CN111822484A - 一种废弃醋酸纤维滤棒的再生方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种废弃醋酸纤维滤棒的再生方法及其应用，将废弃醋酸纤维滤棒分切成醋酸纤维滤棒段；再熔融造粒，经挤出拉伸成型或注塑成型或3D打印成型，得到复合材料。所得复合材料作为卷烟领域的固件使用。本发明的方法无需对废弃醋酸纤维进行除杂处理，回收成本低，节约资源，更加环保。固件可以降低卷烟燃烧后的气流温度，解决了废弃滤棒难以回收和回收成本高的技术问题。可与可降解高分子材料或功能材料按比例混合后再经熔融挤出成型制备固件，赋予固件特有的外观和气味，可起到防伪的作用，产品应用形式丰富。
Description
技术领域
本发明属于烟草滤棒部件制造技术领域，具体涉及一种废弃醋酸纤维滤棒的再生方法及其应用。
背景技术
滤棒在生产中，由于机械故障和产品调试等原因会产生大量的废弃滤棒，每年需处理的废弃滤棒是一个庞大的数目。目前，行业内主要采用填埋或焚烧的方式对烟用废弃滤棒进行处理，这无疑会带来巨大的能源损耗和环境环境污染等问题。因此，回收再利用卷烟或滤棒生产过程中产生的废弃烟用滤棒，将其用于烟草行业或其他行业，符合烟草行业“节约、清洁、绿色”的发展理念，有利于促进烟草行业的健康可持续发展，同时还能带来一定的社会效益和经济效益。
滤棒的主要材料为醋酸纤维，对于废弃的醋酸纤维滤棒的利用，目前主要有以下几种途径：
其一，是通过化学试剂除去杂质后，再利用物理工艺制备得到醋酸纤维丝束的再生材料，比如中国专利号CN200910064880.8一种二醋酸纤维素废丝再生其胶粒的生产办法，但该方法会导致回收成本的提升。其二，是只通过物理办法，回收作为滤棒生产的过滤纤维原料，比如中国专利号CN1032283A用物理方法再生废料制造香烟滤嘴棒，但是该方案在梳理过程中会破坏纤维丝束的卷曲性能。其三，通过其它方法回收成其它行业的原料，比如安静，刘学芝，余泳昌，废弃烟头类物质回收再利用的初步探讨[J]，绿色科技，2010中披露将废弃醋酸纤维回收为衣服材料。
以上几种回收方法，应用在烟草领域的废弃醋酸纤维都需要经过复杂的工艺过程才能实现回收的目的，如果只是简单的物理过程，又达不到回收的目的。目前废弃醋纤滤棒的处理大都集中在脱除滤棒中的三乙酸甘油酯，纯化废弃二醋酸纤维素，再用于制备丝束或非织造材料，均需要对废弃滤棒进行除纸、除杂处理，若纸张和三乙酸甘油酯去除不干净，会影响醋纤的纺丝，因此回收工艺复杂，且回收后的醋酸纤维应用形式较为局限。
在烟草滤棒部件制造领域中，以可降解高分子材料(如PBA、PBS、PLA、和PBAT中的一种或任意几种)制备固件(如管状材料、特定形状和结构的元件等)，应用在滤棒中能起到降低烟气温度的作用。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种废弃醋酸纤维滤棒的再生方法及其应用，将含有废弃醋酸纤维的滤棒经过简单的工艺制成新材料，用于滤棒中的固件，以解决废弃滤棒难以回收和回收成本高的技术问题。
本发明通过下列技术方案实现：一种废弃醋酸纤维滤棒的再生方法，包括以下步骤：
(1)废弃醋酸纤维滤棒分切成醋酸纤维滤棒段；
(2)废弃醋酸纤维滤棒段熔融造粒：将醋酸纤维滤棒段在温度为110～230℃的条件下熔融并挤出，再冷却至室温，经切粒制成醋酸纤维母粒；
(3)成型：在温度为110～230℃的条件下，将醋酸纤维母粒进行挤出拉伸成型或注塑成型或3D打印成型，得到复合材料。
优选的，所述步骤(1)的分切是将废弃醋酸纤维滤棒分切成长度为2～15mm的醋酸纤维滤棒段。
优选的，所述步骤(2)的醋酸纤维母粒的粒径为2～5mm。
优选的，所述步骤(2)的醋酸纤维滤棒段中还加入高分子材料，使醋酸纤维滤棒段和高分子材料的质量比为1:1～50。
所述高分子材料为PBA、PBS、PLA、PEG和PBAT中的一种或任意两种以上的混合物。
优选的，所述步骤(3)的醋酸纤维母粒中还加入功能材料，使醋酸纤维母粒和功能材料的质量比为1：0～0.1。
所述功能材料为常规烟用或食品级固体香料、液体香料或中草药等，以实现赋予所得复合材料特殊的香味或功能。
本发明的另一目的在于提供一种废弃醋酸纤维滤棒再生所得材料的应用，所得复合材料作为卷烟领域的固件使用。该固件与卷烟滤棒配合使用，起降低烟气温度、提升抽吸品质的作用。作为固件使用时，其重量占滤棒重量的1～90％。
优选地，所述固件为粒径0.5～1.5mm的颗粒状时，直接填充于滤棒丝束中；所述固件为粒径1.5～5mm的颗粒状时，置于三元空腔颗粒滤棒的空腔中；上述固件重量占滤棒重量的1～80％。
优选的，所述固件为管状时，其重量占滤棒重量的50～90％。管状固件具有气流通道。
本发明的有益效果是：
(1)本发明将废弃的醋酸纤维滤棒通过简单的工艺进行回收成新的复合材料，本发明的方法可对任何类型的废弃滤棒(比如颗粒滤棒、中线滤棒、笑脸滤棒、胶囊滤棒、凝胶滤棒等)都能回收利用，本发明的方法无需对废弃醋酸纤维进行除纸、脱酯处理。分切后直接进行熔融挤出制粒，减少前处理的工序和成本，因废弃醋酸纤维中含有多种物质，采用本发明的方式处理，对原料的纯度要求不高，无需对原料进行深度的除杂处理。所得可以降低卷烟燃烧后的气流温度，解决了废弃滤棒难以回收和回收成本高的技术问题。
(2)因为废弃醋纤滤棒仅是生产过程中物理指标不合格的醋纤滤棒，或者是由于其他生产损耗产生的废弃醋纤，并不是消费者抽烟后丢弃的醋纤，其本身不存在生产环境之外的污染。以本发明的方法回收再生时，由于经过高温熔融和高温成型，已经达到了消毒灭菌的效果，无需再进一步消毒灭菌也能符合要求，制成的固件即可与滤棒配合使用，使卷烟燃烧后的气流温度降低。可见，本发明回收成本低，节约资源，更加环保。
(3)与普通高分子材料单独成型作为固件相比，原有醋纤复合材料中胶囊或凝胶中的香精香料赋予烟支特殊的香味和高温成型后的纤维素、颗粒的焦香味赋予烟支特殊的焦甜香，也提升抽吸品质。
(4)废弃醋酸纤维制粒后，可继续制备成颗粒状或管状固件，固件为管状时，有三种形式：一是通过挤出拉伸成型制备的连续管材，经分切为特定长度，与普通醋纤棒复合成二元或三元复合滤棒使用；二是通过注塑成型制备的非连续管材，结构及形状较挤出成型的连续管材更为复杂，如带气流通道的齿轮状固件、蜂窝状固件、螺旋状固件等；三是通过注塑成型或3D打印制备外接烟嘴。固件也可与可降解高分子材料或功能材料按比例混合后再经熔融挤出成型制备固件，赋予固件特有的外观和气味，可起到防伪的作用，产品应用形式丰富。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
(1)将含有成型纸(纤维素、碳酸钙、助剂)、醋纤、三乙酸甘油酯和胶黏剂的废弃醋酸纤维滤棒分切成长度为2mm的醋酸纤维滤棒段；
(2)废弃醋酸纤维滤棒段熔融造粒：将醋酸纤维滤棒段在温度为110℃的条件下经双螺杆挤出机熔融并挤出，再冷却至室温，经切粒制成粒径为2mm醋酸纤维母粒；
(3)成型：在温度为110℃的条件下，将醋酸纤维母粒进行挤出拉伸成型，再分切得到粒径为1.5mm复合材料。作为颗粒状固件均匀分散在滤棒的丝束内，该固件的用量占滤棒重量的10％。
实施例2：同实施例1，仅替换步骤2和3的温度为230℃。
实施例3：同实施例1，仅替换步骤2和3的温度为160℃。
实施例4：同实施例3，仅在步骤2加入高分子材料(添加的高分子材料为PBA，废弃醋纤滤棒段与PBA的质量比为1:1)
(1)将含有成型纸(纤维素、碳酸钙、助剂)、醋纤、三乙酸甘油酯和胶黏剂的废弃醋酸纤维滤棒分切成长度为3mm的醋酸纤维滤棒段；
(2)废弃醋酸纤维滤棒段熔融造粒：将醋酸纤维滤棒段和PBA高分子材料的质量比为1:1混合，在温度为160℃的条件下经双螺杆挤出机熔融并挤出，再冷却至室温，经切粒制成粒径为4mm醋酸纤维母粒；
(3)成型：在温度为160℃的条件下，将醋酸纤维母粒进行挤出拉伸成型，再分切得到粒径为1mm复合材料。作为颗粒状固件均匀分散在滤棒的丝束内，该固件的用量占滤棒重量的10％。
实施例5：同实施例3，仅在步骤3加入功能材料(添加的功能材料为烟草浸膏，醋酸纤维母粒与烟草浸膏的质量比为1:0.05)
实施例6：同实施例3，仅在步骤2加入高分子材料(添加的高分子材料为PBA，废弃醋纤滤棒段与PBA的质量比为1:1)，在步骤3加入功能材料(功能材料为烟草浸膏，醋酸纤维母粒与烟草浸膏的质量比为1:0.05)
(1)将含有成型纸(纤维素、碳酸钙、助剂)、醋纤、三乙酸甘油酯和胶黏剂的废弃醋酸纤维滤棒分切成长度为3mm的醋酸纤维滤棒段；
(2)废弃醋酸纤维滤棒段熔融造粒：将醋酸纤维滤棒段和PBA高分子材料的质量比为1:1混合，在温度为160℃的条件下经双螺杆挤出机熔融并挤出，再冷却至室温，经切粒制成粒径为4mm醋酸纤维母粒；
(3)成型：按醋酸纤维母粒和香料(烟草浸膏)的质量比为1：0.05混合，在温度为160℃的条件下，将醋酸纤维母粒进行挤出拉伸成型，再分切得到粒径为1mm复合材料。作为颗粒状固件均匀分散在滤棒的丝束内，该固件的用量占滤棒重量的10％。
实施例7
(1)将废弃颗粒滤棒(含有成型纸：纤维素、碳酸钙、助剂；醋纤；三乙酸甘油酯；胶黏剂和植物颗粒)分切成长度为2mm的醋酸纤维滤棒段；
(2)滤棒段熔融造粒：按滤棒段和PBA高分子材料的质量比为1:1混合，将混合物在温度为150℃的条件下经双螺杆挤出机熔融并挤出，再冷却至室温，经切粒制成粒径为5mm的母粒；
(3)成型：按母粒和固体香料(沉香粉)的质量比为1：0.1混合，在温度为150℃的条件下，进行挤出拉伸成型，得到粒径为4mm复合材料。将颗粒状固件充于三元空腔颗粒滤棒的空腔内，颗粒用量占滤棒重量的20％。
实施例8
(1)将废弃爆珠滤棒(含有成型纸：纤维素、碳酸钙、助剂；醋纤；三乙酸甘油酯；胶黏剂和陈皮香爆珠)分切成长度为15mm的醋酸纤维滤棒段；
(2)熔融造粒：将醋酸纤维滤棒段、PBAT和PEG高分子材料按质量比为1:4:0.5混合，在温度为140℃的条件下经双螺杆挤出机熔融并挤出，再冷却至室温，经切粒制成粒径为5mm醋酸纤维母粒；
(3)成型：在温度为140℃的条件下，将醋酸纤维母粒进行挤出拉伸成型，得到连续的管状复合材料，分切为特定长度。该管状固件外观具斑点，带有陈皮香味，有特定端面图案及气流通道，应用于传统卷烟或新型烟草的滤棒中，与普通醋纤棒复合成二元或三元复合滤棒，管状醋纤复合材料固件重量占滤棒重量的90％。
实施例9
(1)将废弃中线滤棒(含有成型纸：纤维素、碳酸钙、助剂；醋纤；三乙酸甘油酯；胶黏剂和棉线)分切成长度为8mm的醋酸纤维滤棒段；
(2)熔融造粒：按醋酸纤维滤棒段和高分子材料的质量比为1:50混合，将醋酸纤维滤棒段、PLA和PBAT高分子材料(PLA和PBAT质量比为1:4)在温度为120℃的条件下经双螺杆挤出机熔融并挤出，再冷却至室温，经切粒制成粒径为2mm醋酸纤维母粒；
(3)成型：按醋酸纤维母粒和液体香料(蓝莓香精)的质量比为1：0.1混合，在温度为120℃的条件下，将醋酸纤维母粒和香料进行注塑成型，得到带气流通道的齿轮状固件，应用时，该固件重量占滤棒重量的50％。
实施例10
同实施例8，仅将废弃中线滤棒换成废弃凝胶滤棒(凝胶滤棒中除了常规的醋酸纤维、成型纸和三乙酸甘油酯外还含有薄荷香精和PEG等)，并将步骤(3)的注塑成型制备成带气流通道的螺旋状固件，并且应用时，螺旋固件重量占滤棒重量的70％，其它工艺步骤与实施例6一致。
实施例11
(1)将废弃醋纤滤棒(含有成型纸：纤维素、碳酸钙、助剂；醋纤；三乙酸甘油酯；胶黏剂)分切成长度为15mm的醋酸纤维滤棒段；
(2)熔融造粒：按醋酸纤维滤棒段、PLA和PBA的质量比为1:2:0.5混合，在温度为180℃的条件下经双螺杆挤出机熔融并挤出，再冷却至室温，经切粒制成粒径为2mm醋酸纤维母粒；
(3)成型：将醋酸纤维母粒在温度为180℃的条件下进行3D打印成型，制备成外接烟嘴，应用时，所述外接烟嘴插在烟支滤棒唇端使用。
对比例1：同实施例1，仅除了在步骤(1)之前多了增加除杂作用操作，即进行除纸、除酯、去除非醋酸纤维的各类材料，除杂操作采用“一种利用滤棒废料再生滤棒芯纸用纸浆的方法”(CN 102704300 A)中物料处理、浸渍的方法；待烘干水分后再按实施例1的步骤进行。
对比例2：同实施例1，仅步骤(2)和(3)的温度为100℃。
对比例3：同实施例1，仅步骤(2)和(3)的温度为240℃。
对比例4：(1)将高分子材料PLA与烟草浸膏按质量比为1:0.05混匀；(2)在温度为160℃的条件下经双螺杆挤出机熔融并挤出，再冷却至室温，经切粒制成粒径为2mm母粒。
将各实施例和对比例在步骤(3)均以挤出拉伸成型的方式制成颗粒状复合材料，将常规固件用高分子材料直接以挤出拉伸成型的方式制成颗粒状，上述颗粒粒径均为1.5mm，使用时在滤棒中的添加比例均为20％，将性能、应用效果及成本进行对比，结果如下表：
*烟气温度：为降温效果的表现形式，以抽吸第5口时滤棒上游端和下游端的主流烟气温度表示；
*成本：为原料和除杂处理成本，设不经除杂处理、不添加其他材料的废弃醋纤成本为1；
*抽吸口感：与不添加颗粒的常规滤棒做对比，除了不添加颗粒，其他参数均一致。
以上表结果表明：与不添加其他材料、不进行除杂相比，对比例1进行除杂处理会提升成本。
温度过低(对比例2)或过高(对比例3)会影响成型性能和产品性能。
高分子材料原料成本比废弃醋纤原料成本高6～10倍。
在制备的产品形态相同的条件下，将高分子材料按不同种类不同比例添加到废弃醋纤中(实施例6～10)，与单独的高分子材料相比，能不同程度的降低原料成本；与单独醋纤相比，能不同程度降低烟气温度。产品外观和抽吸口感根据不同类型的废弃醋纤滤棒及外加香料能产生不同程度的提升，烟气温度根据添加不同种类的高分子材料而发生不同程度的降低。
总之，本发明提供的技术方案能通过简单工艺实现废弃醋酸纤维的有效利用，单独废弃醋纤制备的固件，在抽吸口感上与常规高分子固件相当甚至优于常规高分子固件，同时能大大降低单独使用高分子材料的成本；在废弃醋纤滤棒中添加高分子材料，所得固件可以降低卷烟燃烧后的气流温度，同时能降低原料成本，所得固件应用形式丰富。本发明解决了废弃滤棒难以回收和回收成本高的技术问题，实现了资源再利用。
Claims (10)
1.一种废弃醋酸纤维滤棒的再生方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)废弃醋酸纤维滤棒分切成醋酸纤维滤棒段；
(2)废弃醋酸纤维滤棒段熔融造粒：将醋酸纤维滤棒段在温度为110～230℃的条件下熔融并挤出，再冷却至室温，经切粒制成醋酸纤维母粒；
(3)成型：在温度为110～230℃的条件下，将醋酸纤维母粒进行挤出拉伸成型或注塑成型或3D打印成型，得到复合材料。
2.根据权利要求1所述的废弃醋酸纤维滤棒的再生方法，其特征在于：所述步骤(1)的分切是将废弃醋酸纤维滤棒分切成长度为2～15mm的醋酸纤维滤棒段。
3.根据权利要求1所述的废弃醋酸纤维滤棒的再生方法，其特征在于：所述步骤(2)的醋酸纤维母粒的粒径为2～5mm。
4.根据权利要求1所述的废弃醋酸纤维滤棒的再生方法，其特征在于：所述步骤(2)的醋酸纤维滤棒段中还加入高分子材料，使醋酸纤维滤棒段和高分子材料的质量比为1:1～50。
5.根据权利要求4所述的废弃醋酸纤维滤棒的再生方法，其特征在于：所述高分子材料为PBA、PBS、PLA、PEG和PBAT中的一种或任意两种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的废弃醋酸纤维滤棒的再生方法，其特征在于：所述步骤(3)的醋酸纤维母粒中还加入功能材料，使醋酸纤维母粒和功能材料的质量比为1：0～0.1。
7.根据权利要求6所述的废弃醋酸纤维滤棒的再生方法，其特征在于：所述功能材料为常规烟用或食品级固体香料、液体香料或中草药。
8.根据权利要求1至7任一所述废弃醋酸纤维滤棒的再生方法，其特征在于：所得复合材料作为卷烟领域的固件使用。
9.根据权利要求8所述的废弃醋酸纤维滤棒的再生方法，其特征在于：所述固件为粒径0.5～1.5mm的颗粒状时，直接填充于滤棒丝束中；所述固件为粒径1.5～5mm的颗粒状时，置于三元空腔颗粒滤棒的空腔中；上述固件重量占滤棒重量的1～80％。
10.根据权利要求8所述的废弃醋酸纤维滤棒的再生方法，其特征在于：所述固件为管状时，其重量占滤棒重量的50～90％。
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