專利名稱：一種聚乳酸卷煙絲束用可降解粘合劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種卷煙絲束用可生物降解粘合劑及其制備方法，特指其用于聚乳酸卷煙絲束。
背景技術(shù)：
市場上現(xiàn)有的香煙過濾嘴材料主要為醋酸纖維素和聚丙烯。醋酸纖維素濾材 已經(jīng)有30多年的歷史，過濾和吸附性能優(yōu)異，主要通過三醋酸甘油酯增塑劑來成型過濾 嘴棒，三醋酸甘油酯對醋酸纖維素有溶融搭接的作用。聚丙烯濾材的原料是石油，制造 成本低，但由于聚丙烯是非極性材料，纖維的粘合成型需要專門的粘合劑，如中國專利號 200410023332. 8提出了 一種煙用聚丙烯絲束成型粘合劑，其主要成分為苯乙烯-丁二 烯_苯乙烯嵌段、苯乙烯_異戊二烯_苯乙烯、石油樹脂、萜烯樹脂、松香甘油酯；美國專利 US4521493涉及的煙用聚丙烯絲束粘合劑由A、B兩部分組成，A部分由聚萜烯樹脂、2-甲基 苯乙烯、乙烯甲苯等成分之一組成，B部分是由醋酸乙烯與松香酸或甲基松香酸的共聚物組 成?？梢娋郾┙z束粘合劑的主要成分都是不可降解的，而且還具有一定的毒性，對人體健 康有很大危害。聚乳酸是以淀粉基農(nóng)作物經(jīng)過現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)酵得到的乳酸為原料，再經(jīng)過特殊 的聚合反應(yīng)過程生成的高分子樹脂。聚乳酸具有良好的生物降解性，使用后能被自然界中 微生物完全降解，用它制成的各種制品埋在土壤中6至12個月即可降解為二氧化碳和水。 聚乳酸經(jīng)紡絲和后處理制成“煙用聚乳酸絲束”，絲束再經(jīng)開松、上膠、卷棒制成“過濾嘴 棒，，?！熬廴樗徇^濾嘴棒”具有原料可再生、濾棒過濾性能優(yōu)異、廢棄可完全生物降解等 優(yōu)點。但是用三醋酸甘油酯無法粘合成型；使用聚丙烯絲束粘合劑成型效果也不佳，主要有 以下缺點1)粘合劑不具有生物降解性；2)水揮發(fā)較慢，粘合周期長；3)粘合強度差。因此開發(fā)可生物降解的、干燥速度快的、粘接強度合適的、適用于聚乳酸卷煙絲束 的粘合劑成為發(fā)展的必然趨勢。水性聚氨酯粘合劑以水作為分散介質(zhì)，具有無毒，不燃，環(huán)保等優(yōu)點，其分子內(nèi)包 含大量的極性基團，具有氨酯鍵、脲鍵、離子鍵、氫鍵等利于粘接的各種鍵。因此，對許多合 成材料，尤其是極性材料和多孔性材料，均具有良好的粘接性，是一種應(yīng)用前景廣泛的“綠 色粘合劑材料”，可將水性聚氨酯粘合劑用于聚乳酸卷煙絲束的粘接。然而傳統(tǒng)的水性聚氨 酯粘合劑主要用不可降解的多元醇作為羥基單體，所得粘合劑不可降解，給環(huán)境帶來污染， 因此許多研發(fā)人員致力于開發(fā)可生物降解的水性聚氨酯粘合劑，使這些廢棄物在自然界中 借助酶菌的作用而分解，最終變?yōu)槎趸己退?。如中國專利申請?zhí)?00610019567. 9報道 了一種天然高分子復(fù)合水性聚氨酯粘合劑及其制備方法，是將淀粉、大豆蛋白、改性淀粉、改性大豆蛋白中的任意一種或任意一種以上與所制備的水性聚氨酯乳液混合，制得了可生 物降解的水性聚氨酯粘合劑。但該粘合劑用于聚乳酸絲束具有干燥時間長、粘合強度差等 缺點
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明結(jié)合聚乳酸卷煙絲束的各種特點和現(xiàn)有粘合劑用于聚乳酸絲束存在的不 足，克服了干燥時間長、粘合強度差、不可降解等問題，提供一種卷煙絲束用可生物降解粘 合劑及其制備方法。該發(fā)明適用于聚乳酸卷煙絲束，并且粘合劑本身可生物降解。本發(fā)明的工藝路線分為三個階段第一階段為預(yù)聚合，即由羥基單體、親水單體、 異氰酸酯單體通過逐步聚合反應(yīng)，生成聚氨酯預(yù)聚體；第二階段為中和成鹽后加水進行預(yù) 聚體的分散；第三階段為加入擴鏈劑形成水性聚氨酯粘合劑。本發(fā)明所需要解決的技術(shù)問題，可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)作為本發(fā)明的第一方面，一種聚乳酸卷煙絲束用可降解粘合劑，其特征在于，所述 粘合劑為水性聚氨酯粘合劑，經(jīng)過預(yù)聚合、中和成鹽及分散和擴鏈三個階段制成；按照質(zhì)量百分比計，所述預(yù)聚合，羥基單體60-75%、親水單體2-10%、異氰酸酯 單體15-25%，通過逐步聚合反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)體系的粘度添加1-5%的溶劑，生成聚氨酯預(yù) 聚體；聚氨酯預(yù)聚體加入2-7%的中和劑中和成鹽，然后加1-6倍的進行預(yù)聚體的分散；加入1-6%擴鏈劑形成水性聚氨酯粘合劑。所述粘合劑本身可生物降解。作為本發(fā)明的第二方面，一種聚乳酸卷煙絲束用可降解粘合劑的制備方法，合成 工藝路線分為三個階段，按照質(zhì)量百分比計(1)預(yù)聚合，預(yù)聚合，羥基單體60-75%、親水單體2-10%、異氰酸酯單體15-25%， 通過逐步聚合反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)體系的粘度添加1-5%的溶劑，生成聚氨酯預(yù)聚體；(2)聚氨酯預(yù)聚體加入2-7%的中和劑中和成鹽，然后加1-6倍的水進行預(yù)聚體的 分散；(3)加入1-6%擴鏈劑形成水性聚氨酯粘合劑。其中步驟(1)中，將羥基單體和親水單體，在90°C、0. 09-0. IMPa的真空度下抽 真空lh，然后將初聚溫度調(diào)控在60-90°C范圍內(nèi)并加入計量的異氰酸酯單體，控制R(R = [NCO]/[OH])的比值，根據(jù)R大小調(diào)節(jié)預(yù)聚物分子量，根據(jù)反應(yīng)體系的粘度添加1-5%的溶 齊U，制得不同分子量的聚氨酯預(yù)聚體。所述羥基單體可完全生物降解，包括數(shù)均分子量為200-3000的端羥基封端的乳 酸低聚物、端羥基封端的乙醇酸低聚物、端羥基封端的乳酸和乙醇酸的共聚物、聚酯多元 醇、聚己內(nèi)酯多元醇等物質(zhì)的任意一種；優(yōu)選于聚乳酸1，4_ 丁二醇酯二醇、聚乙醇酸1， 4_ 丁二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸-1，6-己二醇酯二醇、聚己二酸-1， 4_ 丁二醇酯二醇、聚ε -己內(nèi)酯二醇，最優(yōu)選于聚乳酸-1，4-丁二醇酯二醇。所述羥基單體中的端羥基封端的乳酸低聚物的制備方法為將乳酸加入到反應(yīng)釜 中，在80°C、5000Pa的真空度下抽真空2h，然后升溫到160°C，乳酸二元醇辛酸亞錫催 化劑摩爾比例為1 1.2 0.0011，在5000Pa的真空條件下縮合反應(yīng)2-4h，制得端羥基封端的乳酸低聚物。所述異氰酸酯單體為異佛爾酮二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷_4， 4' -二異氰酸酯、多亞甲基多苯基多異氰酸酯、1，6_己二異氰酸酯的任意一種；優(yōu)選于1， 6-己二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯。所述親水單體為2，2_ 二羥甲基丙酸、N-甲基二乙醇胺、乙二胺基乙磺酸鈉、1， 4- 丁二醇-2-磺酸鈉的任意一種；優(yōu)選于N-甲基二乙醇胺或2，2- 二羥甲基丙酸，其中親 水單體占聚氨酯質(zhì)量的2-7%。所述溶劑為1-甲基-2-吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、丁酮、丙酮、乙酸乙酯、乳 酸乙酯的任意一種；優(yōu)選于1-甲基-2-吡咯烷酮、乳酸乙酯或丙酮。其中步驟(2)中和成鹽及分散，在步驟(1)的基礎(chǔ)上，降溫至30-50°C，加入中和劑 中和成鹽，30分鐘后，控制聚氨酯固含量為20-50%，將計量的水分散于成鹽后的聚氨酯預(yù) 聚體中，并高速攪拌30分鐘制得水性聚氨酯乳液；其中所述中和劑為三乙胺、甲胺、氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀的任意一種；優(yōu)選于三 乙胺、氫氧化鉀。步驟(3)在步驟⑵的基礎(chǔ)上，加入擴鏈劑，繼續(xù)攪拌30分鐘出料，得到水性聚氨 酯粘合劑；其中所述擴鏈劑為乙二胺、己二胺、丁二胺、1，6_己二醇、1、4_ 丁二醇、一縮二乙 二醇的任意一種；優(yōu)選乙二胺、1、4_ 丁二醇。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明利用可生物降解的多元醇作為聚氨酯的羥基單體，將其引入聚氨酯鏈段 中，制備出可生物降解、環(huán)保無毒、可持續(xù)發(fā)展、易甩膠的水性聚氨酯粘合劑，并添加少量可 溶于水的、易揮發(fā)的溶劑，在干燥過程中，溶劑與水形成共混物，提高了水的揮發(fā)性，使其干 燥速度加快，縮短了干燥時間。用此粘合劑生產(chǎn)聚乳酸絲束過濾嘴棒，完全可以使用現(xiàn)有過 濾嘴棒的生產(chǎn)設(shè)備，將該粘合劑用于聚乳酸卷煙絲束的粘接，能生產(chǎn)出可生物降解、環(huán)保無 毒、且粘接性能良好的聚乳酸過濾嘴棒。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具 體實施例，進一步闡述本發(fā)明。實施例1將21. 85g端羥基封端的乳酸低聚物(數(shù)均分子量為2000)和1. 6g 2，2_ 二羥甲 基丙酸加入三口燒瓶中，熔化后混合攪拌，在90°C時抽真空lh，真空度為0. IMPa0然后降溫 到70°C依次加入1.9g 1-甲基-2-吡咯烷酮、4. 77g甲苯二異氰酸酯和0. Ig催化劑(二月 桂酸二丁基錫)，水浴加熱反應(yīng)2小時得預(yù)聚物，并開始降溫。將預(yù)聚物降溫到50°C，先用 乳酸乙酯(3g)稀釋，待粘度降低后，加1.2g三乙胺進行中和30分鐘成鹽，相轉(zhuǎn)變基本完成 后。在高速攪拌下加入103g水乳化，隨后慢慢滴加擴鏈劑0.65g乙二胺，進一步擴鏈乳化 反應(yīng)30分鐘左右，得到白色乳液(聚氨酯固含量25% )。實施例2在實施例1操作條件下，將4. 77g甲苯二異氰酸酯換為4. 60g 1,6-己二異氰酸酯，得到白色乳液(聚氨酯固含量25%)。實施例3
在實施例1操作條件下，將端羥基封端的乳酸低聚物換為聚己二酸-1，4-丁二醇 酯二醇，加入80g水，得到白色乳液(聚氨酯固含量30% )。實施例4在實施例1操作條件下，將乳酸乙酯換為丙酮，加入51g水，得到白色乳液(聚氨 酯固含量40% )。實施例5在實施例1操作條件下，加入34g水，得到白色乳液(聚氨酯固含量50% )。實施例中所得產(chǎn)品的主要性能見表1。表1實施例中所得產(chǎn)品的主要性能
粘度(25°C /拉伸剪切強 固化時間
實施例PH值/min是否能降
mPa. S度 /MPa解
(50 0C )
~I107578280fi
~~21276Λ370
~167T\ 5865fi
~2077Γ6460
~307 ΓθΟ50M
對比實施例
聚丙烯絲束粘 206. 5 4. 20150不能
合劑注拉伸剪切強度參照GB/T 7124-86，用聚乳酸材料作為粘接材料。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等同物界定。
權(quán)利要求
一種聚乳酸卷煙絲束用可降解粘合劑，其特征在于，所述粘合劑為水性聚氨酯粘合劑，經(jīng)過預(yù)聚合、中和成鹽及分散和擴鏈三個階段制成；按照質(zhì)量百分比計，所述預(yù)聚合，羥基單體60-75％、親水單體2-10％、異氰酸酯單體15-25％，通過逐步聚合反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)體系的粘度添加1-5％的溶劑，生成聚氨酯預(yù)聚體；聚氨酯預(yù)聚體加入2-7％的中和劑中和成鹽，然后加1-6倍的水進行預(yù)聚體的分散；加入1-6％擴鏈劑形成水性聚氨酯粘合劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚乳酸卷煙絲束用可降解粘合劑，其特征在于所述粘 合劑本身可生物降解。
3.—種如權(quán)利要求1所述的聚乳酸卷煙絲束用可降解粘合劑的制備方法，合成工藝路 線分為三個階段，按照質(zhì)量百分比計(1)預(yù)聚合，預(yù)聚合，羥基單體60-75%、親水單體2-10%、異氰酸酯單體15-25%，通過 逐步聚合反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)體系的粘度添加1-5%的溶劑，生成聚氨酯預(yù)聚體；(2)聚氨酯預(yù)聚體加入2-7%的中和劑中和成鹽，然后加1-6倍的水進行預(yù)聚體的分散；(3)加入1-6%擴鏈劑形成水性聚氨酯粘合劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，將羥基單體和親水單體， 在90°C、0. 09-0. IMPa的真空度下抽真空lh，然后將初聚溫度調(diào)控在60_90°C范圍內(nèi)并加入 計量的異氰酸酯單體，控制R的比值，根據(jù)R大小調(diào)節(jié)預(yù)聚物分子量，根據(jù)反應(yīng)體系的粘度 添加1-5%的溶劑，制得不同分子量的聚氨酯預(yù)聚體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述羥基單體可完全生物降解，包括 數(shù)均分子量為200-3000的端羥基封端的乳酸低聚物、端羥基封端的乙醇酸低聚物、端羥基 封端的乳酸和乙醇酸的共聚物、聚酯多元醇、聚己內(nèi)酯多元醇的任意一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述羥基單體中的端羥基封端的乳 酸低聚物的制備方法為將乳酸加入到反應(yīng)釜中，在80°C、5000Pa的真空度下抽真空2h，然 后升溫到160°C，乳酸二元醇辛酸亞錫催化劑摩爾比例為1 1.2 0.0011，在5000Pa 的真空條件下縮合反應(yīng)2-4h，制得端羥基封端的乳酸低聚物。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述異氰酸酯單體為異佛爾酮二異 氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷_4，4' - 二異氰酸酯、多亞甲基多苯基多異氰酸酯、 1,6-己二異氰酸酯的任意一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述親水單體為2，2_二羥甲基丙酸、 N-甲基二乙醇胺、乙二胺基乙磺酸鈉、1，4_ 丁二醇-2-磺酸鈉的任意一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述溶劑為1-甲基-2-吡咯烷酮、 N，N-二甲基甲酰胺、丁酮、丙酮、乙酸乙酯、乳酸乙酯的任意一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中和成鹽及分散，在步 驟(1)的基礎(chǔ)上，降溫至30-50°C，加入中和劑中和成鹽，30分鐘后，控制聚氨酯固含量為 20-50%，將計量的水分散于成鹽后的聚氨酯預(yù)聚體中，并高速攪拌30分鐘制得水性聚氨 酯乳液；其中所述的中和劑為三乙胺、甲胺、氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀的任意一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)在步驟(2)的基礎(chǔ)上，加入擴鏈劑，繼續(xù)攪拌30分鐘出料，得到水性聚氨酯粘合劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制備方法，其特征在于，所述擴鏈劑為乙二胺、己二胺、丁 二胺、1，6-己二醇、1、4_ 丁二醇、一縮二乙二醇的任意一種。
全文摘要
一種聚乳酸卷煙絲束用可降解粘合劑，經(jīng)過預(yù)聚合、中和成鹽及分散和擴鏈三個階段制成水性聚氨酯粘合劑，可生物降解。所述粘合劑的制備方法，包括(1)預(yù)聚合，預(yù)聚合，羥基單體60-75％、親水單體2-10％、異氰酸酯單體15-25％，通過逐步聚合反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)體系的粘度添加1-5％的溶劑，生成聚氨酯預(yù)聚體；(2)聚氨酯預(yù)聚體加入2-7％的中和劑中和成鹽，然后加1-6倍的水進行預(yù)聚體的分散；(3)加入1-6％擴鏈劑形成水性聚氨酯粘合劑。本發(fā)明合成粘合劑適用于聚乳酸卷煙絲束的粘接，可生產(chǎn)出可生物降解、環(huán)保無毒、且粘接性良好的聚乳酸過濾嘴棒。
文檔編號C09J175/04GK101805583SQ20101012735
公開日2010年8月18日 申請日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者付敏, 任杰, 呂效東, 王秦峰, 程焱, 許克強, 郁曉 申請人:上海同杰良生物材料有限公司