CN110367589A - 一种烟用聚乳酸基过滤材料及其制备方法 - Google Patents

一种烟用聚乳酸基过滤材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种烟用聚乳酸基过滤材料及其制备方法,包括以下重量百分比的组分组成:聚乳酸90~95%,聚甲基丙烯酸甲酯1~10%,纳米材料0.1~5%;其中,所述纳米材料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米硅酸盐、石墨烯、端羧基超支化聚酯、端羟基超支化聚酯中的至少一种。本发明以聚乳酸为基体辅以聚甲基丙烯酸甲酯和纳米材料制备出烟用过滤材料,该材料具有低收缩率、极大的保留了材料生物降解性以及良好的纺丝粘接性等优点;同时能完全适应目前工业化成熟的熔融纺丝工艺和过滤制品的制作工艺,且该过滤材料安全无毒。

Description

一种烟用聚乳酸基过滤材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及烟草过滤技术领域,具体涉及一种烟用聚乳酸基过滤材料及其制备方法。
背景技术
随着社会的进步和日益突出的环境保护问题,材料的可回收利用以及可降解性能已经受到广泛关注,其中可生物降解的材料越来越受到重视。
聚乳酸(PLA)是一类可生物降解的新型材料,它是以可再生的农作物淀粉(如玉米、木薯、甘蔗等的淀粉)为原料制备而得。因此,聚乳酸具有良好的生物可降解性,使用后经过堆肥等自然降解过程最终产物为二氧化碳和水,不污染环境不消耗高能源也不额外地产生二氧化碳,是目前公认的环境友好型的材料。
聚乳酸具有良好的机械性能和物理性能,同时兼具良好的加工性能,适用于吹塑、拉膜、模压等各种加工方法。已经初步应用于各种塑料产品如食品包装、快餐饭盒等,在纤维纺织行业也有广泛应用如无纺布、保健织物、地毯等。通过调研发现,已经有部分发明专利将聚乳酸纤维应用于香烟过滤器材料,但均无法满足目前产品综合性能的需要。中国专利CN 201510502839.X使用聚乳酸的共聚物提高了聚乳酸体系的耐热性能和韧性,但是没有提出和解决聚乳酸纤维产品粘接性能的需要。因此,适应目前已成熟的熔融纺丝生成工艺并满足烟用过滤产品的综合性能是亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对上述现有的技术缺陷,提供一种烟用聚乳酸基过滤材料及其制备方法,以聚乳酸为基体辅以聚甲基丙烯酸甲酯和纳米材料制备出烟用过滤材料,该材料具有低收缩率、极大的保留了材料生物降解性以及良好的纺丝粘接性等优点;同时能完全适应目前工业化成熟的熔融纺丝工艺和过滤制品的制作工艺,且该过滤材料安全无毒。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种烟用聚乳酸基过滤材料,包括以下重量百分比的组分组成:聚乳酸90~95%,聚甲基丙烯酸甲酯1~10%,纳米材料0.1~5%;其中,所述纳米材料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米硅酸盐、石墨烯、端羧基超支化聚酯、端羟基超支化聚酯中的至少一种。
进一步的,所述聚乳酸的熔融指数为5~35g/10min。
进一步的,所述聚乳酸选择熔融指数范围内的一种或多种共混。
进一步的,所述聚甲基丙烯酸甲酯的熔融指数为10~40g/10min。
进一步的,所述聚甲基丙烯酸甲酯选择熔融指数范围内的一种或多种共混。
进一步的,所述端羧基超支化聚酯的分子量800~14000,酸值100~350mgKOH/g。
进一步的,所述端羟基超支化聚酯的分子量500~12000,羟值150~700mgKOH/g。
一种如上所述的烟用聚乳酸基过滤材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、按重量百分比比例分别称取聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯和纳米材料,然后将三者混合均匀得到原材料;所述纳米材料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米硅酸盐、石墨烯、端羧基超支化聚酯、端羟基超支化聚酯中的至少一种;
S2、将上述原材料用抽真空双螺杆挤出机混合挤出造粒,而后粒子进行真空干燥,然后保持真空使粒子冷却至室温;
S3、粒子出料后使用单螺杆挤出机进行纺丝,经牵伸、卷曲、热定型后得到烟用聚乳酸基过滤材料。
进一步的,在步骤S2中,将上述原材料在160~180℃下用抽真空双螺杆挤出机混合挤出造粒。
进一步的,将粒子置于80℃中真空干燥12h。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:本发明技术方案利用聚甲基丙烯酸甲酯与聚乳酸两者之间具有良好的相容性,提高了聚乳酸的强度,并降低了聚乳酸的韧性,有利于制品的外观成型和美观要求,本发明还利用增加的纳米材料的纳米粒子效应使得体系具有低收缩率和良好的粘接性能;本发明使用的辅助材料均可选用食品安全级材料,对人体没有副作用,安全无毒,是环境友好型材料;且所采用的加工流程简单,能够完全适应现有的工业化生产流程,方便制作。
具体实施方式
为了更充分的理解本发明的技术内容,下面将结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步介绍和说明。
为了说明发明构思的可行性,结合本发明的技术内容、所实现目的及效果详予说明。
一种烟用聚乳酸基过滤材料,包括以下重量百分比的组分组成:聚乳酸90~95%,聚甲基丙烯酸甲酯1~10%,纳米材料0.1~5%;其中,所述纳米材料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米硅酸盐、石墨烯、端羧基超支化聚酯、端羟基超支化聚酯中的至少一种。
进一步的,所述聚乳酸的熔融指数为5~35g/10min(210℃/2.16kg,测试标准ASTMD1238)。
进一步的,所述聚乳酸选择熔融指数范围内的一种或多种共混。
进一步的,所述聚甲基丙烯酸甲酯的熔融指数为10~40g/10min(230℃/3.8kg,测试标准ASTM D1238)。
进一步的,所述聚甲基丙烯酸甲酯选择熔融指数范围内的一种或多种共混。
进一步的,所述端羧基超支化聚酯的分子量800~14000,酸值100~350mgKOH/g。
进一步的,所述端羟基超支化聚酯的分子量500~12000,羟值150~700mgKOH/g。
一种如上所述的烟用聚乳酸基过滤材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、按重量百分比比例分别称取聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯和纳米材料,然后将三者混合均匀得到原材料;所述纳米材料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米硅酸盐、石墨烯、端羧基超支化聚酯、端羟基超支化聚酯中的至少一种;
S2、将上述原材料用抽真空双螺杆挤出机混合挤出造粒,而后粒子进行真空干燥,然后保持真空使粒子冷却至室温;
S3、粒子出料后使用单螺杆挤出机进行纺丝,经牵伸、卷曲、热定型后得到烟用聚乳酸基过滤材料。
进一步的,在步骤S2中,将上述原材料在160~180℃下用抽真空双螺杆挤出机混合挤出造粒。
进一步的,将粒子置于80℃中真空干燥12h。
为了说明本发明构思的可行性,结合以下具体实施例予以说明:
实施例1:
一种烟用聚乳酸基过滤材料,由以下重量份的组分组成:90份熔融指数为15g/10min的聚乳酸,7份熔融指数为20g/10min的聚甲基丙烯酸甲酯,3份纳米二氧化硅。
一种制备上述烟用聚乳酸基过滤材料的制备方法,包括以下步骤:
1)按上述重量份分别称取相应的聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯和纳米二氧化硅,然后将三者混合均匀得到原材料;
2)将上述原材料在160~180℃下用抽真空双螺杆挤出机混合挤出造粒,而后将粒子置于80℃中真空干燥12h,然后保持真空使粒子冷却至室温;
3)粒子出料后使用单螺杆挤出机进行纺丝,经牵伸、卷曲、热定型后得到长丝过滤材料(该长丝过滤材料的相关性能列于表1)。
将实施例1中的长丝过滤材料用产品成型设备(滤棒成型机)进行再加工后得到香烟过滤嘴棒。
实施例2:
一种烟用聚乳酸基过滤材料,由以下重量份的组分组成:45份熔融指数为5g/10min的聚乳酸,45份熔融指数为35g/10min的聚乳酸,8份熔融指数为15g/10min的聚甲基丙烯酸甲酯,2份纳米碳酸钙。
一种制备上述烟用聚乳酸基过滤材料的制备方法,包括以下步骤:
1)按上述重量份分别称取相应的聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯和纳米碳酸钙,然后将三者混合均匀得到原材料;
2)将上述原材料在160~180℃下用抽真空双螺杆挤出机混合挤出造粒,而后将粒子置于80℃中真空干燥12h,然后保持真空使粒子冷却至室温;
3)粒子出料后使用单螺杆挤出机进行纺丝,经牵伸、卷曲、热定型后得到长丝过滤材料(该长丝过滤材料的相关性能列于表1)。
将实施例2中的长丝过滤材料用产品成型设备(滤棒成型机)进行再加工后得到香烟过滤嘴棒。
实施例3:
一种烟用聚乳酸基过滤材料,由以下重量份的组分组成:60份熔融指数为10g/10min的聚乳酸,35份熔融指数为25g/10min的聚乳酸,4份熔融指数为40g/10min的聚甲基丙烯酸甲酯,1份石墨烯。
一种制备上述烟用聚乳酸基过滤材料的制备方法,包括以下步骤:
1)按上述重量份分别称取相应的聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯和石墨烯,然后将三者混合均匀得到原材料;
2)将上述原材料在160~180℃下用抽真空双螺杆挤出机混合挤出造粒,而后将粒子置于80℃中真空干燥12h,然后保持真空使粒子冷却至室温;
3)粒子出料后使用单螺杆挤出机进行纺丝,经牵伸、卷曲、热定型后得到长丝过滤材料(该长丝过滤材料的相关性能列于表1)。
将实施例3中的长丝过滤材料用产品成型设备(滤棒成型机)进行再加工后得到香烟过滤嘴棒。
实施例4:
一种烟用聚乳酸基过滤材料,由以下重量份的组分组成:30份熔融指数为8g/10min的聚乳酸,60份熔融指数为20g/10min的聚乳酸,4份熔融指数为40g/10min的聚甲基丙烯酸甲酯,4份熔融指数为10g/10min的聚甲基丙烯酸甲酯,2份纳米碳酸钙。
一种制备上述烟用聚乳酸基过滤材料的制备方法,包括以下步骤:
1)按上述重量份分别称取相应的聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯和纳米碳酸钙,然后将三者混合均匀得到原材料;
2)将上述原材料在160~180℃下用抽真空双螺杆挤出机混合挤出造粒,而后将粒子置于80℃中真空干燥12h,然后保持真空使粒子冷却至室温;
3)粒子出料后使用单螺杆挤出机进行纺丝,经牵伸、卷曲、热定型后得到长丝过滤材料(该长丝过滤材料的相关性能列于表1)。
将实施例4中的长丝过滤材料用产品成型设备(滤棒成型机)进行再加工后得到香烟过滤嘴棒。
实施例5:
一种烟用聚乳酸基过滤材料,由以下重量份的组分组成:50份熔融指数为10g/10min的聚乳酸,40份熔融指数为30g/10min的聚乳酸,2份熔融指数为15g/10min的聚甲基丙烯酸甲酯,7份熔融指数为30g/10min的聚甲基丙烯酸甲酯,2份端羟基超支化聚酯(分子量5000,羟值450mg KOH/g)。
一种制备上述烟用聚乳酸基过滤材料的制备方法,包括以下步骤:
1)按上述重量份分别称取相应的聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯和端羟基超支化聚酯,然后将三者混合均匀得到原材料;
2)将上述原材料在160~180℃下用抽真空双螺杆挤出机混合挤出造粒,而后将粒子置于80℃中真空干燥12h,然后保持真空使粒子冷却至室温;
3)粒子出料后使用单螺杆挤出机进行纺丝,经牵伸、卷曲、热定型后得到长丝过滤材料(该长丝过滤材料的相关性能列于表1)。
将实施例5中的长丝过滤材料用产品成型设备(滤棒成型机)进行再加工后得到香烟过滤嘴棒。
实施例6:
一种烟用聚乳酸基过滤材料,由以下重量份的组分组成:70份熔融指数为20g/10min的聚乳酸,20份熔融指数为30g/10min的聚乳酸,7份熔融指数为10g/10min的聚甲基丙烯酸甲酯,1份熔融指数为30g/10min的聚甲基丙烯酸甲酯,2份端羧基超支化聚酯(分子量1000,酸值340mg KOH/g)。
一种制备上述烟用聚乳酸基过滤材料的制备方法,包括以下步骤:
1)按上述重量份分别称取相应的聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯和端羧基超支化聚酯,然后将三者混合均匀得到原材料;
2)将上述原材料在160~180℃下用抽真空双螺杆挤出机混合挤出造粒,而后将粒子置于80℃中真空干燥12h,然后保持真空使粒子冷却至室温;
3)粒子出料后使用单螺杆挤出机进行纺丝,经牵伸、卷曲、热定型后得到长丝过滤材料(该长丝过滤材料的相关性能列于表1)。
将实施例6中的长丝过滤材料用产品成型设备(滤棒成型机)进行再加工后得到香烟过滤嘴棒。
实施例7:
一种烟用聚乳酸基过滤材料,由以下重量份的组分组成:45份熔融指数为12g/10min的聚乳酸,45份熔融指数为30g/10min的聚乳酸,7份熔融指数为15g/10min的聚甲基丙烯酸甲酯,1份熔融指数为40g/10min的聚甲基丙烯酸甲酯,2份端羟基超支化聚酯(分子量500,羟值670mg KOH/g)。
一种制备上述烟用聚乳酸基过滤材料的制备方法,包括以下步骤:
1)按上述重量份分别称取相应的聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯和端羟基超支化聚酯,然后将三者混合均匀得到原材料;
2)将上述原材料在160~180℃下用抽真空双螺杆挤出机混合挤出造粒,而后将粒子置于80℃中真空干燥12h,然后保持真空使粒子冷却至室温;
3)粒子出料后使用单螺杆挤出机进行纺丝,经牵伸、卷曲、热定型后得到长丝过滤材料(该长丝过滤材料的相关性能列于表1)。
将实施例7中的长丝过滤材料用产品成型设备(滤棒成型机)进行再加工后得到香烟过滤嘴棒。
实施例8:
一种烟用聚乳酸基过滤材料,由以下重量份的组分组成:90份熔融指数为10g/10min的聚乳酸,7份熔融指数为15g/10min的聚甲基丙烯酸甲酯,1份纳米二氧化硅,2份端羟基超支化聚酯(分子量8000,羟值240mg KOH/g)。
一种制备上述烟用聚乳酸基过滤材料的制备方法,包括以下步骤:
1)按上述重量份分别称取相应的聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、纳米二氧化硅和端羟基超支化聚酯,然后将四者混合均匀得到原材料;
2)将上述原材料在160~180℃下用抽真空双螺杆挤出机混合挤出造粒,而后将粒子置于80℃中真空干燥12h,然后保持真空使粒子冷却至室温;
3)粒子出料后使用单螺杆挤出机进行纺丝,经牵伸、卷曲、热定型后得到长丝过滤材料(该长丝过滤材料的相关性能列于表1)。
将实施例8中的长丝过滤材料用产品成型设备(滤棒成型机)进行再加工后得到香烟过滤嘴棒。
实施例9:
一种烟用聚乳酸基过滤材料,由以下重量份的组分组成:80份熔融指数为10g/10min的聚乳酸,10份熔融指数为35g/10min的聚乳酸,8份熔融指数为15g/10min的聚甲基丙烯酸甲酯,1份纳米二氧化硅,1份端羧基超支化聚酯(分子量12000,羟值210mg KOH/g)。
一种制备上述烟用聚乳酸基过滤材料的制备方法,包括以下步骤:
1)按上述重量份分别称取相应的聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、纳米二氧化硅和端羧基超支化聚酯,然后将四者混合均匀得到原材料;
2)将上述原材料在160~180℃下用抽真空双螺杆挤出机混合挤出造粒,而后将粒子置于80℃中真空干燥12h,然后保持真空使粒子冷却至室温;
3)粒子出料后使用单螺杆挤出机进行纺丝,经牵伸、卷曲、热定型后得到长丝过滤材料(该长丝过滤材料的相关性能列于表1)。
将实施例9中的长丝过滤材料用产品成型设备(滤棒成型机)进行再加工后得到香烟过滤嘴棒。
实施例10:
一种烟用聚乳酸基过滤材料,由以下重量份的组分组成:70份熔融指数为5g/10min的聚乳酸,25份熔融指数为15g/10min的聚乳酸,5份熔融指数为10g/10min的聚甲基丙烯酸甲酯,1份熔融指数为15g/10min的聚甲基丙烯酸甲酯,3份纳米碳酸钙,2份端羟基超支化聚酯(分子量11500,羟值230mgKOH/g)。
一种制备上述烟用聚乳酸基过滤材料的制备方法,包括以下步骤:
1)按上述重量份分别称取相应的聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、纳米碳酸钙和端羟基超支化聚酯,然后将四者混合均匀得到原材料;
2)将上述原材料在160~180℃下用抽真空双螺杆挤出机混合挤出造粒,而后将粒子置于80℃中真空干燥12h,然后保持真空使粒子冷却至室温;
3)粒子出料后使用单螺杆挤出机进行纺丝,经牵伸、卷曲、热定型后得到长丝过滤材料(该长丝过滤材料的相关性能列于表1)。
将实施例10中的长丝过滤材料用产品成型设备(滤棒成型机)进行再加工后得到香烟过滤嘴棒。
对比例1:
一种烟用聚乳酸基过滤材料,由以下重量份的组分组成:100份熔融指数为10g/10min的聚乳酸。
一种制备上述烟用聚乳酸基过滤材料的制备方法,包括以下步骤:
1)将上述聚乳酸在160~180℃下用抽真空双螺杆挤出机混合挤出造粒,而后将粒子置于80℃中真空干燥12h,然后保持真空使粒子冷却至室温;
2)粒子出料后使用单螺杆挤出机进行纺丝,经牵伸、卷曲、热定型后得到长丝过滤材料(该长丝过滤材料的相关性能列于表1)。
对比例2:
一种烟用聚乳酸基过滤材料,由以下重量份的组分组成:100份熔融指数为30g/10min的聚乳酸。
一种制备上述烟用聚乳酸基过滤材料的制备方法,包括以下步骤:
1)将上述聚乳酸在160~180℃下用抽真空双螺杆挤出机混合挤出造粒,而后将粒子置于80℃中真空干燥12h,然后保持真空使粒子冷却至室温;
2)粒子出料后使用单螺杆挤出机进行纺丝,经牵伸、卷曲、热定型后得到长丝过滤材料(该长丝过滤材料的相关性能列于表1)。
表1为实施例1~10与对比例1-2材料纺丝后的收缩率和粘接情况
表中纺丝是否粘接测试方法是用三醋酸甘油酯涂覆于丝表面检验丝与丝之间的粘接;收缩率测试方法是在60℃和70℃烘箱分别烘烤样品30min后,测得烘烤前后的长度差,收缩率计算公式为
l1为烘烤前长度,l2为烘烤后长度。
从表中数据来看,对比例中的聚乳酸经过相关工艺可以达到一定的耐热效果,但无法粘接;而实施例1-10中经过不同配方的设计可以使制得的烟用聚乳酸基过滤材料样品经过同样的工艺耐热效果较对比例持平甚至有很大的改善,且具有良好的粘接性,以上实施例1-10表明所得产品完全可以满足工业生产和使用的需要。
以上所述仅为本发明的部分实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书内容所作的等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明实施例,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 (10)

1.一种烟用聚乳酸基过滤材料,其特征在于,包括以下重量百分比的组分组成:聚乳酸90~95%,聚甲基丙烯酸甲酯1~10%,纳米材料0.1~5%;其中,所述纳米材料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米硅酸盐、石墨烯、端羧基超支化聚酯、端羟基超支化聚酯中的至少一种。
2.如权利要求1所述的烟用聚乳酸基过滤材料,其特征在于,所述聚乳酸的熔融指数为5~35g/10min。
3.如权利要求2所述的烟用聚乳酸基过滤材料,其特征在于,所述聚乳酸选择熔融指数范围内的一种或多种共混。
4.如权利要求1所述的烟用聚乳酸基过滤材料,其特征在于,所述聚甲基丙烯酸甲酯的熔融指数为10~40g/10min。
5.如权利要求4所述的烟用聚乳酸基过滤材料,其特征在于,所述聚甲基丙烯酸甲酯选择熔融指数范围内的一种或多种共混。
6.如权利要求1所述的烟用聚乳酸基过滤材料,其特征在于,所述端羧基超支化聚酯的分子量800~14000,酸值100~350mg KOH/g。
7.如权利要求1所述的烟用聚乳酸基过滤材料,其特征在于,所述端羟基超支化聚酯的分子量500~12000,羟值150~700mg KOH/g。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的烟用聚乳酸基过滤材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、按重量百分比比例分别称取聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯和纳米材料,然后将三者混合均匀得到原材料;所述纳米材料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米硅酸盐、石墨烯、端羧基超支化聚酯、端羟基超支化聚酯中的至少一种;
S2、将上述原材料用抽真空双螺杆挤出机混合挤出造粒,而后粒子进行真空干燥,然后保持真空使粒子冷却至室温;
S3、粒子出料后使用单螺杆挤出机进行纺丝,经牵伸、卷曲、热定型后得到烟用聚乳酸基过滤材料。
9.如权利要求8所述的烟用聚乳酸基过滤材料的制备方法,其特征在于,在步骤S2中,将上述原材料在160~180℃下用抽真空双螺杆挤出机混合挤出造粒。
10.如权利要求8所述的烟用聚乳酸基过滤材料的制备方法,其特征在于,将粒子置于80℃中真空干燥12h。
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