一種糖醇改性聚乳酸共聚物材料及其煙用絲束的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了糖醇改性聚乳酸共聚物材料及其在煙用絲束上的應(yīng)用。以聚乳酸為基礎(chǔ)性組劑，糖醇為接枝單體，在催化劑辛酸亞錫和/或氧化鋅的催化條件下，經(jīng)添加消白增光母粒，于180℃-200℃下加熱至熔融狀態(tài)，合成糖醇-g-聚乳酸接枝共聚物。將共聚物材料共混熔融紡絲后，依次經(jīng)三葉型噴絲孔的紡絲板進(jìn)行噴絲，20-25℃環(huán)吹風(fēng)冷卻至室溫，70-95℃水浴牽伸，70-90℃下卷曲成型，80-125℃烘干定型制得煙用絲束。該方法可以提高聚丙烯（或聚乳酸）纖維煙用濾嘴棒的過濾吸附效果和卷煙感官質(zhì)量，提升產(chǎn)品檔次，同時(shí)，該濾嘴棒生產(chǎn)過程簡單、便于實(shí)施，生產(chǎn)的濾嘴棒成本較低、也有利于應(yīng)用推廣。
【專利說明】一種糖醇改性聚乳酸共聚物材料及其煙用絲束
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煙用絲束的制備方法，尤其是一種糖醇改性的聚乳酸材料及其煙用絲束的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]香煙濾嘴對(duì)降焦減害，提高香煙品位起到很大作用，是卷煙生產(chǎn)過程中不可缺少的一部分。目前市場上的香煙濾嘴材料主要有二種，一是醋酸纖維絲束，二是聚丙烯纖維絲束。醋酸纖維絲束綜合性能優(yōu)越，主要用于中高檔香煙，但醋酸纖維絲束是以多年生的優(yōu)質(zhì)木材為原料，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)出二醋酸纖維素片，再用丙酮溶解后干法紡絲生產(chǎn)出來的，整個(gè)生產(chǎn)過程工藝復(fù)雜、投資較大、價(jià)格昂貴，也易帶來環(huán)境污染。我國的森林資源有限，木材質(zhì)量也不適合生產(chǎn)醋酸纖維素，每年需大量進(jìn)口醋酸纖維素和醋酸纖維絲束。另一方面，纖維素本身是可以降解的，但醋酸酯化后，生物降解性能有所下降，不再屬于嚴(yán)格意義上的降解材料。聚丙烯纖維絲束來源豐富，生產(chǎn)過程簡單，價(jià)格較低，但是由于聚丙烯纖維本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，生產(chǎn)的濾嘴棒綜合性能較差，只能用于低檔香煙。聚丙烯纖維不能生物降解，大量使用，產(chǎn)生的廢棄物對(duì)環(huán)境不利。
[0003]聚乳酸是一種可生物降解的新型高分子材料，近幾年得到快速發(fā)展，是以玉米、甘蔗、馬鈴薯、甘薯等農(nóng)作物經(jīng)過現(xiàn)代生物技術(shù)生產(chǎn)出乳酸產(chǎn)物為原料，聚合生成的高分子材料，它的原料是可快速再生的植物資源，原料來源充分、價(jià)格低廉。聚乳酸纖維具有良好的生物相容性和生物可吸收性，在 自然條件下或在人體條件下，會(huì)發(fā)生生物降解，最終變成二氧化碳和水，不留任何污染物，是名副其實(shí)的環(huán)境友好、綠色環(huán)保材料。同時(shí)聚乳酸是唯一具有優(yōu)良抑菌及抗霉特性的生物可降解材料；燃燒時(shí)不會(huì)散發(fā)毒氣，不會(huì)造成污染；在醫(yī)藥領(lǐng)域，聚乳酸可用于生產(chǎn)一次性輸液用具、免拆型手術(shù)縫合線等，具有可靠的安全性能。
[0004]鑒于聚乳酸良好的安全性能、環(huán)保性能、抑菌抗霉特性等，近年來，國內(nèi)不少研究院所和企業(yè)都在進(jìn)行將聚乳酸纖維應(yīng)用于煙用絲束方面的研究，但是常規(guī)的聚乳酸纖維絲束和應(yīng)用于中、高檔香煙的醋酸纖維絲束相比，在粘接性能、煙氣過濾、卷煙感官質(zhì)量等方面還有一些差距。為解決上述問題，國內(nèi)多數(shù)研究(專利申請(qǐng)?zhí)枮?CN200610016643.0、CN200610131699.0.CN201310030060.3、CN201310048812.9)都是采用不同結(jié)構(gòu)的乳酸共聚或不同結(jié)構(gòu)的多種聚乳酸共混紡絲的方法來改性，其目的是降低絲束結(jié)晶度，使絲束表面結(jié)構(gòu)變的疏松、無序，在濾棒成型時(shí)施加三醋酸甘油酯增塑劑后，可使絲束溶脹粘結(jié)。改性后，聚乳酸絲束所制濾棒，與醋纖濾棒卷煙相比，煙氣常規(guī)成分釋放量接近，感官質(zhì)量有所提高。但是，聚乳酸絲束結(jié)晶度降低以后，耐熱性能大幅下降，在高速接裝卷煙時(shí)，因刀片摩擦生熱，產(chǎn)生粘刀問題；同時(shí)，結(jié)晶度降低后，絲束剛性下降，需填充更多的絲束才能保證濾棒的硬度，濾棒成本也大幅上升，難以大批量推廣應(yīng)用。國內(nèi)也有單位用煙用水基膠粘劑研制出聚乳酸纖維濾棒，生產(chǎn)的濾棒硬度、圓周、切面等物理指標(biāo)較好，也基本解決了耐熱性和成本問題，但是接煙后的卷煙感官質(zhì)量與醋纖棒相比仍有差距。
[0005]聚乳酸纖維絲束[H-(0CHCH3C00CHCH3C0)n_0H]和煙用醋酸纖維絲束[C6H7O2 (OCOCH3)x(OH) 3-x] η, x=2.28~2.49，一樣都是由C、H、O三種元素組成，屬碳水化合物；而聚丙烯絲束(_[CHCH3CH2]n-)只有C、H 二種元素組成，屬碳?xì)浠衔铩脑亟M成和分子結(jié)構(gòu)方面，也決定著聚乳酸纖維絲束的性能會(huì)優(yōu)于丙纖絲束。從分子結(jié)構(gòu)還可以看出:聚乳酸纖維分子鏈上含有與醋酸纖維分子相同的酯基(-C00-)，除了分子鏈兩端外，在分子鏈中間不含羥基(-0H)。分子鏈中羥基(-0H)數(shù)量過少，這也可能是引起二者在煙氣過濾、卷煙感官質(zhì)量方面方面差異的一個(gè)重要原因。
[0006]糖醇是一種多元醇，含有二個(gè)以上的羥基。目前開發(fā)的有山梨糖醇、甘露糖醇、赤鮮糖醇、麥芽糖醇、乳糖醇、木糖醇等，這些糖醇對(duì)酸、熱有較高的穩(wěn)定性，不容易發(fā)生美拉德反應(yīng)，成為低熱值食品甜味劑，廣泛應(yīng)用于低熱值食品配方。國外已把糖醇作為食糖替代品，廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)中。用糖醇制取的甜味食品稱無糖食品，糖醇因不被口腔中微生物利用，又不使口腔PH降低，反而會(huì)上升，所以不腐蝕牙齒，是防齲齒的好材料。糖醇對(duì)人體血糖值上升無影響，且能為糖尿病人提供一定熱量，所以可作為糖尿病人提供熱量的營養(yǎng)性甜味劑。糖醇現(xiàn)在已成為國際食品和衛(wèi)生組織批準(zhǔn)的無須限量使用的安全性食品之一。糖醇是聚乳酸的弱相容物質(zhì)，在一定比例內(nèi)可以和聚乳酸直接共混融熔紡絲；同時(shí)糖醇溶于水，在熱水中溶解度大幅上升，可以采用熱水浴處理的方式，將絲束中的部分糖醇溶出，使絲束形成空洞結(jié)構(gòu)，增大比表面積，提高過濾吸附效果。絲束中剩余的糖醇引入了羥基(-0H)基團(tuán)，也將有利于煙氣過濾、卷煙感官質(zhì)量提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種糖醇改性聚乳酸共聚物材料，以聚乳酸為基礎(chǔ)性組劑，糖醇為接枝單體，在催化劑辛酸亞錫和/或氧化鋅的催化條件下，經(jīng)添加消白增光母粒，于180-200°C下加熱至熔融狀態(tài)，合成接枝率為0.1-0.9% (w/w)的糖醇-g-聚乳酸接枝共聚物，進(jìn)一步優(yōu)選為接枝率為0.6% (w/w)的糖醇-g_聚乳酸接枝共聚物。
[0008]所述的聚乳酸，糖醇，催化劑，消光增白母粒的質(zhì)量比為93.5~98:1~5:0.1~1.5:0.3~2.5。
[0009]所述的聚乳酸為纖維級(jí)聚乳酸，糖醇為糖醇為山梨糖醇、甘露糖醇、赤蘚糖醇、麥芽糖醇、異麥芽糖醇、乳糖醇、木糖醇中一種或多種的混合物，優(yōu)選的糖醇為甘露糖醋、赤蘚糖醇、異麥芽糖醇中的一種或多種混合物；進(jìn)一步優(yōu)選的糖醇為山梨糖醇、麥芽糖醇、乳糖醇、木糖醇中的一種或多種混合物。 [0010]所述消光增白母粒是由聚乳酸、消光增白劑和偶聯(lián)劑按重量比68~89.5:10~30:0.5~2混合、融熔、造粒而成，所述的消光增白劑為TiO2或SiO2，所述的偶聯(lián)劑為鈦酸酷或硅烷偶聯(lián)劑。
[0011]本發(fā)明的另一目的在于提供一種采用糖醇改性的聚乳酸共聚物制備煙用絲束的方法，將共聚物材料在190-230°c共混熔融紡絲，依次經(jīng)紡絲板進(jìn)行噴絲，20-25°C環(huán)吹風(fēng)冷卻至室溫，70-95 °C水浴牽伸3~10秒至3.0-4.2水域牽伸倍數(shù)，70_90°C下卷曲成型，80-125°C烘干定型6-12分鐘，鋪絲、打包制得糖醇改性聚乳酸共聚物材料。
[0012]在水浴牽伸工序中，熱水浴中溶出部分糖醇，使纖維表面形成微孔、空洞結(jié)構(gòu)；接枝共聚的糖醇和沒有溶出的剩余糖醇，也向絲束中引入羥基基團(tuán)，進(jìn)一步改善絲束的吸附性能。[0013]所述的紡絲噴絲板上的三葉型噴絲孔有11000-13000。
[0014]本發(fā)明提供的一種糖醇改性聚乳酸共聚物制備得到的煙用絲束，是一種可完全降解的綠色環(huán)保產(chǎn)品。纖維表面有許多微孔、孔洞、裂縫和溝槽，同時(shí)纖維表面及孔洞內(nèi)表面含有與醋纖絲束中相同的羥基、酯基等基團(tuán)，對(duì)卷煙煙氣中有害物質(zhì)的過濾吸附效果和卷煙感官質(zhì)量接近醋酸纖維絲束，能夠滿足卷煙使用要求。同時(shí)，制備的改性聚乳酸絲束熱收縮溫度可由普通絲束的60°C提高到110°C以上，耐熱性能大幅提高，可解決卷煙接裝時(shí)粘刀問題；后續(xù)濾棒出棒率高、質(zhì)量指標(biāo)易于控制、成本也大幅下降，低于煙用醋酸纖維絲束，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為實(shí)施例1中接枝率為0.25%的木糖醇-g_聚乳酸共聚物材料的掃描電鏡圖，該材料為乳狀，有少量團(tuán)聚現(xiàn)象，成膜性好，可能是由于接枝率較低，糖醇類附著在聚乳酸材料上造成。 [0016]圖2為實(shí)施例3中接枝率為接枝率為0.6%的山梨糖醇、赤鮮糖醇和甘露糖醇改性的聚乳酸共聚物材料的掃描電鏡圖，該材料成膜性良好，表層致密均勻，膜層更加連續(xù)均勻，膜的缺陷較少。
[0017]圖3為實(shí)施例5中接枝率為0.9%的異麥芽糖醇，赤癬糖醇，甘露糖醋改性聚乳酸共聚物材料的掃描電鏡圖，該材料成膜性較好，大致呈片成狀，看到少量剝離的碎片，包膜層出現(xiàn)少量間隙及孔洞，可能是由于接枝率過高，部分糖醇類未參與反應(yīng)，導(dǎo)致了少量的剝離片。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1
將20.3kgTi0j,l.1kg鈦酸酯偶聯(lián)劑，79kg聚乳酸充分混合，用雙螺桿擠出機(jī)在180°C的溫度下制得消光增白母粒備用。
[0019]以聚乳酸為基礎(chǔ)性組劑，木糖醇為接枝單體，在催化劑辛酸亞錫的催化條件下，經(jīng)添加消白增光母粒，于200°C下，加熱至熔融狀態(tài)，合成接枝率為0.25% (w/w)的糖醇-g-聚乳酸接枝共聚物。其中聚乳酸98kg,木糖醇Ikg,辛酸亞錫0.5kg,消光增白母粒0.5kg。
[0020]將共聚材料在190°C共混熔融紡絲，經(jīng)11000三葉型噴絲孔紡絲板進(jìn)行噴絲，25°C環(huán)吹風(fēng)冷卻至室溫，80°C水浴牽伸3秒至3.0水浴牽伸倍數(shù)，70°C卷曲成型，110°C定型10分鐘后制得絲束規(guī)格為4.80ktex/4.36dtex的煙用絲束。
[0021]實(shí)施例2
將15.5kg SiO2,1.5kg硅烷偶聯(lián)劑，82.8kg聚乳酸充分混合，用雙螺桿擠出機(jī)在180°C的溫度下制得消光增白母粒備用。
[0022]以聚乳酸為基礎(chǔ)性組劑，甘露糖醋為接枝單體，在催化劑辛酸亞錫的催化條件下，經(jīng)添加消白增光母粒，于180°C下，加熱至熔融狀態(tài)，合成接枝率為0.48% (w/w)的糖醇-g-聚乳酸接枝共聚物。其中聚乳酸96kg,甘露糖醋2.8kg,辛酸亞錫0.9kg,消光增白母粒 0.3kg。
[0023]將共聚材料在230°C共混熔融紡絲，經(jīng)12000三葉型噴絲孔紡絲板進(jìn)行噴絲，25°C環(huán)吹風(fēng)冷卻至室溫，85°C水浴牽伸5秒至4.2水浴牽伸倍數(shù)，70°C卷曲成型，125°C定型6分鐘后制得絲束規(guī)格為4.30ktex/3.58dtex的煙用絲束。
[0024]實(shí)施例3
將29kg TiCh，2kg硅烷偶聯(lián)劑，69.3kg聚乳酸充分混合，用雙螺桿擠出機(jī)在180°C的溫度下制得消光增白母粒備用。
[0025]以聚乳酸為基礎(chǔ)性組劑，山梨糖醇、赤鮮糖醇和甘露糖醇為接枝單體，在催化劑氧化鋅的催化條件下，經(jīng)添加消白增光母粒，于180°C下，加熱至熔融狀態(tài)，合成接枝率為0.6% (w/w)的糖醇-g-聚乳酸接枝共聚物。其中聚乳酸93.2kg,山梨糖醇lkg、赤鮮糖醇Ikg和甘露糖醇3kg,氧化鋅1.3 kg,消光增白母粒0.5kg。
[0026]將接枝率為0.6% (w/w)的糖醇-g_聚乳酸接枝共聚物在200°C共混熔融紡絲，經(jīng)12000三葉型噴絲孔紡絲板進(jìn)行噴絲，25°C環(huán)吹風(fēng)冷卻至室溫，95°C水浴牽伸10秒至3.5倍水浴牽伸倍數(shù)，90°C卷曲成型，125°C定型6分鐘后制得絲束規(guī)格為3.80ktex/3.17dtex的煙用絲束。
[0027]實(shí)施例4
將11.2kg TiOa,0.58kg鈦酸酯偶聯(lián)劑，89.3kg聚乳酸充分混合，用雙螺桿擠出機(jī)在180°C的溫度下制得消光增白母 粒備用。
[0028]以聚乳酸為基礎(chǔ)性組劑，乳糖醇、麥芽糖醇為接枝單體，在催化劑氧化鋅的催化條件下，經(jīng)添加消白增光母粒，于200°C下，加熱至熔融狀態(tài)，合成接枝率為0.63% (w/w)的糖醇-g_聚乳酸接枝共聚物。其中聚乳酸94.5kg，乳糖醇lkg、麥芽糖醇lkg，氧化鋅1.2 kg,消光增白母粒1.5kg。
[0029]將接枝率為0.63% (w/w)的糖醇-g-聚乳酸接枝共聚物在200°C共混熔融紡絲，經(jīng)12000三葉型噴絲孔紡絲板進(jìn)行噴絲，25°C環(huán)吹風(fēng)冷卻至室溫，95°C水浴牽伸10秒至3.5倍水浴牽伸倍數(shù)，90°C卷曲成型，125°C定型6分鐘后制得絲束規(guī)格為4.00ktex/3.08dtex的煙用絲束。
[0030]實(shí)施例5
將25.4kg SiO 2 ,1.7kg鈦酸酯偶聯(lián)劑，74.5kg聚乳酸充分混合，用雙螺桿擠出機(jī)在180°C的溫度下制得消光增白母粒備用。
[0031]以聚乳酸為基礎(chǔ)性組劑，異麥芽糖醇，赤癬糖醇，甘露糖醋為接枝單體，在催化劑氧化鋅的催化條件下，經(jīng)添加消白增光母粒，于200°C下，加熱至熔融狀態(tài)，合成接枝率為
0.90% (w/w)的糖醇-g-聚乳酸接枝共聚物。其中聚乳酸94kg,異麥芽糖醇1.5kg,赤癬糖醇1.7kg，甘露糖醋1.2，氧化鋅0.8 kg，消光增白母粒0.3kg。
[0032]將接枝率為0.9% (w/w)的糖醇-g_聚乳酸接枝共聚物在200°C共混熔融紡絲，經(jīng)12000三葉型噴絲孔紡絲板進(jìn)行噴絲，25°C環(huán)吹風(fēng)冷卻至室溫，95°C水浴牽伸10秒至3.5倍水浴牽伸倍數(shù)，90°C卷曲成型，125°C定型6分鐘后制得絲束規(guī)格為4.5ktex/3.27dtex的煙用絲束。
【權(quán)利要求】
1.一種糖醇改性聚乳酸共聚物的制備方法，其特征在于:以聚乳酸為基礎(chǔ)性組劑，糖醇為接枝單體，在催化劑辛酸亞錫和/或氧化鋅的催化條件下，經(jīng)添加消光增白母粒，于180-20(TC下加熱至熔融狀態(tài)，合成糖醇-g-聚乳酸接枝共聚物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的糖醇改性聚乳酸共聚物的制備方法，其特征在于:聚乳酸，糖醇，催化劑，消光增白母粒的質(zhì)量比為93.5~98:1~5:0.1~?.5:0.3~2.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的糖醇改性聚乳酸共聚物的制備方法，其特征在于:所述的聚乳酸為纖維級(jí)聚乳酸，所述的糖醇為糖醇為山梨糖醇、甘露糖醇、赤蘚糖醇、麥芽糖醇、異麥芽糖醇、乳糖醇、木糖醇中一種或多種的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的糖醇改性聚乳酸共聚物的制備方法，其特征在于:所述的糖醇為甘露糖醋、赤蘚糖醇、異麥芽糖醇中的一種或多種混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的糖醇改性聚乳酸共聚物的制備方法，其特征在于:所述的糖醇為山梨糖醇、麥芽糖醇、乳糖醇、木糖醇中的一種或多種混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的糖醇改性聚乳酸共聚物的制備方法，其特征在于:所述消光增白母粒是由聚乳酸、消光增白劑和偶聯(lián)劑按質(zhì)量比68~89.5:10~30:0.5~2混合、融熔、造粒而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的糖醇改性聚乳酸共聚物的制備方法，其特征在于:所述的消光增白劑為TiO2或SiO2，所述的偶聯(lián)劑為鈦酸酯或硅烷偶聯(lián)劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的糖醇改性聚乳酸共聚物的制備方法，其特征在于:所述的糖醇-g-聚乳酸接枝共聚物的接枝率為0.1%-0.9% (W/W)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的糖醇改性聚乳酸共聚物的制備方法，其特征在于:所述的糖醇-g_聚乳酸接枝共聚物的接枝率為0.6% (W/W)。
10.一種糖醇改性聚乳酸共聚物制備煙用絲束的方法，其特征在于:將共聚物材料在190-230°c共混熔融紡絲，依次經(jīng)帶11000-13000三葉型噴絲孔的紡絲板進(jìn)行噴絲，在20-25°C下環(huán)吹風(fēng)冷卻至室溫，在70-95°C下水浴牽伸3~10秒至3.0-4.2水浴牽伸倍數(shù)，在70-90°C下卷曲成型，在80-125°C下烘干定型6_12分鐘制得煙用絲束。
【文檔編號(hào)】D01D5/092GK103740070SQ201410016787
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】周新慶, 方斌, 陳水平, 黃仲波, 胡喜懷, 楊建禮 申請(qǐng)人:湖北金葉玉陽化纖有限公司