CN112226844B - 一种改性聚乳酸丝束及其制备方法 - Google Patents

一种改性聚乳酸丝束及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种改性聚乳酸丝束，包括A材料与B材料；所述A材料由以下质量百分比的组分组成：结晶温度在150～200℃的聚乳酸20～80wt％，结晶温度在100～140℃的聚乳酸15～65wt％，丙烯酸类聚合物0.5～20wt％，增粘剂0.5～5wt％，成核剂0.5～1wt％，抗氧剂0.1～0.5wt％；所述B材料由以下质量百分比组分组成：L‑聚乳酸：20％‑80％，D‑聚乳酸：10％‑50％，热稳定树脂：5％‑40％。本发明共纺改性聚乳酸丝束选用不同结晶度的聚乳酸材料，具有高的热稳定性和粘结强度，能够解决丝束缩头及成型后的滤棒塌陷变形等问题。

Description

一种改性聚乳酸丝束及其制备方法
技术领域
本发明属于香烟过滤嘴材料及其制备技术领域，具体涉及一种改性聚乳酸丝束，还涉及该改性聚乳酸丝束的制备方法。
背景技术
聚乳酸纤维相比于二醋酸纤维和聚丙烯纤维，它拥有更适于制造香烟过滤嘴的四个显著特点：(1)聚乳酸来源于一年生植物，价廉易得，成本低廉；(2)聚乳酸可被人体自然降解，无不良副作用及潜在性危害，是不折不扣的绿色材料；(3)聚乳酸的极性分子结构决定了它对烟气中的有害成分具有极强的吸附力和消除力；(4)聚乳酸采用熔体纺丝工艺制造丝束，加工成本低，环境污染少。
能够形成晶体结构的PLLA具有较好的耐热性但无法在三醋酸甘油酯作用下形成粘合，非晶态的PDLA能在三醋酸甘油酯的作用下粘合，但耐热性较差。耐热性不够则纤维及其滤棒在后续放置于高于室温的环境中会引发收缩，粘合性不够则滤棒无法成型。因此同时兼顾耐热性及粘合性成为了聚乳酸纤维面临的最重要的问题。
发明内容
本发明第一目的在于提供一种改性聚乳酸丝束。
本发明第二目的在于提供上述一种改性聚乳酸丝束的制备方法。
本发明目的是通过以下技术方案来实现的：
一种改性聚乳酸丝束，包括A材料与B材料；所述A材料由以下质量百分比的组分组成：结晶温度在150～200℃的聚乳酸20～80wt％，结晶温度在100～140℃的聚乳酸15～65wt％，丙烯酸类聚合物0.5～20wt％，增粘剂0.5～5wt％，成核剂0.5～1wt％，抗氧剂0.1～0.5wt％；所述B材料由以下质量百分比组分组成：L-聚乳酸：20％-80％，D-聚乳酸：10％-50％，热稳定树脂：5％-40％。
热稳定树脂为与聚乳酸具有生物相容性的耐温非结晶树脂，传统的方式是通过提高聚乳酸的结晶度来达到耐温的效果，而热稳定的树脂的加入为阻止结晶。通过混融以热稳定树脂的稳定性为架构来提高混合物的耐温型，阻止热收缩。故该种混合同时具备有耐温性和粘接性。其作为皮层与结晶性聚乳酸芯层共纺，则丝束在具有粘接性的同时，具有更加优异的热稳定性。其作为芯层与非晶聚乳酸皮层共纺，则丝束在保证常规热稳定的性的同时，具有更加优异的粘接性能。
本发明可以做以下改进，所述增粘剂为固体环氧树脂、端羧基聚酯、端羟基聚酯中的至少一种。
本发明可以进一步改进，所述成核剂为无机纳米材料。
优选地，所述无机纳米材料为纳米硅酸钠、纳米SiO2中一种或两种。
本发明中，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和/或双(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基膦酸单乙酯)钙。
本发明可以做以下改进，所述热稳定树脂的成分为丙烯酸树脂、烯-丙烯酸甲酯共聚物树脂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物树脂、聚醋酸乙烯酯树脂中的一种或多种。
本发明可以进一步改进，所述改性聚乳酸丝束为皮芯结构丝束，所述皮芯结构丝束由芯层丝束和设于芯层丝束外的皮层丝束组成，其中A材料作为芯层，B材料作为皮层。
进一步地，所述皮芯结构丝束的总旦数为密度为12～60ktex，单丝线密度为2～30dtex。
本发明中，单根丝束的截面形状为十字型，Y型，H型中的一种。
一种上述改性聚乳酸丝束的制备方法，将A材料与B材料通过复合纺丝技术，通过熔融纺丝法制得皮芯型聚乳酸纤维；所述皮芯型聚乳酸纤维再经过牵伸、卷曲、烘干定型工序，得到皮芯型聚乳酸丝束。
本发明中，B材料的熔融温度为160～210℃，A材料的熔融温度为200-250℃。
本发明中，A材料与B材料在复合纺丝过程中，喷丝板孔数为300～3000中的一种或多种，喷丝孔外形为十字形，Y型，H型中的一种。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明改性聚乳酸丝束选用不同结晶度的聚乳酸材料，具有高的热稳定性和粘结强度，能够解决丝束缩头及成型后的滤棒塌陷变形等问题。
(2)本发明改性聚乳酸丝束采用皮芯结构，可以进一步提高丝束的结晶度，提高热稳定性。
具体实施方式
以下结合具体的实施例对本发明作进一步的说明，以便本领域技术人员更好理解和实施本发明的技术方案。
实施例1
一种改性聚乳酸丝束的制备方法，包括以下步骤：
将6kg L-聚乳酸放入130℃烘箱干燥4h,3kgD-聚乳酸，0.5kg丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物80℃真空条件小干燥4h后，加入0.5kg固体环氧树脂、0.03kg四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、0.05kg纳米硅酸钠，放入2000r/分钟高速分散机分散均匀0.5h，经挤出造粒。在40～60℃真空条件下干燥8～10h后放入芯层纺丝系统，双螺杆温度为205-215-225-235-250℃。将4kg L-聚乳酸放入130℃烘箱干燥4h，0.5kg热稳定树脂，包括0.1kg甲基丙烯酸甲酯、0.2kg烯-丙烯酸甲酯共聚物树脂、0.2kg醋酸乙烯酯，放入110℃烘箱干燥4h、1.4k D-聚乳酸放入80℃烘箱干燥4h后，放入2000r/分钟高速分散机分散均匀0.5h。经挤出造粒，放入皮层纺丝系统，双螺杆温度为165-175-185-195-205℃。喷丝板孔数3000，喷丝孔为十字形。再经由牵伸、卷曲、烘干得到改性聚乳酸皮芯结构丝束。所得丝束与0.1kg三醋酸甘油酯通过滤棒成型机经过成型工艺进行成型，得到滤棒。
实施例2
一种改性聚乳酸丝束的制备方法，包括以下步骤：
将6kg L-聚乳酸放入130℃烘箱干燥6h,3kgD-聚乳酸，0.5kg丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物80℃真空条件小干燥6h后，加入0.5kg端羧基超支化聚酯、0.03kg双(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基膦酸单乙酯)钙、0.05kg纳米SiO2，放入2000r/分钟高速分散机分散均匀0.5h，经挤出造粒。在40～60℃真空条件下干燥8～10h后放入芯层纺丝系统，双螺杆温度为205-215-225-235-250℃。将2kg L-聚乳酸放入80℃烘箱干燥8h，2.99kg热稳定树脂，包括1.1kg甲基丙烯酸甲酯、1.1kg烯-丙烯酸甲酯共聚物树脂、0.1kg乙烯-醋酸乙烯酯、0.69kg醋酸乙烯酯，放入60℃烘箱干燥10h、5k D-聚乳酸放入50℃烘箱干燥12h后，放入1000r/分钟高速分散机分散均匀4h。经挤出造粒后放入皮层纺丝系统，双螺杆温度为165-175-185-195-205℃。喷丝板孔数300，喷丝孔为Y字形。再经由牵伸、卷曲、烘干得到改性聚乳酸皮芯结构丝束。所得丝束与0.1kg三醋酸甘油酯通过滤棒成型机经过成型工艺进行成型，得到滤棒。
实施例3
一种改性聚乳酸丝束的制备方法，包括以下步骤：
将5kg L-聚乳酸放入130℃烘箱干燥5h,3.5kgD-聚乳酸，1kg丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸甲酯80℃真空条件小干燥6h后，加入0.25kg端羧基超支化聚酯、加入0.25kg固体环氧树脂，0.03kg双(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基膦酸单乙酯)钙、0.015kg纳米SiO2，0.015k纳米硅酸钠放入2000r/分钟高速分散机分散均匀0.5h，经挤出造粒。在40～60℃真空条件下干燥8～10h后放入芯层纺丝系统，双螺杆温度为205-215-225-235-250℃。将6kg L-聚乳酸放入100℃烘箱干燥6h，0.95kg热稳定树脂，包括0.35kg烯-丙烯酸甲酯共聚物树脂0.3kg乙烯-醋酸乙烯酯0.3kg醋酸乙烯酯，放入80℃烘箱干燥6h、3k D-聚乳酸放入60℃烘箱干燥6h后，放入1500r/分钟高速分散机分散均匀2h。经挤出造粒放入皮层纺丝系统，双螺杆温度为165-175-185-195-205℃。喷丝板孔数1500，喷丝孔为H形。再经由牵伸、卷曲、烘干得到改性聚乳酸皮芯结构丝束。所得丝束与0.1kg三醋酸甘油酯通过滤棒成型机经过成型工艺进行成型，得到滤棒。
对比例1
一种聚乳酸丝束的制备方法，包括以下步骤：
将4kg结晶温度为180℃的聚乳酸树脂与1kg结晶温度为120℃的聚乳酸树脂烘干混合造粒后，加热融熔后放入纺丝系统，经由常规纺丝、牵伸、卷曲、烘干得到聚乳酸烟用丝束与0.2kg三醋酸甘油酯通过滤棒成型机经过成型工艺进行成型，得到滤棒。
对比例2
一种聚乳酸丝束的制备方法，包括以下步骤：
将2kg结晶温度为180℃的聚乳酸树脂与2kg结晶温度为120℃的聚乳酸树脂烘干混合造粒后，加热融熔后放入纺丝系统，经由常规纺丝、牵伸、卷曲、烘干得到聚乳酸烟用丝束与0.2kg三醋酸甘油酯通过滤棒成型机经过成型工艺进行成型，得到滤棒。
对比例3
一种改性聚乳酸丝束的制备方法，包括以下步骤：
将6kg L-聚乳酸放入130℃烘箱干燥4h,3kgD-聚乳酸，0.5kg丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物80℃真空条件小干燥4h后，加入0.5kg固体环氧树脂、0.03kg四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、0.05kg纳米硅酸钠，放入2000r/分钟高速分散机分散均匀0.5h，经挤出造粒。在40～60℃真空条件下干燥8～10h后放入芯层纺丝系统，双螺杆温度为205-215-225-235-250℃。再经由牵伸、卷曲、烘干得到改性聚乳酸丝束。所得丝束与0.1kg三醋酸甘油酯通过滤棒成型机经过成型工艺进行成型，得到滤棒。
性能测试
耐热性测试：将丝束样品完全开松后截取一定长度L1(10mm或25mm)样品，放置于指定环境温度中30min后再次量取长度L2，收缩率L计算如下：
Figure BDA0002675232850000061
收缩率L越小说明耐热性越高。
粘接性能测试：邵氏硬度A采用标准GB/T 22838.6-2009卷烟和滤棒物理性能的测定第6部分：硬度
检测实施例1-3、对比例1-3不同工艺制得的聚乳酸丝束的粘结性能以及在不同温度下的收缩情况，结果见表1。
表1不同工艺制备的聚乳酸丝束的粘结性能和收缩情况
Figure BDA0002675232850000071
以上实施实例对本发明不同的实施过程进行了详细的阐述，但是本发明的实施方式并不仅限于此，所属技术领域的普通技术人员依据本发明中公开的内容，均可实现本发明的目的，任何基于本发明构思基础上做出的改进和变形均落入本发明的保护范围之内，具体保护范围以权利要求书记载的为准。

Claims (7)

1.一种改性聚乳酸丝束，其特征在于，包括A材料与B材料；所述A材料由以下质量百分比的组分组成：结晶温度在150～200℃的聚乳酸20～80wt％，结晶温度在100～140℃的聚乳酸15～65wt％，丙烯酸类聚合物0.5～20wt％，增粘剂0.5～5wt％，成核剂0.5～1wt％，抗氧剂0.1～0.5wt％；所述B材料由以下质量百分比组分组成：L-聚乳酸：20％-80％，D-聚乳酸：10％-50％，热稳定树脂：5％-40％；
所述改性聚乳酸丝束为皮芯结构丝束，所述皮芯结构丝束由芯层丝束和设于芯层丝束外的皮层丝束组成，其中A材料作为芯层，B材料作为皮层；
所述增粘剂为固体环氧树脂、端羧基聚酯、端羟基聚酯中的至少一种；所述热稳定树脂的成分为丙烯酸树脂、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物树脂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物树脂、聚醋酸乙烯酯树脂中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述改性聚乳酸丝束，其特征在于，所述成核剂为无机纳米材料。
3.根据权利要求2所述改性聚乳酸丝束，其特征在于，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和/或双(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基膦酸单乙酯)钙。
4.根据权利要求1所述改性聚乳酸丝束，其特征在于，所述皮芯结构丝束的总旦数密度为12～60ktex，单丝线密度为2～30dtex。
5.根据权利要求1所述改性聚乳酸丝束，其特征在于，单根丝束的截面形状为十字型，Y型，H型中的一种。
6.权利要求1-5任一项所述改性聚乳酸丝束的制备方法，其特征在于，将A材料与B材料通过复合纺丝技术，通过熔融纺丝法制得皮芯型聚乳酸纤维；所述皮芯型聚乳酸纤维再经过牵伸、卷曲、烘干定型工序，得到皮芯型聚乳酸丝束。
7.根据权利要求6所述改性聚乳酸丝束的制备方法，其特征在于，B材料的熔融温度为150～210℃，A材料的熔融温度180-230℃。
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