[发明专利]一种纳米纤维素气凝胶、其制备方法及在卷烟中的用途

说明书

本发明公开了一种纳米纤维素气凝胶的制备方法，包括以下步骤：将松香基聚合单体和甲基丙烯酸甲酯加入到纳米纤维素和纳米二氧化硅混合液中，混合均匀后加入引发剂，在75～85℃下，反应3～5h；将得到的产物进行冷冻干燥，即得到所述的纳米纤维素气凝胶。本发明还公开了所述的纳米纤维素气凝胶及用途。本发明的纳米纤维素气凝胶具有优异的弹性和机械强度、较高的疏水性和较好的吸附性能。

技术领域

本发明属于卷烟滤嘴添加剂领域，具体涉及一种高吸附性纳米纤维素气凝胶、其制备方法及在卷烟中的应用。

背景技术

苯并芘(B[a]P)作为一种非极性的稠环芳烃，基于其分子结构和官能团同时具有较大的空间位阻，在主流烟气经过滤棒时，其主要通过物理吸附和π-π共轭吸附的方式的选择性吸附而降低降低。目前，在降低卷烟烟气B[a]P的释放量方面，主要采用调节叶组的化学组分及加工工艺、在卷烟滤嘴中添加功能化纳米材料、或通过高比表面积纤维材料修饰滤棒丝束等方式以提高对B[a]P的拦截吸附。根据现有文献报道，降低苯酚的主要作用机制，包括氢键作用，苯环的π-π共轭吸附以及静电吸附等，除此之外还有多孔材料的孔结构吸附。在烟草行业中，在滤嘴中添加功能性减害吸附材料是降低这两类成分的重要研究方向。除了对目标成分B[a]P和苯酚选择吸附、截留外，还可以对主流烟气进行修饰校正。但同时，卷烟是口触、吸食类产品，滤嘴添加材料的安全性至关重要，在此背景下，安全性的考虑作为卷烟滤嘴添加材料的首要选择。

气凝胶是一类具多孔网络结构的物质，具有密度低、孔隙率高、比表面积大、吸附性强等特点，已成为一种新兴的吸附剂。纤维素是一种天然的有机高分子化合物，因其生物可再生性、无毒无污染和易于改性等优点被广泛应用于高分子功能材料领域，特别是基于天然纤维素构筑纤维素气凝胶材料成为研究热点。纤维素气凝胶拥有来源广泛、可降解和生物相容性等优势，将其作为卷烟滤嘴添加材料成为近些年的研究热点。然而，现有的纤维素气凝胶的弹性和机械强度较差，在外力的作用下进行挤压或弯曲后结构发生坍塌无法恢复原有形貌，这使得纤维素气凝胶在卷烟中的应用受到极大限制。为了进一步拓宽纤维素气凝胶种类和实际应用，需要开发出具有密度低、比表面积高、弹性好和力学性能强的疏水性纤维素气凝胶，提高其在卷烟中的应用性能。

发明内容

本发明提供一种高吸附性纳米纤维素气凝胶、其制备方法及在卷烟中的用途，本发明得到的纤维素气凝胶具有密度低、比表面积高、弹性好和力学性能强且具有疏水性的特点；该制备方法具有操作简便、成本低廉、绿色环保的优点，解决了传统制备方法得到的纤维素气凝胶存在的弹性和机械强度差的技术问题；将得到的纳米纤维素气凝胶用于卷烟中，能有效降低卷烟烟气中有害成分的释放量。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下，本发明未提及的技术均参照现有技术。

本发明第一方面公开了一种纳米纤维素气凝胶的制备方法，包括以下步骤：将松香基聚合单体和甲基丙烯酸甲酯加入到纳米纤维素和纳米二氧化硅混合液中，混合均匀后加入引发剂，在75～85℃下，反应3～5h；将得到的产物进行冷冻干燥，即得到所述的纳米纤维素气凝胶；根据需要，一般是将产物放置到硅胶模具中进行冷冻干燥处理，得到不同形状的纳米纤维素气凝胶；硅胶模具可以为块状、球状或柱状，从而得到块状、球状或柱状的纳米纤维素气凝胶；一般球状纳米纤维素气凝胶的直径为0.3厘米～0.7厘米；柱状纳米纤维素气凝胶的直径0.4厘米～0.7厘米，高度为0.8厘米～1.2厘米。

优选地，所述纳米纤维素和纳米二氧化硅混合液由2.5wt％纳米纤维素水分散液和纳米二氧化硅气凝胶混合而成，纳米二氧化硅气凝胶的质量为纳米纤维素质量的10～30％；所述纳米二氧化硅气凝胶的比表面积≥600m²/g。

优选地，所述松香基聚合单体为丙烯海松酸丙烯酸乙二醇酯或马来海松酸丙烯酸乙二醇酯中的一种或两种；松香基聚合单体聚合后可以提高所得材料的疏水性和力学性能。