CN102845832B - 香烟过滤嘴及其制造方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种使用再生蚕丝蛋白纳米膜的香烟过滤嘴，该过滤嘴至少包括两层过滤层，其中第一层过滤层作为滤嘴的嘴芯，再生蚕丝蛋白纳米膜作为第二层过滤层至少包裹在第一层过滤层外面。本发明还提供了制造这种再生蚕丝蛋白纳米膜的制备方法以及在香烟中的应用。本发明的香烟过滤嘴能吸收香烟烟气中大量的有毒物质，并且再生蚕丝蛋白纳米膜包裹在醋酸纤维外，能有效的阻止醋酸纤维细丝被吸入人体。本发明的原材料为废蚕茧或废蚕丝，因此大大降低了生产成本。

Description

香烟过滤嘴及其制造方法和应用

技术领域

本发明涉及香烟过滤嘴及其制造方法和在香烟中的应用。

背景技术

香烟燃烧时产生的烟雾中含有几百种对人体有害的化学成分，特别是焦油、亚硝胺等40多种致癌物质。在欧盟，对可允许的最高焦油含量已由1993年的15毫克降低到2004年的10毫克。2005年2月份，世界卫生组织的烟草控制框架公约生效，全球的控烟活动增加，人们的健康意识也大大增强，对香烟过滤嘴的功能也提出了更高的要求。目前，全世界有超过90%的卷烟都在使用过滤嘴。

醋酸纤维做卷烟过滤嘴材料于1953年投入市场以来，占有绝大多数的市场份额。但是近年来，科学家的研究发现：在吸烟过程中，特别是当吸烟者用手指头轻弹烟卷或舌头触及滤嘴时，会有数根至数十根细小的纤维从过滤嘴中脱落下来。这种直径只有20微米的纤维，可随高温的烟雾吸入呼吸道，并***最后到达吸烟者的肺泡组织。美国的研究者发现在吸烟的癌症患者被手术切除的肺叶病理组织切片上，有一种闪光的细微杆状体，此乃来自卷烟过滤嘴中沾染了致癌物质的纤维。德国研究者也有同样的发现，来自卷烟过滤嘴的纤维物质卷成一团，如同蜗牛壳，既不能被分解，也不会被人体吸收，它们永远停留在肺叶组织内，最终导致癌变，成为癌细胞汇聚的核心。

随着人们健康意识的不断提高，烟草业正在对减少烟雾有毒成分作出反应，他们把焦点集中在过滤嘴的改进上，以便满足人们新的健康和法规性标准的要求。虽然醋酸纤维能较有效地减少焦油和尼古丁的吸入量，但其细小的纤维非常容易进入吸烟者的肺部，影响健康。

发明内容

为了克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种香烟过滤嘴，至少包括两层过滤层，其中第一层过滤层作为滤嘴的嘴芯，再生蚕丝蛋白纳米膜作为第二层过滤层至少包裹在第一层过滤层与吸烟者嘴唇接触的三个面的外面。

本发明还提供了制造带有再生蚕丝蛋白纳米膜的香烟过滤嘴的制备方法，包括以下步骤：

1)供醋酸纤维作为过滤嘴嘴芯；

2）通过高压静电纺丝法将丝素蛋白溶液制成再生蚕丝蛋白纳米膜；

3）步骤2中制得的再生蚕丝蛋白纳米膜包裹在醋酸纤维与吸烟者嘴唇接触的三个面的外面。

本发明还提供了一种带有再生丝素蛋白纳米膜过滤嘴的香烟，包括烟丝部分和过滤嘴，过滤嘴至少包括两层过滤层，其中第一层过滤层作为滤嘴的嘴芯，其特征在于，再生蚕丝蛋白纳米膜作为第二层过滤层至少包裹在第一层过滤层与吸烟者嘴唇接触的三个面的外面。

本发明的有益效果是：再生蚕丝蛋白纳米膜由疏水性氨基酸和亲水性氨基酸组成，可以吸附烟气中疏水性的多环芳烃化合物和亲水性的醛类化合物。用丝素蛋白纳米膜作为过滤嘴可以明显降低香烟主流烟气量。并且脱胶的再生蚕丝蛋白纳米膜的蚕丝蛋白纤维的直径在0.1～3μm之间，而商品香烟过滤嘴的醋酸纤维直径在30μm左右，与醋酸纤维过滤嘴相比再生蚕丝蛋白纳米膜作为过滤嘴对吸附过滤香烟主流烟气有非常好的效果。且再生蚕丝蛋白纳米膜中的蚕丝蛋白纤维之间的间隔距离比醋酸纤维的直径小，因此，再生蚕丝蛋白纳米膜包裹在醋酸纤维的外面可以有效的阻止细小的醋酸纤维进入人体，起到了醋酸纤维过滤膜的作用。

附图说明

图1本发明所述的香烟过滤嘴的截面图示。

图2本发明利用5%的丝素蛋白水溶液制得的再生蚕丝蛋白纳米膜的电镜扫描图。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明进行详细的说明。这些具体的实施例仅仅是在不违背本发明精神下的有限列举，并不排除本领域的一般技术人员把现有技术和本发明结合而产生的其他具体的实施方案。

如图1所示的香烟过滤嘴截面图，包括两层过滤层，其中第一层过滤层1作为滤嘴的嘴芯，再生蚕丝蛋白纳米膜作为第二层过滤层2，其第二层过滤层至少包裹在第一层过滤层与吸烟者嘴唇接触的三个面的外面。另一种实施方式中，第二层过滤层将第一层过滤层整个包裹住。

所述的再生蚕丝蛋白纳米膜是由再生蚕丝蛋白纤维组成，再生蚕丝纤维的直径范围为0.1～1μm之间。

第一层过滤层选自醋酸纤维、活性炭、二元碳、聚丙烯丝束或纸之一。

在一个实施方式中再生蚕丝蛋白纳米膜中的蚕丝蛋白纤维之间的间隔距离比醋酸纤维的直径小，因此，再生蚕丝蛋白纳米膜包裹在醋酸纤维的外面可以有效的阻止细小的醋酸纤维进入人体，起到了醋酸纤维过滤膜的作用。

另一个实施方式中，在第一层和第二层过滤层所组成的复合过滤嘴与香烟烟丝之间还包括第三层过滤层。该过滤层选自活性炭、二元碳、聚丙烯丝束或纸之一。

实施例1间接制备具有再生蚕丝蛋白纳米膜的香烟过滤嘴

1）再生丝素蛋白溶液的制备：

将家蚕茧去蛹后剪成每边长约1cm的茧片，放入0.5%Na₂CO₃沸水中进行脱胶处理，蚕茧与水溶液的质量比为1∶100。脱胶处理30分钟后将己成纤维状的蚕茧捞出拧干，并用去离子水多次清洗，重复上述操作2次，室温下自然晾干后得纤维状脱胶蚕丝，即纤维状丝素。将纤维状丝素与42%CaCl₂溶液按质量比为1∶25混合，并在温度为98℃下对纤维状丝素进行溶解处理，溶解时间为10分钟，将所得的溶液过滤，冷却后灌入透析袋，去离子水透析72h，最后将透析液以8000转/分的速度离心得到再生丝素蛋白溶液。

2）再生蚕丝蛋白纳米膜的制备：

利用高压静电纺丝机制备再生蚕丝蛋白纳米膜。高压静电纺丝机包括一个带有金属毛细管的注射器作为喷丝头及纺丝液的供给***。将金属毛细管与高电压电源的正极相连。丝接收装置与高电压电源的负极相连并接地。当电场力达到足以克服液滴的表面张力时开始形成喷射细流，溶剂挥发后将凝结为微丝，以纳米级别的纤维形式在接收物上沉淀。

将步骤1中获得的再生丝素蛋白溶液配置成质量百分比为5%的丝素蛋白水溶液，将配置好的丝素蛋白溶液装入注射器中，调节好喷丝头的喷口与接收物之间的角度和距离。此实施例中的接收物为锡纸。打开高压电源，喷丝口上的电极和收集电极之间的高压给再生丝素蛋白溶液施加电场力，在该电压的作用下形成丝状，此时开始收集。当锡纸上收集得到一定厚度的薄膜时，停止喷射。从锡纸上取下获得的再生蚕丝蛋白纳米膜，备用。在一个优选的方案中，所获得的薄膜其膜内的蚕丝蛋白纤维之间的间隔距离比醋酸纤维的直径小。

3）制备带有再生蚕丝蛋白纳米膜的香烟过滤嘴

将醋酸纤维作为香烟过滤嘴的嘴芯，并在该嘴芯外包裹上由步骤2中获得的再生蚕丝蛋白纳米膜。可选择的在再生蚕丝蛋白纳米膜的外面包裹上香烟用接装纸从而形成香烟过滤嘴。在更优的实施方式中，香烟烟丝主体部分和具有再生蚕丝蛋白纳米膜复合过滤嘴之间放置具有活性炭成分的过滤嘴。

在另一个优选的实施方式中，将步骤2中获得的再生蚕丝蛋白纳米膜在用于制造过滤嘴前，先用30-50%的酒精进行预处理，提高再生蚕丝蛋白纳米膜弹性。

实施例2直接制备具有再生蚕丝蛋白纳米膜的香烟过滤嘴

本实施例中的再生丝素蛋白溶液的制备方法同实施例1的步骤1。制备再生蚕丝蛋白纳米膜的高压静电纺织机和操作方法同实施例1。

将步骤1中获得的再生丝素蛋白溶液配置成质量百分比为5%的丝素蛋白水溶液，将配置好的丝素蛋白溶液装入注射器中，调节好喷丝头的喷口与接收物体之间的角度和距离。此实施例中的接收物体为圆柱状的醋酸纤维，醋酸纤维安装在能够360度旋转的滚筒上。打开高压电源，喷丝口上的电极和收集电极之间的高压给再生丝素蛋白溶液施加电场力，在该电压的作用下形成丝状，此时开始收集。当醋酸纤维上收集得到一定厚度的薄膜时，停止喷射，从而制备得到具有再生蚕丝蛋白的香烟过滤嘴。

实施例3用含有5%的再生蚕丝蛋白溶液制得的再生蚕丝蛋白纳米膜的电镜扫

将实施例1步骤1中获得的再生丝素蛋白溶液配置成质量百分比为5%的丝素蛋白水溶液，并根据实施例1中步骤2的方法制得再生蚕丝蛋白纳米膜。采用日立扫描电子显微镜（SEM）对所得的再生蚕丝蛋白纳米膜的表面外观形貌扫描分析。从图2中可以看出在浓度为5%时制得的再生蚕丝蛋白纳维的直径分布在0.1~1.0μm的范围内。由于对烟气的吸附力与纤维比面积有直接的相关性，直径小，则其比面积更大，因而更能够增加对烟气的吸附能力，因此再生蚕丝蛋白纳米膜都能有效吸附香烟中成分。

实施例4采用再生蚕丝蛋白纳米膜作为过滤嘴对香烟外观产生的影响

利用实施例1和2中所获得的过滤嘴与香烟主体烟丝部分结合所制成的香烟。其外观结构无变化，并没有产生不好的影响，也不影响吸烟者的吸烟感受。

实施例5模拟吸烟过程分析过滤效果

采用模拟吸烟过程对吸烟时香烟烟气成分的分析。模拟吸烟条件为：用洗耳球吸烟1次的时间为6秒±0.5秒，将洗耳球中的烟气转移到吸收液中所用的时间为12秒±0.5秒，即2次吸烟动作之间的间隔时间为12秒±0.5秒。经过分析香烟中的总有机成分在经过本发明所述的含有再生蚕丝蛋白纳米膜的过滤嘴过滤后比不带过滤嘴的烟气中的有机物成分减少至少40%。使用复合再生蚕丝蛋白纳米膜的过滤嘴比仅用醋酸纤维过滤嘴的过滤效果提高近20%左右。由于蚕丝蛋白质目前是作为生物医学材料在医学领域应用较广，它在动物体内可以被自行降解，对动物体无毒副作用，所以相对于醋酸纤维被吸入肺部无法降解并产生致癌作用不良效果比较来看，再生蚕丝蛋白纳米膜具有较好的生物安全性。当再生蚕丝蛋白纳米膜包裹在醋酸纤维外面，可以有效地阻止醋酸纤维颗粒进入人体。

Claims (6)

1.一种香烟过滤嘴，至少包括两层过滤层，其中第一层过滤层采用醋酸纤维作为滤嘴的嘴芯，其特征在于，再生蚕丝蛋白纳米膜作为第二层过滤层至少包裹在第一层过滤层的外面，再生蚕丝蛋白纳米膜包裹在第一层过滤层之前，先用30-50%的酒精处理，所述蚕丝蛋白纳米膜的再生蚕丝蛋白纤维的直径分布在0.1~1.0μm的范围内，并且膜内的蚕丝蛋白纤维之间的间隔距离比醋酸纤维的直径小。

2.根据权利要求1所述的香烟过滤嘴，其特征在于，所述再生蚕丝蛋白纳米膜通过高压静电纺丝法制备。

3.根据权利要求1所述的香烟过滤嘴，其特征在于，第一层和第二层过滤层所组成的过滤嘴与香烟烟丝之间还包括第三层过滤层。

4.香烟过滤嘴的制备方法，包括以下步骤：

1）提供第一层过滤层，所述第一层过滤层采用醋酸纤维作为过滤嘴嘴芯；

2）通过高压静电纺丝法将丝素蛋白溶液制成再生蚕丝蛋白纳米膜；

3）步骤2中制得的再生蚕丝蛋白纳米膜作为第二层过滤层至少包裹在第一层过滤层的外面，再生蚕丝蛋白纳米膜在制造过滤嘴之前，先用30-50%的酒精处理；

其中，所述的丝素蛋白溶液通过以下方法获得：将家蚕茧去蛹后剪成每边长1cm的茧片，放入0.5%Na₂CO₃沸水中进行脱胶处理，蚕茧与水溶液的质量比为1∶100；脱胶处理30分钟后将己成纤维状的蚕茧捞出拧干，并用去离子水多次清洗，重复上述操作2次，室温下自然晾干后得纤维状脱胶蚕丝，即纤维状丝素；将纤维状丝素与42%CaCl₂溶液按质量比为1∶25混合，并在温度为98℃下对纤维状丝素进行溶解处理，溶解时间为10分钟，将所得的溶液过滤，冷却后灌入透析袋，去离子水透析72h，最后将透析液以8000转/分的速度离心得到蚕丝丝素蛋白溶液；

配置质量百分比为5%的丝素蛋白水溶液，将配置好的丝素蛋白溶液装入注射器中，调节好喷丝头的喷口与锡纸之间的角度和距离，打开高压电源，喷丝口上的电极和收集电极之间的高压给再生丝素蛋白溶液施加电场力，在该电压的作用下形成丝状，此时开始收集，当锡纸上收集得到一定厚度的薄膜时，停止喷射，从锡纸上取下获得的再生蚕丝蛋白纳米膜，再生蚕丝蛋白纤维的直径分布在0.1~1.0μm的范围内，并且其膜内的蚕丝蛋白纤维之间的间隔距离比醋酸纤维的直径小。

5.一种带有过滤嘴的香烟，包括烟丝部分和过滤嘴，过滤嘴至少包括两层过滤层，其中醋酸纤维作为滤嘴的嘴芯，其特征在于再生蚕丝蛋白纳米膜作为第二层过滤层至少包裹在第一层过滤层的外面，再生蚕丝蛋白纳米膜在制造过滤嘴之前，先用30-50%的酒精处理，所述蚕丝蛋白纳米膜的再生蚕丝蛋白纤维的直径分布在0.1~1.0μm的范围内，并且膜内的蚕丝蛋白纤维之间的间隔距离比醋酸纤维的直径小。

6.根据权利要求5所述的带有过滤嘴的香烟，其特征在于，第一层和第二层过滤层所组成的过滤嘴与香烟烟丝之间还包括第三层过滤层。