本發(fā)明涉及煙草濾材領(lǐng)域，尤其涉及一種植物蛋白納米纖維復(fù)合紙及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：煙草行業(yè)在國(guó)家經(jīng)濟(jì)體系中占據(jù)重要地位，其存在和發(fā)展對(duì)于滿足人們正常需求和增加國(guó)家財(cái)政收入都具有突出的價(jià)值。然而，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，廣大消費(fèi)者對(duì)煙草產(chǎn)品的依賴性及煙草產(chǎn)品對(duì)吸食者健康的危害性也引起越來越多的關(guān)注。利用切實(shí)可行的方法高效地去除煙草燃燒過程中產(chǎn)生的氰化氫、亞硝胺、苯并芘、巴豆醛、氨等有害氣體，一定程度上降低其對(duì)消費(fèi)者身體健康的危害，便成為眾多煙草企業(yè)和行業(yè)工作者關(guān)心的問題。靜電紡絲技術(shù)自被公開以來，便受到了諸多關(guān)注。作為一種簡(jiǎn)單高效制備納米纖維的技術(shù)，它在很多領(lǐng)域有著十分深入廣泛的應(yīng)用。通過靜電紡絲技術(shù)將可紡聚合物紡制成纖維膜，基于其較大的比表面積，將其應(yīng)用于吸附方面。資料研究發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外眾多行業(yè)研究者多采用吸附法去除卷煙煙氣的有害氣體。例如，公開號(hào)cn103625089a的發(fā)明專利文獻(xiàn)利用靜電紡絲技術(shù)將納米纖維膜復(fù)合在成型紙嘴棒紙上，不僅在一定程度上提高了濾嘴的過濾性能，而且可選擇性地降低香煙主流煙氣中的巴豆醛和nh3釋放量。另外，公開號(hào)cn102423141a的發(fā)明專利利用靜電紡制得二醋酸纖維素纖維膜并將其添加至香煙過濾嘴中，顯著地降低了香煙中有害成分的釋放量。眾所周知，從玉米、大豆等經(jīng)濟(jì)作物中可以提取植物蛋白，利用蛋白質(zhì)中含有的官能團(tuán)，可以將其應(yīng)用于煙氣的有效去除。現(xiàn)有文獻(xiàn)資料中，至今還沒有行業(yè)研究人員利用靜電紡絲技術(shù)將植物蛋白電紡成納米纖維沉積在紙嘴棒紙表面，從而制備成卷煙濾棒并選擇性降低卷煙煙氣中的有害氣體的文獻(xiàn)報(bào)道。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供了一種植物蛋白納米纖維復(fù)合紙的制備方法，該方法制備的植物蛋白納米纖維復(fù)合紙對(duì)卷煙主流煙氣中的苯并芘和亞硝胺具有特殊的選擇性吸附作用。一種植物蛋白納米纖維復(fù)合紙的制備方法，包括：將植物蛋白溶于溶劑中形成紡絲液，將紡絲液在卷煙濾棒成型紙表面進(jìn)行靜電紡絲，形成植物蛋白納米纖維膜，即得植物蛋白納米纖維復(fù)合紙；所述紡絲液中，植物蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8～30％；靜電紡絲過程中：紡絲電壓為25～80kv，接收距離為10～30cm，卷煙濾棒成型紙的卷繞速率為20～1000mm/min。本發(fā)明的制備方法中卷煙濾棒成型紙可以選用現(xiàn)有技術(shù)中符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)使用的普通卷煙濾棒成型紙。本發(fā)明的制備方法在卷煙濾棒成型紙的表面通過靜電紡絲形成一層植物蛋白納米纖維膜，植物蛋白含有大量氨基和肽鍵，氨基和肽鍵可以與卷煙主流煙氣中的苯并芘和亞硝胺發(fā)生相互作用，產(chǎn)生物理或化學(xué)吸附作用。通過靜電紡絲形成的植物蛋白滲透性好、比表面積大、孔隙率高、內(nèi)部孔隙的連通性好，容易與納米級(jí)的化學(xué)物質(zhì)相結(jié)合，使植物蛋白對(duì)苯并芘和亞硝胺的吸附效率更高。紡絲液中植物蛋白的濃度會(huì)影響靜電紡絲的效果，對(duì)靜電紡絲形成的植物蛋白納米纖維膜的形貌也有極大的影響，影響植物蛋白納米纖維膜對(duì)苯并芘和亞硝胺的吸附作用。作為優(yōu)選，所述紡絲液中，植物蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10～25％；進(jìn)一步優(yōu)選的，所述紡絲液中，植物蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10～16％。作為優(yōu)選，所述的植物蛋白為玉米蛋白、小麥蛋白和大豆蛋白中的一種或多種。玉米蛋白、小麥蛋白和大豆蛋白不僅對(duì)苯并芘和亞硝胺具有較好的吸附作用，而且適用于采用靜電紡絲方式進(jìn)行紡絲成型，通過靜電紡絲成型的玉米蛋白、小麥蛋白或大豆蛋白納米纖維膜形貌較好，更加增強(qiáng)了其對(duì)苯并芘和亞硝胺吸附效果。作為優(yōu)選，所述的玉米蛋白的生產(chǎn)廠家為上海沃凱化學(xué)試劑有限公司，牌號(hào)為xw90106662；所述的小麥蛋白的生產(chǎn)廠家為武漢遠(yuǎn)成共創(chuàng)科技有限公司，牌號(hào)為orgainoc77；所述的大豆蛋白的生產(chǎn)廠家為武漢遠(yuǎn)成共創(chuàng)科技有限公司，牌號(hào)為110293。上述玉米蛋白、小麥蛋白和大豆蛋白更適用于進(jìn)行靜電紡絲。植物蛋白對(duì)溶劑也有嚴(yán)格的要求，作為優(yōu)選，所述溶劑為乙醇和水的混合液，乙醇與水的體積比為1～19∶1。植物蛋白溶解于乙醇和水的混合液中形成的紡絲液的靜電紡絲效果較好，選用其他的溶劑形成的紡絲液不能很好的進(jìn)行靜電紡絲。進(jìn)一步優(yōu)選的，乙醇與水的體積比為1.5～9∶1。作為優(yōu)選，靜電紡絲過程中：紡絲電壓為35～75kv，接收距離為12～25cm，卷煙濾棒成型紙的卷繞速率為80～150mm/min。一種優(yōu)選的技術(shù)方案為：一種植物蛋白納米纖維復(fù)合紙的制備方法，包括：將植物蛋白溶于溶劑中形成紡絲液，將紡絲液在卷煙濾棒成型紙表面進(jìn)行靜電紡絲，形成植物蛋白納米纖維膜，即得植物蛋白納米纖維復(fù)合紙；所述紡絲液中，植物蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12～16％；所述溶劑為乙醇和水的混合液，乙醇與水的體積比為3～6∶1；靜電紡絲過程中：紡絲電壓為50～60kv，接收距離為15cm，卷煙濾棒成型紙的卷繞速率為80mm/min。本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述制備方法制備的植物蛋白納米纖維復(fù)合紙，該植物蛋白納米纖維復(fù)合紙應(yīng)用于制備降低卷煙主流煙氣中苯并芘和亞硝胺釋放量的卷煙濾棒。作為優(yōu)選，植物蛋白納米纖維復(fù)合紙包括卷煙濾棒成型紙以及其表面的植物蛋白納米纖維膜，所述的植物蛋白納米纖維膜與卷煙濾棒成型紙的質(zhì)量比為0.005～0.01∶1。植物蛋白納米纖維膜與卷煙濾棒成型紙的質(zhì)量比不僅影響復(fù)合紙對(duì)苯并芘和亞硝胺的吸附效果，而且對(duì)后續(xù)的制煙過程也有重大影響。植物蛋白納米纖維膜與卷煙濾棒成型紙的質(zhì)量比低于該范圍時(shí)，復(fù)合紙對(duì)苯并芘和亞硝胺的吸附效果不好，高于該范圍則影響復(fù)合紙的成型以及增大煙嘴的吸阻。作為優(yōu)選，所述的植物蛋白納米纖維膜中植物蛋白納米纖維的直徑為50～800nm；進(jìn)一步優(yōu)選的，植物蛋白納米纖維的直徑為100～350nm。植物蛋白納米纖維的直徑為100～350nm時(shí)，吸附效果最好。本發(fā)明的植物蛋白納米纖維復(fù)合紙單面噴覆有植物蛋白納米纖維膜，在制備卷煙濾棒時(shí)，具有植物蛋白納米纖維膜的一面朝向絲束。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明的制備方法采用靜電紡絲的方式將植物蛋白噴覆在卷煙濾棒成形紙的表面，植物蛋白納米纖維錯(cuò)綜復(fù)雜地在卷煙濾棒成形紙的表面構(gòu)筑成厚度均勻且具有特殊的孔隙結(jié)構(gòu)的薄膜。植物蛋白具有大量的氨基和肽鍵，能與苯并芘和亞硝胺之間發(fā)生相互作用，因此植物蛋白對(duì)苯并芘和亞硝胺具有良好的化學(xué)吸附能力；而通過靜電紡絲形成的薄膜結(jié)構(gòu)對(duì)卷煙主流煙氣中的苯并芘和亞硝胺具有很好的物理吸附能力，大大增強(qiáng)了植物蛋白對(duì)卷煙主流煙氣中苯并芘和亞硝胺的選擇性吸附能力。植物蛋白可從玉米、小麥和大豆中提取，來源廣泛，成本較低，并且本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單，可以進(jìn)行連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與普通卷煙濾棒成形紙制得的濾棒相比，本發(fā)明的植物蛋白納米纖維復(fù)合紙制得的濾棒可有效降低卷煙主流煙氣中的苯并芘和亞硝胺的釋放量，其中，苯并芘釋放量最高降低28.7％、亞硝胺釋放量最高降低28.3％。附圖說明圖1為實(shí)施例3制備的植物蛋白納米纖維復(fù)合紙上植物蛋白納米纖維膜的掃描電鏡圖。具體實(shí)施方式實(shí)施例1配置一定量體積比為65∶35的乙醇和水混合液作溶劑，稱取一定量的小麥蛋白(武漢遠(yuǎn)成共創(chuàng)科技有限公司，牌號(hào)為orgainoc77)將其溶解于上述溶劑中，攪拌混合均勻，靜置脫泡，制得小麥蛋白的紡絲液，紡絲液中小麥蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％。采用捷克elmarco公司生產(chǎn)的ns1ws500u型靜電紡絲機(jī)，調(diào)節(jié)紡絲電壓為35kv，接收距離為15cm，卷煙濾棒成形紙的卷繞速率為80mm/min。開啟紡絲設(shè)備電源，調(diào)節(jié)紡絲參數(shù)，紡絲形成直徑為105±20nm的納米纖維，并沉積在卷繞運(yùn)動(dòng)的卷煙濾棒成形紙表面，經(jīng)紅外燈烘干30s后卷繞，即制得小麥蛋白納米纖維復(fù)合紙。實(shí)施例2配置一定量體積比為75∶25的乙醇和水混合液作溶劑，稱取一定量的小麥蛋白(武漢遠(yuǎn)成共創(chuàng)科技有限公司，牌號(hào)為orgainoc77)將其溶解于上述溶劑中，攪拌混合均勻，靜置脫泡，制得小麥蛋白的紡絲液，紡絲液中小麥蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12％。采用捷克elmarco公司生產(chǎn)的ns1ws500u型靜電紡絲機(jī)，調(diào)節(jié)紡絲電壓為50kv，接收距離為15cm，卷煙濾棒成形紙的卷繞速率為80mm/min。開啟紡絲設(shè)備電源，調(diào)節(jié)紡絲參數(shù)，紡絲形成直徑為170±25nm的納米纖維，并沉積在卷繞運(yùn)動(dòng)的卷煙濾棒成形紙表面，經(jīng)紅外燈烘干30s后卷繞，即制得小麥蛋白納米纖維復(fù)合紙。實(shí)施例3配置一定量體積比為85∶15的乙醇和水混合液作溶劑，稱取一定量的小麥蛋白(武漢遠(yuǎn)成共創(chuàng)科技有限公司，牌號(hào)為orgainoc77)將其溶解于上述溶劑中，攪拌混合均勻，靜置脫泡，制得小麥蛋白的紡絲液，紡絲液中小麥蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16％。采用捷克elmarco公司生產(chǎn)的ns1ws500u型靜電紡絲機(jī)，調(diào)節(jié)紡絲電壓為65kv，接收距離為15cm，卷煙濾棒成形紙的卷繞速率為80mm/min。開啟紡絲設(shè)備電源，調(diào)節(jié)紡絲參數(shù)，紡絲形成直徑為320±15nm的納米纖維，并沉積在卷繞運(yùn)動(dòng)的卷煙濾棒成形紙表面，經(jīng)紅外燈烘干30s后卷繞，即制得小麥蛋白納米纖維復(fù)合紙。實(shí)施例4配置一定量體積比為75∶25的乙醇和水混合液作溶劑，稱取一定量的玉米蛋白(上海沃凱化學(xué)試劑有限公司，牌號(hào)為xw90106662)將其溶解于上述溶劑中，攪拌混合均勻，靜置脫泡，制得玉米蛋白的紡絲液，紡絲液中玉米蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12％。采用捷克elmarco公司生產(chǎn)的ns1ws500u型靜電紡絲機(jī)，調(diào)節(jié)紡絲電壓為50kv，接收距離為15cm，卷煙濾棒成形紙的卷繞速率為80mm/min。開啟紡絲設(shè)備電源，調(diào)節(jié)紡絲參數(shù)，紡絲形成直徑為180±20nm的納米纖維，并沉積在卷繞運(yùn)動(dòng)的卷煙濾棒成形紙表面，經(jīng)紅外燈烘干30s后卷繞，即制得小麥蛋白納米纖維復(fù)合紙。實(shí)施例5配置一定量體積比為85∶15的乙醇和水混合液作溶劑，稱取一定量的大豆蛋白(武漢遠(yuǎn)成共創(chuàng)科技有限公司，牌號(hào)為110293)將其溶解于上述溶劑中，攪拌混合均勻，靜置脫泡，制得大豆蛋白的紡絲液，紡絲液中大豆蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16％。采用捷克elmarco公司生產(chǎn)的ns1ws500u型靜電紡絲機(jī)，調(diào)節(jié)紡絲電壓為65kv，接收距離為15cm，卷煙濾棒成形紙的卷繞速率為80mm/min。開啟紡絲設(shè)備電源，調(diào)節(jié)紡絲參數(shù)，紡絲形成直徑為320±20nm的納米纖維，并沉積在卷繞運(yùn)動(dòng)的卷煙濾棒成形紙表面，經(jīng)紅外燈烘干30s后卷繞，即制得小麥蛋白納米纖維復(fù)合紙。將實(shí)施例1～5制備的植物蛋白納米纖維復(fù)合紙?jiān)趉df-2濾棒成型機(jī)上卷制成卷煙濾棒，并進(jìn)一步制備成試樣煙。將普通卷煙濾棒成形在kdf-2濾棒成型機(jī)上卷制成卷煙濾棒，并進(jìn)一步制備成對(duì)照煙。采用ceruleansm450型吸煙機(jī)(cerulean，uk)按照iso3308模式對(duì)試樣煙和對(duì)照煙進(jìn)行卷煙抽吸實(shí)驗(yàn)，測(cè)定計(jì)算主流煙氣中苯并芘和亞硝胺的釋放量，結(jié)果見表1。表1試樣煙和對(duì)照煙的抽吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果樣品名苯并芘釋放量(ng/cig)亞硝胺釋放量(ng/cig)實(shí)施例110.162.97實(shí)施例29.372.83實(shí)施例38.812.59實(shí)施例49.172.61實(shí)施例58.992.46對(duì)照煙12.363.43由表1中的數(shù)據(jù)可以看出，采用植物蛋白納米纖維復(fù)合紙制備的卷煙濾棒對(duì)于卷煙主流煙氣中的苯并芘和亞硝胺具有較好的吸附作用，苯并芘的釋放量相比對(duì)照煙最多可降低28.7％，亞硝胺的釋放量相比對(duì)照煙最多可降低28.3％。對(duì)比例1與實(shí)施例3相比，不同之處在于：將乙醇和水的混合液替換為水，配置的紡絲液不能進(jìn)行靜電紡絲。對(duì)比例2與實(shí)施例3相比，不同之處在于：將乙醇和水的混合液替換乙醇，配置的紡絲液不能進(jìn)行靜電紡絲。對(duì)比例3與實(shí)施例3相比，不同之處在于：將乙醇和水的混合液替換丙酮，配置的紡絲液不能進(jìn)行靜電紡絲。當(dāng)前第1頁12