一種可降解煙用過濾嘴絲束及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種可降解煙用過濾嘴絲束及其制備方法，屬于降解材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 香煙過濾嘴是卷煙發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。在過濾嘴最初出現(xiàn)的時候，主要是作 為卷煙的嘴狀部件，起裝飾作用，幾乎沒有其他的功能。隨著卷煙技術(shù)的發(fā)展，以及人們對 低害卷煙的最求，過濾嘴逐漸從可有可無的地位，轉(zhuǎn)化為卷煙中不可或缺的一部分，并承擔 了降焦減害的功能。
[0003] 目前應用最為廣泛的煙用過濾材料是醋酸纖維素絲束，由其制成的卷煙過濾嘴材 料，彈性好、無毒、無味、熱穩(wěn)定性好、吸阻小、截濾效果顯著、能選擇性地吸附卷煙中的有害 成分，同時又保留了一定的煙堿而不失香煙口味，自20世紀50年代投入市場以來，深受歡 迎。醋酸纖維來源于優(yōu)質(zhì)木材，由木材到醋酸纖維的過程中伴隨一系列高污染的物理化學 處理，紡絲過程采用溶液紡絲法，成本較高，還要面臨溶劑回收的問題。為此，業(yè)界曾采 用聚丙烯熔融紡絲來制備香煙過濾嘴，其可以有效截留煙氣中的自由基，且價格便宜，但 是聚丙烯絲束作為過濾材料成棒率低、硬度低、氣阻小，對煙氣中的焦油截留效率低，還不 適于全面替代醋酸纖維類過濾材料。
[0004] 而聚乳酸材料是一種以可再生的植物資源為原料，以化學方法合成的新型可降解 材料。與醋纖分子結(jié)構(gòu)類似，聚乳酸分子鏈上也帶有強極性基團，因此其對焦油類物質(zhì)有較 強吸附性，可作為香煙過濾材料使用。同時，聚乳酸可以采用熔融紡絲的方法制成絲束，不 存在溶劑處理的問題，有利于對環(huán)境的保護作用。
[0005] 如中國專利（授權(quán)公告號：CN100569127C)公開了一種香煙過濾嘴絲束及其制備 方法，以聚乳酸類樹脂為原料，經(jīng)熔體紡絲及后續(xù)的牽伸、卷曲和熱定型而成。所制成的香 煙過濾嘴對煙氣中的有害物質(zhì)有吸附作用，對固體微粒有過濾作用，然而，由純聚乳酸制得 的香煙過濾嘴存在脆性大，易發(fā)生水解的問題，影響了實際使用中的效果，且實際使用中耐 熱性也相對較差的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提出一可降解煙用過濾嘴絲束及其制備 方法，解決的問題是實現(xiàn)具有良好的耐熱性和脆性且相容性好的效果。
[0007] 本發(fā)明的目的之一是通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)的，一種可降解煙用過濾嘴絲 束，該可降解煙用過濾嘴絲束主要由以下重量份的原料制成：
[0008] 聚L-乳酸：70~99;聚D-乳酸：0. 5~5. 0;聚乳酸共聚物：1. 0~30;硬脂酸及 其鹽類化合物：0.01~2.0 ;所述聚乳酸共聚物由聚乳酸與聚己二酸-對苯二甲酸-丁二醇 共聚而成。
[0009] 本發(fā)明可降解煙用過濾嘴絲束，為了解決單獨使用聚乳酸制作的絲速在脆性及耐 熱性方面的缺陷，本發(fā)明通過在組合物中加入聚乳酸共聚物，從而能夠增加聚乳酸絲束的 韌性，同時，加入的聚D-乳酸（PDLA)及硬脂酸及其鹽類化合物的加入能夠增加聚乳酸的結(jié) 晶速率，進而增加了聚乳酸絲束的耐熱性能，能夠有效減少其作為香煙過濾嘴所欠缺的韌 性及耐熱性問題。另外，本發(fā)明通過采用化學方法將聚乳酸與PBAT鍵合，能夠有效增強二 者之間的相容性，從而能夠有效避免紡絲過程中不同組分相分離的問題，具有較好的相容 性又能夠保證絲束的韌性和耐熱性能，保證對煙氣中有害物質(zhì)的過濾效果。
[0010] 在上述可降解煙用過濾嘴絲束中，作為優(yōu)選，所述聚乳酸共聚物中聚乳酸與聚己 二酸-對苯二甲酸-丁二醇的質(zhì)量比為1 :3~3 :1。上述聚乳酸共聚物是由聚乳酸與聚己 二酸-對苯二甲酸-丁二醇（PBAT)組成的共聚物，其中的聚乳酸段可以是PLLA也可以是 TOLA。目的是為了在聚乳酸樹脂中引入柔性高分子材料，增加聚乳酸絲束的韌性，同時由于 共聚物中的聚乳酸組分的存在，從而能夠有效增加聚乳酸基體樹脂與PBAT之間的相容性， 避免了不同高分子材料紡絲產(chǎn)生相分離，又能夠有效保證相容性能。作為進一步的優(yōu)選，所 述聚乳酸共聚物中聚乳酸與聚己二酸-對苯二甲酸-丁二醇的質(zhì)量比為2 :3~3 :2,作為 最優(yōu)選，所述聚乳酸共聚物中聚乳酸與聚己二酸-對苯二甲酸-丁二醇的質(zhì)量比為1 :1。
[0011] 在上述可降解煙用過濾嘴絲束中，作為優(yōu)選，所述聚乳酸共聚物的數(shù)均分子量為 30000~250000 ;所述聚乳酸共聚物的分布寬度為1. 5~4. 0。采用上述聚乳酸共聚物目 的是為了使有利于相容材料在聚乳酸樹脂中的分散，同時采用較窄的分散寬度目的是為了 增加共聚物的增容效果。作為進一步的優(yōu)選，所述聚乳酸共聚物的分布寬度為1. 8~2. 5。
[0012] 在上述可降解煙用過濾嘴絲束中，作為優(yōu)選，所述聚L-乳酸的數(shù)均分子量為 80000~200000 ;所述聚L-乳酸的分布寬度為I. 1~2. 0。通過采用分子量和分布寬度較 高的聚L-乳酸樹脂有利于紡絲成高強度的纖維絲束，但分子量超過200000則影響材料流 動性，需提高紡絲溫度，但同時又容易引發(fā)聚乳酸樹脂的降解不利于實際操作。作為優(yōu)選， 所述分布寬度小于1. 5,有利于提高紡絲穩(wěn)定性，減少斷絲現(xiàn)象發(fā)生。
[0013] 在上述可降解煙用過濾嘴絲束中，作為優(yōu)選，所述聚L-乳酸中L-乳酸的旋光純度 多98%，優(yōu)選旋光純度多99. 5%。通過采用較高純度的聚L-乳酸樹脂具有更規(guī)整的分子 結(jié)構(gòu)，具有更快的結(jié)晶速率以及能達到更高的結(jié)晶度，從而具有更佳的耐熱溫度，在吸煙過 程中不致由于耐熱性不夠而產(chǎn)生塌陷等現(xiàn)象。
[0014] 在上述可降解煙用過濾嘴絲束中，作為優(yōu)選，所述聚D-乳酸的數(shù)均分子量為80000~200000 ;所述聚D-乳酸的分布寬度為I. 1~2. 0。通過使聚D-乳酸與前述的聚 L-聚乳酸的分子量相近，使有利于形成PLLA/PDLA的立構(gòu)結(jié)晶，進而引發(fā)單獨PLLA的結(jié)晶， 從而提高纖維的耐熱性能。作為優(yōu)選，所述聚D-乳酸中D-乳酸旋光純度多98%，優(yōu)選旋光 純度多99. 5%。通過采用較高的聚D-乳酸樹脂具有更規(guī)整的分子結(jié)構(gòu)，能夠與PLLA更快 的立構(gòu)結(jié)晶。
[0015] 在上述可降解煙用過濾嘴絲束中，作為優(yōu)選，所述硬脂酸及其鹽類化合物選自硬 脂酸、硬脂酸鎂、硬脂酸鈣、硬脂酸鈉、硬脂酸鉀和硬脂酸鋁中的一種或幾種。采用硬脂酸 及其鹽類化合物可以作為酯交換催化劑使用，能夠使實現(xiàn)原位催化從而生成PLLA-PDLA， TOLA-PLLA-co-PBAT等共聚物，能夠進一步增加體系內(nèi)各組分之間的相互作用，尤其有利于 增加PLLA與I 3DLA之間的作用，提高體系的結(jié)晶速率，進而更有效的增加纖維的耐熱性能。
[0016] 本發(fā)明的目的之二是通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)的，一種可降解煙用過濾嘴絲束 的制備方法，所述可降解煙用過濾嘴絲束主要由以下重量份的原料制成：
[0017] 聚L-乳酸：70~99;聚D-乳酸：0. 5~5. 0;聚乳酸共聚物：1. 0~30;硬脂酸及 其鹽類化合物：0.01~2.0 ;所述聚乳酸共聚物由聚乳酸與聚己二酸-對苯二甲酸-丁二醇 共聚而成；
[0018] 該可降解煙用過濾嘴絲束的制備方法包括以下步驟：
[0019] A、按照上述可降解煙用過濾嘴絲束的成分配比選取原料，將聚L-乳酸、聚D-乳 酸、聚乳酸共聚物和硬脂酸及其鹽類化合物進行混合均勻后，進行擠出造粒，得到相應的聚 乳酸改性樹脂顆粒；
[0020] B、將上述聚乳酸改性樹脂顆粒加入紡絲機中進行紡絲，然后進行冷卻、牽伸和定 型處理，然后采用膠粘劑使粘結(jié)成型，得到可降解煙用過濾嘴絲束。
[0021] 在上述的降解煙用過濾嘴絲束的制備方法，作為優(yōu)選，步驟B中所述紡絲的溫度 為200°C~260°C。結(jié)合本發(fā)明的紡絲材料，能夠使紡絲質(zhì)量較好，不易出現(xiàn)紡絲斷裂的現(xiàn) 象，提高紡絲的穩(wěn)定性，減少了斷絲現(xiàn)象的發(fā)生。
[0022] 在上述的可降解煙用過濾嘴絲束的制備方法，作為優(yōu)選，步驟B中所述膠粘劑為 聚乳酸共聚物，且所述聚乳酸共聚物由聚乳酸與聚己二酸-對苯二甲酸-丁二醇共聚而成， 所述聚乳酸共聚物的數(shù)均分子量為300~3000。通過采用上述適宜的分子量區(qū)間可以使聚 乳酸共聚物在常溫下處于液態(tài)，從而具有較好的流動性，在噴灑過程中有利于分散于絲束 的表面，增加粘合效果；同時，由于膠粘劑的成分與絲束中材料的組成中的原料之一相同， 因此，能夠與絲束產(chǎn)生較強的粘合力，提高粘接效果，同時保證了絲束材料的全降解性能。 作為進一步的優(yōu)選，所述聚乳到共聚物中聚乳酸與聚己二酸-對苯二甲酸-丁二醇的質(zhì)量 比為1 :3~3 :1。
[0023] 綜上所述，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有