产物溶于甲醇中得到浓度为0.lmol/L的溶液，将一定量盐酸加到上述溶液中搅拌lOmin，保证肝/51的摩尔比=3.5。将所得溶胶倒入滤嘴模具中，放入40°C的烘箱中凝胶化。经过7h后，将所得的凝胶从滤嘴模具中转移至溶剂中浸泡10h ;将凝胶浸入甲醇中并放入真空容器中。用真空泵保持容器内为负压直到凝胶干燥；将样品在250°C下进一步干燥lh，确保孔中的液体完全蒸发。
[0027]实施例4
[0028]将巯丙基甲基二甲氧基硅烷和乙烯基甲基二甲氧基硅烷以2:1的比例加入到圆底烧瓶中，加入4’，6’ - 二甲氧基-2-2’ -轻基-2-苯基乙酰苯搅拌,在365nm萊灯下福照，反应5h ;将所得上述产物溶于丙酮中得到浓度为5mol/L的溶液，将一定量盐酸加到上述溶液中搅拌lOmin，保证H+/Si的摩尔比=3.5。将所得溶胶倒入滤嘴模具中，放入40°C的烘箱中凝胶化。经过7h后，将所得的凝胶从滤嘴模具中转移至溶剂中浸泡10h ;将凝胶浸入丙酮中并放入真空容器中。用真空泵保持容器内为负压直到凝胶干燥；将样品在250°C下进一步干燥lh，确保孔中的液体完全蒸发。
[0029]实施例5
[0030]将巯丙基甲基二甲氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷以2:1的比例加入到圆底烧瓶中，加入2，2- 二甲氧基-2-苯基乙酰苯搅拌，在365nm汞灯下辐照，反应5h ;将所得上述产物溶于甲醇中得到浓度为2.0moI/L的溶液，将一定量盐酸加到上述溶液中搅拌lOmin，保证H+/Si的摩尔比=3.5。将所得溶胶倒入滤嘴模具中，放入40°C的烘箱中凝胶化。经过7h后，将所得的凝胶从滤嘴模具中转移至溶剂中浸泡10h ;将凝胶浸入甲醇中并放入真空容器中。用真空泵保持容器内为负压直到凝胶干燥；将样品在50°C下进一步干燥5h，确保孔中的液体完全蒸发。
[0031]应用效果实验
[0032]为了证明采用包含硫醚链段的桥联倍半硅氧烷气凝胶作为卷烟过滤嘴材料时的优越性，发明人做了如下的应用对比试验:
[0033]将“红梅”牌卷烟(黄壳软包装)过滤嘴里的醋纤丝束拔出，将实施例1-3中所得到的桥联倍半硅氧烷气凝胶滤棒替代醋纤丝束填充在滤嘴部分，制成经改进的过滤嘴卷烟，并在相同条件下与使用醋纤作滤棒、醋纤与活性炭三元复合作滤棒的情况进行对比，检测经过各过滤材料过滤后的烟气中的有害物质的量，检测方法按照国标:
[0034]GB/T5606.1-2004，GB/T16447-2004,GB/T19069-2004,GB/T23355-2009，GB/T23203.1-2008，GB/T23356-2009来进行。经过滤后的烟气中有害物质的量越少，说明过滤材料过滤性能越好。
[0035]
醋酸纤桥联倍半硅氧烷气凝胶
活性炭2 ---
维丝束1实施例1 实施例2 实施例3
BET 比表面积(m2/g) -900900-1300
孔隙率(％) -93-9593-97
苯并[α]芘(ng/cig)8,417.817.027.106.89
一氧化碳(mg/cig)11.3011.0510.9111.8310.51
氰化氢(pg/cig)143132121115IlB
亚硝胺(ng/cig)7.597.086.236.556.42
苯酚(pg/cig)16.615.814.214乂14.6
氨(pg/cig)7.607.136.566.896.81
焦油(mg/cig)10.410.19.089.159.13
[0036]1.醋酸纤维丝束材料本身不是多孔的，故没有比表面积和孔隙率一说；
[0037]2.实验中选用了与桥联倍半硅氧烷气凝胶在BET比表面积和孔隙率上相近的活性炭材料作为对比，以提高可比性。
[0038]从上表结果可以看出，使用含有硫醚链段的桥联倍半硅氧烷气凝胶作为卷烟过滤嘴材料，烟气中的各种主要的有害物质残留量均有下降，尤其是致癌性较强的苯并[α ]芘、ΝΝΚ、苯酚、焦油和毒性较强的氰化氢，下降幅度较为明显。虽然现有技术材料中提到了干燥后的气凝胶材料可以作为吸附材料使用，但从来没有任何文献教导其能作为过滤嘴材料使用，更没有任何文献教导其在降低烟气中的苯并[α]芘、ΝΝΚ、苯酚、焦油和氰化氢含量方面会有如此明显的效果。
【权利要求】
1.一种含有硫醚链段的桥联倍半硅氧烷气凝胶作为卷烟过滤嘴材料的用途。
2.根据权利要求1的用途，其中所述含有硫醚链段的桥联倍半硅氧烷气凝胶由巯基硅氧烷与乙烯基硅氧烷在催化剂的作用下通过巯基一双键点击反应制备。
3.根据权利要求1的用途，其中所述含有硫醚链段的桥联倍半硅氧烷气凝胶被模塑成滤棒状、块状、圆筒状或片状的整体式材料单独作为过滤嘴材料使用，或者被粉碎成颗粒状或粉末后与醋酸纤维丝束、聚丙烯丝束、活性炭或无机矿物纤维中一种或几种组合后作为过滤嘴材料使用。
4.根据权利要求2的用途，其中所述巯基硅氧烷为巯丙基三甲氧基硅烷、巯丙基三乙氧基娃烧或疏丙基甲基_■甲氧基娃烧中的一种。
5.根据权利要求2的用途，其中所述乙稀基娃氧烧为乙稀基二甲氧基娃烧、乙稀基二乙氧基娃烧、乙稀基甲基_■甲氧基娃烧中的一种。
6.根据权利要求2的用途，其特征在于所述的催化剂为2，2-二甲氧基-2-苯基乙酰苯、4’，6’ - 二甲氧基-2-2’ -羟基-2-苯基乙酰苯、2，4- 二甲基乙酰苯或2-羟基-3-碘-4，6- 二甲氧基苯乙酮。
7.根据权利要求1的用途，其中将所述气凝胶粉碎成粉末，然后添加到三元空腔滤棒的空腔中使用。
8.根据权利要求7的用途，其中所述气凝胶粉末在三元空腔滤棒的空腔中的添加量为10 ?50mg/ 支。
9.根据权利要求1的用途，其中所述含有硫醚链段的桥联倍半硅氧烷气凝胶作为卷烟过滤嘴材料时，能够降低烟气中的苯并[α]芘、ΝΝΚ、苯酚、焦油和氰化氢含量。
【文档编号】A24D3/10GK104126871SQ201410344376
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】雷萍, 尚善斋, 汤建国, 郑绪东, 袁大林, 陈永宽, 缪明明 申请人:云南中烟工业有限责任公司