CN101331979A - 农作物秸秆粘胶纤维做香烟滤嘴材料方法 - Google Patents

Abstract

“农作物秸秆粘胶纤维做香烟滤嘴材料方法”用农作物秸秆除髓玉米秆皮或棉秆浆粕为原料，制成粘胶纤维作香烟滤嘴材料。为了将香烟滤嘴的单支重量、压降和对焦油的截留率达到甲级滤嘴香烟，首先在粘胶原液工艺内加以改造，并在其内加入低分子或高分子添加剂，使其物理改性，改变纤维截面结构，赋予新的功能的差别化纤维为原料，纺制出长丝束粘胶纤维制成香烟滤嘴棒，对烟气中对人体有害的成份有较高的选择性吸附功能。表明粘胶纤维滤嘴性能与所采用的工艺密切相关，也表明粘胶纤维是一种理想的滤嘴代用材料。

Description

农作物秸秆粘胶纤维做香烟滤嘴材料方法

技术领域：

农作物秸秆除髓玉米秆皮或棉秆浆粕制作的粘胶纤维作香烟滤嘴材料，从其性能或是工艺技术方面都具备了一定的生产能力和科研条件，其产品具有良好的市场前景。

背景技术：

吸烟对人体的危害随科学发展而日益明显。烟气的组份共有数千种化合物，它们在卷烟燃烧区后面的裂介区生成，在烟气进入吸烟者体内的过程中，温度从900℃降至常温，有10％的有机半挥发物及不挥发物冷凝成微粒。而有90％的烟气是以气相存在。在19世纪中期，为减少卷烟的毒性，采用卷烟上安装过滤嘴的方式以滤去烟气中微粒相组份。当时卷烟被采纳作为过滤嘴材料的有纸、天然纤维等无味、无毒的物资。但随着过滤嘴卷烟的发展，消费者对过滤嘴又提出了新的要求——希望能高效滤去有毒物质而能保留一定量的烟碱，希望过滤嘴材料具有选择性过滤的性质。经过对各种过滤嘴材料的选择，认为二醋酸纤维制成的过滤嘴是最理想的材料。因为它具有无毒、无味、不易燃、能选择性去除烟气中的苯酚等酚类化合物，效率可达90％。而对烟碱的吸收则较纸质等纤维素要低，因而能去除烟的苦味，而保留品质。因此醋酸纤维香烟过滤嘴成为目前世界上最流行的一种材料。而且成为醋酸纤维的一种特殊用途。

其实醋酸纤维是在粘胶纤维基础上发展起来的。它仍以纤维素为原料，纤维素的羟基在一定条件下与醋酸发生乙酰化反应被醋酸根取代，并保留在成品纤维上。二醋酸纤维是纤维素线型大分子上至少有24％，但不到92％的羟基被乙酰化，其取代度为48.7％即二取代。由于分子链基上引入醋酸根基团，纤维的有机性和可溶性提高，热稳定性下降，柔塑性增加，再经热塑性处理，纤维的卷曲度和弹性上升，能溶于三醋酸甘油酯。从结构上看，可认为二醋酸纤维和粘胶纤维是同族纤维或其衍生物，由于二醋酸纤维线型大分子的链基环上还保留了一个羟基。因此二者的物理及化学性能也存在着一些共性。而作香烟滤嘴而言，其性能优于粘胶纤维。但二醋酸纤维的制造工艺复杂，投资规模大等特点所限，到目前为止，就全世界产量来说，用于香烟滤嘴的二醋酸纤维丝束，远远满足不了国际烟草工业的需要。随着第三世界国家烟草工业的崛起，使得这一供需矛盾日益突出，价格不断上涨，制约了其卷烟工业的发展。因此世界各国不得不开发其代用材料。

随着合成纤维工业的发展，世界上许多国家探索新的纤维作卷烟过滤嘴材料。聚丙烯丝束用来卷烟滤嘴已工业化生产。我国从1988年开始也有生产，还有用木浆生产的粘胶短纤维制成丝束制卷烟过滤嘴，但达不到甲级滤嘴要求。至今醋酸纤维丝束仍为卷烟过滤嘴的主要材料，约占90％以上。1989年我国卷烟产量为3000万箱，居世界首位，年需过滤嘴丝束12万吨左右，而我国生产的醋酸纤维丝束加上聚丙烯丝束等仅为6万吨左右，缺口很大，每年要耗费大量外汇进口醋酸纤维丝束。为解决这种矛盾，节省外汇，我们研究了用农作物秸秆为原料，生产粘胶差别化纤维，进行物理改性后的粘胶纤维丝束做香烟滤嘴，不但原料资源丰富，而且成本还不到二醋酸纤维丝束的三分之一。这不仅符合国情，满足我国烟草工业的需要，而且为粘胶纤维的应用开辟了新的领域。

粘胶纤维和二醋酸纤维本身无异味，加之其热稳定性好，有一定的吸湿性能，因此吸食口感好，这也是作为滤嘴材料的基本条件之一。因为粘胶纤维大分子键上有众多的β-D-葡萄糖残基，它依靠1-4甙键(氧桥)一正一反呈线性排列，氧桥顺序一上一下，具有高度的对称性。由于大分子的规整性好，且分子键上的氧桥氧环内旋转不易，使整个大分子呈刚性，所以纤维的柔性、塑性、弹性和可溶性较差。即使是高卷曲的粘胶纤维，其弹性、塑性等也不可能达到二醋酸纤维的水平。这意味着粘胶纤维制香烟滤嘴有其特性和复杂性。

发明内容：

1：首先从粘胶纤维生产的原液制备工艺技术方面着手。

①：低碱粘胶：

降低碱耗，以8％的a-纤维素和6％的NaOH组成为标准的粘胶组成。

②：二次浸渍：

浆粕浸渍，通常用18％的NaOH，将浸渍分二次，则第二次浸渍因用12％左右的NaOH，故能够缩短反应时间。二次浸渍会促进纤维素的膨润，不仅改善了半纤维素的溶出，而且会显著降低CS₂、NaOH和H₂SO₄的单耗。

③：低CS₂粘胶：

为改善CS₂对环境的污染，采用低CS₂制备粘胶，不论对降低回收CS₂负担和成本，都是十分有利的，降低CS₂用量的技术开发是未来的发展方向。

(一)在粘胶中添加丙烯腈。

(二)制备含有尽量多的易于同CS₂反应的纤维素I的碱纤维素。

(三)降低粘胶中的碱含量。

2：严格去硫：

使硫的残留量达到最低限度即为4mg/100g纤维。

3：生产成高卷曲纤维，卷曲度在20个以上/英寸。

4：改变纤维的横截面结构，赋予新的功能，生产中空粘胶纤维。

制造过程是：粘胶中含纤维素6-9.5％、氢氧化钠6-8％、

发泡剂NaHCO₃3-5％。

凝固浴中：Na₂SO₄200g/l、ZnSO₄50g/l、

H₂SO₄135g/l、温度25℃。

凝固后的纤维在空气或水中受到40-180％牵伸。

牵伸浴：H₂SO₄5-30g/l、ZnSO₄2-20g/l、

浴温95-100℃。

5：为增加纤维的吸附性，在粘胶中加入30-35％的活性炭粉剂，使其具有高吸附性。

具体实施方法：

将纺丝原液整制合乎要求后，纺成纤度为1.11-2.22分特，总旦数为5-6万分特，卷曲度为17-20个/英寸的长束粘胶纤维，将其用粘合剂粘合成100-300网目/英寸的丝帒后，沿轴向成型，切为12mm-22mm长(或根据烟的需要长度切)的滤嘴棒，其性能与二醋酸纤维比较如下：

从试验数据可以看出，用该工艺制得的粘胶纤维滤嘴棒的单支重量、压降(吸阻)和对焦油的截流率优于二醋酸纤维滤嘴，完全可以用于甲级滤嘴香烟。同时也表明粘胶纤维滤嘴棒的性能与所采用的工艺技术密切相关。它和短纤维流程相比，具有生产效率高，质量特别是单支重量稳定的优点。

Claims (4)

1：采用农作物秸秆除髓玉米秆皮或棉秆浆粕为原料生产的粘胶纤维长丝束制作香烟滤嘴材料，并能达到甲级滤嘴香烟的要求；这与所采用的工艺技术密切相关；首先从粘胶纤维生产的原液制备工艺技术方面着手；

①：低碱粘胶，降低碱耗，以8％的a-纤维素和6％的NaOH组成为标准的粘胶组成；

②：二次浸渍

浆粕浸渍，通常用18％的NaOH，将浸渍分二次，则第二次浸渍因用12％左右的NaOH，故能够缩短反应时间，二次浸渍会促进纤维的膨润，不仅改善了半纤维素的溶出，而且会显著降低CS₂、NaOH和H₂SO₄的单耗；

③：低CS₂粘胶

为改善CS₂对环境的污染，采用低CS₂制备粘胶，不论降低回收CS₂负担和成本都是十分有利的，降低CS₂用量的技术开发是未来的发展方向；

(一)在粘胶中添加丙烯腈；

(二)制备含有尽量多的易于同CS₂反应的纤维素I的碱纤维素；

(三)降低粘胶中的碱量。

2：如权利要求1所述，粘胶纤维生产的原液制备工艺方面，改变纤维的横截面结构赋予新的功能，生产中空纤维；

制造过程是：粘胶中含纤维素6-9.5％、    氢氧化钠6-8％、

发泡剂NaHCO₃ 3-5％；

凝固浴中：Na₂SO₄    200g/l、    ZnSO₄  50g/l、

          H₂SO₄     135g/l、    温度   25℃；

凝固后的纤维在空气或水中受到40-180％牵伸；

牵伸浴：H₂SO₄    5-30g/l、    ZnSO₄    2-20g/l、

        浴温     95-100℃。

3：如权利要求1所述，要达到甲级滤觜与采用的工艺技术密切相关，其特征在于为增加纤维的吸附性，在粘胶中加入30-35％的活性炭粉剂，使其具有高吸附性。

4：如权利要求1所述，要达到甲级滤觜与采用的工艺技术密切相关，其特征在于纺制成纤度为1.11-2.22分特总旦数为56万分特，卷曲度为17-20个/英寸的长丝束粘胶纤维，将其用粘合剂粘合成100-300网目/英寸的丝帒后，沿轴向成型，切为12mm-22mm长的滤嘴棒(或根据香烟的需要长度切成滤嘴棒)。