CN113481629B - 一种皮芯型聚乳酸烟用丝束及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种皮芯型聚乳酸烟用丝束，包括皮层和芯层；所述皮层由包括以下质量百分比的原料制备得到：97~99.98%的聚乳酸树脂、0.01~1%抗氧化剂和0.01~2%琥珀酸钠；所述芯层包括聚乳酸树脂。本发明对以聚乳酸为主要材料的皮芯型烟用丝束进行改进，对皮层的组成进行调整，以琥珀酸钠为成核剂，与抗氧化剂协同作用，从而提高皮层中聚乳酸的结晶度，能够避免聚乳酸烟用丝束在滤棒成型装备的压力、摩擦等剪切作用下软化，发生粘辊和粘刀现象，进一步提高烟用丝束的热稳定性，进而提高了烟用丝束的过滤性能。

Description

一种皮芯型聚乳酸烟用丝束及其制备方法
技术领域
本发明涉及烟用丝束技术领域，尤其涉及一种皮芯型聚乳酸烟用丝束及其制备方法。
背景技术
烟用丝束是生产香烟过滤嘴棒的重要材料，具有弹性好、无毒、无味、热稳定性高、吸阻小、截滤效果显著、能选择性地吸附卷烟中的有害成分，同时又保留了一定的烟碱而不失香烟口味的优点。
目前，烟用丝束主要为皮芯型，其皮层和芯层通常为不同类型的聚乳酸，皮层一般采用D-型聚乳酸，芯层一般采用L-型聚乳酸，但是聚乳酸耐温性能差，在开松上胶机和滤棒成型机的高速旋转的螺纹辊、橡胶辊以及切割刀头的压力、摩擦等剪切作用下会软化，从而发生粘辊和粘刀现象，造成非正常停车，降低成棒速度；且在夏天储存和运输时，聚乳酸纤维会由于温度较高而发生二次收缩，导致过滤嘴出现内缩，降低烟用丝束的过滤效果。因此，提供具有优异热稳定性的皮芯型聚乳酸烟用丝束成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种皮芯型聚乳酸烟用丝束及其制备方法，本发明提供的皮芯型聚乳酸烟用丝束具备优异的热稳定性，且过滤性能优异。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种皮芯型聚乳酸烟用丝束，包括皮层和芯层；
所述皮层由包括以下质量百分比的原料制备得到：97~99.98%的聚乳酸树脂、0.01~1%抗氧化剂和0.01~2%琥珀酸钠；
所述芯层包括聚乳酸树脂。
优选地，所述皮层与芯层的质量比为（1~5）：1。
优选地，所述皮层与芯层的质量比为（2~3）：1。
优选地，所述皮层由包括以下质量百分比的原料制备得到：97.5~99.9%的聚乳酸树脂、0.05~0.6%抗氧化剂和0.05~1.9%琥珀酸钠。
优选地，所述抗氧化剂包括抗氧剂300和/或抗氧剂168。
优选地，所述皮芯型聚乳酸烟用丝束的总线密度为1~7ktex，所述皮芯型聚乳酸烟用丝束的单丝线密度为1.5~6dtex。
优选地，所述皮芯型聚乳酸烟用丝束的结构包括同芯型或偏心型。
本发明还提供了上述技术方案所述皮芯型聚乳酸烟用丝束的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚乳酸树脂、抗氧化剂和琥珀酸钠混合后进行熔融塑化，得到第一熔体；
（2）将聚乳酸树脂进行熔融塑化，得到第二熔体；
（3）将所述步骤（1）得到的第一熔体和所述步骤（2）得到的第二熔体分别输送至双组份纺丝组件中皮芯型喷丝板孔内，进行纺丝，得到皮芯型聚乳酸烟用丝束的半成品；
（4）将所述步骤（3）得到的半成品进行后处理，得到皮芯型聚乳酸烟用丝束；
所述步骤（1）和步骤（2）没有先后顺序。
优选地，所述步骤（4）中的后处理包括依次进行的冷却、表面油剂处理、牵伸、紧张热定型和卷曲。
优选地，所述牵伸的倍数为1~5倍，所述牵伸的温度为55~100℃。
本发明提供了一种皮芯型聚乳酸烟用丝束，包括皮层和芯层；所述皮层由包括以下质量百分比的原料制备得到：97~99.98%的聚乳酸树脂、0.01~1%抗氧化剂和0.01~2%琥珀酸钠；所述芯层包括聚乳酸树脂。本发明对以聚乳酸为主要材料的皮芯型烟用丝束进行改进，对皮层的组成进行调整，以琥珀酸钠为成核剂，与抗氧化剂协同作用，从而提高皮层中聚乳酸的结晶度，能够避免聚乳酸烟用丝束在滤棒成型装备的压力、摩擦等剪切作用下软化，发生粘辊和粘刀现象，进一步提高聚乳酸的热稳定性，进而提高了烟用丝束的过滤性能。实验结果表明，采用本发明提供的皮芯型聚乳酸烟用丝束制备得到的烟用滤棒一氧化碳量不低于7.9mg/支，总颗粒相物含量不低于12.0mg/支，烟碱含量不低于0.77mg/支，焦油含量不低于12.0mg/支，水分含量不低于1.8mg/支。
具体实施方式
本发明提供了一种皮芯型聚乳酸烟用丝束，包括皮层和芯层；
所述皮层由包括以下质量百分比的原料制备得到：97~99.98%的聚乳酸树脂、0.01~1%抗氧化剂和0.01~2%琥珀酸钠；
所述芯层包括聚乳酸树脂。
本发明提供的皮芯型聚乳酸烟用丝束包括皮层；所述皮层由包括以下质量百分比的原料制备得到：97~99.98%的聚乳酸树脂、0.01~1%抗氧化剂和0.01~2%琥珀酸钠。
在本发明中，按皮层的质量为100%计，制备所述皮层的原料包括97~99.98%的聚乳酸树脂，优选为97.5~99.9%，更优选为98.0~99.85%。在本发明中，所述聚乳酸树脂优选为L-聚乳酸树脂和/或D-聚乳酸树脂。本发明对所述聚乳酸树脂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述聚乳酸树脂为基体树脂。
在本发明中，所述聚乳酸树脂的重均分子量优选为4~25万；所述聚乳酸树脂的分子量分布指数优选小于等于6.5；所述聚乳酸树脂的熔融温度优选为145~178℃；所述聚乳酸树脂的熔融指数优选为1.5~35g/10min。
在本发明中，按皮层的质量为100%计，制备所述皮层的原料还包括0.01~1%抗氧化剂，优选为0.05~0.6%，进一步优选为0.1~0.5%，更优选为0.2~0.4%。在本发明中，所述抗氧化剂优选包括抗氧剂300和/或抗氧剂168；当所述抗氧化剂为抗氧剂300和抗氧剂168时，所述抗氧剂300与抗氧剂168的质量比优选为1：（2~5），更优选为1：（3~4）。本发明对所述抗氧化剂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述抗氧化剂能够配合琥珀酸钠，协同提高皮层中聚乳酸的结晶度，避免了聚乳酸烟用丝束在滤棒成型装备的压力、摩擦等剪切作用下软化，发生粘辊和粘刀现象，进一步提高聚乳酸的热稳定性，进而提高了烟用丝束的过滤性能；所述抗氧化剂为抗氧剂300和抗氧剂168时能够进一步提高聚乳酸的热稳定性。
在本发明中，按皮层的质量为100%计，制备所述皮层的原料还包括0.01~2%琥珀酸钠，优选为0.05~1.9%，进一步优选为0.1~1.5%，更优选为0.5~1.0%。本发明对所述琥珀酸钠的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述琥珀酸钠为成核剂，能够配合抗氧化剂协同提高皮层中聚乳酸的结晶度，避免了聚乳酸烟用丝束在滤棒成型装备的压力、摩擦等剪切作用下软化，发生粘辊和粘刀现象，进一步提高聚乳酸的热稳定性，进而提高了皮芯型烟用丝束的过滤性能。
本发明提供的皮芯型聚乳酸烟用丝束还包括芯层；所述芯层包括聚乳酸树脂。在本发明中，所述聚乳酸树脂与前述皮层中的聚乳酸树脂相同，在此不再赘述。
在本发明中，所述皮层与芯层的质量比优选为（1~5）：1，更优选为（2~3）：1。本发明通过控制烟用丝束中皮层和芯层的质量比，能够利用皮层的耐温性能，进一步提高了聚乳酸丝束的热稳定性，达到优异的过滤效果。
在本发明中，所述皮芯型聚乳酸烟用丝束的结构优选为同芯型或偏心型。
在本发明中，所述皮芯型聚乳酸烟用丝束的总线密度优选为1~7ktex，进一步优选为2~6ktex，更优选为4~5ktex；所述皮芯型聚乳酸烟用丝束的单丝线密度优选为1.5~6dtex，进一步优选为3~6.4dtex，更优选为3.5~4.5dtex；所述皮芯型聚乳酸烟用丝束的卷曲数优选为15~35个/25mm；所述皮芯型聚乳酸烟用丝束的干热收缩率优选低于10%。
本发明还提供了上述技术方案所述皮芯型聚乳酸烟用丝束的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚乳酸树脂、抗氧化剂和琥珀酸钠混合后进行熔融塑化，得到第一熔体；
（2）将聚乳酸树脂进行熔融塑化，得到第二熔体；
（3）将所述步骤（1）得到的第一熔体和所述步骤（2）得到的第二熔体分别输送至双组份纺丝组件中皮芯型喷丝板孔内，进行纺丝，得到皮芯型聚乳酸烟用丝束的半成品；
（4）将所述步骤（3）得到的半成品进行后处理，得到皮芯型聚乳酸烟用丝束；
所述步骤（1）和步骤（2）没有先后顺序。
本发明将聚乳酸树脂、抗氧化剂和琥珀酸钠混合后进行熔融塑化，得到第一熔体。
在本发明中，所述聚乳酸树脂在使用前优选进行干燥。本发明对所述干燥的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的原料干燥的操作即可。本发明对聚乳酸树脂在混合前进行干燥能够去除原料中的水分。
本发明对所述聚乳酸树脂、抗氧化剂和琥珀酸钠混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备混合物料的技术方案即可。在本发明中，所述熔融塑化优选在单螺杆挤出机中进行；所述熔融塑化的温度优选为160~265℃，更优选为180~250℃。
本发明将聚乳酸树脂进行熔融塑化，得到第二熔体。
在本发明中，所述聚乳酸树脂在使用前优选进行干燥。本发明对所述干燥的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的原料干燥的操作即可。本发明对聚乳酸树脂进行干燥能够去除原料中的水分。在本发明中，所述熔融塑化优选在单螺杆挤出机中进行；所述熔融塑化的温度优选为160~265℃，更优选为180~250℃。
得到第一熔体和第二熔体后，本发明将所述第一熔体和所述第二熔体分别输送至双组份纺丝组件中皮芯型喷丝板孔内，进行纺丝，得到皮芯型聚乳酸烟用丝束的半成品。
本发明优选将第一熔体和第二熔体优选分别通过过滤器进入纺丝箱，然后再由纺丝箱内的计量泵输送至双组份纺丝组件中皮芯型喷丝板孔内，进行纺丝，得到皮芯型聚乳酸烟用丝束的半成品。
本发明对上述装置的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的装置即可。
在本发明中，所述过滤器的温度优选为230~275℃；所述过滤器的滤网目数优选为150~500目。本发明在纺丝前进行过滤能够除去第一熔体和第二熔体中的杂质和未熔融的高分子物质。
在本发明中，所述计量泵的转速优选为12~30转/min；所述喷丝板孔的形状优选为C形、Y形、X形和中空形中的至少一种；所述喷丝板孔的孔径优选为0.2~0.5mm；所述喷丝板孔的长径比优选为（1.5~4）：1。
在本发明中，所述纺丝的温度优选为200~300℃，更优选为250~275℃；所述纺丝的速度优选为50~1000m/min。
得到半成品后，本发明将所述半成品进行后处理，得到皮芯型聚乳酸烟用丝束。
在本发明中，所述后处理优选包括依次进行的冷却、表面油剂处理、牵伸、紧张热定型和卷曲。
在本发明中，所述冷却的方式优选为冷却风吹风；所述冷却风吹风优选为侧吹风、外环吹风和内环吹风中的至少一种；所述冷却风的温度优选为5~25℃；所述冷却风吹风的风压优选为200~800Pa，更优选为300~500Pa；所述冷却风吹风的风速优选为0.2~0.6m/s，更优选为0.3~0.4m/s。
在本发明中，所述表面油剂处理的方式优选为油轮涂覆和喷油嘴喷射。本发明对所述表面油剂处理所采用的油剂没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的油剂即可。本发明采用表面油剂处理能够增加纤维的集束性，减少毛羽、毛丝的产生，增加丝束的强度，从而提高织造效率和质量。
在本发明中，所述牵伸的倍数优选为1~5倍，更优选为2~4倍；所述牵伸的温度优选为55~100℃；所述牵伸的速度优选为100~2000m/min。本发明采用牵伸能够提高丝束中分子链的取向度，从而提高丝束的强度，同时达到伸长的目的。
在本发明中，所述紧张热定型的温度优选为50~120℃，更优选为70~100℃。本发明在牵伸后进行紧张热定型能够降低丝束牵伸时产生的内应力，降低热收缩率。
在本发明中，所述卷曲的温度优选为40~100℃，更优选为60~80℃；所述卷曲所用的卷曲轮的直径优选为80~150mm；所述卷曲轮的宽度优选为30~80mm。本发明采用卷曲增加了丝束之间的抱合力。
本发明提供的制备方法工艺简单，适用于工业化生产。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
皮芯型聚乳酸烟用丝束由皮层和芯层组成；
其中，皮层由以下质量百分比的原料制备得到：99.98%的聚乳酸树脂、0.01%抗氧化剂和0.01%琥珀酸钠；
芯层为聚乳酸树脂；
皮层与芯层的质量比为1：1；
抗氧化剂为抗氧剂300和抗氧剂168；抗氧剂300与抗氧剂168的质量比为1：3；
皮芯型聚乳酸烟用丝束的结构为同芯型；
所述皮芯型聚乳酸烟用丝束的制备方法为如下步骤：
（1）将荷兰Corbion公司生产的LX130U型聚乳酸树脂使用转鼓干燥设备进行干燥处理，使其水份的含量均降至200ppm以下，再将聚乳酸树脂、抗氧化剂和琥珀酸钠混合后经单螺杆挤出机在250℃下进行熔融塑化，得到第一熔体；
（2）将荷兰Corbion公司生产的LX130U型聚乳酸树脂使用转鼓干燥设备进行干燥处理，使其水份的含量降至200ppm以下，再经单螺杆挤出机在250℃下进行熔融塑化，得到第二熔体；
（3）将所述步骤（1）得到的第一熔体和所述步骤（2）得到的第二熔体分别通过过滤器进入纺丝箱，然后再由纺丝箱内的计量泵输送至双组份纺丝组件中皮芯型喷丝板孔内，进行纺丝，得到皮芯型聚乳酸烟用丝束的半成品；
其中，过滤器温度为270℃，滤网目数为300目；输送第一熔体的计量泵转速为18转/min，输送第二熔体的计量泵转速为26转/min；喷丝板孔数为3000，孔径均为0.2mm，长径比为3：1；纺丝速度为350m/min，纺丝温度为265℃；
（4）采用侧吹风方式对所述步骤（3）得到的半成品进行冷却，控制冷却风温5℃，风压200Pa，风速0.2m/s；然后采用油轮涂覆上油和喷油嘴喷射上油的方式进行表面油剂处理；随后依次进行牵伸、紧张热定型和卷曲，得到皮芯型聚乳酸烟用丝束；
其中，牵伸的速度为700m/min，牵伸的倍数为4倍，牵伸的温度为75℃，紧张热定型的温度为85℃，卷曲的温度为50℃，卷曲轮直径为100mm，卷曲轮宽度为40mm。
实施例2
在实施例1的基础上改变皮层的原料组成，其他条件不变，得到皮芯型聚乳酸烟用丝束；其中，皮层由以下质量百分比的原料制备得到：99.9%的聚乳酸树脂、0.05%抗氧化剂和0.05%琥珀酸钠。
实施例3
在实施例1的基础上改变皮层的原料组成，其他条件不变，得到皮芯型聚乳酸烟用丝束；其中，皮层由以下质量百分比的原料制备得到：99.85%的聚乳酸树脂、0.1%抗氧化剂和0.05%琥珀酸钠。
实施例4
在实施例1的基础上改变皮层的原料组成，其他条件不变，得到皮芯型聚乳酸烟用丝束；其中，皮层由以下质量百分比的原料制备得到：98.0%的聚乳酸树脂、0.6%抗氧化剂和1.4%琥珀酸钠。
实施例5
在实施例1的基础上改变皮层的原料组成，其他条件不变，得到皮芯型聚乳酸烟用丝束；其中，皮层由以下质量百分比的原料制备得到：97.0%的聚乳酸树脂、1%抗氧化剂和2%琥珀酸钠。
实施例6
在实施例1的基础上改变皮层与芯层的质量比，其他条件不变，得到皮芯型聚乳酸烟用丝束；其中，皮层与芯层的质量比为2：1。
实施例7
在实施例1的基础上改变皮层与芯层的质量比，其他条件不变，得到皮芯型聚乳酸烟用丝束；其中，皮层与芯层的质量比为3：1。
实施例8
在实施例1的基础上改变皮层与芯层的质量比，其他条件不变，得到皮芯型聚乳酸烟用丝束；其中，皮层与芯层的质量比为4：1。
实施例9
在实施例1的基础上改变皮层与芯层的质量比，其他条件不变，得到皮芯型聚乳酸烟用丝束；其中，皮层与芯层的质量比为5：1。
对比例1
在实施例1的基础上改变皮层的原料组成，其他条件不变，得到皮芯型聚乳酸烟用丝束；其中，皮层由以下质量百分比的原料制备得到：99.98%的聚乳酸树脂和0.02%抗氧化剂。
对比例2
在实施例1的基础上改变皮层的原料组成，其他条件不变，得到皮芯型聚乳酸烟用丝束；其中，皮层由以下质量百分比的原料制备得到：99.98%的聚乳酸树脂和0.02%琥珀酸钠。
将实施例1~9以及对比例1~2制备的皮芯型聚乳酸烟用丝束分别进行开松和上胶处理，开松宽度为20cm，采用三醋酸甘油酯作为粘合剂，施胶量为皮芯型聚乳酸烟用丝束重量的5%，再通过滤棒成型机成型，切割成120mm/支，在120℃下烘干30min，然后在60%湿度22℃下平衡5小时，制得烟用滤棒。
将实施例1~9以及对比例1~2制备得到的烟用滤棒进行性能测试，结果如表1所示。
表1 实施例1~9以及对比例1~2制备得到的烟用滤棒性能数据
总线密度/ktex 单丝线密度/dtex 卷曲数 个/25mm 干热收缩率/% 一氧化碳量/mg/支 总颗粒相物/mg/支 烟碱量/mg/支 水分/mg/支 焦油/mg/支
实施例1 3.0 2.1 30 3.3 9.0 12.6 0.81 2.5 12.9
实施例2 3.2 2.3 28 3.2 9.5 12.9 0.84 2.8 13.2
实施例3 3.4 2.0 27 2.9 9.8 13.1 0.88 2.9 13.5
实施例4 3.3 1.9 26 2.6 9.9 13.5 0.90 3.2 13.8
实施例5 3.6 2.4 28 2.4 10.2 13.8 0.95 3.5 14.3
实施例6 3.1 2.2 24 3.0 8.5 12.5 0.80 2.3 12.6
实施例7 3.0 2.2 25 2.8 8.3 12.3 0.78 2.2 12.3
实施例8 3.5 2.3 29 2.7 8.1 12.0 0.77 2.0 12.2
实施例9 3.4 2.0 26 2.4 7.9 11.5 0.75 1.8 12.0
对比例1 3.1 2.4 29 3.6 7.5 11.0 0.74 1.6 11.7
对比例2 3.5 2.1 30 3.8 7.8 11.3 0.71 1.7 11.9
从表1可以看出，本发明中抗氧化剂和琥珀酸钠能够协同提高聚乳酸的结晶度，从而进一步提高皮芯型聚乳酸烟用丝束的热稳定性，进而提高了烟用丝束的过滤性能。
从以上实施例和对比例可以看出，本发明提供的皮芯型聚乳酸烟用丝束具备优异的热稳定性，且过滤性能优异。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种皮芯型聚乳酸烟用丝束，包括皮层和芯层；
所述皮层由包括以下质量百分比的原料制备得到：99.98％的聚乳酸树脂、0.01％抗氧化剂和0.01％琥珀酸钠；
所述芯层包括聚乳酸树脂；
所述抗氧化剂包括抗氧剂300和/或抗氧剂168；
所述皮层与芯层的质量比为(1～5)：1。
2.根据权利要求1所述的皮芯型聚乳酸烟用丝束，其特征在于，所述皮层与芯层的质量比为(2～3)：1。
3.根据权利要求1所述的皮芯型聚乳酸烟用丝束，其特征在于，所述皮芯型聚乳酸烟用丝束的总线密度为1～7ktex，所述皮芯型聚乳酸烟用丝束的单丝线密度为1.5～6dtex。
4.根据权利要求1所述的皮芯型聚乳酸烟用丝束，其特征在于，所述皮芯型聚乳酸烟用丝束的结构包括同芯型或偏心型。
5.权利要求1～4任意一项所述皮芯型聚乳酸烟用丝束的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚乳酸树脂、抗氧化剂和琥珀酸钠混合后进行熔融塑化，得到第一熔体；
(2)将聚乳酸树脂进行熔融塑化，得到第二熔体；
(3)将所述步骤(1)得到的第一熔体和所述步骤(2)得到的第二熔体分别输送至双组份纺丝组件中皮芯型喷丝板孔内，进行纺丝，得到皮芯型聚乳酸烟用丝束的半成品；
(4)将所述步骤(3)得到的半成品进行后处理，得到皮芯型聚乳酸烟用丝束；
所述步骤(1)和步骤(2)没有先后顺序。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的后处理包括依次进行的冷却、表面油剂处理、牵伸、紧张热定型和卷曲。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述牵伸的倍数为1～5倍，所述牵伸的温度为55～100℃。
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