CN112251841A - 一种共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束，丝束中的单根纤维包括皮层和芯层，所述皮层和所述芯层的树脂材料为聚乳酸，单根纤维的截面呈多边形，所述多边形中间设有芯层，所述芯层截面为圆形，所述多边形除去芯层的外部为皮层。还公开了该丝束的制备方法。本发明共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束具有多边形内接圆型皮芯结构，保证粘结性能的情况下提高了芯层的结晶度，解决丝束缩头及成型后的滤棒塌陷变形等问题。

Description

一种共纺改性皮芯结构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，具体涉及一种共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束。
背景技术
聚乳酸材料具有高结晶性，但结晶速率很慢，通过常规生产工艺生产出的丝束无法完全结晶。制备得到的聚乳酸丝束耐热性差，其形成的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，影响香烟的外观及其吸食性。目前提供聚乳酸结晶度的主要方式是在原料中添加结晶成核剂，高结晶度聚乳酸丝束因为结晶完整度高，三醋酸甘油酯无法进入丝束内部。因此不能对丝束起到粘合作用，滤棒无法成型。
如何兼顾聚乳酸丝束的耐热性和粘合性则成为聚乳酸丝束的一大难题。
发明内容
基于此，本发明第一目的在于提供一种共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束。
本发明第二目的在于提供上述共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束的制备方法。
一种共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束，丝束中的单根纤维包括皮层和芯层，所述皮层和所述芯层的树脂材料为聚乳酸，单根纤维的截面呈多边形，所述多边形中间设有芯层，所述芯层截面为圆形，所述多边形除去芯层的外部为皮层。
进一步地，所述多边形可以为不规则多边形。
进一步地，所述芯层截面内接于所述多边形。
进一步地，所述多边形为正多边形。如正四角星、正五角星形、正五边形、正六边形等。
进一步地，所述芯层截面为圆形，且内接于所述多边形。通过这样设置，可保证芯层的最大化，从而保证热收缩的最稳定。
进一步地，所述芯层的聚乳酸树脂结晶温度在150～200℃。本发明中，芯层的聚乳酸树脂可以选择单一结晶温度的聚乳酸树脂，也可以选择由不同结晶温度的聚乳酸树脂组成的混合物。
进一步地，所述芯层还包括成核剂，所述成核剂占芯层总重量的0.1％-1％。
进一步地，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二氧化硅或纳米硅酸钠。
进一步地，所述皮层的聚乳酸树脂为结晶温度在100～140℃。本发明中，皮层的聚乳酸树脂可以选择单一结晶温度的聚乳酸树脂，也可以选择由不同结晶温度的聚乳酸树脂组成的混合物。
进一步地，所述丝束的总旦数为密度为12～60ktex，单丝线密度为2～30dtex。
本发明的第二目的是通过以下技术方案来实现的：
一种共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束的制备方法，包括以下步骤：
S1)分别将皮层和芯层进行干燥处理；
S2)分别将干燥处理后的皮层和芯层送入两套纺丝系统纺丝及过滤；
S3)过滤后，经计量泵定量输入复合纺丝组件；经喷丝形成多边形皮芯结构的复合纤维；
S4)对所得丝束卷绕；
S5)在热水浴中对丝束进行牵伸；
S6)干燥定型。
进一步地，所述S1的干燥处理为：将皮层树脂在40-60℃的干燥环境中烘干2-4h，将芯层树脂在80-100℃的干燥环境中烘干6-10h。皮层的聚乳酸树脂结晶温度低，软化点也较低，烘干温度较高的情况下，会出现黏粘的情况。而芯层树脂结晶温度较高，同时作为芯层使用时，需要较高的结晶度，所以首要条件是去除水分的影响，较高温度及较长时间的烘干有利于水分的去除。
进一步地，S2的纺丝系统中，用于纺制皮层的螺杆区温度为160-200℃，过滤器温度为200-210℃，纺制芯层的螺杆区温度为205℃-250℃，过滤器温度设置为250-260℃。
进一步地，所述喷丝喷丝时使用多边形孔的喷丝板，喷丝板的直径为
Figure BDA0002675227940000031
Figure BDA0002675227940000032
孔数为400～2500中的一种或多种。
进一步地，所述卷绕速率控制在200～1200m/min；牵引辊为20-40HZ，喂入辊为19-41HZ。
进一步地，所述牵伸过程为：第一道水浴为55～85℃，第二道水浴温度为50-80℃，第一道牵伸速率为40-60rpm，第二道牵伸速率为70-200rpm，第三道70-200rpm；牵伸倍率为1.2～5倍。
进一步地，所述S6干燥温度为50-80℃，定型时间10-20min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束具有多边形内接圆型皮芯结构，保证粘结性能的情况下提高了芯层的结晶度，解决丝束缩头及成型后的滤棒塌陷变形等问题。
(2)本发明共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束，芯层为具有高结晶度聚乳酸材料来解决热收缩问题，皮芯结构为非结晶度聚乳酸材料，丝束通过复合纺丝技术获得，具有更好的热稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例1共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束；
图2是本发明实施例2共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束；
图3是本发明实施例3共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束；
图4是本发明实施例4共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束；
图5是本发明普通十字型皮芯结构聚乳酸丝束；
图中附图标记如下：1-皮层结构，2-芯层结构。
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
一种共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束的制备方法，包括以下步骤：
选用4kg结晶温度为150℃的聚乳酸树脂为芯层树脂放入80℃烘箱干燥6h，4kg结晶温度为140℃的聚乳酸树脂为皮层树脂放入60℃烘箱干燥4h。然后分别添料加入不同双螺杆挤出机。芯层双螺杆温度按梯度设定为195-205-215-235-240℃，过滤温度240℃。皮层双螺杆按梯度设置为160-170-180-190-200℃，过滤温度200℃。喷丝板直径为300mm，喷丝孔为正四角星形，喷丝板孔数为300，喷丝孔为菱形内接圆形。经水浴牵伸定型，得到如图1所示皮芯结构聚乳酸丝束。所得丝束与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。
实施例2
一种共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束的制备方法，包括以下步骤：
选用4kg结晶温度为200℃的聚乳酸树脂为芯层树脂放入80℃烘箱干燥6h，4kg结晶温度为100℃的聚乳酸树脂为皮层树脂放入60℃烘箱干燥4h。然后分别添料加入不同双螺杆挤出机。芯层双螺杆温度按梯度设定为195-205-215-235-240℃，过滤温度240℃。皮层双螺杆按梯度设定为160-170-180-190-200℃，过滤温度200℃。喷丝板直径为200mm，喷丝孔为正五角星形，喷丝板孔数为1000，喷丝孔为五角星形内接圆形。经水浴牵伸定型，得到如图2所示皮芯结构聚乳酸丝束。所得丝束与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。
实施例3
一种共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束的制备方法，包括以下步骤：
将4kg结晶温度为180℃的聚乳酸树脂为芯层树脂放入80℃烘箱干燥6h，4kg结晶温度为120℃的聚乳酸树脂为皮层树脂放入60℃烘箱干燥4h。然后分别添料加入不同双螺杆挤出机。芯层双螺杆温度按梯度设定为195-205-215-235-240℃，过滤温度240℃。皮层双螺杆按梯度设定为160-170-180-190-200℃，过滤温度200℃。喷丝板直径为2500mm，喷丝孔为正五形内接圆，喷丝板孔数为2200，喷丝孔为五边形内接圆形。经水浴牵伸定型，得到如图3所示皮芯结构聚乳酸丝束。所得丝束与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。
实施例4
一种共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束的制备方法，包括以下步骤：
将4kg结晶温度为180℃的聚乳酸树脂为芯层树脂放入80℃烘箱干燥6h，4kg结晶温度为120℃的聚乳酸树脂为皮层树脂放入60℃烘箱干燥4h。然后分别添料加入不同双螺杆挤出机。芯层双螺杆温度按梯度设定为195-205-215-235-240℃，过滤温度240℃。皮层双螺杆按梯度设定为160-170-180-190-200℃，过滤温度200℃。喷丝板直径为2500mm，喷丝孔为正六形内接圆，喷丝板孔数为3000，喷丝孔为六边形内接圆形。经水浴牵伸定型，得到如图4所示皮芯结构聚乳酸丝束。所得丝束与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℃的聚乳酸树脂和4kg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4kg结晶温度为180℃的聚乳酸树脂为芯层树脂放入80℃烘箱干燥8h，4kg结晶温度为120℃的聚乳酸树脂为皮层树脂放入50℃烘箱干燥3h。然后分别添料加入不同双螺杆挤出机。芯层双螺杆温度设定为215-230-240-245-250℃，过滤温度255℃。皮层双螺杆165-170-180-190-200℃，过滤温度205℃。喷丝板喷丝孔为普通十字型，孔数为1200。经800m/min卷曲后再经水浴牵伸，水浴温度分别为70℃和65℃，第一道牵伸速率为60rpm，第二道和第三道为120rpm。最后定型，定型温度为70-68-65℃，得到如图5所示皮芯结构聚乳酸丝束。所得丝束与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。
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 BDA0002675227940000071
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
表1不同工艺得到的聚乳酸丝束的性能测试结果
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
邵氏硬度 90 89 89 90 84 88
55℃收缩比例 0 0 0 0 0 0％
60℃收缩比例 0 0 0 0 5％ 1％
65℃收缩比例 0 0 0 0 45％ 10％
70℃收缩比例 1.5％ 1％ 1.5％ 0.5％ 60％ 18％
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 (10)

1.一种共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束，其特征在于，丝束中的单根纤维包括皮层和芯层，所述皮层和所述芯层的树脂材料为聚乳酸，单根纤维的截面呈多边形，所述多边形中间设有芯层，，所述芯层截面为圆形，所述多边形除去芯层的外部为皮层。
2.根据权利要求1所述共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束，其特征在于，所述多边形为正多边形。
3.根据权利要求2所述共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束，其特征在于，所述芯层截面为圆形，且内接于所述多边形。
4.根据权利要求1所述共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束，其特征在于，所述芯层的聚乳酸树脂结晶温度在150～200℃。
5.根据权利要求1所述共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束，其特征在于，所述芯层还包括成核剂，所述成核剂占芯层总重量的0.1％-1％。
6.根据权利要求5所述共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束，其特征在于，所述成核剂为无机纳米材料。
7.根据权利要求1所述共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束，其特征在于，所述皮层的聚乳酸树脂为结晶温度在100～140℃。
8.根据权利要求1所述共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束，其特征在于，所述丝束的总旦数为密度为12～60ktex，单丝线密度为2～30dtex。
9.一种权利要求1～9所述共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)分别将皮层和芯层进行干燥处理；
S2)分别将干燥处理后的皮层和芯层送入两套纺丝系统纺丝及过滤；
S3)过滤后，经计量泵定量输入复合纺丝组件；经喷丝形成多边形皮芯结构的复合纤维；
S4)对所得丝束卷绕；
S5)在热水浴中对丝束进行牵伸；
S6)干燥定型。
10.根据权利要求9所述共纺改性皮芯结构聚乳酸丝束的制备方法，其特征在于，所述S1的干燥处理为：将皮层树脂在40-60℃的干燥环境中烘干2-4h，将芯层树脂在80-100℃的干燥环境中烘干6-10h。
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