CN109763185A - 一种用于卷烟降温滤段中空聚乳酸纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于卷烟降温滤段中空聚乳酸纤维及其制备方法，包括如下步骤：将食品纤维级聚乳酸原料，经过干燥、熔融、纺丝、冷却、上油、牵伸、卷曲和烘干定型工艺制备所得得到。本发明制备的中空聚乳酸纤维加工成过滤嘴的香烟在抽吸过程中，聚乳酸中空纤维对极性和非极性烟气成分气体有较高的吸附、吸收能力；同时烟气通过滤嘴温度升高，聚乳酸材料相态转变时吸热，且制备的中空纤维直径大，烟气通道大，提高了卷烟过滤嘴与烟气接触交换比表面，降低了烟气温度，起到减害效果。
Description
技术领域
本发明涉及卷烟用滤嘴材料技术领域，具体涉及一种用于卷烟降温滤段中空聚乳酸纤维及其制备方法。
背景技术
传统卷烟燃烧时燃烧锥温度可达800℃以上，卷烟烟气经过烟条、滤棒的热交换和散失，最终吸入消费者口腔时，烟气温度偏高会带来烟气刺激与灼热感，降低卷烟抽吸舒适性。这不仅容易使抽烟时的前后感受不一致，而且口腔常感热刺等不适症状。此外，高温燃烧产生的多种有害物，在较高温度条件时更容易伴随着气溶胶进入口腔，对人的健康影响更大。
卷烟滤嘴分为普通卷烟滤嘴和加热不燃烧卷烟滤嘴，目前国内常用的卷烟滤嘴丝束大多采用聚乳酸(PLA)丝束，包括传统PLA丝束滤棒段、PLA片材与其他材料复合的丝束等各种结构形式，其制备技术大多采用三醋酸甘油酯粘结、水基胶粘结两种技术手段，三醋酸甘油酯粘结的路线技术复杂，到目前仍存在质量不稳定、滤棒缩头、塌陷等致命的技术缺陷，短时间难以解决；水基胶粘结路线技术成熟，纺丝稳定性、滤棒成型稳定性好，是目前聚乳酸丝束的优选制备方法，但制备的普通聚乳酸丝束用于卷烟滤嘴中，仍存在烟气温度偏高，降温效果欠缺的技术缺陷。因此开发具有高效降温效果兼具环境友好性，同时具有现有产业链可利用性的冷却段新材料成为当前占领行业制高点所急需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种用于卷烟降温滤段中空聚乳酸纤维及其制备方法，采用天然可再生植物资源提取的聚乳酸制成中空纤维应用于烟草制品中，利用聚乳酸纤维的中空结构，极大地提高了卷烟过滤嘴与烟气接触交换比表面，降低烟气温度，避免因烟气温度偏高带来烟气刺激与灼热感而降低卷烟抽吸舒适性。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种用于卷烟降温滤段中空聚乳酸纤维，由食品纤维级聚乳酸原料，经过干燥、熔融、纺丝、冷却、上油、牵伸、卷曲和烘干定型工艺制备所得。
优选的，所述食品纤维级聚乳酸的熔融指数为6.0-14g/10min。
本发明聚乳酸材料取材于天然可再生的植物资源(例如玉米、土豆、甘蔗下脚、甜菜下脚等)经水解生成葡萄糖、麦芽糖等糖类，再经特殊酵母菌发酵方法制成乳酸，再经缩聚制成。聚乳酸纤维具有无毒性、低发烟性、难燃性，并且有一定的耐菌性能和耐紫外性能，对人体是绝对安全的，人们在吸食过程中微粒进入人体内后无毒副作用，且会自动分解后排出，与醋纤、丙纤相比，能减轻对人体的伤害。聚乳酸是一种半晶聚物高分子材料，其玻璃化温度为60-65℃，当温度超过65℃后，玻璃态向其它相态转变时，材料开始吸周围热量现象。
本发明制备的中空聚乳酸纤维，中空直径大，烟气通道大，提高了卷烟过滤嘴与烟气接触交换比表面，通过膜表面的空腔微孔结构对物质进行选择性分离，当烟气混合物在一定压力下流过中空纤维表面时，由于聚乳酸纤维的对极性和非极性烟气成分气体有较高的吸附、吸收能力，烟气中的水分、焦油、悬浮颗粒、胶体等成分在透过纤维表面时，被截留，烟气中有害物质同时又依附在纤维表面的水分和焦油上，加上中空纤维的空腔形状和纺丝过程中形成的微孔，加大了烟气经过的距离和流经面积，卷烟烟气经过烟条、滤棒的热交换和散失，最终吸入消费者口腔时，烟气温度降低，避免因烟气温度偏高带来烟气刺激与灼热感而降低卷烟抽吸舒适性。
优选的，一种用于卷烟降温滤段中空聚乳酸纤维的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将食品纤维级聚乳酸在70-100℃干燥2-4h,切片烘干，经过螺杆挤出机中熔融；
(2)将熔融后的纤维级聚乳酸进行纺丝，通过异形中空多形状的喷丝板，使熔融的聚乳酸流经中空异形中空喷丝孔喷出；在20±2℃环吹风冷却至室温，得到截面有空腔形状的纤维；
(3)将步骤(2)所得的纤维进行浸涂油表面处理，然后集中300-16000根纤维以卷绕速度300-900m/mim进行卷绕处理为半成品；收集入专用盛丝桶，放置2-24h后再结晶处理；
(4)将步骤(3)处理后的纤维在50-80℃下水浴牵伸3-8s，经热盘定型辊在70-120℃定型，然后在60-90℃下卷曲成型；
(5)将卷曲成型后的纤维在60-80℃下烘干定型15-25mim，在20±2℃温度下进行冷却固化定型，经皮带输送到叠丝机系统打包成型，即得所述中空聚乳酸纤维。
本发明聚乳酸经加热熔融后，熔体流动性随纺丝温度的升高而提高，其膨化性减小，熔体易形成异形截面，当熔体在压力作用下被挤出喷丝孔，形成一定的异形截面，喷出板面后温度下降，熔体瞬间发生膨胀变化，熔体与熔体间隙小的在张力作用下瞬间碰撞在一起并发生粘连现象，熔体并在冷却气流作用下迅速冷却固化，从而形成截面中空形状的纤维。本发明制备的中空聚乳酸纤维既能保持原来异型截面物理特性，加强了纤维刚性和硬挺度，又能增大纤维的接触面积，加上中空形状能进一步降低滤嘴吸阻,并且减少了丝束的填充量，从而提高出棒率和提高加热不燃烧卷烟降温滤嘴换热效果。
优选的，步骤(1)所述螺杆加料段温度为180-190℃，压缩段温度为205±3℃，计量段温度为200±3℃。
优选的，步骤(2)所述纺丝温度190-220℃。
优选的，步骤(2)所述喷丝板中喷丝孔形状为复合Y型、C型、双弧形、品型中的两种或两种以上孔型组合而成。
优选的，所述复合Y型由三个Y型结构组成，三个Y型面120度分布，Y型与Y型间距0.06-1mm，叶径0.68-4mm，叶宽0.18-2mm。
优选的，所述C型、双弧形的外圆径0.68-10mm，环型宽度0.08-2mm，环口间距0.06-1mm。
优选的，步骤(4)所述牵伸比为1-3倍。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
(1)本发明制备的中空聚乳酸纤维加工成过滤嘴的香烟在抽吸过程中，聚乳酸中空纤维对极性和非极性烟气成分气体有较高的吸附、吸收能力；同时烟气通过滤嘴温度升高，聚乳酸材料相态转变时吸热，且制备的中空纤维直径大，烟气通道大，提高了卷烟过滤嘴与烟气接触交换比表面，降低了烟气温度，起到减害效果。
(2)本发明中空聚乳酸纤维应用到聚乳酸过滤嘴香烟，具有独特的吸味风格，并具有同二醋酸纤维素过滤嘴相近的过滤能力，可以有效的过滤烟气中的有害物质。
(3)本发明制备的聚乳酸丝束可生物分解，不会产生污染，可再生，属于绿色环保产品；极大地提高了卷烟过滤嘴与烟气接触交换比表面，降低烟气温度，降温过程减少了传统烟产生的有害物质。
(4)本发明中空聚乳酸纤维可以应用到普通卷烟及加热不燃烧卷烟的降温过滤段。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
一种用于卷烟降温滤段中空聚乳酸纤维的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将食品纤维级聚乳酸在70℃干燥4h,切片烘干，经过螺杆挤出机中熔融，设置螺杆加料段温度为180℃，压缩段温度为202℃，计量段温度为197℃；
(2)将熔融后的纤维级聚乳酸进行纺丝，纺丝温度190℃，通过异形中空多形状的喷丝板，其中喷丝板中喷丝孔形状为复合Y型、C型组合而成，其中复合Y型由三个Y型结构组成，三个Y型面120度分布，Y型与Y型间距0.06mm，叶径0.68mm，叶宽0.18mm；C型外圆径0.68mm，环型宽度0.08mm，环口间距0.06mm；使熔融的聚乳酸流经中空异形中空喷丝孔喷出；在18℃环吹风冷却至室温，得到截面有空腔形状的纤维；
(3)将步骤(2)所得的纤维进行浸涂油表面处理，然后集中300根纤维以卷绕速度300m/mim进行卷绕处理为半成品；收集入专用盛丝桶，放置2h后再结晶处理；
(4)将步骤(3)处理后的纤维在50℃下水浴，牵伸比为1倍牵伸8s，经热盘定型辊在70℃定型，然后在60℃下卷曲成型；
(5)将卷曲成型后的纤维在60℃下烘干定型25mim，在18℃温度下进行冷却固化定型，经皮带输送到叠丝机系统打包成型，即得所述中空聚乳酸纤维。
实施例2
一种用于卷烟降温滤段中空聚乳酸纤维的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将食品纤维级聚乳酸在85℃干燥3h,切片烘干，经过螺杆挤出机中熔融，设置螺杆加料段温度为185℃，压缩段温度为205℃，计量段温度为200℃；
(2)将熔融后的纤维级聚乳酸进行纺丝，纺丝温度210℃，通过异形中空多形状的喷丝板，其中喷丝板中喷丝孔形状为双弧形、品型组合而成，其中双弧形的外圆径0.88mm，环型宽度0.15mm，环口间距0.08mm；使熔融的聚乳酸流经中空异形中空喷丝孔喷出；在20℃环吹风冷却至室温，得到截面有空腔形状的纤维；
(3)将步骤(2)所得的纤维进行浸涂油表面处理，然后集中10000根纤维以卷绕速度600m/mim进行卷绕处理为半成品；收集入专用盛丝桶，放置10h后再结晶处理；
(4)将步骤(3)处理后的纤维在65℃下水浴，牵伸比为2倍牵伸5s，经热盘定型辊在100℃定型，然后在80℃下卷曲成型；
(5)将卷曲成型后的纤维在70℃下烘干定型20mim，在20℃温度下进行冷却固化定型，经皮带输送到叠丝机系统打包成型，即得所述中空聚乳酸纤维。
实施例3
一种用于卷烟降温滤段中空聚乳酸纤维的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将食品纤维级聚乳酸在100℃干燥2h,切片烘干，经过螺杆挤出机中熔融，设置螺杆加料段温度为190℃，压缩段温度为208℃，计量段温度为203℃；
(2)将熔融后的纤维级聚乳酸进行纺丝，纺丝温度220℃，通过异形中空多形状的喷丝板，其中喷丝板中喷丝孔形状为复合Y型、双弧形组合而成，其中复合Y型由三个Y型结构组成，三个Y型面120度分布，Y型与Y型间距0.08mm，叶径0.25mm，叶宽1.5mm；双弧形的外圆径10mm，环型宽度2mm，环口间距1mm；使熔融的聚乳酸流经中空异形中空喷丝孔喷出；在22℃环吹风冷却至室温，得到截面有空腔形状的纤维；
(3)将步骤(2)所得的纤维进行浸涂油表面处理，然后集中16000根纤维以卷绕速度900m/mim进行卷绕处理为半成品；收集入专用盛丝桶，放置24h后再结晶处理；
(4)将步骤(3)处理后的纤维在80℃下水浴，牵伸比为3倍牵伸3s，经热盘定型辊在120℃定型，然后在90℃下卷曲成型；
(5)将卷曲成型后的纤维在80℃下烘干定型15mim，在22℃温度下进行冷却固化定型，经皮带输送到叠丝机系统打包成型，即得所述中空聚乳酸纤维。
本发明实施例2中制备的中空聚乳酸纤维丝束用于普通卷烟和加热不燃烧卷烟的物料技术指标如表1所示。
表1
本发明实施例2中制备的中空聚乳酸纤维与其他纤维素材的环境影响和燃烧特性如表2所示。
表2
将本发明实施例2中制备的中空聚乳酸纤维制备成过滤嘴用于某品牌香烟，进行指标检测，具体数据见表3。
表3香烟检测对比
以上为本发明较佳实施例，只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种用于卷烟降温滤段中空聚乳酸纤维，其特征在于，由食品纤维级聚乳酸原料，经过干燥、熔融、纺丝、冷却、上油、牵伸、卷曲和烘干定型工艺制备得到。
2.根据权利要求1所述的用于卷烟降温滤段中空聚乳酸纤维，其特征在于：所述食品纤维级聚乳酸的熔融指数为6.0-14g/10min。
3.一种权利要求1所述的用于卷烟降温滤段中空聚乳酸纤维的制备方法，其特征在：具体包括如下步骤：
(1)将食品纤维级聚乳酸在70-100℃干燥2-4h,切片烘干，经过螺杆挤出机中熔融；
(2)将熔融后的纤维级聚乳酸进行纺丝，通过异形中空多形状的喷丝板，使熔融的聚乳酸流经中空异形中空喷丝孔喷出；在20±2℃环吹风冷却至室温，得到截面有空腔形状的纤维；
(3)将步骤(2)所得的纤维进行浸涂油表面处理，然后集中300-16000根纤维以卷绕速度300-900m/mim进行卷绕处理为半成品；收集入专用盛丝桶，放置2-24h后再结晶处理；
(4)将步骤(3)处理后的纤维在50-80℃下水浴牵伸3-8s，经热盘定型辊在70-120℃定型，然后在60-90℃下卷曲成型；
(5)将卷曲成型后的纤维在60-80℃下烘干定型15-25mim，在20±2℃温度下进行冷却固化定型，经皮带输送到叠丝机系统打包成型，即得所述中空聚乳酸纤维。
4.根据权利要求3所述的用于卷烟降温滤段中空聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述螺杆加料段温度为180-190℃，压缩段温度为205±3℃，计量段温度为200±3℃。
5.根据权利要求3所述的用于卷烟降温滤段中空聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述纺丝温度190-220℃。
6.根据权利要求3所述的用于卷烟降温滤段中空聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述喷丝板中喷丝孔形状为复合Y型、C型、双弧形、品型中的两种或两种以上孔型组合而成。
7.根据权利要求6所述的用于卷烟降温滤段中空聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于：所述复合Y型由三个Y型结构组成，三个Y型面120度分布，Y型与Y型间距0.06-1mm，叶径0.68-4mm，叶宽0.18-2mm。
8.根据权利要求6所述的用于卷烟降温滤段中空聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于：所述C型、双弧形的外圆径0.68-10mm，环型宽度0.08-2mm，环口间距0.06-1mm。
9.根据权利要求3所述的用于卷烟降温滤段中空聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于：步骤(4)所述牵伸比为1-3倍。
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