CN102443093A - 吸附性聚合物,复合纤维及复合纤维卷烟滤棒 - Google Patents
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Abstract
一种吸附性聚合物，由中性不饱和单体、亲油性不饱和单体和亲水性不饱和单体共聚而成的水乳液，中性不饱和单体、亲油性不饱和单体和亲水性不饱和单体的质量比组成为50份∶26-37份∶14-25份。一种复合纤维，由烟用滤棒纤维为芯体和表层吸附性聚合物构成，所述的烟用滤棒纤维为聚丙烯纤维或醋酸纤维，吸附性聚合物的亲油基团附着于烟用滤棒聚丙烯纤维上。一种复合纤维卷烟滤棒，其为圆柱体，外壳为纸筒，纸筒内填充一束与圆柱体轴向同向排列并经卷曲的上述复合纤维，复合纤维与复合纤维间有众多结点。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有亲水基团和亲油基团的吸附性聚合物，含有该吸附性聚合物的复合纤维及复合纤维卷烟滤棒。
背景技术
近年来，由于受到世界卫生组织和反吸烟运动的影响，世界上一些主要发达国家相继对卷烟的焦油、烟碱及CO的量做出了限制，同时消费者对自身的健康也更加关注，要求卷烟生产厂家生产低有害物的卷烟制品，以降低卷烟对消费者的危害。
参见图1，卷烟滤棒一般为Φ7.7×120mm或其他规格的圆柱形棒体。卷烟滤棒在卷烟制作中被截成一定的长度，接装在卷烟上，燃吸卷烟时做过滤器使用。棒体外壳为纸，纸筒内填充一束与圆柱体轴向同向排列的纤维。常用做卷烟滤棒的纤维有醋酸纤维、聚丙烯纤维等。聚丙烯纤维表面是烃基，化学性质不活泼。醋酸纤维表面多数为酯基(醋酸酯)，化学活泼性中等。这些化学状况限制了滤棒在降焦减害方面更有效地发挥作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种吸附性聚合物，该聚合物能够吸附烟气中的有害物质。本发明进一步地提供一种由烟用纤维和上述吸附性聚合物制成的复合纤维，以及以该复合纤维制作的复合纤维卷烟滤棒。
本发明的技术方案是：一种吸附性聚合物，所述聚合物是由中性不饱和单体、亲油性不饱和单体和亲水性不饱和单体聚合而成的水乳液，中性不饱和单体、亲油性不饱和单体与亲水性不饱和单体的质量比组成为50份∶26-37份∶14-25份，所述聚合物具有下述结构式：
式中：
主链是乙烯基聚合的长链，以中性不饱和单体的中性乙酯基团为主体，所述的中 性不饱和单体为醋酸乙烯和/或甲基丙烯酸乙酯，RN为来自醋酸乙烯和/或甲基丙烯酸乙酯的中性乙酯基团；
R0为亲油性基团，其来自亲油性单体苯乙烯、甲基丙烯酸-2乙基己酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸异冰片酯中的至少一种；
RA为亲水性基团，其来自亲水性单体甲基丙烯酸、甲基丙烯酸盐、丙烯酸、丙烯酸盐、丙烯酰胺、顺丁烯二酸或顺丁烯二酸盐中的至少一种。
优选地，所述的亲油性不饱和单体为甲基丙烯酸-2乙基己酯和苯乙烯中的至少一种；中性不饱和单体为醋酸乙烯，亲水性不饱和单体为甲基丙烯酸，甲基丙烯酸的K+、Na+、NH4 +盐，丙烯酸，丙烯酸的K+、Na+、NH4 +盐，丙烯酰胺，顺丁烯二酸，顺丁烯二酸的K+、Na+、NH4 +盐中的至少一种。
优选地，所述的聚合材料以下述物质按下述质量配比聚合而成：
亲油性不饱和单体：甲基丙烯酸-2乙基己酯18-25份，苯乙烯8-12份；中性不饱和单体：醋酸乙烯50份；亲水性不饱和单体：甲基丙烯酸、甲基丙烯酸盐、丙烯酸或丙烯酸盐中的至少一种6-13份；顺丁烯二酸或顺丁烯二酸盐中的至少一种8-12份。
本发明还提供了一种复合纤维，所述复合纤维以烟用滤棒纤维为芯体和表层吸附性聚合物构成，所述吸附性聚合物为上述共聚物水乳液吸附性聚合物，所述的烟用滤棒纤维为聚丙烯纤维或醋酸纤维，吸附性聚合物的亲油基团附着于烟用滤棒聚丙烯纤维上。
本发明还提供一种复合纤维卷烟滤棒，其为圆柱体，外壳为纸筒，纸筒内填充一束与圆柱体轴向同向排列并经卷曲的上述复合纤维，复合纤维与复合纤维间有众多结点。
用本发明提供的吸附性聚合物与烟用丝束复合制作成复合纤维，进一步以此复合纤维制作卷烟滤棒，该滤棒具有如下特点：
1.该滤棒的物理指标如圆度、硬度、吸阻等符合卷烟对滤棒的要求。
2.该滤棒比表面积大，过滤材料吸附性强，有利于对烟气中焦油、一氧化碳、自由基等有害物质的滤除。
3.该滤棒对卷烟香吃味无不良影响。
4.该滤棒无毒、无味，安全性高。该滤棒生产安全，环境卫生，无异味。
附图说明
图1为卷烟滤棒的立体图；
图2为本发明的轴向剖面示意图；
图3为图2的A部放大图；
图4为复合纤维的结构示意图；
图5为吸附性聚合物结构原理示意图。
具体实施方式
本发明的提供的吸附性聚合物由中性不饱和单体、亲油性不饱和单体和亲水性不饱和单体聚合而成的水乳液，中性不饱和单体、亲油性不饱和单体与亲水性不饱和单体的质量比组成为50份∶26-37份∶14-25份，所述聚合物具有下述结构式：
式中：
主链是乙烯基团聚合的长链，以中性不饱和单体的中性乙酯基团为主体，所述的中性不饱和单体为醋酸乙烯和/或甲基丙烯酸乙酯，RN为来自醋酸乙烯和/或甲基丙烯酸乙酯的中性乙酯基团；
R0为亲油性基团，其来自亲油性单体苯乙烯、甲基丙烯酸-2乙基己酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸异冰片酯中的至少一种；
RA为亲水性基团，其来自亲水性单体甲基丙烯酸、甲基丙烯酸盐、丙烯酸、丙烯酸盐、丙烯酰胺、顺丁烯二酸或顺丁烯二酸盐中的至少一种。
首先将中性不饱和单体、亲油性不饱和单体和亲水性不饱和单体用常规方法聚合而成水乳性聚合物，再以此类共聚物水乳液制作复合纤维，进一步地，制作复合纤维卷烟滤棒。复合纤维和卷烟滤棒可在制作卷烟滤棒过程中，在纤维丝束开松、施胶(水乳液)、成型滤棒工艺阶段同时完成。共聚物水乳液固含量约45％，粘度30-80Mps，采用蠕动计量泵，离心甩胶法或辊涂法，纤维丝束施胶(水乳液)均匀性不小于90％，通过控制施加量来控制复膜厚度。待挥发干燥共聚物水乳液中的水分之后，纤维的复合及复合纤维滤棒的成型同时完成。
为了提高复合纤维滤棒的降焦减害功效，在纤维棒中还可加入多孔性吸附剂、中草药、生化物质和/或其他强吸附烟气中有毒物成分的材料，这些材料可以添加在共聚物水乳液中。
例如可以在共聚物水乳液中可以加入2-6％纳米级多孔硅胶；可以添加0.2-2％的茶多酚、VC、VE或中草药成份，以便提高对自由基等有害物的选择性吸附、滤除。
本发明的吸附性聚合物可选具有如下组成：亲油性不饱和单体：甲基丙烯酸异辛酯(-2乙基己酯)18-25份，苯乙烯5-12份；中性不饱和单体：醋酸乙烯约50份；亲水性单体：(甲基)丙烯酸(或其盐)6-13份，顺丁烯二酸(或其盐)8-12份。共 聚上述单体形成水乳液共聚物，该水乳液共聚物以聚醋酸乙烯(醋酸酯)为主体，嵌接有亲油端甲基丙烯酸异辛酯及苯环，也嵌接有亲水端(甲基)丙烯酸(或其盐)及顺丁烯二酸(或其盐)离子型基团。主体中的醋酸酯相当于醋酸纤维中的醋酸酯，而亲油端的较长脂肪碳链及苯环既利于与聚烯烃纤维表层的亲和，也利于对烟气中苯系物有害成份的吸附。亲水端加大了吸附性聚合物的极性，使此复合纤维的吸附能力有大的扩宽。
除(甲基)丙烯酸(或其盐)及酯-苯乙烯-醋酸乙烯-顺丁烯二酸(或其盐)共聚物水乳液外，共聚物的种类还可做多种变化：如顺丁烯二酸一端羧基酯化为苯甲醇酯另一端羧基成胺盐，此单体顺丁烯二酸如此变化，其本身即可一端亲油一端亲水。
实施例：亲油性不饱和单体：甲基丙烯酸异辛酯(-2乙基己酯)22份，苯乙烯10份；中性不饱和单体：醋酸乙烯约50份；亲水性单体：甲基丙烯酸(或其盐)10份，顺丁烯二酸(或其盐)8份。共聚上述单体形成水乳液共聚物。用该水乳液共聚物制作APP聚丙烯复合滤棒。也就是说本实施例得到的是复合(甲基)丙烯酸(或其盐)及酯-苯乙烯-醋酸乙烯-顺丁烯二酸(或其盐)共聚物水乳液制作的复合纤维滤棒。
对于复合纤维卷烟滤棒的结构，参见图2，外壳为纸筒1，纸筒1内填充一束与圆柱体轴向同向排列并经卷曲的复合纤维2，纤维与纤维间有众多结点3，使纤维构成透气性良好的纤维棒。
纸筒内的复合纤维丝束为9000根以上，优选12000根以上。
参见图4，所说的复合纤维2由芯体21和表层22组成。芯体(或称载体、支撑体、骨架)21为烟用滤棒纤维，如聚丙烯纤维、醋酸纤维等，表层22为吸附性聚合物。
芯体21的直径一般≤20μm，表层厚度一般≥0.6μm。
参见图5，吸附性聚合物的特点是能亲合纤维芯体，其一端为亲水端24，另一端为亲油端25。由于这种材料的亲油性，一方面使吸附性聚合物牢固地附着在芯体聚烯烃纤维表面上，另一方面也完成了纤维与纤维间的“焊接”。换言之，用此吸附性聚合物实现了复合纤维滤棒体的“砌筑”。
上海烟草(集团)公司技术中心测试用聚丙烯复合纤维(APP)滤棒制作的卷烟，并对此卷烟进行感官评吸、VOC总量检测和烟气检测。结果如下：
一、烟气成分检测
检测数据表明，总体指标APP滤棒DaQianMen卷烟与常规醋酸纤维滤棒DaQianMen卷烟比较接近，吸阻SD指标APP滤棒DaQianMen卷烟略高于常规醋酸纤维滤棒DaQianMen卷烟。
二、对比分析
1.卷烟开包气息比较
APP滤棒DaQianMen卷烟与醋酸纤维滤棒DaQianMen卷烟开包气息总体比较接近，乙醇、乙酸、丙酮、苯乙烯等挥发性有机化合物的含量均较低。
2.APP滤棒吸附性聚合物VOC分析
APP滤棒吸附性聚合物中未发现显著量的重点监控化合物。
三、感官评吸
评吸卷烟样品：APP滤棒DaQianMen卷烟(A)，对照醋酸纤维滤棒DaQianMen卷烟(B)。
| 样品名 | 光泽 | 香气 | 协调 | 杂气 | 刺激性 | 余味 | 合计 |
| A | 4.5 | 28.1 | 4.3 | 11.9 | 12.8 | 13.8 | 75.4 |
| B | 4.5 | 27.8 | 4.2 | 11.8 | 12.7 | 13.6 | 74.6 |
初步试验表明，APP滤棒DaQianMen卷烟在香气、杂气、刺激性指标上与醋酸纤维滤棒DaQi anMen卷烟对照比较接近。
四、结论
综合以上试验结果，该APP滤棒卷烟与醋酸纤维滤棒卷烟在总体指标和性能上比较接近。
Claims (5)
1.一种吸附性聚合物，其特征在于所述聚合物是由中性不饱和单体、亲油性不饱和单体和亲水性不饱和单体共聚而成的水乳液，中性不饱和单体、亲油性不饱和单体与亲水性不饱和单体的质量比组成为50份∶26-37份∶14-25份，所述聚合物具有下述结构式：
式中：
主链是乙烯基聚合的长链，以中性不饱和单体的中性乙酯基团为主体，所述的中性不饱和单体为醋酸乙烯和/或甲基丙烯酸乙酯，RN为来自醋酸乙烯和/或甲基丙烯酸乙酯的中性乙酯基团；
R0为亲油性基团，其来自亲油性单体苯乙烯、甲基丙烯酸-2乙基己酯、甲基丙烯酸月桂酯或甲基丙烯酸异冰片酯中的至少一种；
RA为亲水性基团，其来自亲水性单体甲基丙烯酸、甲基丙烯酸盐、丙烯酸、丙烯酸盐、丙烯酰胺、顺丁烯二酸或顺丁烯二酸盐中的至少一种。
2.权利要求1所述的吸附性聚合物，其中所述的亲油性不饱和单体为甲基丙烯酸-2乙基己酯和苯乙烯中的至少一种；中性不饱和单体为醋酸乙烯，亲水性不饱和单体为甲基丙烯酸，甲基丙烯酸的K+、Na+、NH4 +盐，丙烯酸，丙烯酸的K+、Na+、NH4 +盐，丙烯酰胺，顺丁烯二酸，顺丁烯二酸的K+、Na+、NH4 +盐中的至少一种。
3.权利要求1所述的吸附性聚合物，其中所述的聚合材料以下述物质按下述质量配比聚合而成：
亲油性不饱和单体：甲基丙烯酸-2乙基己酯18-25份，苯乙烯8-12份；中性不饱和单体：醋酸乙烯50份；亲水性不饱和单体：甲基丙烯酸、甲基丙烯酸盐、丙烯酸或丙烯酸盐中的至少一种6-13份；顺丁烯二酸或顺丁烯二酸盐中的至少一种8-12份。
4.一种复合纤维，其特征在于所述复合纤维以烟用滤棒纤维为芯体和表层吸附性聚合物构成，所述吸附性聚合物为权利要求1-3中任意一种所述的共聚物水乳液吸附性聚合物，所述的烟用滤棒纤维为聚丙烯纤维或醋酸纤维，吸附性聚合物的亲油基团附着于烟用滤棒聚丙烯纤维上。
5.一种复合纤维卷烟滤棒，其特征在于其为圆柱体，外壳为纸筒，纸筒内填充一束与圆柱体轴向同向排列并经卷曲的权利要求4所述的复合纤维，复合纤维与复合纤维间有众多结点。
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