專利名稱：一種香煙過濾嘴絲束及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種香煙過濾嘴絲束及其制備方法，具體涉及可生物降解的乳酸類聚合物香煙過濾嘴絲束及其制備方法背景技術香煙過濾嘴是香煙的不可缺少的組成部分，它對咽氣中的有害成份如煙堿、焦油有過濾、阻擋和吸附作用，可改善煙氣的口感，減少煙氣對口腔的刺激和對人體健康的傷害。長期以來，市場上主要使用兩種過濾嘴材料，一是醋酸纖維素纖維，二是聚丙烯纖維。醋酸纖維素容易紡成細旦纖維，從纖維到濾棒的粘合過程比較容易，所制成的濾棒和濾嘴有優越的綜合性能，適合在中高檔卷煙中使用。但它以優質的木材為原料，從木材到木漿再到醋酸纖維素的過程伴隨著比較多的污染問題，采用干法紡絲，必須使用溶劑，既增加成本，又難免污染。我國森林資源有限，醋酸纖維素不能自給，目前中國主要依靠進口，價格較高，在中低檔卷煙中不可能使用。纖維素本身是可以生物降解的，但酯化以后生物降解性大大下降，不再屬于嚴格意義上的生物降解材料。聚丙烯原料便宜，可以用熔體紡絲法紡絲，因而具有比較低的價位。但它的可紡性比較差，很難獲得細旦絲，聚丙烯纖維本身的非極性和高結晶度，使它很難粘合，因而由聚丙烯纖維制成的濾棒和濾嘴的濾過性能，以及外觀、硬度、空阻等機械性能，很難和醋酸纖維素相比，只能在中低檔卷煙中使用，絲束、濾棒生產商的利潤空間很小。由于石油漲價而引起的聚丙烯原料價格的攀升，更使絲束、濾棒生產成本大幅度上升。聚丙烯是長鏈碳氫化合物，不能生物降解，大量使用，日積月累，對環境很不利。
所以，目前市場上使用的兩種香煙過濾嘴材料，尤其聚丙烯纖維，綜合性能不夠理想，不能滿足減少焦油含量，維護吸煙者健康的需要。不能生物降解，在人類對環境質量要求越來越高的今天，也是明顯的缺點。必須有更好的過濾嘴材料來代替。
另一方面，近年來，生物降解高分子有了長足的發展，尤其是乳酸類聚合物，如聚乳酸，乳酸和ε-己內酯或乙醇酸的共聚物等。它們在自然條件下，或在人體條件下，會發生生物降解，最終變成二氧化碳和水，不留任何污染物，所以是名副其實的“綠色材料”。由于乳酸是用淀粉發酵的方法制造的，它的原料是玉米、馬鈴薯、甘薯等一年生植物，是不折不扣的“可再生資源”，來源豐富，價格低廉，不受石油漲價等的沖擊。乳酸類聚合物的另一個優點，是它們的加工性能較好，可以采用一般熱塑性塑料的各種加工方法進行加工，包括熔體紡絲。既可以紡成長絲，也可以紡成短絲。事實上，美國的NatureWorks公司與日本的鐘紡、東麗等公司合作，成功地開發出紡織用聚乳酸纖維及其制品，并在市場上銷售。對紡織纖維來說，必須滿足纖維紡制、編織的要求和織物印染、洗滌、熨燙的要求，必須有較高的結晶度、取向度和機械強度，必須在洗滌劑和有機溶劑中的溶解和溶脹很小，對周圍環境中氣體物質的吸附也很少。而作為香煙過濾嘴纖維，首先要滿足對煙氣中有害物質的阻擋、濾過和吸附等理化性能要求，減少煙氣對人體的危害，其次是滿足絲束纖維粘合成棒的工藝技術要求。實踐證明，目前市售的聚乳酸紡織纖維，盡管在線密度和卷曲特性上能夠滿足絲束生產的要求，卻不能滿足粘合成棒的工藝要求，因為使用目前公認的三醋酸甘油酯，在常溫下不能將它們粘合成濾棒。所以從聚乳酸紡織纖維到聚乳酸香煙過濾嘴絲束纖維，不是簡單的模仿和挪用，必須有專門的聚合物樹脂和相應的紡絲和后處理技術。申請號為200610016643.0的中國發明專利申請文件，公開了可用來制香煙過濾嘴原材料的乳酸類聚合物。它們是聚乳酸或丙交酯與ε-己內酯和/或乙交酯的共聚物，其中在聚乳酸中，右旋乳酸單元的重量百分比為1～12％，共聚物中ε-己內酯和乙醇酸的總的重量百分比為1～10％，聚合物的重均分子量分子量在5～20萬范圍，熔點范圍140～175℃，在190℃和2.16kg負荷下測定的熔體流動指數在5～30g/10min范圍，用三醋酸甘油酯室溫粘接的強度為4～12MPa。這樣的聚合物具有合適的結晶度、溶解性、吸附能力和機械強度，可滿足紡絲、后處理、粘合成棒的工藝要求和濾嘴的濾過和機械物理性能要求。但是，該專利申請文件，并沒有涉及香煙過濾嘴絲束及其制備的方法。
到目前為止，尚未發現有乳酸類聚合物包括聚乳酸、丙交酯與ε-己內酯和/或乙交酯的共聚物作為原材料制備的過濾嘴絲束，也沒有提供該香煙過濾嘴絲束的制備方法。

發明內容
本發明的目的之一是提供一種香煙過濾嘴絲束，它由紡絲組合物經熔體紡絲和后續的牽伸、卷曲和熱定型而成的卷曲的纖維抱合在一起的波浪型纖維束片，單絲線密度2～6dtex，絲束線密度3～6ktex，卷曲數15～30個/25mm。
所述的紡絲組合物，它由一種或多種乳酸類聚合物與加工助劑或改性劑，經熔融共混、造粒而成。使用雙螺桿擠出造粒機有較好的復配效果。
本發明的紡絲組合物的材料構成及配比如下(1)乳酸類聚合物(以下簡稱主體樹脂)，是聚乳酸的一個規格或多個規格的混合物，或者是丙交酯與ε-己內酯、丙交酯與乙交酯，或丙交酯與ε-己內酯和乙交酯的共聚物；所述的主體樹脂是聚乳酸，其右旋乳酸單元的重量百分比為3～7％；所述的主體樹脂是丙交酯與ε-己內酯、丙交酯與乙交酯的二元共聚物，其重量百分配比為丙交酯為92～95％，ε-己內酯或丙交酯為92～95％；所述的主體樹脂是丙交酯與ε-己內酯和乙交酯的三元共聚物，其重量百分配比為丙交酯為92～95％，ε-己內酯和乙交酯之和的重量百分配比為5-8％，ε-己內酯和乙交酯單元之間的比例不限；聚乳酸或共聚物的重均分子量在5～20萬范圍，熔點范圍150～170℃，在190℃和2.16kg負荷下測定的熔體流動指數在5～20g/10min范圍，用三醋酸甘油酯室溫粘接的強度為4～12MPa。
(2)熱穩定劑為硬脂酸鈣、硬脂酸鋰、硬脂酸鋁、月桂酸鈣、乳酸鈣或乳酸鋅；相對于100份主體樹脂，熱穩定劑的質量份數為0.1～0.5；(3)抗氧劑是無毒或低毒的亞磷酸酯類穩定劑和酚類抗氧劑，其為亞磷酸三苯酯、亞磷酸三壬基苯酯、抗氧劑1010、抗氧劑1076、抗氧劑2246或抗氧劑264；相對于100份主體樹脂，抗氧劑的質量份數為0.1～0.5；(4)乳酸捕獲劑為納米二氧化硅、納米二氧化鈦、納米羥基磷灰石或1，4-丁二醇雙(β-氨基丁烯酸)酯；相對于100份主體樹脂，乳酸吸收劑的質量份數為0.1～1.0；(5)流動性和粘結性改進劑為乳酸甘油酯、三醋酸甘油酯、檸檬酸三丁酯或乙酰檸檬酸三丁酯；相對于100份主體樹脂，改進劑的質量份數為0～5；(6)消光和增白劑為鈦白粉，相對于100份主體樹脂，鈦白粉的質量份數為0.2～0.6。
本發明的目的之二是提供一種香煙過濾嘴絲束的制備方法，其步驟和條件如下(1)在紡絲前，把紡絲組合物進行干燥處理，使其中的水份含量降低到1000ppm以下；(2)將干燥過的紡絲組合物進行熔體紡絲，紡絲溫度190～210℃，噴絲板孔數6000～20000，噴絲孔為三葉形，等效孔徑0.25～0.5mm，長徑比2∶1～4∶1，20～25℃干燥空氣冷卻，滾筒法涂復油劑，絲束收集速度30～100m/min；(3)用5輥或7輥牽伸機對原纖維束進行牽伸，牽伸介質為水，溫度60～80℃，牽伸倍率2～5倍；(4)將經過牽伸的纖維束進行緊張熱定型并冷卻，加熱介質為水，定型溫度55～70℃，纖維長度保持率100～90％，冷卻介質為自來水；(5)用卷曲機將經過牽伸的纖維束進行卷曲，加熱介質為空氣或水蒸氣，預熱溫度50～70℃，卷曲數15～30個/25mm；(6)對卷曲后的纖維束進行干燥和松弛熱定型，加熱介質為空氣，定型溫度50～60℃，定型時間10～15min，得到一種香煙過濾嘴絲束。
以上從熔體紡絲到獲得香煙過濾嘴絲束的各步在一條生產線上連續進行，簡稱“一步法紡絲”，它的特點是連續、高效，但對結晶能力差的某些規格的樹脂來說，所得到的纖維的拉伸倍比和取向結晶程度有限，對后面的卷曲不利。對這一類紡絲組合物，最好采用“兩步法紡絲”，即將初生纖維在25～55℃處理一段時間，然后在牽伸、卷曲和定型，相應地，紡絲、牽伸和定型的工藝參數作適當調整。具體的步驟和條件如下(1)在紡絲前，把紡絲組合物進行干燥處理，使其中的水份含量降低到1000ppm以下；(2)將干燥過的紡絲組合物進行熔體紡絲，紡絲溫度190～210℃，噴絲板孔數6000～20000，噴絲孔為三葉形，等效孔徑0.25～0.5mm，長徑比2∶1～4∶1，20～25℃干燥空氣冷卻，滾筒法涂復油劑，絲束收集速度50～150m/min；(3)將收集的初生纖維束在25～55℃處理48～2h；(4)經過處理的纖維束在5輥或7輥牽伸機上進行牽伸，牽伸介質為水，牽伸溫度70～90℃，牽伸倍率1～3倍；(5)將經過牽伸的纖維束進行緊張熱定型并冷卻，加熱介質為水，定型溫度55～70℃，纖維長度保持率100～90％，冷卻介質為自來水；(6)用卷曲機將經過牽伸的纖維束進行卷曲，加熱介質為空氣或水蒸氣，預熱溫度50～70℃，卷曲數15～30個/25mm；(7)對卷曲后的纖維束進行干燥和松弛熱定型，加熱介質為空氣，定型溫度50～60℃，定型時間10～15min，得到香煙過濾嘴絲束。
在上述的熔體紡絲過程中，必須在初生纖維表面涂復油劑，一般采用滾筒法涂復，即一個轉動的水平方向的滾筒下部接觸油劑槽中的油劑，油劑均勻涂復在滾筒表面，向下移動的初生纖維從滾筒的側面擦過，油劑轉移到纖維表面，起降溫、潤滑、抱合、防靜電的作用。
所述的涂復初生纖維使用的油劑是水溶性聚合物的水溶液，并加有季銨鹽類、非離子型和/或陰離子型表面活性劑和/或抗靜電劑。
所述的水溶性聚合物選自聚乙烯醇、聚乙二醇或聚氧乙烯；其重量濃度為0.05～0.5％；所述的季銨鹽類表面活性劑和/或抗靜電劑選自抗靜電劑TM(三羥乙基甲基銨硫酸甲酯鹽)、抗靜電劑SP(硬質酰胺丙基二甲基-β-羥乙基銨二氫磷酸鹽)、抗靜電劑P(烷基磷酸酯二乙醇胺鹽)；重量濃度為0.02～0.2％；所述的非離子型表面活性劑選自吐溫20、40、60或80、C8-10烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯月桂基醚、聚氧乙烯甘油醚、聚乙二醇單月桂酸酯、聚氧乙二醇單硬脂酸酯、聚乙二醇單油酸酯，或2～3種上述物質的混合物；重量濃度為0.02～0.2％；所述的陰離子型表面活性劑選自十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉或它們的混合物；重量濃度為0.02～0.2％。
以上的紡絲、牽伸、卷曲和熱定型的工藝的選擇，充分考慮了聚乳酸本身的特性，尤其是聚乳酸和乳酸類聚合物的三個特征溫度結晶熔點140～175℃，玻璃化轉變溫度60℃附近，結晶溫度90～110℃(對無熱歷史和無內應力的樣品，在纖維和取向狀態下結晶溫度為70～90℃)。根據聚合物在170～250℃溫度范圍的熔體流變學特性和熱分解的可能，選擇190～210℃為紡絲溫度，具體的紡絲溫度根據聚合物的熔體粘度大小和對單絲線密度的要求來確定。由于乳酸類聚合物的玻璃化溫度在60℃附近，在纖維和取向狀態下結晶溫度為70～90℃，在60～90℃進行牽伸和緊張熱定型，經50～70℃預熱后進行卷曲，在50～60℃進行干燥和松弛熱定型，有可能達到最佳的牽伸、卷曲和定型效果。
同目前已有的醋酸纖維素香煙過濾嘴絲束和聚丙烯香煙過濾嘴絲束相比，本發明得到的香煙過濾嘴絲具有下列優勢(1)它們是生物降解的，絲束本身和它們的降解產物對人體無毒無害，對環境不造成污染；(2)生產乳酸類聚合物絲束的主要原料乳酸，是淀粉的發酵產物，而淀粉是可再生資源，可以大量生產，價格便宜；(3)采用熔體紡絲技術紡成細旦纖維，比溶液紡絲成本低，污染少；(4)它們在可以食用的無毒無害有機溶劑中有一定的溶解度和溶解速度，因而可以采用簡單的工藝將卷曲的纖維粘合成濾棒，濾棒有較好的濾過性能和物理機械性能。
不難看出，本發明的一種香煙過濾嘴絲的制備方法，不管是一步法還是兩步法，都屬于熔體紡絲，是沒有切斷工序的短纖維生產過程，因而它具有熔紡短纖維工藝的優點，生產效率高，生產成本低，不使用溶劑，化學助劑少，因而環境污染少。目前生產聚丙烯煙用絲束的設備，經過適當的改造，能生產出高質量的乳酹類聚合物絲束，因而生產的基本建設投資會較低。上述兩種工藝中，一步法的優點是設備投資相對較少，它適合于結晶性較高的乳酸類聚合物。兩步法的優點是紡絲和牽伸、卷曲分兩步進行，互相沒有牽制，因而絲束的質量容易控制，紡絲段允許有較高的生產速度，它適用于結晶性較差的樹脂。
具體實施例方式
下面通過實施例進一步說明本發明。
以下各實施例中，(1)各紡絲組合物都經過步驟1的干燥處理，水份含量均在1000ppm以下，下面不再重復敘述；(2)除特別寫明外，使用的油劑均為0.2％的聚氧乙烯(分子量60萬)的水溶液，并加有0.1％的抗靜電劑TM和0.1％的十二烷基苯磺酸鈉。
實施例1選用一種聚乳酸(PLA)，其中含有97％的左旋乳酸單元和3％的右旋乳酸單元。聚合物的重均分子量7.8萬，熔體流動指數15.4g/10min，用三醋酸甘油酯室溫粘接的強度(搭接面積10×3mm2)為7.0MPa。用DSC方法測得的熔點為161℃。
按重量配比計算，稱取100份的PLA，添加0.2份的亞磷酸三壬基苯基酯、0.2份抗氧劑1010、0.2份的硬脂酸鈣、1.0份的乙酰檸檬酸三丁酯、0.4份金紅石型鈦白粉(杜邦902)和1.0份的納米二氧化硅微粉，制成紡絲組合物。
采取“一步法紡絲”工藝，即在一臺φ65×28的熔體紡絲機(兩個紡絲機位)上紡絲，計量段溫度控制在220±2℃，紡絲組件的溫度控制在205±1℃，兩個熔體計量泵的規格同為10ml/r，速度都是30r/min，兩個噴絲板各6000孔，矩形排布，噴絲孔呈三葉形，等價直徑0.5mm，用25℃的干燥空氣側吹風冷卻，用滾筒法涂復油劑(0.2％的聚乙二醇1700水溶液，加有0.1％的抗靜電劑TM和0.1％的壬基酚聚氧乙烯(15))，兩束出生纖維合股后用七輥牽伸機收集，速度50m/min。用七輥牽伸機進行牽伸，牽伸介質為水，牽伸溫度75℃，收集速度150m/min。在60℃水槽中進行緊張熱定型，絲束片出水后用自來水冷卻，收集速度150m/min。用有效寬度30mm的卷曲機進行卷曲，加熱介質為水蒸氣，預熱溫度60℃；對卷曲后的纖維束進行松弛熱定型和脫水，加熱介質為空氣，定型溫度55℃，定型脫水時間10min，得到香煙過濾嘴絲束片。其總線密度5.0±0.4ktex，單纖線密度為4.1±0.4dtex，卷曲數22±3個/25mm，室溫單絲強度1.6±0.4cN/dtex，伸長率5.2±1.0％。
實施例2按重量配比計算，選用實施例1同樣的紡絲組合物和紡絲機、計量泵、噴絲板，采用“兩步法紡絲”工藝進行單機位紡絲，紡絲速度30r/min，初生絲束不直接牽伸，而是用100m/min的速度收集后，在50℃放置4h。兩股初生絲束合股后用七輥牽伸機進行牽伸，送絲速度60m/min，牽伸介質為水，牽伸溫度80℃，絲束片出水后用自來水冷卻，收集速度150m/min，得到香煙過濾嘴絲束。其總線密度3.0±0.3ktex，單纖線密度為2.5±0.3dtex，卷曲數22±3個/25mm，室溫單絲強度2.0±0.5cN/dtex，伸長率4.3±0.9％。
實施例3選用一種左旋丙交酯和乙交酯的無規共聚物樹脂(PLGA)，其中乳酸重量含量94％，乙交酯重量含量6％。聚合物的重均分子量12.8萬，熔體流動指數10.4g/10min，用三醋酸甘油酯室溫粘接的強度(搭接面積10×3mm2)為7.5MPa。用DSC方法測得的熔點為156℃。
按重量配比計算，稱取100份的PLGA，添加0.2份的亞磷酸三壬基苯基酯、0.2份抗氧劑1010、0.2份的硬脂酸鋰、1.0份的乙酰檸檬酸三丁酯、0.5份金紅石型鈦白粉(杜邦902)和1.0份的納米二氧化硅微粉，制成紡絲組合物。
采用“一步法紡絲”工藝，在一臺φ65×28的雙機位熔體紡絲機上紡絲，計量段溫度控制在220±2℃，紡絲組件的溫度控制在200±1℃。兩個熔體計量泵的規格同為10ml/r，速度各30r/min，兩塊噴絲板各8000孔，矩形排布，噴絲孔呈三葉形，等價直徑0.5mm，用25℃的干燥空氣側吹風冷卻，用滾筒法涂復油劑(0.2％的聚乙二醇1700水溶液，加有0.1％的抗靜電劑SP和0.1％的吐溫60)。兩束出生纖維合股，用七輥牽伸機進行收集和牽伸，收集速度50m/min，牽伸介質為水，牽伸溫度72℃，絲束片出水后用自來水冷卻，牽伸倍率3.0倍。用有效寬度30mm的卷曲機進行卷曲，加熱介質為水蒸氣，預熱溫度55℃；對卷曲后的纖維束進行松弛熱定型和脫水，加熱介質為空氣，定型溫度55℃，定型脫水時間15min，得到香煙過濾嘴絲束。其單纖線密度為3.1±0.4dtex，總線密度5.0±0.4ktex，卷曲數21±3個/25mm，室溫單絲強度1.3±0.3cN/dtex，伸長率5.8±1.0％。
實施例4按重量配比計算，使用實施例3的紡絲組合物，采用“兩步法紡絲”工藝，在一臺φ65×28的雙機位熔體紡絲機上進行單機位紡絲，計量段溫度控制在225±2℃，紡絲組件的溫度控制在205±1℃熔體計量泵的規格為10ml/r，速度30r/min，噴絲板8000孔，矩形排布，噴絲孔呈三葉形，等價直徑0.5mm，用25℃的干燥空氣側吹風冷卻，用滾筒法涂復油劑，收集速度100m/min。收集的初生絲束在室溫(25℃)放置48h。兩股初生絲束拼股后用七輥牽伸機進行牽伸，送絲速度80m/min，牽伸介質為水，牽伸溫度80℃，牽伸倍率2.0倍，絲束片出水后用自來水冷卻，收集速度160m/min。用有效寬度30mm的卷曲機進行卷曲，加熱介質為水蒸氣，預熱溫度65℃；對卷曲后的纖維束進行松弛熱定型和脫水，加熱介質為空氣，定型溫度60℃，定型脫水時間12min。所得絲束的單纖線密度為2.3±0.3dtex，總線密度3.7±0.3ktex，卷曲數23±3個/25mm，室溫單絲強度1.6±0.3cN/dtex，伸長率4.2±1.0％。
實施例5選用一種左旋丙交酯和ε-己內酯的無規共聚物樹脂(PCLA)，其中乳酸含量95％，ε-己內酯5％。聚合物的重均分子量10.8萬，熔體流動指數15.4g/10min，用三醋酸甘油酯室溫粘接的強度(搭接面積10×3mm2)為8.0MPa。用DSC方法測得的熔點為164℃。
按重量配比計算，稱取100份的PCLA，添加0.2份的亞磷酸三壬基苯基酯、0.2份抗氧劑1010、0.2份的硬脂酸鈣、1.0份的乙酰檸檬酸三丁酯、0.5份金紅石型鈦白粉(杜邦902)和1.0份的納米二氧化硅微粉，制成紡絲組合物。
采用“一步法紡絲”工藝，在一臺φ65×28的雙機位熔體紡絲機上紡絲，計量段溫度控制在225±2℃，紡絲組件的溫度控制在200±1℃。兩個熔體計量泵的規格為10ml/r，速度分別為32r/min和24r/min，對應的噴絲板為8000和6000孔，矩形排布，噴絲孔呈三葉形，等價直徑0.5mm，用25℃的干燥空氣側吹風冷卻，用滾筒法涂復油劑(0.1％的聚氧乙烯(重均分子量60萬)水溶液，加有0.1％的抗靜電劑TM和0.1％的十二烷基苯磺酸鈉)。兩股初生絲束合并后用七輥牽伸機進行收集和牽伸，收集速度50m/min，牽伸介質為水，牽伸溫度70℃，絲束片出水后用自來水冷卻，牽伸倍率3.0倍。用有效寬度30mm的卷曲機進行卷曲，加熱介質為水蒸氣，預熱溫度55℃；對卷曲后的纖維束進行松弛熱定型和脫水，加熱介質為空氣，定型溫度55℃，定型脫水時間15min，得到香煙過濾嘴絲束。其單纖線密度為3.5±0.4dtex，總線密度5.0±0.4ktex，卷曲數21±3個/25mm，室溫單絲強度1.4±0.3cN/dtex，伸長率5.2±1.0％。
實施例6
按重量配比計算，使用實施例5的紡絲組合物，采用“兩步法紡絲”工藝，在一臺φ65×28的雙機位熔體紡絲機上進行單機位紡絲，計量段溫度控制在225±2℃，紡絲組件的溫度控制在205±1℃熔體計量泵的規格為10ml/r，速度35r/min，噴絲板6000孔，矩形排布，噴絲孔呈三葉形，等價直徑0.5mm，用25℃的干燥空氣側吹風冷卻，用滾筒法涂復油劑，收集速度80m/min。收集的絲束在室溫(25℃)放置24h。兩股初生絲束合并后用七輥牽伸機進行牽伸，牽伸介質為水，牽伸溫度85℃，牽伸倍率2.5倍，收集速度160m/min。在60℃水槽中進行緊張熱定型，絲束片出水后用自來水冷卻，收集速度150m/min。用有效寬度30mm的卷曲機進行卷曲，加熱介質為水蒸氣，預熱溫度60℃；對卷曲后的纖維束進行松弛熱定型和脫水，加熱介質為空氣，定型溫度55℃，定型脫水時間12min，得到香煙過濾嘴絲束。其總線密度4.6±0.4ktex，單纖線密度為3.8±0.3dtex，卷曲數22±3個/25mm，室溫單絲強度1.8±0.3cN/dtex，伸長率4.2±1.0％。
實施例7按重量配比計算，選用一種聚乳酸樹脂(PLA1)，它含有99％的左旋乳酸單元和1％的右旋乳酸單元，粘均分子量6.2萬，熔體流動指數23g/10min，用三醋酸甘油酯室溫粘接的強度(搭接面積10×3mm2)為4.2MPa。用DSC方法測得的熔點為171℃。
選用另一種聚乳酸樹脂(PLA2)，它含有91.5％的左旋乳酸單元和8.5％的右旋乳酸單元，重均分子量12.8萬，熔體流動指數5.7g/10min，用三醋酸甘油酯室溫粘接的強度(搭接面積10×3mm2)為9.8MPa。用DSC方法測得的熔點為138℃。
以上兩種聚乳酸樹脂按PLA1∶PLA2＝2∶1的重量比例混合。稱取100重量份的混合樹脂，添加0.2份的亞磷酸三壬基苯基酯、0.2份抗氧劑1076、0.3份納米羥基磷灰石、0.4份的硬脂酸鈣、2.0份的乙酰檸檬酸三丁酯、0.5份金紅石型鈦白粉，制成紡絲組合物。
采用“一步法紡絲”工藝，在一臺φ65×28的雙機位熔體紡絲機上紡絲，計量段溫度控制在220±2℃，紡絲組件的溫度控制在205±1℃。兩個熔體計量泵的規格均為10ml/r，速度各30r/min，兩塊噴絲板各6000孔，矩形排布，噴絲孔呈三葉形，等價直徑0.5mm，用25℃的干燥空氣側吹風冷卻，用滾筒法涂復油劑。兩束初生纖維合并，用七輥牽伸機進行收集和牽伸，收集速度60m/min，牽伸介質為水，牽伸溫度70℃，絲束片出水后用自來水冷卻，牽伸倍率2.5倍。用有效寬度30mm的卷曲機進行卷曲，加熱介質為水蒸氣，預熱溫度55℃；對卷曲后的纖維束進行松弛熱定型和脫水，加熱介質為空氣，定型溫度55℃，定型脫水時間15min，得到香煙過濾嘴絲束。其總線密度4.8±0.4ktex，單纖線密度為4.0±0.5dtex，卷曲數20±3個/25mm，室溫單絲強度1.3±0.3cN/dtex，伸長率5.6±1.1％。
實施例8按重量配比計算，使用實施例7的紡絲組合物。
采用“兩步法紡絲”工藝，在一臺φ65×28的雙機位熔體紡絲機上進行單機位紡絲，計量段溫度控制在225±2℃，紡絲組件的溫度控制在205±1℃。熔體計量泵的規格為10ml/r，速度32r/min，噴絲板8000孔，矩形排布，噴絲孔呈三葉形，等價直徑0.5mm，用25℃的干燥空氣側吹風冷卻，用滾筒法涂復油劑，收集速度100m/min。收集的絲束在室溫(25℃)放置48h。兩股絲束合并后用七輥牽伸機進行牽伸，牽伸介質為水，牽伸溫度80℃，牽伸倍率2.0倍，收集速度160m/min。在65℃水槽中進行緊張熱定型，絲束片出水后用自來水冷卻，收集速度150m/min。用有效寬度30mm的卷曲機進行卷曲，加熱介質為水蒸氣，預熱溫度65℃；對卷曲后的纖維束進行松弛熱定型和脫水，加熱介質為空氣，定型溫度65℃，定型脫水時間10min，得到香煙過濾嘴絲束。其總線密度4.2±0.3ktex，單纖線密度為2.6±0.4dtex，卷曲數22±3個/25mm，室溫單絲強度1.8±0.4cN/dtex，伸長率4.5±1.0％。
實施例9按重量配比計算，選用一種聚乳酸(PLA)，其中含有97％的左旋乳酸單元和3％的右旋乳酸單元。聚合物的重均分子量7.8萬，熔體流動指數15.4g/10min，用三醋酸甘油酯室溫粘接的強度(搭接面積10×3mm2)為7.0MPa。用DSC方法測得的熔點為161℃。
按重量配比計算，稱取100份的PLA，添加0.2份的亞磷酸三壬基苯基酯、0.2份抗氧劑1010、0.2份的硬脂酸鋁、2.0份的三醋酸甘油脂、0.4份金紅石型鈦白粉(杜邦902)和1.0份的1，4-丁二醇雙(β-氨基丁烯酸)酯，制成紡絲組合物。
采用“一步法紡絲”工藝，在一臺φ65×28的雙機位熔體紡絲機上紡絲，計量段溫度控制在225±2℃，紡絲組件的溫度控制在200±1℃，兩臺熔體計量泵的規格均為10ml/r，速度均為25r/min，兩塊噴絲板各6000孔，矩形排布，噴絲孔呈三葉形，等價直徑0.5mm，用25℃的干燥空氣側吹風冷卻，用滾筒法涂復油劑。兩股初生絲束合并后用七輥牽伸機進行收集和牽伸，收集速度60m/min，牽伸介質為水，牽伸溫度75℃，絲束片出水后用自來水冷卻，牽伸倍率2.5倍。用有效寬度30mm的卷曲機進行卷曲，加熱介質為水蒸氣，預熱溫度70℃；對卷曲后的纖維束進行松弛熱定型和脫水，加熱介質為空氣，定型溫度70℃，定型脫水時間10min，得到香煙過濾嘴絲束。其總線密度4.0±0.3ktex，單纖線密度為3.4±0.3dtex，卷曲數23±3個/25mm，室溫單絲強度1.5±0.4cN/dtex，伸長率4.6±1.0％。
實施例10選用一種聚乳酸樹脂(PLA)，它含有99％的左旋乳酸單元和1％的右旋乳酸單元，粘均分子量6.2萬，熔體流動指數23g/10min，用三醋酸甘油酯室溫粘接的強度(搭接面積10×3mm2)為4.2MPa。用DSC方法測得的熔點為171℃。
按重量配比計算，稱取100份的PLA，添加0.2份的亞磷酸三苯酯、0.2份抗氧劑2246、0.2份的月桂酸鈣、1.0份的二乳酸甘油脂、2.0份的三醋酸甘油脂、0.4份金紅石型鈦白粉(杜邦902)和1.0份的納米羥基磷灰石，制成紡絲組合物。
采用“一步法紡絲”工藝，在一臺φ65×28的雙機位熔體紡絲機上紡絲，計量段溫度控制在225±2℃，紡絲組件的溫度控制在200±1℃，兩臺熔體計量泵的規格均為10ml/r，速度均為30r/min，兩塊噴絲板各6000孔，矩形排布，噴絲孔呈三葉形，等價直徑0.5mm，用25℃的干燥空氣側吹風冷卻，用滾筒法涂復油劑。兩股初生絲束合并后用七輥牽伸機進行收集和牽伸，收集速度80m/min，牽伸介質為水，牽伸溫度80℃，牽伸倍率2.0倍。在64℃水槽中進行緊張熱定型，絲束片出水后用自來水冷卻，收集速度150m/min。用有效寬度30mm的卷曲機進行卷曲，加熱介質為水蒸氣，預熱溫度60℃；對卷曲后的纖維束進行松弛熱定型和脫水，加熱介質為空氣，定型溫度60℃，定型脫水時間10min，得到香煙過濾嘴絲束。其總線密度4.9±0.2ktex，單纖線密度為4.0±0.4dtex，卷曲數23±3個/25mm，室溫單絲強度2.1±0.4cN/dtex，伸長率4.0±1.0％。
在以上實施例中，只使用了一臺紡絲機，進行了單機位或雙機位的紡絲，噴絲板只有8000孔和6000孔兩種規格，都是矩形噴絲板。熟悉熔體短纖維紡絲工藝的技術人員，根據本發明所提供的原理和方法，不難設計出更大的紡絲機生產能力，更多的紡絲機位，更快的紡絲速度，不同的噴絲板形狀(如環形)和孔數等等。
權利要求
1.一種香煙過濾嘴絲束，其特征在于，它由紡絲組合物經熔體紡絲和后續的牽伸、卷曲和熱定型而成的卷曲的纖維抱合在一起的波浪型纖維束片，單絲線密度2～6dtex，絲束線密度3～6ktex，卷曲數15～30個/25mm。
2.根據權利要求1所述的一種香煙過濾嘴絲束，其特征在于，所述的紡絲組合物是由下列成分及配比構成(1)乳酸類聚合物(以下簡稱主體樹脂)，是聚乳酸的一個規格或多個規格的混合物，或者是丙交酯與ε-己內酯、丙交酯與乙交酯，或丙交酯與ε-己內酯和乙交酯的共聚物；(2)熱穩定劑為硬脂酸鈣、硬脂酸鋰、硬脂酸鋁、月桂酸鈣、乳酸鈣或乳酸鋅；相對于100份主體樹脂，熱穩定劑的質量份數為0.1～0.5；(3)抗氧劑是無毒或低毒的亞磷酸酯類穩定劑和酚類抗氧劑，其為亞磷酸三苯酯、亞磷酸三壬基苯酯、抗氧劑1010、抗氧劑1076、抗氧劑2246或抗氧劑264；相對于100份主體樹脂，抗氧劑的質量份數為0.1～0.5；(4)乳酸捕獲劑為納米二氧化硅、納米二氧化鈦、納米羥基磷灰石或1，4-丁二醇雙(β-氨基丁烯酸)酯；相對于100份主體樹脂，乳酸吸收劑的質量份數為0.1～1.0；(5)流動性和粘結性改進劑為乳酸甘油酯、三醋酸甘油酮、檸檬酸三丁酯戧乙酰檸檬酸三丁酯；相對于100份主體樹脂，改進劑的質量份數為0～5；(6)消光和增白劑為鈦白粉，相對于100份主體樹脂，鈦白粉的質量份數為0.2～0.6。
3.如權利要求2所述的一種香煙過濾嘴絲束，其特征在于，所述的主體樹脂是聚乳酸，其右旋乳酸單元的重量百分比為3～7％，重均分子量在5～20萬范圍，熔點范圍150～170℃，在190℃和2.16kg負荷下測定的熔體流動指數在5～20g/10min范圍，用三醋酸甘油酯室溫粘接的強度為4～12MPa。
4.如權利要求2所述的一種香煙過濾嘴絲束，其特征在于，所述的主體樹脂是聚乳酸的一個規格或多個規格的混合物，其右旋乳酸單元的重量百分比為3～7％；聚乳酸的重均分子量在5～20萬范圍，熔點范圍150～170℃，在190℃和2.16kg負荷下測定的熔體流動指數在5～20g/10min范圍，用三醋酸甘油酯室溫粘接的強度為4～12MPa。
5.如權利要求2所述的一種香煙過濾嘴絲束，其特征在于，所述的主體樹脂是丙交酯與ε-己內酯或丙交酯的二元共聚物，其重量百分配比為丙交酯為92～95％，ε-己內酯或丙交酯分別為5-8％，共聚物的重均分子量在5～20萬范圍，熔點范圍150～170℃，在190℃和2.16kg負荷下測定的熔體流動指數在5～20g/10min范圍，用三醋酸甘油酯室溫粘接的強度為4～12MPa。
6.如權利要求2所述的一種香煙過濾嘴絲束，其特征在于，所述的主體樹脂是三元共聚物，其重量百分配比為丙交酯為92～95％，ε-己內酯和乙交酯之和為5-8％，ε-己內酯和乙交酯單元之間的比例不限，共聚物的重均分子量在5～20萬范圍，熔點范圍150～170℃，在190℃和2.16kg負荷下測定的熔體流動指數在5～20g/10min范圍，用三醋酸甘油酯室溫粘接的強度為4～12MPa。
7.權利要求1所述的一種香煙過濾嘴絲束的制備方法，其步驟和條件如下(1)在紡絲前，把紡絲組合物進行干燥處理，使其中的水份含量降低到1000ppm以下；(2)將干燥過的紡絲組合物進行熔體紡絲，紡絲溫度190～210℃，噴絲板孔數6000～20000，噴絲孔為三葉形，等效孔徑0.25～0.5mm，長徑比2∶1～4∶1，20～25℃干燥空氣冷卻，滾筒法涂復油劑，絲束收集速度30～100m/min；(3)用5輥或7輥牽伸機對原纖維束進行牽伸，牽伸介質為水，溫度60～80℃，牽伸倍率2～5倍；(4)將經過牽伸的纖維束進行緊張熱定型并冷卻，加熱介質為水，定型溫度55～70℃，纖維長度保持率100～90％，冷卻介質為自來水；(5)用卷曲機將經過牽伸的纖維束進行卷曲，加熱介質為空氣或水蒸氣，預熱溫度50～70℃，卷曲數15～30個/25mm；(6)對卷曲后的纖維束進行干燥和松弛熱定型，加熱介質為空氣，定型溫度50～60℃，定型時間10～15min，得到香煙過濾嘴絲束。
8.如權利要求1所述的一種香煙過濾嘴絲束的制備方法，其步驟和條件如下(1)在紡絲前，把紡絲組合物進行干燥處理，使其中的水份含量降低到1000ppm以下，(2)將干燥過的紡絲組合物進行熔體紡絲，紡絲溫度190～210℃，噴絲板孔數6000～20000，噴絲孔為三葉形，等效孔徑0.25～40.5mm，長徑比2∶1～4∶1，20～25℃干燥空氣冷卻，滾筒法涂復油劑，絲束收集速度50～150m/min；(3)將收集的初生纖維束在25～55℃養生處理48～2h；(4)經過處理的纖維束在5輥或7輥牽伸機上進行牽伸，牽伸介質為水，牽伸溫度70～90℃，牽伸倍率1～3倍；(5)將經過牽伸的纖維束進行緊張熱定型并冷卻，加熱介質為水，定型溫度55～70℃，纖維長度保持率100～90％，冷卻介質為自來水；(6)用卷曲機將經過牽伸的纖維束進行卷曲，加熱介質為空氣或水蒸氣，預熱溫度50～70℃，卷曲數15～30個/25mm；(7)對卷曲后的纖維束進行干燥和松弛熱定型，加熱介質為空氣，定型溫度50～60℃，定型時間10～15min，得到香煙過濾嘴絲束。
9.如權利要求7或8所述乳酸類聚合物香煙過濾嘴絲束的制備方法，其特征在于，在步驟(2)滾筒法涂復的油劑，是水溶性聚合物的水溶液，并加有季銨鹽類、非離子型和/或陰離子型表面活性劑和/或抗靜電劑；所述的水溶性聚合物選自聚乙烯醇、聚乙二醇或聚氧乙烯；其重量濃度為0.05～0.5％；所述的季銨鹽類表面活性劑和/或抗靜電劑，選自抗靜電劑三羥乙基甲基銨硫酸甲酯鹽、抗靜電劑硬質酰胺丙基二甲基-β-羥乙基銨二氫磷酸鹽、抗靜電劑烷基磷酸酯二乙醇胺鹽，重量濃度0.02～0.2％；所述的非離子型表面活性劑選自吐溫20、40、60或80、C8-10烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯月桂基醚、聚氧乙烯甘油醚、聚乙二醇單月桂酸酯、聚氧乙二醇單硬脂酸酯及聚乙二醇單油酸酯的一種或多種，重量濃度0.02～0.2％；所述的陰離子型表面活性劑選自十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉或它們的混合物，重量濃度0.02～0.2％。
全文摘要
本發明涉及一種香煙過濾嘴絲束及其制備方法。該香煙過濾嘴絲束，是由乳酸類聚合物樹脂經熔體紡絲和后續的牽伸、卷曲和熱定型而成，單絲線密度2～6dtex，絲束線密度3～6ktex，卷曲數15～30個/25mm。其制備方法可以采用類似于醋酸纖維素的粘合工藝加工成濾棒。由于該絲束由可生物降解的乳酸類聚合物紡制而成，它的聚酯結構和大的比表面積有利于對有機物的吸附，因而用它制成的香煙過濾嘴對煙氣中的有害物質有吸附作用，對固體微粒有過濾作用，可望在中高檔香煙中使用。
文檔編號D01F6/62GK1961765SQ200610131699
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月30日 優先權日2006年11月30日
發明者景遐斌, 楊立新, 趙淑珍, 陳學思, 邊新超 申請人:中國科學院長春應用化學研究所