[发明专利]一种皮芯型聚乳酸烟用丝束和滤棒及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明属于香烟过滤嘴材料及其制备技术领域，具体涉及一种皮芯型聚乳酸烟用丝束和滤棒及其制备方法。

背景技术

香烟过滤嘴是香烟的重要组成部分，它对烟气中的焦油等有过滤、阻挡和吸附作用，可减少烟气中有害物质对人体的伤害，还能改善烟气的品质。目前市场上的香烟过滤嘴材料主要有两种：二醋酸纤维素和聚丙烯烟用丝束。

用于香烟过滤嘴的二醋酸纤维素丝束过滤和吸附性能优异，易于粘合成滤棒，所制备的滤棒综合性能优异，因此其得到广泛应用，占市场上烟用丝束的80%以上。但二醋酸纤维素丝束也存在以下不足：1）生产原料为多年生的优质木材, 我国目前不能自给, 主要依靠进口，成本较高；2）在纺丝的过程中采用溶液纺丝法，需要使用大量溶剂，既增加成本，又难免对环境造成污染；3）降解周期长，与木材相比，醋纤丝束的降解性能较差，对环境造成的污染正逐步受到重视。

聚丙烯烟用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。但聚丙烯烟用丝束存在明显不足：1）聚丙烯分子结构中无极性基团，纤维表面光滑平整，因此其对烟气中有害成分吸附性能差；2）聚丙烯原料取自石油，属不可再生资源，且使用后难降解，易造成污染；3）由于聚丙烯的非极性和高结晶度特点，粘结性能较差，聚丙烯丝束滤棒成型加工工艺复杂。 

综上，无论从资源的角度，还是减少环境污染的角度，寻找一种来源可再生、降解性能良好、吸附性能优异的，价格又相对低廉的新型烟用丝束具有重要意义。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。聚乳酸纤维作为烟用丝束具有以下优点：1）原料来源广，再生周期短的植物（如玉米等）以及有机废弃物（玉米芯等）均可用于制备聚乳酸，从而可以摆脱了对木材和石油资源的依赖，符合可持续发展的要求；2）聚乳酸的生产能耗低于聚丙烯及二醋酸纤维素，是一种低资源环境负荷的高分子材料；3）聚乳酸能够完全生物降解，降解周期短，不造成环境污染；4）聚乳酸具有良好的加工性能，可采用熔融纺丝法制备烟用丝束；5）吸附性能优异，聚乳酸纤维表面含有丰富的极性基团，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。

中国专利200610131699.0和200710055310.3介绍了以聚乳酸及其共聚物为原料制备烟用聚乳酸丝束、以及丝束滤棒加工成型的方法。将聚乳酸原料通过熔体纺丝、牵伸、卷曲和热定型等制定了聚乳酸丝束，并以三醋酸甘油酯等为增塑剂/粘结剂进行了滤棒加工成型。但其在实际生产和使用过程中存在以下问题：1）丝束的耐热性较差；2）滤棒的粘接性能和硬度较差。专利201010127357.8通过在聚乳酸中添加结晶促进剂进行纺丝并制备成滤棒，但它所使用的胶粘剂为水性丙烯酸树脂胶粘剂，在滤棒成型工艺中需要额外的加热固化工艺，此外，水性丙烯酸树脂胶粘剂中的残余溶剂和单体在安全性方面存在一定缺陷。皮芯结构的纤维结合了芯层和皮层两者的优点，从而可为解决上述缺陷提供可能——利用芯层提高丝束的耐热性和物理机械性能，利用皮层提供丝束的粘接性能。中国专利201210196240.4公开了一种皮芯型聚乳酸/聚丙烯烟用复合丝束及其制备方法，其内芯采用聚丙烯骨架，提高了丝束的耐热性和物理机械性能，但是其内芯原料采用的聚丙烯不具有降解性，易对环境造成污染。

发明内容

本发明的目的正是为了解决上述现有技术所存在的问题而专门提供的一种皮芯型聚乳酸烟用丝束和滤棒及其制备方法，该烟用丝束芯层提供了良好的物理机械性能和耐热性能，其皮层提供了良好的可粘接性能，且该丝束可方便地使用三醋酸甘油酯（目前醋纤滤棒成型中使用的增塑剂）在醋纤滤棒成型机上进行加工成型。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种皮芯型聚乳酸烟用丝束，丝束中的单根纤维是由内芯和外皮构成的皮芯型结构（单根纤维截面外形为圆形或三角形），其中：皮层和芯层主体树脂均为聚乳酸，皮层树脂和芯层树脂的重量比为20∶80～60∶40，丝束皮层和芯层结晶度分别为3-25%和25-60%（DSC法测定值），皮层和芯层熔点分别为120-150^oC和150-175^oC,丝束线密度为3～6ktex，单丝线密度为2～6dtex，卷曲数为15～30个/25mm。