一种用于降低卷烟烟气中氨释放量的羧基聚苯乙烯磁性微球复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种用于降低卷烟烟气中氨释放量的羧基聚苯乙烯磁性微球复合材料，为表面多孔的空心球结构，通过羧基聚苯乙烯高分子微球与纳米Fe3O4自组装而成，所述纳米Fe3O4自组装复合在羧基聚苯乙烯高分子微球的表面；将该羧基聚苯乙烯磁性高分子微球添加材料添加到卷烟滤棒，能够选择性降低卷烟主流烟气中氨的释放量，有效率可达23.5 %以上。

【技术实现步骤摘要】
一种用于降低卷烟烟气中氨释放量的羧基聚苯乙烯磁性微球复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种用于降低卷烟烟气中氨释放量的羧基聚苯乙烯磁性微球复合材料及其制备方法和应用，属于卷烟减害添加材料领域。
技术介绍
氨是卷烟烟气中的主要有害物之一，主要是蛋白质、氨基酸、硝酸盐以及铵盐等前体物质在卷烟燃烧过程中通过燃烧或热裂解方式产生的。氨不仅影响卷烟的吸食品质还会刺激人体的视觉和呼吸系统，血氨增多对脑神经组织损害最明显。因此降低卷烟主流烟气中氨的含量对改善卷烟品质，提高吸食安全性具有重要的意义。目前国内外把降低卷烟主流烟气中氨作为选择性唯一目标物的研究还较少。主要有通过改进卷烟加工工艺如微波处理或电子束/X射线辐照的手段来降低烟丝或烟叶中氨的含量，另外也有往滤棒中添加活性组分原卟啉化合物、交联酯化大米多孔淀粉等添加剂降低主流烟气中的氨含量，但是这些方法制备过程繁琐、控制反应条件苛刻，工业化应用难度较大。磁性高分子微球是指内部含有磁性金属或金属氧化物(铁、钴、镍及其氧化物)的超细粉末且具有磁性响应的高分子微球。它是一种新型的功能高分子材料，不仅具有高分子微球的特点而且具有磁性响应。用磁性高分子微球固载药物在外加磁场的作用下能够达到增强靶向治疗的目的，通过苯乙烯与丙烯酸进行接枝共聚，表面具有的功能性基团能与特定的有害物进行作用从而达到降低有害物的效果。羧基聚苯乙烯磁性高分子微球中含有的羧基可与氨之间发生较强的化学作用，因此带有羧基功能基团的磁性高分子微球可选择性降低烟气中氨的释放量，目前还没有关于这方面的研究报道和专利。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于降低卷烟烟气中氨释放量的羧基聚苯乙烯磁性微球复合材料及其制备方法和应用，通过磁性材料与高分子的接枝丙烯酸的苯乙烯乳液自组装得到了一种具有羧基功能基团的羧基聚苯乙烯磁性微球。将该材料应用于卷烟滤棒中能够有效降低卷烟烟气中的有害物质氨，而焦油释放量基本不变，从而实现了选择性降低卷烟烟气中氨释放量的目的。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种用于降低卷烟烟气中氨释放量的羧基聚苯乙烯磁性微球复合材料，为表面多孔的空心球结构，通过羧基聚苯乙烯高分子微球与纳米Fe3O4自组装而成，所述纳米Fe3O4自组装复合在羧基聚苯乙烯高分子微球的表面。优选的，所述羧基聚苯乙烯高分子微球的直径为50-150μm。本专利技术进一步提供所述用于降低卷烟烟气中氨释放量的羧基聚苯乙烯磁性微球复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)：惰性气氛保护下，在水溶剂中，聚合单体苯乙烯和丙烯酸、分散剂以及引发剂通过悬浮聚合制得羧基聚苯乙烯高分子微球；优选的，所述苯乙烯和丙烯酸的摩尔比为1-10：1。优选的，所述悬浮聚合的分散剂为十二烷基苯磺酸钠和PEG4000的组合，二者质量比为1：1.5-4。优选的，所述分散剂与聚合单体总量的质量比为5-15：40-150。优选的，所述悬浮聚合的引发剂选自偶氮二异丁腈(AIBN)、过氧化二苯甲酰(BPO)。优选的，所述引发剂与聚合单体总量的质量比1-2：10-60。优选的，所述溶剂水与聚合单体总量的质量比5-10：1。优选的，首先将包含苯乙烯和丙烯酸聚合单体的水溶液加热至60-70℃，再逐滴添加引发剂，然后升温至70-85℃进行悬浮聚合反应8-20小时。因为，只有达到一定温度，引发剂的加入才能发挥作用。悬浮聚合结束，反应混合液经冷却后，过滤、洗涤以除去未反应完的单体、引发剂和分散剂等物质获得纯的羧基聚苯乙烯高分子微球。步骤(2)：无氧条件下，在水溶剂中，亚铁盐和弱碱通过加热回流反应生成氢氧化亚铁的墨绿色沉淀；然后分多次滴加氧化剂进行氧化至墨绿色沉淀完全转化为黑色沉淀，再继续加热回流生成纳米Fe3O4；优选的，通过向水溶液中通入惰性气体的方式赶走反应体系中溶解的氧气，形成无氧条件。优选的，所述亚铁盐选自硫酸亚铁、硫酸亚铁铵。优选的，所述弱碱选自尿素和有机胺；所述有机胺可以为六次甲基四胺。所述尿素和有机胺可以在加热条件下缓慢释放氢氧根，有助于控制亚铁离子与氢氧根结合沉淀的速度。优选的，所述弱碱和亚铁盐的物质的量之比1-2：0.5-1。反应过程，水溶剂的添加量并无太大影响，因此，可根据实际反应容器的大小，添加适量的水，并保证其中的反应物质完全溶解即可。优选的，所述亚铁盐和弱碱，在络合分散剂的存在下，通过加热回流反应生成氢氧化亚铁的墨绿色沉淀。优选的，所述络合分散剂选自乙二醇、聚乙二醇200、十二烷基苯磺酸钠。所述络合分散剂的存在作用在于控制溶液中水合亚铁离子的浓度，减缓与氢氧根反应的速度；对于添加量并无严格要求。优选的，所述氧化剂选自双氧水、次氯酸钠等。优选的，所述氧化剂的加入量按照使墨绿色沉淀完全转化为黑色沉淀标准来确定。优选的，通过缓慢升温的方式加热，将包含亚铁盐和弱碱的反应体系加热至85-90℃，回流1-1.5小时形成氢氧化亚铁的墨绿色沉淀。优选的，加入氧化剂后，再在85-90℃加热回流3-4小时生成所述的纳米Fe3O4。生成纳米Fe3O4反应结束后，反应混合液冷却至室温，然后过滤、并用去离子水洗涤至中性，继而封存在水中备用。步骤(3)：惰性气氛条件下，将步骤(1)制得的羧基聚苯乙烯高分子微球与水均匀混合形成羧基聚苯乙烯高分子微球的水溶液，缓慢加入到步骤(2)制得的纳米Fe3O4与水的混合液中，搅拌后静置即得深黑色的羧基聚苯乙烯磁性高分子微球。优选的，所述羧基聚苯乙烯高分子微球的水溶液中，羧基聚苯乙烯高分子微球的含量为1-5wt％。优选的，纳米Fe3O4与水的混合液中纳米Fe3O4的含量为0.1-0.5wt％。优选的，所述纳米Fe3O4与水的混合液的pH为1～6。优选的，所述羧基聚苯乙烯高分子微球与纳米Fe3O4的质量之比为5-10：0.5-2。优选的，所述搅拌为先剧烈搅拌10-60分钟，然后在150～500rpm的搅速搅拌1-2小时，然后再静置5-10小时既得所述的深黑色的羧基聚苯乙烯磁性高分子微球。所述搅拌的作用在于使两者混合均匀，使其便于充分接触，利于自组装的顺利进行。本专利技术进一步公开将所述羧基聚苯乙烯磁性高分子微球用作降低卷烟主流烟气中氨释放量的添加材料的应用，所述羧基聚苯乙烯磁性高分子微球添加材料可添加到卷烟滤棒中使用。磁性高分子微球材料的添加量为每只滤嘴滤棒中添加3-5mg。进一步的，所述卷烟滤棒为由两段普通醋酸纤维滤棒复合而成的二元复合滤棒；所述羧基聚苯乙烯磁性高分子微球均匀分散在两段滤棒的截面上保证透过烟气和添加材料的充分接触，能够选择性降低卷烟主流烟气中氨的释放量，有效率可达23.5％以上。本专利技术的技术效果及优点在于：1.本专利技术的羧基聚苯乙烯磁性高分子微球不是完全的实心球而是表面多孔的空心球，能够使材料表面和内部与烟气充分接触，有利于烟气在材料中的快速传输。2.专利技术材料中含有特定的功能基团羧基，可以和烟气中的有害物质氨直接发生强烈的化学作用从而提高对氨的吸附效率。附图说明图1为实施例1制得的羧基聚苯乙烯磁性高分子微球的FT-IR图，采用德国布鲁克公司VERTEX7型表征材料的特征官能团；图2为实施例1制得的羧基聚苯乙烯磁性高分子微球的扫描电镜图，采用荷兰飞纳台式扫描电镜Phenomprox型观察材料的形貌。具体实施方式以下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于降低卷烟烟气中氨释放量的羧基聚苯乙烯磁性微球复合材料，为表面多孔的空心球结构，通过羧基聚苯乙烯高分子微球与纳米Fe3O4自组装而成，所述纳米Fe3O4自组装复合在羧基聚苯乙烯高分子微球的表面。

【技术特征摘要】
1.一种用于降低卷烟烟气中氨释放量的羧基聚苯乙烯磁性微球复合材料的制备方法，所述复合材料为表面多孔的空心球结构，通过羧基聚苯乙烯高分子微球与纳米Fe3O4自组装而成，所述纳米Fe3O4自组装复合在羧基聚苯乙烯高分子微球的表面，包括以下步骤：步骤(1)：惰性气氛保护下，在水溶剂中，聚合单体苯乙烯和丙烯酸、分散剂以及引发剂通过悬浮聚合制得羧基聚苯乙烯高分子微球；所述苯乙烯和丙烯酸的摩尔比为1-10：1，所述分散剂与聚合单体总量的质量比为5-15：40-150，所述引发剂与聚合单体总量的质量比1-2：10-60，所述溶剂水与聚合单体总量的质量比5-10：1；步骤(2)：无氧条件下，在水溶剂中，亚铁盐和弱碱通过加热回流反应生成氢氧化亚铁的墨绿色沉淀；然后分多次滴加氧化剂进行氧化至墨绿色沉淀完全转化为黑色沉淀，再继续加热回流生成纳米Fe3O4；步骤(3)：惰性气氛条件下，将步骤(1)制得的羧基聚苯乙烯高分子微球与水均匀混合形成羧基聚苯乙烯高分子微球的水溶液，缓慢加入到步骤(2)制得的纳米Fe3O4与水的混合液中，所述纳米Fe3O4与水的混合液的pH为1～6，搅拌后静置即得深黑色的羧基聚苯乙烯磁性高分子微球,所述羧基聚苯乙烯磁性高分子微球的直径为50-150μm。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述悬浮聚合的分散剂为十二烷基苯磺酸钠和PEG4000的组合，二者质量比为1：1.5-4。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述悬浮聚合的引发剂选自偶氮二异丁腈和过氧化二苯甲酰。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)还包括以下特征：首先将包含苯乙烯和丙烯酸聚合单体的水溶液加热至60-70℃，再逐滴添加引发剂，然后升温至70-85℃进行悬浮聚合反应8-20小时制得所述的羧基聚苯乙烯高分子微球。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述悬浮聚合结束，反应混合液经冷却，然后过滤、洗涤除去未反应完的单体、引发剂和分散剂物质获得纯的羧基聚苯乙烯高分子微球。6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，还包括以下特...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐同广，芦楠，郑晓曼，蒋成勇，周骏，
申请(专利权)人：上海烟草集团有限责任公司，上海烟草集团北京卷烟厂，
类型：发明
国别省市：上海;31