一种阴离子聚合物改性醋酸纤维素的制备方法及其应用

摘要

本发明涉及一种阴离子聚合物改性醋酸纤维素的制备方法及其应用，属于烟用材料技术领域。在引发剂的作用下，将带有磺酸基或羧基且含有单乙烯基不饱和单体引发接枝到醋酸纤维素。本发明改性得到的醋酸纤维素制备得到的过滤嘴棒，对烟气吸附效果明显，特别是对氨、亚硝胺等具有显著的选择性吸附效果。同时本发明使用的工艺方法简单、制备成本低，烟气吸附效果好，可以大规模工业生产，具有良好的市场应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于烟用材料技术领域，具体涉及一种阴离子型聚合物改性醋酸纤维素的制备方法及应用，该改性醋酸纤维素可以用于制备卷烟过滤嘴棒。

背景技术

卷烟烟气中有6000余种化合物,其中已有部分被鉴定是有害的，如一氧化碳、氮氧化合物、醛类、酚类、自由基、亚硝胺及多环芳烃等被认为是可能致癌或促进致癌的物质。滤嘴作为吸烟者与主流烟气之间的桥梁，可以有效地滤除烟气中的部分有害成分，因而得到了广泛的重视与应用。目前，国际市场上常规烟用滤材有纸质滤嘴、醋酸纤维滤嘴和聚丙烯纤维滤嘴三种类型，其中应用最为广泛的为醋酸纤维滤嘴。

随着健康意识的提高，人们对于卷烟的要求越来越高，在要求保留卷烟的风吃香味的同时，又要求能选择性的降低烟气中的有害成分, 因此，进一步提高滤嘴用醋酸纤维滤嘴的选择性吸附过滤效果，成为烟用醋酸纤维素的一个瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稳定性好，工艺简单，操作简便，适用广泛的阴离子聚合物改性醋酸纤维素纤维素的制备方法及其应用。该改性醋酸纤维素制备得到的过滤嘴棒，对烟气吸附效果明显，特别是对氨、亚硝胺等具有显著的选择性吸附效果。

本发明根据分子设计的思路，利用引发剂，将阴离子聚合物，改性接枝到醋酸纤维素上，利用阴离子聚合物与烟气有害成分的酸碱作用及氢键作用，从而实现烟气有害成分的选择性吸附。

本发明采用的技术方案如下：

一种阴离子聚合物改性醋酸纤维素的制备方法，具体反应如下：将单体溶解在溶剂中配成浓度为1-100g/L单体溶液，然后加入醋酸纤维素，醋酸纤维素加入量与单体溶液的体积比为0.1-100g/L，同时加入引发剂，在氮气保护下反应，反应温度为50-100℃，反应时间为0.5-24h，反应完成后将产物分离提纯，即得到阳离子聚合物改性醋酸纤维素；引发剂加入量与单体溶液体积比0.01g/L-10g/L；

所述的单体为至少含有一种单乙烯基不饱和的单体，且该单体带有磺酸基或羧基。

本发明技术方案中所述的醋酸纤维素为一醋酸纤维素或二醋酸纤维素，即其羟基乙酰化程度为0-2.8。

本发明技术方案中所述的所述的单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、肉桂酸、马来酸、苯乙烯磺酸、乙烯基磺酸或2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。

本发明技术方案中，进一步优选的是所述的引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钠、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯、过氧化甲乙酮、高锰酸钾、硝酸铈铵、重铬酸钾或氯化铁。

本发明技术方案中，进一步优选的是所述的溶剂为水、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、环己烷、乙醚、丙酮、乙腈、四氢呋喃、吡啶、二甲基亚砜，N, N-二甲基甲酰胺或N, N-二甲基乙酰胺。

上述制备方法制备的阴离子聚合物改性醋酸纤维素作为制备卷烟过滤嘴棒的应用。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：（1）本发明使用的工艺方法简单、制备成本低，烟气吸附效果好，可以大规模工业生产，具有良好的市场应用前景；（2）本发明改性得到的醋酸纤维素可以应用与工业化生产具有良好选择性截留烟气中有害成分的过滤嘴棒，制备得到的过滤嘴棒对烟气吸附效果明显，特别是对氨、亚硝胺等具有显著的选择性吸附效果；（3）本发明通过在醋酸纤维素上接枝活性官能团，利用官能团与烟气有害成分之间的特殊作用，可以实现对烟气有害成分选择性吸附烟气吸附，同时，本发明可以通过改变反应条件，选择不同的接枝聚合物可以得到不同功能化的改性的醋酸纤维素。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

将0.1g二醋酸纤维素与0.01g 偶氮二异丁氰加入到1L的1g/L丙烯酸的水的反应溶液中，氮气保护的条件下，50℃下反应0.5h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率16%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低5%，氨能够降低10%，亚硝胺能够降低9%。

实施例2

将100g二醋酸纤维素与10g 偶氮二异丁氰加入到1L的10g/L甲基丙烯酸的N, N-二甲基甲酰胺的反应溶液中，氮气保护的条件下，100℃下反应12h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率32%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低12%，氨能够降低11%，亚硝胺能够降低15%。

实施例3

将10g一醋酸纤维素与1g 过硫酸钠加入到1L的100g/L肉桂酸的乙醇的反应溶液中，氮气保护的条件下，85℃下反应24h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率21%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低15%，氨能够降低20%，亚硝胺能够降低22%。

实施例4

将50g一醋酸纤维素与1g 高锰酸钾加入到1L的100g/L马来酸的二甲基亚砜的反应溶液中，氮气保护的条件下，55℃下反应12h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率13%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低13%，氨能够降低15%，亚硝胺能够降低17%。

实施例5

将10g二醋酸纤维素与3g 硝酸铈铵加入到1L的60g/L对苯乙烯磺酸的丙酮的反应溶液中，氮气保护的条件下，65℃下反应24h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率16%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低21%，氨能够降低13%，亚硝胺能够降低22%。

实施例6

将20g二醋酸纤维素与2g过硫酸钠加入到1L的100g/L乙烯基磺酸的三氯甲烷的反应溶液中，氮气保护的条件下，80℃下反应18h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率28%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低11%，氨能够降低14%，亚硝胺能够降低18%。

实施例7

将60g一醋酸纤维素与7g偶氮二异丁酸二甲酯加入到1L的20g/L2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的苯的反应溶液中，氮气保护的条件下，60℃下反应24h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率26%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低8%，氨能够降低16%，亚硝胺能够降低13%。

实施例8

将50g一醋酸纤维素与3g过氧化氢加入到1L的30g/L甲基丙烯酸的甲苯的反应溶液中，氮气保护的条件下，85℃下反应12h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率23%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低13%，氨能够降低16%，亚硝胺能够降低15%。

实施例9

将40g二醋酸纤维素与3g过硫酸铵加入到1L的50g/L2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的二甲苯的反应溶液中，氮气保护的条件下，75℃下反应4h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率33%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低11%，氨能够降低12%，亚硝胺能够降低18%。

实施例10

将60g一醋酸纤维素与4g过氧化苯甲酰加入到1L的70g/L肉桂酸的二氯甲烷的反应溶液中，氮气保护的条件下，55℃下反应3h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率28%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低18%，氨能够降低16%，亚硝胺能够降低19%。

实施例11

将70g一醋酸纤维素与10g过氧化苯甲酰叔丁酯加入到1L的60g/L2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的正己烷的反应溶液中，氮气保护的条件下，65℃下反应8h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率36%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低13%，氨能够降低15%，亚硝胺能够降低20%。

实施例12

将80g二醋酸纤维素与5g 重铬酸钾加入到1L的100g/L苯乙烯磺酸的环己烷的反应溶液中，氮气保护的条件下，90℃下反应5h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率24%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低18%，氨能够降低14%，亚硝胺能够降低14%。

实施例13

将30g二醋酸纤维素与6g 氯化铁加入到1L的80g/L乙烯基磺酸的乙醚的反应溶液中，氮气保护的条件下，80℃下反应18h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率19%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低10%，氨能够降低12%，亚硝胺能够降低16%。

实施例14

将40g一醋酸纤维素与9g偶氮二异庚腈加入到1L的90g/L丙烯酸的乙腈的反应溶液中，氮气保护的条件下，60℃下反应12h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率33%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低13%，氨能够降低14%，亚硝胺能够降低12%。

实施例15

将80g二醋酸纤维素与5g 过氧化甲乙酮加入到1L的100g/L马来酸的吡啶的反应溶液中，氮气保护的条件下，50℃下反应24h，水和乙醇反复清洗后，真空干燥，即得到接枝率20%改性醋酸纤维素。将所得改性醋酸纤维素添加到滤嘴中，最终制得的卷烟产品，经过烟气检测，其焦油能够降低13%，氨能够降低15%，亚硝胺能够降低21%。