一种甲基化纳米纤维素改性的再造烟叶及其制备

本发明属于烟草行业再造烟叶，涉及一种甲基化纳米纤维素改性的再造烟叶及其制备方法。背景技术：1、再造烟叶(reconstituted tobacco)，又称烟草薄片或重组烟草，是传统燃烧型卷烟和加热型新型卷烟的重要原料。再造烟叶的制造方法，根据加工工艺的不同主要有4种，即辊压法、稠浆法、湿法造纸法和干法造纸法。目前，4种再造烟叶在生产和使用过程中存在的主要问题包括三个方面：(1)吸湿性过强，容易吸潮导致在制丝及卷制过程中上机适应性不强、黏连、发霉，以及贮存周期短、影响消费体验等；(2)表面强度不高，容易掉粉掉渣或造碎，成丝率不高，原料损失浪费严重，在后续加工过程中耐加工性不强；(3)抗张强度低，在卷取加工过程中易出现断头现象，影响加工生产的连续稳定性。解决现有再造烟叶存在的这些缺陷和问题，是再造烟叶领域的重要课题。2、甲基纤维素(methyl cellulose)是一种衍生自纤维素的化合物，其分子结构中一部分的羟基被甲基基团取代，具有黏结性、疏水性、成膜性等特性。甲基纤维素是一种可溶于水的聚合物，在水中形成粘稠的溶液，由于其溶液黏度的调整范围较广，被广泛应用于食品、制药和化妆品等领域。在食品工业中，甲基纤维素常被用作增稠剂、稳定剂和胶凝剂，改善食品的质地和口感。在制药工业中，甲基纤维素可以用作缓释剂，控制药物的释放速率，并提高药物的生物利用度。在化妆品领域，甲基纤维素可以增加产品的黏度和稠度，改善质地和应用性能。在纺织工业中，甲基纤维素可以用作印染助剂和纺织品增稠剂，提高染料的附着性和纺织品的柔软度。甲基纤维素是一种多功能的化合物，具有广泛的应用领域，其特殊的溶液性质和调控黏度的能力使其成为许多行业的理想选择。3、低共熔溶剂(des)是一种新兴的绿色溶剂，由氢键供体和氢键受体以一定的摩尔比混合，并通过氢键作用形成的熔点低于其原组分的共晶混合物，具有易合成、稳定性强、生物相容性好、选择性强、可回收利用等优点。des不仅具备咪唑类离子液体熔点低、蒸气压低、热稳定性高和回收简易等优点，而且制备过程简单、价格低廉、低毒、可生物降解，符合绿色化学的12项原则。利用des对木质素和半纤维素进行提取可克服传统预处理技术中存在的处理效率低、溶剂损失大、木质素降解严重等技术难题，是实现植物纤维组分绿色、高效、高值利用的有效方法，也是当前植物纤维预处理技术研究的热点。4、纳米纤维素(ncc)是一种可从廉价可再生的纤维素中通过酸水解或酶解去除纤维素中无定形区而得到的直径为1～100nm、长度为几十至几百纳米的刚性棒状聚合物。它不但具备纤维素的基本结构和良好性能，并且还具备纳米颗粒的特性，例如大的比表面积、高弹性模量和反应活。ncc的表面存在大量羟基，能形成很强的氢键，而氢键又决定了纤维素的各种特性。纤维素的纳米尺寸效应使其拥有了优越的机械性能，可以作为高分子材料的增强剂，显著提高聚合物的热稳定性、力学强度、硬度、刚性和柔韧性，从而制得高强度、高热稳定性和高力学性能的高分子复合材料。5、针对再造烟叶生产和使用过程中存在的易吸潮、表面强度差、抗张强度低等缺陷和不足，本发明从纤维素纸浆纤维的纯化、甲基化、纳米化等角度出发，提出一种甲基化纳米纤维素改性的再造烟叶及其制备方法，旨在解决再造烟叶领域存在的技术难题。技术实现思路1、为从根本上解决再造烟叶生产和使用过程中存在的易吸潮、表面强度差、抗张强度低等现有技术的不足，本发明提供了一种甲基化纳米纤维素改性的再造烟叶及其制备方法，提高了再造烟叶的疏水性能、抗张强度以及表面强度，提升了再造烟叶的综合性能和内在品质，解决了上述背景技术中提到的问题。2、为实现上述目的，本发明通过以下技术方案获得：3、本发明提供一种甲基化纳米纤维素改性的再造烟叶的制备方法，包括如下步骤：4、s1：利用低共熔溶剂对纸浆纤维进行纯化预处理，去除纤维中残留的半纤维素和木质素，保留纤维素，得到纯化后的纸浆纤维；5、s2：对纯化后的纸浆纤维进行甲基化改性，向纯化后的纸浆纤维中加入浓碱液进行碱化反应，然后在一定压力和温度下加入液态氯甲烷进行醚化反应，蒸馏去除过量的氯甲烷，经分离、洗涤、干燥后得到甲基化纤维素纤维；6、s3：将甲基化纤维素纤维分散在水溶液中，制得一定质量浓度的纤维悬浮液，利用高压均质法结合超声粉碎法处理甲基化纤维素纤维悬浮液，得到甲基化纳米纤维素分散液；7、s4：采用浆内添加或涂布加工方式，将甲基化纳米纤维素分散液均匀转移施加至再造烟叶内部或表面，经低温干燥后得到甲基化纳米纤维素改性的再造烟叶。8、根据本发明上述技术方案，步骤s1中，所述低共熔溶剂的氢键供体为羧酸、多元醇、尿素、酰胺等，所述低共熔溶剂的氢键受体为氯化胆碱、甜菜碱、苄基三乙基氯化铵、苄基三甲基氯化铵等。所述低共熔溶剂氢键受体与氢键供体的摩尔比为1:1～20。9、所述低共熔溶剂为chcl/丙二醇/alcl3、chcl/丁二醇/fecl3、chcl/丙二醇/fecl3三元低共熔溶剂中的一种。10、根据本发明上述技术方案，步骤s1中，所述纯化后的纸浆纤维中α-纤维素的含量≥90％。11、根据本发明上述技术方案，步骤s2中，所述浓碱液的浓度为15％～50％，所述碱化反应的温度为45～100℃，压力为3.5×105pa～1.8×106pa，反应时间为0.5～1h；所述醚化反应的温度为75～100℃，反应时间为1-3h。12、根据本发明上述技术方案，步骤s2中，所述甲基化纤维素纤维中甲氧基的含量为10％～35％。13、根据本发明上述技术方案，步骤s3中，所述甲基化纤维素纤维悬浮液的浓度为≤6％。14、根据本发明上述技术方案，步骤s3中，所述高压均质的压力为30～100兆帕，均质时间为5～30min；所述超声功率为80～200w，超声时间为10～130min。15、根据本发明上述技术方案，步骤s3中，所述甲基化纳米纤维素的长度为1～100μm，直径为1～100nm。16、根据本发明上述技术方案，步骤s4中，所述甲基化纳米纤维素在再造烟叶浆内添加的质量分数为0.5％～5％，在表面涂布加工中添加的质量分数为0.5％～5％。17、根据本发明上述技术方案，步骤s4中，所述低温干燥为在-50～-100℃下干燥6～12h。18、为实现上述目的，本发明还提供了如下技术方案：19、由上述制备方法得到的甲基化纳米纤维素改性的再造烟叶，其表面接触角大小为90°～130°，吸湿率为≤5％，放湿率为≤3％，抗张指数为≥4.0n·m·g-1，切丝掉粉率为≤1％。20、进一步地，所述甲基化纳米纤维素改性的再造烟叶，其表面接触角大小为90°～110°，吸湿率为≤3％，放湿率为≤2％，抗张指数为≥5.5n·m·g-1，切丝掉粉率为≤0.8％。21、所述再造烟叶为采用辊压法、稠浆法、造纸法、干法或其它方法制备而成的再造烟叶。22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：23、(1)本发明提供的甲基化纳米纤维素改性的再造烟叶及其制备方法，通过浆内添加或涂布加工，使再造烟叶的疏水性能得到提高，吸湿性能得到改善，吸湿率和放湿率降低，再造烟叶的含水率在制丝切丝、加料加香、卷制成型、包装贮存等工艺过程中表现出较好的稳定性，从而有效解决了现有技术因吸湿性过强，容易吸潮导致在制丝及卷制过程中上机适应性不强、黏连、发霉，以及贮存周期短、影响消费体验等技术难题。24、(2)通过施加甲基化纳米纤维素，增强了再造烟叶的表面强度，降低了掉粉掉渣率，提高了成丝率，解决了表面强度不高，容易掉粉掉渣或造碎，成丝率不高，原料损失浪费严重的问题，克服了在后续加工过程中耐加工性不强的缺陷和不足。25、(3)通过施加甲基化纳米纤维素，提高了再造烟叶的抗张强度，解决了因抗张强度低，在卷取加工过程中易出现断头的问题，提高了再造烟叶加工生产的连续稳定性，上机适应性得到显著增强。26、(4)本发明制备的甲基化纳米纤维素改性的再造烟叶，应用于卷烟或加热卷烟后贮存周期和货架期大大延长，保证了产品质量稳定性，消费者体验感得到保障。