專利名稱：醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料及其超臨界二氧化碳輔助加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醋酸纖維素材料，具體講，涉及一種醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料及其超臨界二氧化碳輔助加工方法。
背景技術(shù)：
醋酸纖維，是一種人造纖維，由纖維素用醋酐處理而制成，根據(jù)酯化度不同，產(chǎn)品包括一醋酸纖維素(MCA)、二醋酸纖維素(CA)和三醋酸纖維素(TCA)，其中二醋酸纖維素經(jīng)抽絲后得到的絲束，是公認(rèn)的最理想的過(guò)濾材料，是當(dāng)今世界上生產(chǎn)香煙過(guò)濾嘴的主要原料。二醋酸纖維素(CDA)廣泛應(yīng)用于煙用絲束紡織纖維、熱塑性塑料和各種膜材料。目前CDA的紡絲方法主要有干法紡絲、二步濕法紡絲和一步濕法紡絲3種工藝路線，但無(wú)論是濕法紡絲還是干法紡絲在紡絲過(guò)程中都存在丙酮、二氯甲烷等有機(jī)試劑，對(duì)環(huán)境有一定的危害性；同時(shí)存在著紡絲速度慢、可紡性差等缺點(diǎn)。文獻(xiàn)《二醋酸纖維素的增塑改性及熔融紡絲研究》(合成纖維工業(yè)，2011)中提出了一種熔融紡絲的方法，該方法需要在二醋酸纖維素中添加25%左右的增塑劑對(duì)二醋酸纖維素進(jìn)行增速改性。本發(fā)明提出一種利用超臨界二氧化碳對(duì)醋酸纖維素進(jìn)行擠出制備的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要發(fā)明目的為提出一種醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料；本發(fā)明的第二發(fā)明目的在于提出該醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料的超臨界二氧化碳擠出加工方法。為了完成本發(fā)明的目的，采用的技術(shù)方案為:一種醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料，包括:醋酸纖維素90 99.5重量份和助劑0.5 10重量份，并通過(guò)超臨界二氧化碳流體輔助擠出加工方法制備而成，加入超臨界二氧化碳
0.5 5重量份。本發(fā)明的第一優(yōu)選技術(shù)方案為:醋酸纖維素選自一醋酸纖維素、二醋酸纖維素和三醋酸纖維素。本發(fā)明的第二優(yōu)選技術(shù)方案為:所述的助劑選自檸檬酸酯類增塑劑、亞磷酸酯類熱穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、吸附劑中的至少一種。本發(fā)明的第三優(yōu)選技術(shù)方案為:檸檬酸酯類增塑劑為0.5 2重量份，優(yōu)選
0.75 1.75重量份。其中，檸檬酸酯類增塑劑選自:檸檬酸三乙酯TEC、乙酰朽檸檬酸三乙酯ATEC、檸檬酸三正丁酯TBC、乙酰檸檬酸三正丁酯AT-BC等。本發(fā)明的第四優(yōu)選技術(shù)方案為:亞磷酸酯類熱穩(wěn)定劑為0.05 0.2重量份，優(yōu)選
0.75 0.15重量份。本發(fā)明的第五優(yōu)選技術(shù)方案為:潤(rùn)滑劑為0.05 1重量份,優(yōu)選0.1 0.5重量份；所述潤(rùn)滑劑選自氧化聚乙烯蠟、硬脂酸或硬脂酸鹽。本發(fā)明的第五優(yōu)選技術(shù)方案為:所述的吸附劑為1 5重量份，優(yōu)選1 2.5重量份；所述吸附劑選自沸石或活性炭類物質(zhì)。本發(fā)明的第六優(yōu)選技術(shù)方案為:一種醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料，其組成為:二醋酸纖維素90 95重量份；檸檬酸酯類增塑劑0.75 1.75重量份；亞磷酸酯類熱穩(wěn)定劑0.75 0.15重量份；潤(rùn)滑劑0.1 0.5重量份；吸附劑1 5重量份；并在制備過(guò)程中加入超臨界二氧化碳0.5 5重量份。本發(fā)明還涉及醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料的制備方法，所述的制備方法的步驟為:將醋酸纖維素放置于發(fā)泡專用擠出機(jī)，同時(shí)在注入口按比例注入發(fā)泡劑超臨界二氧化碳，由發(fā)泡擠出機(jī)充分混合后，從口模擠出發(fā)泡并成型；所述的專用擠出機(jī)為帶5個(gè)加熱區(qū)的單螺桿或平行雙螺桿擠出機(jī)，在擠出機(jī)的輸出端帶有5 8節(jié)的靜態(tài)混合器；在螺桿元件上開(kāi)有和螺紋方向平行的螺棱；在擠出機(jī)的計(jì)量段設(shè)置有液態(tài)二氧化碳的注入口。本發(fā)明醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料制備方法的第一優(yōu)選技術(shù)方案為，按比例將醋酸纖維素、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、吸附劑放入高速攪拌機(jī)中混合3 5分鐘，然后加入擠出機(jī)的料斗中進(jìn)行擠出加工。本發(fā)明醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料制備方法的第二優(yōu)選技術(shù)方案為，所述的專用擠出機(jī)的各段溫度為:第一溫度區(qū)溫度:160 200°C，優(yōu)選165 180°C ；第二溫度區(qū)溫度:220 230°C，優(yōu)選220 225°C ；第三溫度區(qū)溫度:230 250°C，優(yōu)選235 245°C第四溫度區(qū)溫度:230 250°C，優(yōu)選235 245°C機(jī)頭溫度:200 220°C，優(yōu)選 205 215°C，模具溫度:150 170°C，優(yōu)選 160 165°C。下面對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的解釋和說(shuō)明:本發(fā)明涉及一種醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料，即采用超臨界二氧化碳擠出加工的方法制備而成，主要成分為包括醋酸纖維素和助劑，并進(jìn)一步優(yōu)選醋酸纖維素90 95重量份，助劑1 5重量份。為了提高醋酸纖維素發(fā)泡材料的性能，所述助劑選自增塑劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、吸附劑中的一種或幾種。其中，添加檸檬酸酯類增塑劑，可以適當(dāng)提高材料的流動(dòng)性；添加亞磷酸酯類熱穩(wěn)定劑，以確保所得制品的顏色為白色；添加潤(rùn)滑劑，如氧化聚乙烯蠟、硬脂酸、硬脂酸鹽，可以防止醋酸纖維素和擠出機(jī)螺桶或螺桿的粘附；添加沸石、活性炭類物質(zhì)，可以進(jìn)一步提高發(fā)泡材料對(duì)極性物質(zhì)的吸附作用，如醇類、酚類、醛類、一氧化碳等。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,可以根據(jù)產(chǎn)品的需要,決定添加劑的種類。其中，所述的發(fā)泡多孔材料中檸檬酸酯類增塑劑0.5 2重量份，優(yōu)選0.75
1.75重量份；亞磷酸酯類熱穩(wěn)定劑0.05 0.2重量份，優(yōu)選0.75 0.15重量份；吸附劑1 5重量份，優(yōu)選1 2.5重量份；所述吸附劑選自沸石或活性炭類物質(zhì)，潤(rùn)滑劑0.05 1重量份，優(yōu)選0.1 0.5重量份；所述潤(rùn)滑劑選自氧化聚乙烯蠟、硬脂酸或硬脂酸鹽。本發(fā)明還涉及該發(fā)泡多孔材料的制備方法，將按比例將醋酸纖維素、助劑放入高速攪拌機(jī)中混合3 5分鐘，然后加入擠出機(jī)的料斗中進(jìn)行擠出加工，同時(shí)在注入口按比例注入發(fā)泡劑超臨界二氧化碳，由發(fā)泡擠出機(jī)充分混合后，從口模擠出發(fā)泡并成型；所述的專用擠出機(jī)是指帶5個(gè)加熱區(qū)的單螺桿或平行雙螺桿擠出機(jī)，在擠出機(jī)的輸出端帶有5 8節(jié)的靜態(tài)混合器，提高發(fā)泡材料的泡孔均勻性；在螺桿元件上開(kāi)有和螺紋方向平行的螺棱，以提高擠出機(jī)的自潔性和混合效果，促進(jìn)醋酸纖維素/超臨界二氧化碳均相溶液的形成；同時(shí)擠出機(jī)的計(jì)量段設(shè)計(jì)液態(tài)二氧化碳的注入口，注入口用石墨密封圈進(jìn)行密封，注入口的后端為大螺距的螺桿元件，以提高對(duì)材料的輸送強(qiáng)度并防止二氧化碳的逃逸。使用本發(fā)明制備方法制備得到的二醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料的性能參數(shù)為:開(kāi)孔率:70 85%，斷裂延伸率:2 5%，壓縮強(qiáng)度:15 20MPa，拉伸強(qiáng)度:10 15MPa。本發(fā)明的醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料使用超臨界流體二氧化碳，可實(shí)現(xiàn)對(duì)醋酸纖維素的內(nèi)增塑，降低加工溫度至220°C左右，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)醋酸纖維素?cái)D出發(fā)泡加工。使用超臨界流體二氧化碳做發(fā)泡劑，不僅價(jià)格低廉，并易于脫掉及揮發(fā)，安全、高效，可得到開(kāi)孔性的硬質(zhì)或半硬質(zhì)材料，開(kāi)孔率可達(dá)到80%以上。其應(yīng)用也十分廣泛，不僅可應(yīng)用于水處理的過(guò)濾機(jī)制，用于污水處理和水的凈化，還可以用作氣體過(guò)濾材料，如香煙過(guò)濾嘴，對(duì)有害物CO的過(guò)濾效率可提聞30%以上。傳統(tǒng)的香煙過(guò)濾嘴所使用的二醋酸纖維的加工工藝復(fù)雜，需要大量的有機(jī)溶劑，如丙酮等，有機(jī)溶劑的殘留會(huì)對(duì)人體造成損害，而本發(fā)明的醋酸纖維素發(fā)泡材料則更加環(huán)保、安全，是現(xiàn)有的香煙過(guò)濾嘴材料的理想替換材料。本發(fā)明的具體實(shí)施方式
僅限于進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，并不對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容構(gòu)成限制。本發(fā)明所用原料均為市售。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 5一種醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料，其配方如表I所示:表1:
權(quán)利要求
1.一種醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料，其特征在于，所述的醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料包括醋酸纖維素90 99.5重量份和助劑0.5 10重量份，并通過(guò)超臨界二氧化碳流體輔助擠出加工方法制備，加入的超臨界二氧化碳0.5 5重量份。
2.根據(jù) 權(quán)利要求1所述的醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料，其特征在于，所述的醋酸纖維素選自一醋酸纖維素、二醋酸纖維素和三醋酸纖維素，優(yōu)選二醋酸纖維素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料，其特征在于，所述的助劑選自檸檬酸酯類增塑劑、亞磷酸酯類熱穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、吸附劑中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料，其特征在于，所述的檸檬酸酯類增塑劑為0.5 2重量份，優(yōu)選0.75 1.75重量份。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料，其特征在于，所述的亞磷酸酯類熱穩(wěn)定劑為0.05 0.2重量份，優(yōu)選0.075 0.15重量份。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料，其特征在于，所述的潤(rùn)滑劑為0.05 I重量份，優(yōu)選0.1 0.5重量份；所述潤(rùn)滑劑選自氧化聚乙烯蠟、硬脂酸或硬脂酸鹽。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料，其特征在于，所述的吸附劑為I 5重量份，優(yōu)選I 2.5重量份；所述吸附劑選自沸石或活性炭類物質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7任一權(quán)利要求所述的醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料，其特征在于，所述的醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料的組成為: 二醋酸纖維素90 95重量份； 檸檬酸酯類增塑劑0.75 1.75重量份； 亞磷酸酯類熱穩(wěn)定劑0.75 0.15重量份； 潤(rùn)滑劑0.1 0.5重量份； 吸附劑I 5重量份； 并在制備過(guò)程中加入超臨界二氧化碳0.5 5重量份。
9.權(quán)利要求1所述的醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料的制備方法，其特征在于，所述的制備方法的步驟為:將醋酸纖維素和助劑放入高速攪拌機(jī)中混合3 5分鐘，然后加入擠出機(jī)的料斗中進(jìn)行擠出加工，同時(shí)在注入口按比例注入發(fā)泡劑超臨界二氧化碳，由發(fā)泡擠出機(jī)充分混合后，從口模擠出發(fā)泡并成型； 所述的專用擠出機(jī)為帶5個(gè)加熱區(qū)的單螺桿或平行雙螺桿擠出機(jī)，在擠出機(jī)的輸出端帶有5 8節(jié)的靜態(tài)混合器；在螺桿元件上開(kāi)有和螺紋方向平行的螺棱；在擠出機(jī)的計(jì)量段設(shè)置有液態(tài)二氧化碳的注入口。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料的制備方法，其特征在于，所述的專用擠出機(jī)的各段溫度為: 第一溫度區(qū)溫度:160 200°C，優(yōu)選165 180°C ； 第二溫度區(qū)溫度:220 230°C，優(yōu)選220 225°C ； 第三溫度區(qū)溫度:230 250°C，優(yōu)選235 245°C 第四溫度區(qū)溫度:230 250°C，優(yōu)選235 245°C 機(jī)頭溫度:200 220°C，優(yōu)選205 215°C， 模具溫度:150 170°C，優(yōu)選160 165°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種醋酸纖維素材料，具體講，涉及一種醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料及其超臨界流體二氧化碳輔助加工方法。本發(fā)明的醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料包括醋酸纖維素90～99.5重量份和助劑0.5～10重量份，并通過(guò)超臨界二氧化碳流體輔助擠出加工方法制備，加入的超臨界二氧化碳為0.5～5重量份；助劑選自增塑劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、吸附劑中的一種或幾種。本發(fā)明還涉及該發(fā)泡多孔材料的制備方法。本發(fā)明制備得到醋酸纖維素發(fā)泡多孔材料的開(kāi)孔率為70～85％，斷裂延伸率為2～5％，壓縮強(qiáng)度為15～20MPa，拉伸強(qiáng)度為10～15MPa。
文檔編號(hào)C08K3/34GK103102510SQ201210028929
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者何順倫, 何自富, 劉瑞 申請(qǐng)人:蕪湖特貝特材料科技有限公司