[发明专利]一种高卷曲指数的聚乳酸烟用丝束及制备方法

说明书

 

技术领域

 本发明涉及香烟过滤嘴材料及其制备方法，具体是一种高卷曲指数的聚乳酸烟用丝束及制备方法。  

背景技术

香烟过滤嘴是卷烟的一个重要组成部分。作为烟用过滤嘴材料，除了具有良好的可纺性能，还有很多独特要求：（1）由它卷制而成的滤棒无毒、无味、安全性好；（2）丝束稳定性好，能满足滤棒成型设备和工艺要求；（3）具有适宜的刚性和卷曲性能，使之具有良好的弹性和开松性，在较少丝束填充量的情况下，通过添加增塑剂或胶黏剂后，滤棒满足一定的硬度、吸阻和外观质量要求，有较高的出棒率，具有实用价值；（4）卷烟抽吸过程中，滤嘴不塌陷、变形；（5）滤棒对烟气有害成分具有较高的过滤效率。迄今为止，很多纤维已经实现了工业化生产，但真正商品化的香烟过滤嘴材料只有二醋酸纤维素和聚丙烯两个品种。

二醋酸纤维素纤维是一种性能优良、应用普遍的过滤嘴材料，它选材于多年生的优质木材，采用干法纺丝的方式，制得适宜于卷烟用的过滤丝束。醋纤分子支链上含有强极性的极性基团，丝束表面具有微孔和粗糙感，所以醋纤丝束对烟气中的有害成分，同时具有物理吸附和化学吸附双重效果，其过滤和吸附性能优异；而且，在生产滤棒的过程中，通过添加三醋酸甘油酯进行增塑、粘结，在较少丝束填充量的情况下，滤棒满足硬度、吸阻等质量要求，有较高的出棒率。但生产二醋酸纤维素的原材料是多年生的优质木材, 我国目前不能自给, 主要依靠进口，更重要的是，随着国内烟草企业产量的不断扩大，对醋纤滤棒的需求量与日俱增，但目前国内的醋纤丝束生产企业并不能完全满足烟草企业的需求，造成醋纤供应紧张的局面，在一定程度上限制了我国烟草行业的进一步发展。此外，木浆生产、纤维素酯化和醋酸纤维素纺丝伴随较严重的污染问题，生产成本高, 价格昂贵，与木材相比, 醋酸纤维素的生物降解性能显著劣化。

聚丙烯烟用过滤丝束作为我国卷烟行业特有的一种过滤材料，在开发初期具有原材料充足，价格低廉等优点而得到大力发展，并为我国烟草行业降本增效作出了巨大贡献。聚丙烯原料取自石油，采用熔融纺丝的方式，制得的纤维丝束在生产滤棒的过程中，通过添加专用的胶粘剂进行粘结，在较少丝束填充量的情况下，滤棒满足硬度、吸阻等质量要求，有较高的出棒率。但由于聚丙烯是一种结构非常稳定的非极性物质，本身不带有任何极性基团，丝束表面光滑，其吸附能力远不如醋酸纤维，烟气过滤效果差，抽吸时有较强的辛辣味，一般只能用于低档卷烟上；同时，聚丙烯是长链碳氢化合物，不能生物降解，对环境造成严重污染；此外，石油资源日益枯竭，原料价格上涨快，聚丙烯的价格优势正逐步丧失。近年来，随着烟草行业产品结构的调整，我国香烟档次不断提高，低档卷烟用量逐年下降，丙纤用量逐年降低，并趋向逐步退出市场。

无论从资源的角度，还是减少环境污染的角度，寻找一种综合性能接近醋纤，价格又相对低廉的新型烟用丝束，替代聚丙烯材料用于中低档卷烟的生产，并部分替代醋纤用于中高档卷烟的生产，以弥补醋纤供应的不足，是烟草行业急需解决的问题。

聚乳酸是一种新型环保材料，具有良好的循环再生性和生物降解性。它以可再生的植物资源（玉米、小麦、甜菜、大米、土豆、山芋等）以及有机废弃物（玉米芯或其他农作物的根、茎、叶、皮等）为原料，摆脱了对木材和石油资源的依赖，符合国际社会可持续发展的要求；聚乳酸的生产能耗低于聚丙烯及二醋酸纤维素等各种纤维，是一种低资源环境负荷的高分子材料；聚乳酸能够完全生物降解，在自然环境中经过一定时间会自然分解为水和二氧化碳，不造成环境污染，产生的二氧化碳通过植物的光合作用得到重新利用，成为一个永恒的、封闭的碳循环系统，是名副其实的“绿色材料”；聚乳酸具有良好的加工性能，可采用熔融纺丝法生产；聚乳酸纤维与醋纤结构相似，分子表面含有丰富的极性基团；对极性物质具有较强的亲合力，可以与焦油组分和低分子物质进行化学反应，反应物牢牢留在纤维表面，同时，丝束表面具有微孔和粗糙感，在对烟气的吸附过程中，同时具有物理吸附和化学吸附双重效果，该丝束生产的滤棒对烟气中的有害物质过滤效果明显。因此，聚乳酸有望成为制备烟用过滤嘴丝束的合适材料。

将聚乳酸纤维产品用作烟用过滤材料，具有资源丰富、优异的环保性、良好的吸附性、可靠的安全性、良好的成型加工性及经济性等综合优势；产品的推广应用，对于我国烟草行业拓宽原料渠道、降本增效具有积极的现实意义，将会产生良好的社会经济效益，并将带动我国聚乳酸材料整个产业链的发展。