CN105556012B - 烟草过滤嘴用莱赛尔材料及其制造方法 - Google Patents

烟草过滤嘴用莱赛尔材料及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种香烟过滤嘴用莱赛尔材料及其制造方法，更具体而言，涉及一种香烟过滤嘴用莱赛尔材料及其制造方法，该莱赛尔材料是通过对莱赛尔复丝进行卷曲并由此得到卷曲丝束的步骤制造而成。因此，可以制得可生物降解并且生态友好的莱赛尔材料。

Description

烟草过滤嘴用莱赛尔材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种香烟过滤嘴用莱赛尔材料及其制造方法。
背景技术
香烟过滤嘴主要由醋酸纤维素纤维构成。目前，醋酸纤维素纤维按照如下方式制造。具体而言，醋酸纤维素纤维由这样的方式得到：将醋酸纤维素片溶解在溶剂例如丙酮中，由此制备醋酸纤维素纺丝液，然后，将纺丝液加入喷丝嘴装置中并使用干纺工艺在高温气氛中进行纺丝。
醋酸纤维素纤维特别适用于作为香烟过滤嘴的纤维，适当调整醋酸纤维素纤维的细度从而便于香烟过滤嘴的生产，最终提供具有卷曲带的纤维丝束形式的醋酸纤维素纤维。然后，将醋酸纤维素纤维丝束用香烟过滤嘴塞卷绕装置打开，用塑化剂浸渍，使用过滤嘴卷绕纸形成为杆状，然后切至预定长度，形成香烟过滤嘴。
将纤维素经过醋酸的酯化作用得到醋酸纤维素，醋酸纤维素本质上可生物降解。然而，实际上，这样的可生物降解醋酸纤维素纤维未必被认为是好的。
例如，即使当由醋酸纤维素纤维构成的香烟过滤嘴被掩埋在土壤中时，其形状依然维持一至两年，并且将掩埋在土壤中的香烟过滤嘴完全生物降解需要非常长的时间。
将香烟过滤嘴组装为香烟产品形式，这样分散至消费者并且供其吸食，最终在吸食之后被丢弃。此外，香烟过滤嘴可能被香烟过滤嘴制造厂直接作为生产废料丢弃。收集由此丢弃的香烟过滤嘴，然后对其进行掩埋处理。在某些情况下，香烟过滤嘴未经收集并且留在自然环境中。丢弃的香烟过滤嘴存在问题，因为丢弃的过滤嘴的存在影响视觉美观并且使用过的香烟过滤嘴吸附的毒性也会渗入环境中并且会变得具有潜在生物公害性。常规的醋酸纤维素结构以及香烟过滤嘴出现这些问题。
在这种状况下，已经提出各种制造可生物降解的过滤嘴丝束的方法，这些方法包括使用由预定可生物降解的聚合物制成的醋酸纤维素，使用用于提高醋酸纤维素的降解速率的添加剂，使用具有低取代度(DS)以提高可生物降解性的醋酸纤维素，以及使用包含可生物降解的聚合物复合材料例如PHB(聚羟基丁酸)/PVB(聚乙烯醇缩丁醛)和淀粉的过滤嘴丝束材料。
然而，还未开发出生产以充分快的速率降解以克服处理问题并且被消费者所接受的过滤嘴的满意商用方案。前述方法的最大限制在于在生物降解速率、过滤嘴材料的吸附性能和烟草香味特征之间难以实现满意的折衷。
发明内容
技术问题
因此，本发明旨在提供一种可生物降解的香烟过滤嘴用莱赛尔材料及其制造方法。
技术方案
本发明的优选第一实施方案提供一种香烟过滤嘴用莱赛尔材料的制造方法，该制造方法包括使莱赛尔复丝卷曲，由此得到卷曲丝束。
在这个实施方案中，所述制造方法可以包括：(S1)对包含纤维素浆和N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)水溶液的莱赛尔纺丝液进行纺丝；(S2)使在(S1)中纺丝后的莱赛尔纺丝液凝固，由此得到莱赛尔复丝；(S3)对在(S2)中得到的莱赛尔复丝进行水洗；(S4)对在(S3)中水洗后的莱赛尔复丝进行上油处理；以及(S5)对在(S4)中上油处理后的莱赛尔复丝进行卷曲，由此得到卷曲丝束。
在这个实施方案中，(S1)中的莱赛尔纺丝液可以包含6～16wt％的纤维素浆和84～94wt％的NMMO水溶液。
在这个实施方案中，所述纤维素浆可以包含85～97wt％的α-纤维素，并且可以具有600～1700的聚合度(DPw)。
在这个实施方案中，(S2)中的凝固可以包括：使用包括向纺丝液供给冷空气的空气淬冷(Q/A)的初级凝固；以及包括将初级凝固后的纺丝液浸入凝固液中的次级凝固。
在这个实施方案中，可以通过向纺丝液供给温度为4～15℃且风速为5～50m/s的冷空气来进行空气淬冷。
在这个实施方案中，所述凝固液可以具有30℃以下的温度。
在这个实施方案中，(S5)可以包括使用填塞箱对上油处理后的莱赛尔复丝进行卷曲，产生每英寸具有15～30个卷曲的卷曲丝束。
在这个实施方案中，(S5)可以通过供给蒸汽或施加压力使得莱赛尔复丝被卷曲来进行。
在这个实施方案中，可以供给蒸汽使得蒸汽的压力为0.1～1.0kgf/cm2，可以使用压力为1.5～2.0kgf/cm2的压辊对莱赛尔复丝进行加压和卷曲。
本发明的优选第二实施方案提供一种香烟过滤嘴用莱赛尔材料，该莱赛尔材料通过将包含纤维素浆和N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)水溶液的莱赛尔纺丝液进行纺丝来制得莱赛尔复丝，然后对莱赛尔复丝进行卷曲制造而成。
在这个实施方案中，所述莱赛尔材料每英寸可以具有15～30个卷曲。
在这个实施方案中，所述莱赛尔纺丝液可以包含6～16wt％的纤维素浆和84～94wt％的NMMO水溶液。
在这个实施方案中，所述纤维素浆可以包含85～97wt％的α-纤维素，并且可以具有600～1700的聚合度(DPw)。
有益效果
根据本发明，香烟过滤嘴用莱赛尔材料的制造方法可以有效生产高度可生物降解因此生态友好的莱赛尔材料。
具体实施方式
下文中，将详细地描述本发明。
本发明提出一种香烟过滤嘴用莱赛尔材料的制造方法，该制造方法包括对莱赛尔复丝进行卷曲，由此得到卷曲丝束。
香烟过滤嘴用莱赛尔材料的制造方法包括：(S1)对包含纤维素浆和N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)水溶液的莱赛尔纺丝液进行纺丝；(S2)使在(S1)中纺丝后的莱赛尔纺丝液凝固，由此得到莱赛尔复丝；(S3)对在(S2)中得到的莱赛尔复丝进行水洗；(S4)对在(S3)中水洗后的莱赛尔复丝进行上油处理；以及(S5)对在(S4)中上油处理后的莱赛尔复丝进行卷曲，由此得到卷曲丝束。
[步骤(S1)]
(S1)为对包含纤维素浆和N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)水溶液的莱赛尔纺丝液进行纺丝的步骤。
所述莱赛尔纺丝液可以包含6～16wt％的纤维素浆和84～94wt％的NMMO水溶液，其中，所述纤维素浆可以包含85～97wt％的α-纤维素，并且可以具有600～1700的聚合度(DPw)。
如果所述纤维素浆的量小于6wt％，难以获得纤维的性能。相反，如果其量超过16wt％，难以溶解在水溶液中。
如果所述NMMO水溶液的量小于84wt％，溶解粘度会显著增大。相反，如果其量超过94wt％，纺丝粘度会明显减小，使得在纺丝过程中难以制造均一的纤维。
所述NMMO水溶液可以包含93:7至85:15的重量比的NMMO和水。如果NMMO与水的重量比超过93:7，溶解温度会升高，因此纤维素会随着纤维素的溶解而分解。相反，如果其重量比小于85：15，溶剂的溶解性能会降低，使得难以溶解纤维素。
所述纺丝液从圆环状喷丝头的喷嘴排出。照此，喷丝头起到将丝状纺丝液通过气隙排入凝固浴中的凝固液中的作用。从喷丝头排出所述纺丝液可以在80至130℃下进行。
[步骤(S2)]
(S2)为使(S1)中纺丝后的莱赛尔纺丝液凝固来得到莱赛尔复丝的步骤。(S2)中的凝固可以包括：包括使纺丝液进行使用冷空气的空气淬冷(Q/A)的初级凝固，以及包括将初级凝固后的纺丝液浸入凝固液中的次级凝固。
(S1)中通过圆环状喷丝头排出纺丝液之后，该纺丝液可以通过喷丝头与凝固浴之间的气隙。在气隙中，从位于圆环状喷丝头内部的空气冷却部件向外供给冷空气，并且可以通过向纺丝液供给这样的冷空气的空气淬冷进行初级凝固。
对(S2)中得到的莱赛尔复丝的性能有影响的因素包括气隙中冷空气的温度和风速，并且可以通过向纺丝液供给温度为4～15℃且风速为5～50m/s的冷空气来进行(S2)中的凝固。
如果初级凝固中冷空气的温度低于4℃，喷丝头的表面会被冷却，莱赛尔复丝的横截面会变得不均一，纺丝加工性能会变差。相反，如果其温度高于15℃，使用冷空气的初级凝固不充分，因此纺丝加工性能变差。
如果初级凝固中冷空气的风速小于5m/s，使用冷空气的初级凝固不充分并且纺丝加工性能会变差，不理想地引起纱线断裂。相反，如果其风速超过50m/s，由喷丝头排出的纺丝液会被空气晃动并且纺丝加工性能会因此变差。
在使用空气淬冷的初级凝固之后，将纺丝液供给至含有凝固液的凝固浴中以进行次级凝固。为了适当地进行次级凝固，凝固液的温度可以设置为30℃以下。因为次级凝固的温度不过高，可以适当地维持凝固速率。可以不加特殊限制地制备凝固液，只要它具有本发明所属技术领域的典型组成即可。
[步骤(S3)]
(S3)为对(S2)中得到的莱赛尔复丝进行水洗的步骤。
具体而言，将(S2)中得到的莱赛尔复丝放置在拉伸辊上，然后置于水洗浴中并用水洗涤。
在对复丝进行水洗时，考虑到在水洗过程之后溶剂的回收和再利用，可以使用0至100℃的水洗液。所述水洗液可以包括水，并且根据需要，还可以包含其他成分。
[步骤(S4)]
(S4)为对(S3)中水洗后的莱赛尔复丝进行上油处理的步骤，并且可以对上油处理后的复丝进行干燥。
可以通过将复丝完全浸入油中来进行上油处理，并且可以通过连接至上油处理装置的输入辊(entry roll)和释放辊(release roll)的压辊来维持复丝上油的量均一。油起到减小与干燥辊和导件接触的细丝的摩擦力的作用，并且，在卷曲过程中，也有助于纤维之间卷曲的形成。
[步骤(S5)]
(S5)为对(S4)中上油处理后的莱赛尔复丝进行卷曲以得到卷曲丝束的步骤。
卷曲为对复丝进行卷曲的过程，使用填塞箱进行，由此得到每英寸具有15～30个卷曲的卷曲丝束。
在(S5)中，供给蒸汽和施加压力使得莱赛尔复丝可以被卷曲。
具体而言，通过蒸汽箱以0.1～1.0kgf/cm2向莱赛尔复丝供给蒸汽，使其温度升高，然后使用压辊以1.5～2.0kgf/cm2的压力进行加压，从而在填塞箱中形成卷曲。
如果供给蒸汽的量小于0.1kgf/cm2，不能有效形成卷曲。相反，如果其量超过1.0kgf/cm2，填塞箱的温度升高至120℃以上，导致细丝互相粘附，因此细丝不能通过填塞箱。此外，如果压辊的压力低于1.5kgf/cm2，不能形成所需的卷曲数。相反，如果其压力超过2.0kgf/cm2，压力太强，因此细丝不能通过填塞箱。
为了满足香烟过滤嘴所要求的性能，每英寸卷曲数被认为很重要，可以设置为15～30，优选25～30。如果每英寸卷曲数小于15，在制造香烟过滤嘴的过程中不容易打开丝束，不理想地引起加工问题。此外，与香烟过滤嘴所需的性能相关的耐吸性、过滤嘴硬度和过滤嘴去除性能会变得令人不满意。相反，如果每英寸卷曲数超过30，在填塞箱中会出现非均匀加压，并且丝束不能有效地经过填塞箱，使得难以制造卷曲丝束。
因为香烟过滤嘴用莱赛尔材料，如上所述，可生物降解，它可以在烟蒂被丢弃的较短时间内被生物降解，因此生态友好。
通过下面的实施例可以更好地理解本发明，本发明所属技术领域具有普通知识的人员应该清楚，提出下面的实施例是用于说明，而不应该理解为限制本发明。
实施例1
通过将具有820的DPw和93.9％的α-纤维素的纤维素浆与含有0.01wt％的没食子酸丙酯的NMMO/H2O溶剂混合物(重量比90/10)混合来制备莱赛尔材料浓度为12wt％的纺丝液。
在圆环状喷丝头的喷丝嘴处，纺丝液维持在110℃的纺丝温度下，在调整排出量和纺丝速度的同时进行纺丝，使得每根细丝的细度为1.75旦尼尔。将由喷丝嘴排出的细丝状纺丝液通过气隙加入至凝固浴中的凝固液中。在气隙中使用温度为8℃且风速为10m/s的冷空气对纺丝液进行初级凝固。
所述凝固液具有25℃的温度并且由85wt％的水和15wt％的NMMO组成。如此，使用传感器和折射计连续监测凝固液的浓度。
使用水洗装置所喷射的水洗溶液对通过拉伸辊在空气层中被拉伸的细丝进行水洗以去除残留的NMMO，并且用油对细丝进行充分均匀地浸渍，然后进行挤压使得细丝具有0.2％的油含量，然后使用干燥辊在150℃下进行干燥。接下来，将莱赛尔复丝在经过蒸汽箱的同时升高温度，然后通过压辊在填塞箱中进行卷曲，由此得到莱赛尔卷曲丝束。对于此，以0.1kgf/cm2供给蒸汽并且压辊的压力设置为1.5kgf/cm2。
实施例2
除了通过在填塞箱中进行卷曲得到卷曲丝束时，以0.5kgf/cm2供给蒸汽并且压辊的压力设置为1.5kgf/cm2以外，以与实施例1相同的方式制造香烟过滤嘴用莱赛尔材料。
实施例3
除了通过在填塞箱中进行卷曲得到卷曲丝束时，以0.5kgf/cm2供给蒸汽并且压辊的压力设置为2.0kgf/cm2以外，以与实施例1相同的方式制造香烟过滤嘴用莱赛尔材料。
对比实施例1
除了通过在填塞箱中进行卷曲得到卷曲丝束时，以0.5kgf/cm2供给蒸汽并且压辊的压力设置为2.5kgf/cm2以外，以与实施例1相同的方式制造香烟过滤嘴用莱赛尔材料。
对比实施例2
除了通过在填塞箱中进行卷曲得到卷曲丝束时，以2.0kgf/cm2供给蒸汽并且压辊的压力设置为1.5kgf/cm2以外，以与实施例1相同的方式制造香烟过滤嘴用莱赛尔材料。
对比实施例3
除了通过在填塞箱中进行卷曲得到卷曲丝束时，以0.1kgf/cm2供给蒸汽并且压辊的压力设置为1.0kgf/cm2以外，以与实施例1相同的方式制造香烟过滤嘴用莱赛尔材料。
(1)卷曲数的测量
根据KS K 0326，从未破坏卷曲的若干部分取二十个纤维样品，放置在制备好的有光泽纸片上(间距25mm)，然后添加在4～5％的醋酸戊酯中包含赛璐珞的粘合剂，使得每个样品相对于所述间距被延长(25±5)％，然后保持样品静止，使粘合剂干燥。当使用卷曲试验机每1D施加1.96/1000cN(2mgf)的主载荷时对每个样品的卷曲数进行计数，确定25mm内的卷曲数并且平均至一个小数位。主载荷为每1D 1.96/1000cN(2mgf)。
[表1]
从表1的性能测量结果可以明显看出，对比实施例的莱赛尔材料有13个卷曲或者不能被卷曲，落在香烟过滤嘴的合适卷曲数对应的每英寸15～30个卷曲的范围之外。因此，可以确定，对比实施例的材料不适合用作香烟过滤嘴中的纤维。
工业实用性
根据本发明，香烟过滤嘴用莱赛尔材料的制造方法能够生产香烟过滤嘴用莱赛尔材料，该莱赛尔材料完全可生物降解因而生态友好。

Claims (7)

1.一种制造香烟过滤嘴用莱赛尔材料的方法，包括:
(S1)对包含纤维素浆和N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)水溶液的莱赛尔纺丝液进行纺丝；
(S2)使所述在(S1)中纺丝后的莱赛尔纺丝液凝固，由此得到莱赛尔复丝；
(S3)对所述在(S2)中得到的莱赛尔复丝进行水洗；
(S4)对所述在(S3)中水洗后的莱赛尔复丝进行上油处理；以及
(S5)使用填塞箱对所述在(S4)中上油处理后的莱赛尔复丝进行卷曲，由此得到卷曲丝束，
其中，(S2)中的凝固包括：使用包括向所述纺丝液供给温度为4～15℃且风速为5～50m/s的冷空气的空气淬冷(Q/A)的初级凝固；以及包括将所述初级凝固后的纺丝液浸入凝固液中的次级凝固，
其中，从位于圆环状喷丝头内部的空气冷却部件向外供给所述冷空气，
其中，(S5)是通过向所述填塞箱中供给压力为0.1～1.0kgf/cm2的蒸汽，并使用压力为1.5～2.0kgf/cm2的压辊对所述莱赛尔复丝进行加压，使得所述莱赛尔复丝每英寸具有25-30个卷曲，
其中，(S5)包括产生每英寸具有25-30个卷曲的卷曲丝束。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述(S1)中的莱赛尔纺丝液包含6～16wt％的所述纤维素浆以及84～94wt％的所述N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述纤维素浆包含85～97wt％的α-纤维素，并且具有600～1700的聚合度(DPw)。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述凝固液具有30℃以下的温度。
5.一种香烟过滤嘴用莱赛尔材料，由权利要求1所述的方法制造，
其中，所述莱赛尔材料每英寸具有25-30个卷曲。
6.根据权利要求5所述的莱赛尔材料，其中，所述莱赛尔纺丝液包含6～16wt％的所述纤维素浆和84～94wt％的所述N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液。
7.根据权利要求6所述的莱赛尔材料，其中，所述纤维素浆包含85～97wt％的α-纤维素，并且具有600～1700的聚合度(DPw)。
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