CN113584629B - 一种皮芯型烟用丝束及其制备方法 - Google Patents

一种皮芯型烟用丝束及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种皮芯型烟用丝束，包括皮层和芯层；所述皮层包括醋酸纤维素；所述芯层由包括以下质量百分比的原料制备得到：98.5~99.98%的聚乳酸树脂、0.01~1%苯甲酸钠和0.01~0.5%水合硅酸镁超细粉。本发明提供的皮芯型烟用丝束的皮层采用醋酸纤维素，利用醋酸纤维素优异的耐温性能，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；在芯层中添加苯甲酸钠和水合硅酸镁超细粉，作为成核剂，通过调控用量，协同提高聚乳酸的结晶度，从而进一步提高皮芯型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结构，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烟用丝束及其制备方法。本发明提供的皮芯型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烟用丝束，包括皮层和芯层；
所述皮层包括醋酸纤维素；
所述芯层由包括以下质量百分比的原料制备得到：98.5~99.98%的聚乳酸树脂、0.01~1%苯甲酸钠和0.01~0.5%水合硅酸镁超细粉。
优选地，所述皮层与芯层的质量比为1：（1~20）。
优选地，所述皮层与芯层的质量比为1：（5~15）。
优选地，所述醋酸纤维素包括二醋酸纤维素和/或三醋酸纤维素。
优选地，所述芯层由包括以下质量百分比的原料制备得到：99~99.95%的聚乳酸树脂、0.02~0.5%苯甲酸钠和0.03~0.5%水合硅酸镁超细粉。
优选地，所述水合硅酸镁超细粉的相对密度为2.7~2.8g/cm3，所述水合硅酸镁超细粉的粒度为200~5000目。
优选地，所述皮芯型烟用丝束的总线密度为0.5~8ktex，所述皮芯型烟用丝束的单丝线密度为1~7dtex。
本发明还提供了上述技术方案所述皮芯型烟用丝束的制备方法，包括以下步骤：
（1）将醋酸纤维素与溶剂混合，得到醋酸纤维素涂覆液；
（2）将聚乳酸树脂、苯甲酸钠和水合硅酸镁超细粉混合后依次进行熔融纺丝、冷却、牵伸和紧张热定型，得到芯层；
（3）将所述步骤（1）得到的醋酸纤维素涂覆液涂覆于所述步骤（2）得到的芯层的表面，得到皮芯型烟用丝束的半成品；
（4）将所述步骤（3）得到的皮芯型烟用丝束的半成品依次进行表面油剂处理、卷曲和松弛热定型，得到皮芯型烟用丝束；
所述步骤（1）和步骤（2）没有先后顺序。
优选地，所述步骤（2）中牵伸的倍数为1~5倍，牵伸的温度为55~100℃。
优选地，所述步骤（2）中紧张热定型的温度为50~120℃。
本发明提供了一种皮芯型烟用丝束，包括皮层和芯层；所述皮层包括醋酸纤维素；所述芯层由包括以下质量百分比的原料制备得到：98.5~99.98%的聚乳酸树脂、0.01~1%苯甲酸钠和0.01~0.5%水合硅酸镁超细粉。本发明提供的皮芯型烟用丝束的皮层采用醋酸纤维素，利用醋酸纤维素优异的耐温性能，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；在芯层中添加苯甲酸钠和水合硅酸镁超细粉，作为成核剂，通过调控用量，协同提高聚乳酸的结晶度，从而进一步提高皮芯型烟用丝束的热稳定性，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烟用丝束制备得到的烟用滤棒一氧化碳量不低于7.5mg/支，总颗粒相物含量不低于11.1mg/支，烟碱含量不低于0.85mg/支，焦油含量不低于11.1mg/支，水分含量不低于2.1mg/支。
具体实施方式
本发明提供了一种皮芯型烟用丝束，包括皮层和芯层；
所述皮层包括醋酸纤维素；
所述芯层由包括以下质量百分比的原料制备得到：98.5~99.98%的聚乳酸树脂、0.01~1%苯甲酸钠和0.01~0.5%水合硅酸镁超细粉。
本发明提供的皮芯型烟用丝束包括皮层；所述皮层包括醋酸纤维素。本发明采用醋酸纤维素为皮层，利用醋酸纤维素优异的耐温性能，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。
在本发明中，所述醋酸纤维素优选包括二醋酸纤维素和/或三醋酸纤维素；所述醋酸纤维素的酯化度优选为180~300；所述醋酸纤维素的乙酰基质量含量优选为30~44.8%；所述醋酸纤维素的聚合度优选为150~800。
本发明提供的皮芯型烟用丝束还包括芯层；所述芯层由包括以下质量百分比的原料制备得到：98.5~99.98%的聚乳酸树脂、0.01~1%苯甲酸钠和0.01~0.5%水合硅酸镁超细粉。
在本发明中，以芯层的质量为100%计，制备所述芯层的原料包括98.5~99.98%的聚乳酸树脂，优选为99~99.95%，更优选为99.5~99.85%。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，所述聚乳酸树脂为芯层的基体树脂。
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，以芯层的质量为100%计，制备所述芯层的原料还包括0.01~1%苯甲酸钠，优选为0.02~0.5%，进一步优选为0.03~0.1%，更优选为0.05~0.07%。本发明对所述苯甲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，所述苯甲酸钠为成核剂，能够与水合硅酸镁超细粉协同提高烟用丝束的热稳定性。
在本发明中，以芯层的质量为100%计，制备所述芯层的原料还包括0.01~0.5%水合硅酸镁超细粉，优选为0.03~0.5%，进一步优选为0.05~0.2%，更优选为0.08~0.1%。在本发明中，所述水合硅酸镁超细粉的相对密度优选为2.7~2.8g/cm3；所述水合硅酸镁超细粉的粒度优选为200~5000目，更优选为500~1250目。本发明对所述水合硅酸镁超细粉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，所述水合硅酸镁超细粉为成核剂，能够与苯甲酸钠协同提高烟用丝束的热稳定性。
在本发明中，所述皮层与芯层的质量比优选为1：（1~20），进一步优选为1：（5~15），更优选为1：（7~10）。本发明通过控制烟用丝束中皮层和芯层的质量比，能够利用醋酸纤维素的耐温性，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，所述皮芯型烟用丝束的总线密度优选为0.5~8ktex，进一步优选为1~6ktex，更优选为4~5ktex；所述皮芯型烟用丝束的单丝线密度优选为1~7dtex，进一步优选为3~6.4dtex，更优选为3.5~4.5dtex；所述皮芯型烟用丝束的卷曲数优选为15~35个/mm；所述皮芯型烟用丝束的干热收缩率优选低于10%。
本发明提供的皮芯型烟用丝束的皮层采用醋酸纤维素，利用醋酸纤维素优异的耐温性能，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；在芯层中添加苯甲酸钠和水合硅酸镁超细粉，作为成核剂，通过调控用量，协同提高聚乳酸的结晶度，从而进一步提高皮芯型烟用丝束的热稳定性，进而提高了烟用丝束的过滤性能。
本发明还提供了上述技术方案所述皮芯型烟用丝束的制备方法，包括以下步骤：
（1）将醋酸纤维素与溶剂混合，得到醋酸纤维素涂覆液；
（2）将聚乳酸树脂、苯甲酸钠和水合硅酸镁超细粉混合后依次进行熔融纺丝、冷却、牵伸和紧张热定型，得到芯层；
（3）将所述步骤（1）得到的醋酸纤维素涂覆液涂覆于所述步骤（2）得到的芯层的表面，得到皮芯型烟用丝束的半成品；
（4）将所述步骤（3）得到的皮芯型烟用丝束的半成品依次进行表面油剂处理、卷曲和松弛热定型，得到皮芯型烟用丝束；
所述步骤（1）和步骤（2）没有先后顺序。
本发明将醋酸纤维素与溶剂混合，得到醋酸纤维素涂覆液。
在本发明中，所述溶剂优选为丙酮、甲酸、甲醇和二氯甲烷中的至少一种。本发明对所述溶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。本发明对所述溶剂的用量没有特殊的限定，只要保证将醋酸纤维素溶解即可。
在本发明中，所述醋酸纤维素与溶剂的混合优选在搅拌条件下进行；所述搅拌的温度优选为50~120℃；所述搅拌的转速优选为5~50r/min；所述搅拌的时间优选为3~12h，更优选为5~10h。
混合完成后，本发明优选对所述混合得到的溶液依次进行过滤和脱泡，得到醋酸纤维素涂覆液。
在本发明中，所述过滤所用的过滤网的目数优选大于200目。本发明对混合得到的溶液进行过滤能够除去溶液中的杂质和未溶解的原料。
在本发明中，所述脱泡的温度优选为30~80℃；所述脱泡的时间优选为5~10h。
本发明将聚乳酸树脂、苯甲酸钠和水合硅酸镁超细粉混合后依次进行熔融纺丝、冷却、牵伸和紧张热定型，得到芯层。
本发明对所述聚乳酸树脂、苯甲酸钠和水合硅酸镁超细粉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，所述熔融纺丝的熔融温度优选为160~265℃，更优选为180~250℃；所述熔融纺丝的纺丝温度优选为200~300℃，更优选为250~275℃；所述熔融纺丝的纺丝速度优选为50~1000m/min。
在本发明中，所述冷却优选为冷却风吹风；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。
得到醋酸纤维素涂覆液和芯层后，本发明将所述醋酸纤维素涂覆液涂覆于所述芯层的表面，得到皮芯型烟用丝束的半成品。
在本发明中，所述涂覆的方式优选为上液轮上液；所述涂覆的次数优选为至少三次。本发明对所述上液轮上液的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的操作即可。
涂覆完成后，本发明优选对所述涂覆的产物依次进行四道水洗和干燥，得到皮芯型烟用丝束的半成品。
在本发明中，所述第一道水洗的温度优选为2~8℃；所述第二道水洗的温度优选为10~20℃；所述第三道水洗的温度优选为20~50℃；所述第四道水洗的温度优选为50~95℃。本发明对所述四道水洗的时间没有特殊的限定，只要保证半成品中溶剂残存浓度低于10ppm即可。
在本发明中，所述干燥的温度优选为50~90℃。本发明对所述干燥的时间没有特殊的限定，根据常识进行调整即可。
得到皮芯型烟用丝束的半成品后，本发明将所述皮芯型烟用丝束的半成品依次进行表面油剂处理、卷曲和松弛热定型，得到皮芯型烟用丝束。
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，所述卷曲得到的半成品的卷曲数优选为15~35个/25mm；所述卷曲的温度优选为40~100℃。本发明采用卷曲增加了丝束之间的抱合力。
在本发明中，所述松弛热定型的温度优选为40~150℃，更优选为80~100℃。本发明采用松弛热定型能够进一步降低丝束在牵伸时产生的内应力，使得使大分子发生一定程度的松弛，提高丝束的结晶度，降低热收缩率，从而提高丝束的尺寸稳定性。
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
皮芯型烟用丝束由皮层和芯层组成；
其中，皮层为二醋酸纤维素，酯化度为200，乙酰基质量含量为30%，聚合度为180；
芯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%苯甲酸钠和0.01%水合硅酸镁超细粉；
水合硅酸镁超细粉的相对密度为2.7~2.8g/cm3，粒度为1250目；
皮层与芯层的质量比为1：1；
皮芯型烟用丝束的结构为同芯型；
所述皮芯型烟用丝束的制备方法为如下步骤：
（1）将二醋酸纤维素与丙酮在搅拌条件下混合后，依次进行过滤和脱泡，得到醋酸纤维素涂覆液；其中，搅拌的温度为70℃，转速为40r/min，时间为8h；过滤网的目数为300目；脱泡的温度为50℃，时间为5h；
（2）将荷兰Corbion公司生产的LX130U型聚乳酸树脂、苯甲酸钠和水合硅酸镁超细粉通过高速共混机混合均匀后依次进行熔融纺丝、冷却风吹风冷却、牵伸和紧张热定型，得到芯层；其中，熔融的温度为160℃，纺丝的温度为250℃，纺丝的速度为200m/min；冷却风吹风为侧吹风，温度为20℃，风压为200Pa，风速为0.4m/s；牵伸的倍数为5倍，温度为80℃，速度为100m/min；紧张热定型的温度为70℃；
（3）将所述步骤（1）得到的醋酸纤维素采用上液轮上液的方式涂覆液涂覆于所述步骤（2）得到的芯层的表面，再依次进行四道水洗和干燥，得到皮芯型烟用丝束的半成品；其中，涂覆次数为3次；第一道水洗的温度为5℃；第二道水洗的温度为10℃；第三道水洗的温度为30℃；第四道水洗的温度为50℃；干燥的温度为60℃；
（4）将所述步骤（3）得到的皮芯型烟用丝束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，随后依次进行卷曲和松弛热定，得到皮芯型烟用丝束；其中，卷曲数为25个/25mm，卷曲的温度为60℃；松弛热定型的温度为100℃。
实施例2
在实施例1的基础上改变芯层的原料组成，其他条件不变，得到皮芯型烟用丝束；其中，芯层由以下质量百分比的原料制备得到：99.95%的聚乳酸树脂、0.02%苯甲酸钠和0.03%水合硅酸镁超细粉。
实施例3
在实施例1的基础上改变芯层的原料组成，其他条件不变，得到皮芯型烟用丝束；其中，芯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%苯甲酸钠和0.05%水合硅酸镁超细粉。
实施例4
在实施例1的基础上改变芯层的原料组成，其他条件不变，得到皮芯型烟用丝束；其中，芯层由以下质量百分比的原料制备得到：98.5%的聚乳酸树脂、1%苯甲酸钠和0.5%水合硅酸镁超细粉。
实施例5
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，得到皮芯型烟用丝束；其中，皮层与芯层的质量比为1：5。
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，得到皮芯型烟用丝束；其中，皮层与芯层的质量比为1：10。
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，得到皮芯型烟用丝束；其中，皮层与芯层的质量比为1：15。
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，得到皮芯型烟用丝束；其中，皮层与芯层的质量比为1：20。
对比例1
在实施例1的基础上改变芯层的原料组成，其他条件不变，得到皮芯型烟用丝束；其中，芯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%水合硅酸镁超细粉。
对比例2
在实施例1的基础上改变芯层的原料组成，其他条件不变，得到皮芯型烟用丝束；其中，芯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%苯甲酸钠。
将实施例1~8以及对比例1~2制备的皮芯型烟用丝束分别进行开松和上胶处理，开松宽度为20cm，采用三醋酸甘油酯粘合剂，施胶量为皮芯型烟用丝束重量的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1~8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1~8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 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 4.3 3.8 3.3 7.9 11.9 0.9 2.3 11.9
实施例2 4.2 4.0 3.1 8.3 12.1 0.92 2.5 12.4
实施例3 4.1 4.0 2.9 8.9 12.5 0.95 2.7 12.7
实施例4 4.2 4.3 2.5 9.5 12.8 0.96 2.9 12.9
实施例5 4.1 3.5 3.5 7.7 11.7 0.88 2.3 11.8
实施例6 4.2 3.6 3.7 7.8 11.4 0.85 2.1 11.7
实施例7 4.1 3.8 3.9 7.6 11.5 0.87 2.2 11.3
实施例8 4.1 4.1 4.3 7.5 11.9 0.85 2.4 11.1
对比例1 4.3 3.9 3.5 7.1 11.1 0.81 2.0 10.8
对比例2 4.2 4.0 3.7 7.0 11.3 0.75 1.8 10.9
从表1可以看出，本发明中苯甲酸钠和水合硅酸镁超细粉能够协同提高聚乳酸的结晶度，从而进一步提高皮芯型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 (8)

1.一种皮芯型烟用丝束，包括皮层和芯层；
所述皮层包括醋酸纤维素；
所述芯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％苯甲酸钠和0.01％水合硅酸镁超细粉；
所述皮层与芯层的质量比为1：(1～20)。
2.根据权利要求1所述的皮芯型烟用丝束，其特征在于，所述皮层与芯层的质量比为1：(5～15)。
3.根据权利要求1所述的皮芯型烟用丝束，其特征在于，所述醋酸纤维素包括二醋酸纤维素和/或三醋酸纤维素。
4.根据权利要求1所述的皮芯型烟用丝束，其特征在于，所述水合硅酸镁超细粉的相对密度为2.7～2.8g/cm3，所述水合硅酸镁超细粉的粒度为200～5000目。
5.根据权利要求1所述的皮芯型烟用丝束，其特征在于，所述皮芯型烟用丝束的总线密度为0.5～8ktex，所述皮芯型烟用丝束的单丝线密度为1～7dtex。
6.权利要求1～5任意一项所述皮芯型烟用丝束的制备方法，包括以下步骤：
(1)将醋酸纤维素与溶剂混合，得到醋酸纤维素涂覆液；
(2)将聚乳酸树脂、苯甲酸钠和水合硅酸镁超细粉混合后依次进行熔融纺丝、冷却、牵伸和紧张热定型，得到芯层；
(3)将所述步骤(1)得到的醋酸纤维素涂覆液涂覆于所述步骤(2)得到的芯层的表面，得到皮芯型烟用丝束的半成品；
(4)将所述步骤(3)得到的皮芯型烟用丝束的半成品依次进行表面油剂处理、卷曲和松弛热定型，得到皮芯型烟用丝束；
所述步骤(1)和步骤(2)没有先后顺序。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中牵伸的倍数为1～5倍，牵伸的温度为55～100℃。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中紧张热定型的温度为50～120℃。
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