CN103772927A - 可生物降解多孔发泡体材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种可生物降解多孔发泡体材料以及一种工艺简单、安全性高、能源消耗低、生产效率高、环保无污染的可生物降解多孔发泡体材料的制备方法。本发明的可生物降解多孔发泡体材料，包含以重量分计的下列成分：聚乳酸80～95、增塑剂4.5～20和增白剂0.1～0.5。聚乳酸是一种可生物降解的材料，可在烟过滤嘴上使用并大大提高烟过滤嘴环保性，无毒、无污染。本发明的可生物降解多孔发泡体材料是通过超临界二氧化碳辅助挤出加工的方法制备，加入的超临界二氧化碳为0.5～4重量份。该方法工艺过程简单、对环境没有污染且生产效率高。

Description

可生物降解多孔发泡体材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种微孔发泡材料及其制备方法，特别涉及一种可生物降解多孔发泡体材料及其制备方法。
背景技术
目前市场上广泛存在的烟用滤棒主要由醋酸纤维素丝束经开松、施加三醋酸甘油酯、卷制成型、分切而得，而醋酸纤维素丝束是由二醋酸纤维素片经溶解、过滤、纺丝、卷曲、干燥等复杂的工艺获得的。在生产过程中，二醋酸纤维素片在丙酮中完全溶解需要大量的时间；所用的丙酮易燃易爆，且需要回收；生产丝束和开松丝束的过程中会产生飞花，对操作人员有一定的职业安全风险。并且整个生产过程还存在工序繁多、工艺复杂、需要大量的设备、占用大量的土地、消耗大量的能源等问题。聚乳酸是一种良好的可降解材料，其经纺丝制成的聚乳酸丝束，增塑剂对其溶解效果差，其制成的烟滤棒无法满足卷烟需求。通过发泡的方式制备聚乳酸发泡体材料具有良好的吸附和过滤作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可生物降解多孔发泡体材料以及一种工艺简单、安全性高、能源消耗低、生产效率高、环保无污染的可生物降解多孔发泡体材料的制备方法。
根据本发明的一个方面，提供了可生物降解多孔发泡体材料，包含以重量分计的下列成分：聚乳酸80～95和增塑剂4.5～20，所述可生物降解多孔发泡体材料是通过超临界流体发泡熔融挤出的方式制备。聚乳酸是一种可生物降解的材料，在烟过滤嘴上使用可大大提高烟过滤嘴环保性，无毒、无污染并且工艺过程简单。
在一些实施方式中，增塑剂选自三醋酸甘油酯、三甘醇二乙酸脂、柠檬酸酯中的一种或几种。增塑剂能降低共混材料的熔融温度，从而避免物料在挤出机中发生降解。
在一些实施方式中，微孔发泡体烟用滤嘴材料中还包括重量份为0.1～0.5的二氧化钛。添加的二氧化钛作为增白剂，可以提高滤棒的白度。
在一些实施方式中，可生物降解多孔发泡体材料上具有若干开孔泡孔，泡孔的开孔率为65%～84%，泡孔密度为107～1011个/cm3，泡孔孔径为10μm～300μm。可使该材料做成的烟过滤嘴能够更好地吸附烟气中的有害物质，达到可使用的要求。
根据本发明的另一个方面，提供了可生物降解多孔发泡体材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）将聚乳酸、增塑剂和二氧化钛混合；
2）将混合后的物料加入超临界流体发泡挤出机中，混炼，注入定量超临界流体，形成均相溶液后，挤出发泡。
在一些实施方式中，步骤2）中的超临界流体为CO2，其加入的量为0.5～4重量份。
在一些实施方式中，步骤2）中的超临界流体发泡挤出机包括依次连接的上阶挤出机、注气段、下阶挤出机和挤出机头，所述上阶挤出机的工艺温度为160～200℃，注气段温度高于上阶挤出机的工艺温度15～25℃，下阶挤出机的工艺温度及挤出机头温度为150℃～180℃。
超临界流体是指物质处于临界温度和临界压力以上的流体，兼有气体和液体的双重特性，它具有近似液体的密度和近似气体的粘度，它可以像气体一样扩散，也能像液体一样溶解，因而它具有很强的溶解能力和良好的流动性及传递性。超临界流体的扩散系数比液体大两个数量级，而且流体的密度和粘度等性能均可通过压力和温度的变化方便地进行调节与控制，因而在聚合物熔体中超临界流体的溶解性、流动性、扩散性等都好于普通的液体或气体。
本发明的有益效果是：本发明直接将聚乳酸通过超临界流体发泡熔融挤出的方式获得定型定径的发泡体烟用滤棒，不仅工艺过程简单，工序变短，而且所有的超临界流体对环境没有任何的污染，作为滤棒的一种全新的形式，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明的可生物降解多孔发泡体材料的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种可生物降解多孔发泡体材料，该材料包含以重量份计的下列成分：聚乳酸80～95、增塑剂0.5～10和二氧化钛0.1～0.5。
其中，增塑剂选自三醋酸甘油酯、三甘醇二乙酸脂、柠檬酸酯中的一种或几种。
本发明的可生物降解多孔发泡体材料上具有若干泡孔，泡孔的开孔率为65%～84%，泡孔密度为107～1011个/cm3，泡孔孔径为10μm～300μm。
本发明的可生物降解多孔发泡体材料由聚乳酸加上适量的增塑剂和增白剂通过超临界CO2流体发泡挤出，可直接成型成各种形状的烟过滤嘴。
如图1所示，本发明的可生物降解多孔发泡体材料的制作方法如下：
1）将以重量份计的聚乳酸80～95、增塑剂4.5～20和二氧化钛0.1～0.5放入高速混合机中充分混合5-10min；
2）将混合后的物料加入超临界流体发泡挤出机中，超临界流体发泡挤出机包括依次连接的上阶挤出机、注气段、下阶挤出机和挤出机头。混合物首先进入上阶挤出机，在工艺温度为160～200℃下进行混炼后并挤出，然后进入注气段熔融，注气段的温度比上阶挤出机的工艺温度高15～25℃，在混合物料熔融的同时在注气段注入0.5～4重量份超临界流体二氧化碳作为发泡剂形成均相溶液，再进入下阶挤出机挤出。下阶挤出机和挤出机头温度为150℃～180℃。
超临界流体发泡挤出机可采用南京杰亚挤出装备有限公司（的SHJ-50型）CO2发泡挤出机。
实施例1～5
将按照表1中用量的聚乳酸、二氧化钛和增塑剂（三醋酸甘油酯、三甘醇二乙酸脂、柠檬酸酯）按照上述的方法混合并挤出，工艺参数见表1。再通过不同内径的成型烟枪定径定型分切获得长度为120mm的烟用滤棒，所得到的滤棒随机取20支检测圆周、重量、圆度、开孔率、泡孔密度、泡孔孔径、吸阻及硬度，检测方法参照国家相关标准，具体物理指标如表1。
表1
Figure BDA0000457299480000041
实施例6～10
用实施例1～5所制得的滤棒与烟丝卷制成样品卷烟，所得到的每个样品卷烟随机取50支进行抽吸，测量每支抽吸口数并取平均值，并测量抽吸后的烟气中的焦油含量和总粒相物。焦油含量和总粒相物按照GB/T19609-2004《卷烟用常规分析用吸烟机测定总粒相物和焦油》测定。采用相同圆周、吸阻及长度的普通滤棒制成的卷烟进行对比实验，结果如表2。
表2
卷烟 抽吸口数 焦油（mg/支） 总粒相物（mg/支）
对照1 7.2 7.2 9.62
实施例1 7.1 7.1 9.74
对照2 7.4 11.5 14.50
实施例2 7.2 11.0 14.20
对照3 7.3 12.5 15.37
实施例3 7.2 11.9 14.30
对照4 7.3 11.8 14.30
实施例4 7.0 12.2 15.25
对照5 7.3 12.6 14.96
实施例5 7.1 12.8 15.41
由以上实施例可以看出，本发明的可生物降解多孔发泡体材料的制备方法所生产出的发泡材料可应用于香烟过滤嘴，与普通过滤嘴相比，其吸附有害物质的性能和都非常接近，甚至略高于普通香烟的过滤嘴。完全可以满足香烟过滤嘴的性能指标。但本发明的发泡材料可生物降解，对环境无污染，并且生产工艺简单，值得推广和使用。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于发明的保护范围。

Claims (7)

1.可生物降解多孔发泡体材料，包含以重量份计的下列成分：聚乳酸80～95和增塑剂0.5～10，所述可生物降解多孔发泡体材料是通过超临界流体发泡熔融挤出的方式制备。
2.根据权利要求1所述的可生物降解多孔发泡体材料，其特征在于：所述增塑剂选自三醋酸甘油酯、三甘醇二乙酸脂、柠檬酸酯中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的可生物降解多孔发泡体材料，其特征在于：所述可生物降解多孔发泡体材料中还包括重量份为0.1～0.5的二氧化钛。
4.根据权利要求1所述的可生物降解多孔发泡体材料，其特征在于：所述可生物降解多孔发泡体材料上具有若干开孔泡孔，所述泡孔的开孔率为65%～84%，泡孔密度为107～1011个/cm3，泡孔孔径为10μm～300μm。
5.权利要求3所述的可生物降解多孔发泡体材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）将聚乳酸、增塑剂和二氧化钛混合；
2）将混合后的物料加入超临界流体发泡挤出机中，混炼，注入超临界流体，形成均相溶液后，挤出发泡。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤2）中的超临界流体为CO2，其加入的量为0.5～4重量份。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤2）中的超临界流体发泡挤出机包括依次连接的上阶挤出机、注气段、下阶挤出机和挤出机头，所述上阶挤出机的工艺温度为160～200℃，注气段温度高于上阶挤出机的工艺温度15～25℃，下阶挤出机的工艺温度及挤出机头温度为150℃～180℃。
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