CN113925201B - 一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴及其制备方法，该过滤嘴按重量份数计，由包含以下组分的原料制备而成：生物降解塑料70‑120份、相容剂5‑10份、改性火山岩颗粒15‑24份、滑石粉10‑16份、过氧化物交联剂2‑4份、降解促进剂1‑3份、抗菌剂0.5‑1份、分散剂0.2‑0.5份以及润滑剂0.4‑0.8份，所述改性火山岩颗粒为麦麸粉湿法改性火山岩颗粒。其中，所述生物降解塑料按重量份包括PBAT 35‑50份、PLA 25‑45份和PBS 10‑25份。这种过滤嘴具有良好的韧性、耐热性以及抗热收缩性，还可实现高过滤、低吸阻的功效，这种过滤嘴的材料抗变形能力好，隔热效果突出，在使用完后，在自然环境下经过一段时间可实现完全降解，不会对环境造成负担，具有良好的经济效益和环境效益。

Description

一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴及其制备方法
技术领域
本发明涉及卷烟过滤嘴材料技术领域，具体涉及一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴及其制备方法。
背景技术
卷烟的烟草中含多种生物烟碱、降烟碱、新烟草碱和假木贼碱类物质，一旦燃烧后就会释放出黑烟以及刺鼻的气味，而且烟气中含有大量对人体有害的物质，特别是烟草阴燃产生的支流烟气，其中气溶胶粒数浓度高，对人体健康危害更大。随着时代的发展，人们对健康的追求越来越强烈，卷烟的减害降焦势在必行。
目前，针对卷烟减害降焦的最直接手段就是过滤嘴，通过过滤嘴对卷烟烟气进行吸附过滤，能够减少烟气中进入人体的尼古丁等有毒有害焦油物质。市面上普遍采用的过滤嘴基材多为醋酸纤维和聚丙烯。采用聚丙烯制备的过滤嘴吸附能力较弱，烟气过滤效果差，抽吸时有较强的辛味，并且其原料取自石油，不能生物降解，导致环境污染严重，现已逐渐被市场淘汰。采用醋酸纤维制备过滤嘴时，制备原料选材于多年生的优质木材，采用干法纺丝的方式，制得适宜于卷烟用的过滤丝束，但醋酸纤维的制备过程通常伴随一系列高污染的物理化学处理，其中纺丝过程采用溶液纺丝法，生产成本高，价格昂贵，还要面临溶剂回收的问题，而且醋酸纤维不易降解，制成的过滤嘴无法回收利用。
例如申请号为【CN202011430217.8】的一种卷烟用过滤嘴，其在所述过滤嘴中含有生物纤维素纳米纤维。生物纤维素纤维直径在纳米范围，所形成的孔径也在纳米范围，其多孔性结构和一定的纳米级孔径分布形成了纳米级的超细网络结构，同时其表面具有大量的活泼羟基，添加在过滤嘴中，在消费者使用时可以有效滤除卷烟中的有害物质，如焦油、CO等，对消费者的身体健康带来益处。该新型卷烟过滤嘴安全、环保可降解、能有效吸附降低有害物质且价格合理。该过滤嘴虽然添加了生物纤维素纳米纤维，但是过滤嘴的基本原料还是醋酸纤维和聚丙烯，该过滤嘴仍然无法快速降解。
针对上述问题，为了让过滤嘴可以降解回收利用，可以采用具有良好循环再生性和生物降解性的聚乳酸（PLA）作为卷烟过滤嘴的制备材料。但PLA作为过滤嘴材料，还存在以下问题：1）对烟气有害成分的吸附效果不够理想，吸附焦油能力有待提高，同时若增大密度来提高吸附效果，会使过滤嘴吸阻增大，造成抽吸费劲、口感差的问题；2）材料变形回弹性不好，易变形、塌陷，耐热稳定性差，隔热效果不佳等。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴及其制备方法，这种过滤嘴具有良好的韧性、耐热性以及抗热收缩性，还可实现高过滤、低吸阻的功效，这种过滤嘴的材料抗变形能力好，隔热效果突出，使用完后在自然环境下一段时间可实现完全降解，不会对环境造成负担，具有良好的经济效益和环保效益。
为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：一方面，本发明提供了一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴，按重量份数计，由包含以下组分的原料制备而成：生物降解塑料70-120份、相容剂5-10份、改性火山岩颗粒15-24份、滑石粉10-16份、过氧化物交联剂2-4份、降解促进剂1-3份、抗菌剂0.5-1份、分散剂0.2-0.5份以及润滑剂0.4-0.8份，所述改性火山岩颗粒为改性麦麸粉湿法改性火山岩颗粒。作为优选，所述生物降解塑料按重量份包括PBAT 35-50份、PLA 25-45份和PBS 10-25份。
本发明中，PBAT为热塑性生物降解塑料，熔融指数为5-8g/10min(190℃，2.16kg)。PBAT是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，兼具PBA和PBT的特性，既有较好的延展性和断裂伸长率，也有较好的耐热性和冲击性能，还具有优良的生物降解性。
PLA（聚乳酸）的熔融指数为7-10g/10min(190℃，2.16 kg)，且缺口冲击强度≥30J/m。
PBS的熔融指数为8-10g/10min（150℃，2.16 kg），PBS作为生物降解塑料具有价格低廉、力学性能优异等特点，而与价格接近的PLA相比，PBS又具有加工方便、可适应常规的塑料加工工艺、耐热性能好的特点，其热变形温度可以超过100℃（PLA的耐热温度只有60℃左右）。而且PBS合成的原料来源既可以是石油资源，也可以通过生物质资源发酵得到，来源广泛易得。
因此，本发明将PBAT、PLA和PBS按一定重量比复配作为基材，由于PBAT和PBS相比于PLA具有良好的柔韧性和耐热性，两者的引入可有效解决PLA刚性大且耐热性差的问题，同时还可以降低基材的生产成本。
但是PBAT、PLA和PBS均为大分子聚合物，彼此之间的相容性较差，复配后无法快速结合，导致体系分散性较差，因此，本发明还在基材中加入了一定量的相容剂，用于增强三者之间的相容性，使得基材的成型加工性能得到改善。
作为优选，所述相容剂为马来酸酐接枝PLA（PLA-g-MAH）或甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝PLA（PLA-g-GMA）中的至少一种，马来酸酐接枝PLA的熔融指数为9-16g/10min(190℃，2.16 kg)，且马来酸酐接枝率为0.85-1.05％。甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝PLA的熔融指数为10-14g/10min(190℃，2.16 kg)，且甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝率为0.88-1.12％。这两种相容剂耐热性均较高，不会因受热分解。
本发明中，PLA-g-MAH或PLA-g-GMA的加入可以显著提高PBAT、PLA和PBS共混体系的相容性。例如马来酸酐接枝PLA具有强极性反应性基团，与不相容的PBAT和PBS可以通过化学反应结合，而马来酸酐接枝PLA本身在共混体系中可以与PLA相容，因此，与马来酸酐接枝PLA通过化学反应结合的PBAT或PBS可以与PLA具有良好的互溶性，进而使得PBAT、PLA和PBS的共混体系分散均匀，这样制备的基材性能优异。
另外，本发明中还采用具有适宜分子量的PLGA作为降解促进剂，以促进废弃后过滤嘴基材的降解。
作为优选，所述降解促进剂为重均分子量8000-20000的PLGA，其中乳酸重复单元的质量含量为30-50wt%。
PLGA (聚乳酸-羟基乙酸共聚物)由两种单体—乳酸和乙醇酸随机聚合而成，常见的有开环聚合是将乙醇酸（羟基乙酸）和乳酸（2-羟基丙酸）分别脱水环化，合成乙交酯(GA)、丙交酯(LA) 两种单体，再由GA和LA开环聚合得PLGA无规共聚物。在过滤嘴的成型加工过程中，由于PLGA分子链中含有LA分子链段，其在PLA-g-MAH或PLA-g-GMA的促进下能更好地分散于基材中，另外，由于GA分子链段的规整度较好，因此PLGA的引入还有利于基材结晶性的提高，这样对最终产品耐热性的改善具有积极的影响，而在降解方面，由于PLGA中的GA分子链段容易发生解聚，以生成小分子有机酸，这样有利于加速废弃过滤嘴基材的降解，使其在期望的时间段内实现完全降解，避免过滤嘴基材对环境的污染。
本发明中还使用了过氧化物交联剂，在材料的成型加工过程中，其可促使PBAT、PLA和PBS共混体系之间形成适度的交联网格结构，有利于改性火山岩颗粒能够更加稳定地“填充”在基材体系中，不仅可改善基材的抗变形能力，还有利于提高基材的耐热性。
作为优选，所述过氧化物交联剂为过氧化苯甲酰或过氧化二异丙苯中的至少一种。
作为优选，所述抗菌剂为甲壳素、芥末、蓖麻油或山葵中的至少一种，所述分散剂为芥酸酰胺。
作为优选，所述润滑剂为聚酰胺蜡、季戊四醇硬脂酸酯与白油按质量比（1-3）：1：1混合而成的混合物。
为了增强基材的透气性，本发明还加入了改性麦麸粉湿法改性火山岩颗粒作为填充剂，以降低过滤嘴基材的吸阻。
作为优选，所述改性麦麸粉湿法改性火山岩颗粒的制备方法为：将火山岩粉碎成颗粒，用H2O2浸泡，过滤，洗涤至中性，烘干，制得预处理火山岩颗粒，然后在含有改性麦麸粉末和硅烷偶联剂的分散液中，于60-80℃下边搅拌边加入预处理火山岩颗粒，随后采用300-500W的微波辐照15-30min，过滤，保留固体，经洗涤、干燥，再研磨至90%过2000目筛，即得改性麦麸粉湿法改性火山岩颗粒。
作为优选，所述分散液为正丁醇和甲基异丁酮的混合溶液。所述正丁醇与甲基异丁酮的质量比为1：（1-4），每100mL分散液中加入4-8 g预处理火山岩颗粒。
作为优选，所述改性麦麸粉末、硅烷偶联剂和预处理火山岩颗粒的质量比为（15-30）：（0.5-2）：100。
由于火山岩颗粒为天然蜂窝多孔结构，具有质量轻、强度高、保温、隔热、吸音、防火、耐酸碱、耐腐蚀，无污染、无放射性等优良特性。将其应用于过滤嘴的基材中，不仅可以提升基材的吸附性，还可以提升基材的化学稳定性。但是火山岩颗粒质量较小，且吸附性较强，体系中分散的火山岩颗粒粒子容易相互吸引，导致分散的火山岩颗粒团聚成较大粒子，使得体系分散性较差，从而降低基材的通透性，增大基材的吸阻。
麦麸，即麦皮。麦皮一般共分6层，且麦皮含有大量的维生素B类，外面的5层含粗纤维较多。如果将麦麸加入过滤嘴的基材中分散均匀，可以大幅提升基材的吸附性，而且麦麸富含纤维素和维生素，对人体有诸多益处。但是由于麦麸与基材体系互溶性较差，如果将麦麸直接加入基材中，可能导致基材分散不均匀，内部颗粒较多。
因此，本发明对麦麸粉末进行改性处理，对火山岩颗粒进行预处理，然后通过改性后的麦麸粉末对预处理的火山岩颗粒进行改性处理，得到改性后的火山岩颗粒并加入过滤嘴的基材体系中。
作为优选，所述改性麦麸粉末的制备方法如下：
S1、将麦麸加入碱性溶液中，搅拌处理20-40min，过滤，获得麦麸浆；
S2、于40-60℃下将上述步骤制得的麦麸浆加入酸性溶液中，恒温搅拌1-2h，过滤，保留液体，烘干，然后采用气流磨粉碎成300目以上，即得改性麦麸粉末。
作为优选，S1中所述碱性溶液为0.5-1mol/L的氢氧化钠溶液，所述麦麸与碱性溶液的质量比为1：（5-10）；S2中所述酸性溶液为1-1.5mol/L的高碘酸溶液，所述麦麸浆与高碘酸溶液的质量比为1：（2-4）。
本发明对麦麸粉进行改性处理，麦麸粉改性后表面具有活性官能团，然后通过硅烷偶联剂，使改性的麦麸粉末结合至预处理的火山岩颗粒的表面。硅烷偶联剂的硅烷氧基对无机物具有反应性，有机官能基对有机物（包括活性官能团）具有反应性或相容性。因此，当硅烷偶联剂介于麦麸粉和火山岩颗粒之间，可形成麦麸粉-硅烷偶联剂-火山岩颗粒的结合层，从而使得改性的麦麸粉末结合至火山岩颗粒的表面。
将改性的麦麸粉末与火山岩颗粒结合后加入基材体系中，一方面可防止火山岩颗粒粒子在体系中团聚，另一方面麦麸粉末可与火山岩颗粒形成较为蓬松的改性填料，并且有利于滑石粉贴附于火山岩颗粒表面，使得火山岩颗粒表面的润滑性可得到显著改善，这样有利于火山岩颗粒分散于基材中，不仅可增强基材的力学强度，还可有效提高基材的耐热稳定性和隔热性，降低基材的热收缩性。
故，由于本发明改性填料中的火山岩、麦麸本身具有优异的吸附性能，加之改性填料自身的蓬松性，将其分散于基材中具有良好的过滤吸附作用，并且不会增大抽吸阻力，可使得最终制得的过滤嘴具有良好的高过滤低吸阻的效果。
另一方面，本发明提供了一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴的制备方法，包括以下步骤：
（1）：按重量份将PBAT、PLA、PBS、相容剂和润滑剂混合均匀，制得预混料A，按重量份将改性麦麸粉湿法改性火山岩颗粒、滑石粉、过氧化物交联剂、降解促进剂、抗菌剂、分散剂和润滑剂混合均匀，制得预混料B；
（2）：将步骤（1）制得的预混料A由双螺杆挤出机的主喂料口加入，将预混料B由双螺杆挤出机的侧喂料口加入，先于145-160℃下进行塑化，再于170-185℃下进行熔融共混，将获得的混合熔融物料置于微波环境下，进行微波辐射处理，经喷丝板挤出，再经冷却、卷绕、牵伸、卷曲、干燥，制得丝束；
（3）：将步骤（2）制得的丝束置入滤棒成型机成型，丝束经开松后，将粘合剂喷洒于开松的丝束上，采用成形纸卷制成型，切割成规定长度的卷烟过滤嘴，经烘干，即可。
本发明提供的方法步骤（2）中，所述微波辐射处理的微波频率为1-3GHz，功率为150-250W，处理时间为15-30min。微波辐射处理加热效果均匀，可以避免基材内部反应不均匀，出现结块现象。
所述喷丝板挤出过程中，所采用的喷丝板孔数为约25000，且喷丝孔为中空型的喷丝孔，单丝纤度可设定为3D，且单丝截面上单丝本体与空心面积比为约2：1。
所述冷却是采用空气冷却法对新纺出的丝束进行冷却，冷却风温为常温。
所述卷绕的速率可设定为约300-500m/min。
所述牵伸是在水浴环境下对丝束进行牵伸，其中，牵伸强度可设定为1.0-1.5CN/dtex，牵伸程度为约20-30%，水浴温度为约65-85℃。
所述开松过程中，开松辊的压力可设定为约0.1-0.3MPa，且二道开松辊的辊速比（开松比）可设定为约1：（1.5-1.8）。
本发明的有益效果如下：
1.本发明提供的一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴，通过引入热塑性生物降解塑料作为过滤嘴的基材，可以提升过滤嘴的耐热性，避免因高温烟气导致过滤嘴损坏变形，而且过滤嘴废弃后易降解，对环境污染较小，复合绿色环保的发展理念。
2.本发明提供的一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴，通过在过滤嘴基材中引入改性麦麸粉湿法改性火山岩颗粒，可以大幅提升过滤嘴基材的吸附能力，同时还可以降低过滤嘴的吸阻。而且引入改性麦麸粉湿法改性火山岩颗粒还可以增强基材的力学强度，有效提高基材的耐热稳定性和隔热性，降低基材的热收缩性。
附图说明
图1是本发明实施例中一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴制备方法的流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例和现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式，本发明并不限制于该实施例。
本发明具体实施例如下：
实施例1
一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴，按重量份数计，由包含以下组分的原料制备而成：PBAT35份、PLA40份、PBS25份、相容剂5份、麦麸粉湿法改性火山岩颗粒15份、滑石粉10份、过氧化苯甲酰2份、降解促进剂1份、甲壳素0.5份、芥酸酰胺0.2份以及润滑剂0.4份。
该实施例中：
PBAT熔融指数为5g/10min(190℃，2.16kg)，PLA熔融指数为7g/10min(190℃，2.16kg)，PBS熔融指数为8g/10min(190℃，2.16kg)。
相容剂为MAH-g-PLA，熔融指数为10g/10min(190℃，2.16kg)，且MAH的接枝率为约0.85%。
降解促进剂为PLGA，重均分子量为约8000，且乳酸单元质量含量为约50%。
润滑剂包括组分M(聚酰胺蜡)：M(季戊四醇硬脂酸酯)：M(白油)=1：1：1。
改性麦麸粉末的制备方法如下：
S1、将麦麸加入1mol/L的氢氧化钠溶液中，搅拌处理20min，过滤，除去固体杂质，获得麦麸浆，其中，麦麸与碱性溶液的质量比为1：5；
S2、于40℃下将上述步骤制得的麦麸浆加入1.5mol/L的高碘酸溶液中，恒温搅拌1h，过滤，保留液体，烘干，然后采用气流磨粉碎成300目以上，即得改性麦麸粉末，其中麦麸浆与高碘酸溶液的质量比为1：2。
火山岩颗粒的预处理：将火山岩粉碎成颗粒，用H2O2浸泡后，过滤，洗涤至中性，烘干，制得预处理火山岩颗粒。
改性麦麸粉湿法改性火山岩颗粒的制备过程如下：将改性麦麸粉末、硅烷偶联剂加入由正丁醇和甲基异丁酮按质量比为1：1混合而成的分散液中，每100mL混合溶液中加入约4g的预处理火山岩颗粒，于60℃下边搅拌边加入预处理火山岩颗粒，随后采用300W的微波辐照30min，过滤，保留固体，经洗涤、干燥，再研磨至90%过2000目筛，即得麦麸粉湿法改性火山岩颗粒。其中，改性麦麸粉末、火山岩颗粒、硅烷偶联剂[γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷]质量比为15：100：0.5。
按照上述各组分对应的条件进行一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴的制备，具体包括以下步骤：
（1）：按重量份将PBAT、PLA、PBS、相容剂和润滑剂混合均匀，制得预混料A，按重量份将麦麸粉湿法改性火山岩颗粒、滑石粉、过氧化物交联剂、降解促进剂、抗菌剂、分散剂和润滑剂混合均匀，制得预混料B；
（2）：将步骤（1）制得的预混料A由双螺杆挤出机的主喂料口加入，将预混料B由双螺杆挤出机的侧喂料口加入，先于160℃下进行塑化，再于185℃下进行熔融共混，将获得的混合熔融物料置于微波环境下，进行微波辐射处理（微波辐射的频率3GHz，功率250W，处理时间15min），经喷丝板挤出，再经冷却、卷绕、牵伸、卷曲、干燥，制得丝束；
（3）：将步骤（2）制得的丝束置入滤棒成型机成型，丝束经开松后，将粘合剂 喷洒于开松的丝束上，采用成形纸卷制成型，切割成规定长度的卷烟过滤嘴，经烘干，即可。
实施例2
一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴，按重量份数计，由包含以下组分的原料制备而成：PBAT40份、PLA38份、PBS22份、相容剂7份、麦麸粉湿法改性火山岩颗粒18份、滑石粉12份、过氧化苯甲酰2份、降解促进剂1份、芥末0.6份、芥酸酰胺0.3份以及润滑剂0.6份。
该实施例中：
PBAT熔融指数为5g/10min(190℃，2.16kg)，PLA熔融指数为7g/10min(190℃，2.16kg)，PBS熔融指数为8g/10min(190℃，2.16kg)。
相容剂为MAH-g-PLA，熔融指数为约16g/10min(190℃，2.16kg)，且MAH的接枝率为约1.05%。
降解促进剂为PLGA，重均分子量为约10000，且乳酸单元质量含量为约42%。
润滑剂包括组分M(聚酰胺蜡)：M(季戊四醇硬脂酸酯)：M(白油)=1：1：1。
改性麦麸粉末其制备方法如下：
S1、将麦麸加入1mol/L的氢氧化钠溶液中，搅拌处理20min，过滤，获得麦麸浆，其中，麦麸与碱性溶液的质量比为1：5；
S2、于40℃下将上述步骤制得的麦麸浆加入1.5mol/L的高碘酸溶液中，恒温搅拌1h，过滤，保留液体，烘干，然后采用气流磨粉碎成300目以上，即得改性麦麸粉末，其中麦麸浆与高碘酸溶液的质量比为1：2。
火山岩颗粒的预处理：将火山岩粉碎成颗粒，用H2O2浸泡后，过滤，洗涤至中性，烘干，制得预处理火山岩颗粒。
改性麦麸粉湿法改性火山岩颗粒的制备过程如下：将改性麦麸粉末、硅烷偶联剂加入由正丁醇和甲基异丁酮按质量比为1：2混合而成的溶液中，每100mL混合溶液中加入约4g的预处理火山岩颗粒，于68℃下边搅拌边加入预处理火山岩颗粒，随后采用360W的微波辐照30min，过滤，保留固体，经洗涤、干燥，再研磨至90%过2000目筛，即得麦麸粉湿法改性火山岩颗粒。其中，改性麦麸粉末、火山岩颗粒、硅烷偶联剂[γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷]质量比为20：100：1。
按照上述各组分对应的条件进行一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴的制备，具体包括以下步骤：
（1）：按重量份将PBAT、PLA、PBS、相容剂和润滑剂混合均匀，制得预混料A，按重量份将麦麸粉湿法改性火山岩颗粒、滑石粉、过氧化物交联剂、降解促进剂、抗菌剂、分散剂和润滑剂混合均匀，制得预混料B；
（2）：将步骤（1）制得的预混料A由双螺杆挤出机的主喂料口加入，将预混料B由双螺杆挤出机的侧喂料口加入，先于155℃下进行塑化，再于182℃下进行熔融共混，将获得的混合熔融物料置于微波环境下，进行微波辐射处理（微波辐射的频率2.5GHz，功率220W，处理时间20min），经喷丝板挤出，再经冷却、卷绕、牵伸、卷曲、干燥，制得丝束；
（3）：将步骤（2）制得的丝束置入滤棒成型机成型，丝束经开松后，将粘合剂 喷洒于开松的丝束上，采用成形纸卷制成型，切割成规定长度的卷烟过滤嘴，经烘干，即可。
实施例3
一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴，按重量份数计，由包含以下组分的原料制备而成：PBAT43份、PLA37份、PBS20份、相容剂8份、麦麸粉湿法改性火山岩颗粒20份、滑石粉15份、过氧化二异丙苯3份、降解促进剂2份、山葵0.8份、芥酸酰胺0.3份以及润滑剂0.4份。
该实施例中：
PBAT熔融指数为6g/10min(190℃，2.16kg)，PLA熔融指数为8g/10min(190℃，2.16kg)，PBS熔融指数为9g/10min(190℃，2.16kg)。
相容剂为GMA-g-PLA，熔融指数为约10g/10min(190℃，2.16kg)，且MAH的接枝率为约0.88%。
降解促进剂为PLGA，重均分子量为约12000，且乳酸单元质量含量为约36%。
润滑剂包括组分M(聚酰胺蜡)：M(季戊四醇硬脂酸酯)：M(白油)=1：3：1。
改性麦麸粉末其制备方法如下：
S1、将麦麸加入0.8mol/L的氢氧化钠溶液中，搅拌处理30min，过滤，获得麦麸浆，其中，麦麸与碱性溶液的质量比为1：8；
S2、于50℃下将上述步骤制得的麦麸浆加入1.2mol/L的高碘酸溶液中，恒温搅拌1h，过滤，保留液体，烘干，然后采用气流磨粉碎成300目以上，即得改性麦麸粉末，其中麦麸浆与高碘酸溶液的质量比为1：2.5。
火山岩颗粒的预处理：将火山岩粉碎成颗粒，用H2O2浸泡后，过滤，洗涤至中性，烘干，制得预处理火山岩颗粒。
改性麦麸粉湿法改性火山岩颗粒的制备过程如下：将改性麦麸粉末、硅烷偶联剂加入由正丁醇和甲基异丁酮按质量比为1：4混合而成的溶液中，每100mL混合溶液中加入约6g的预处理火山岩颗粒，于75℃下边搅拌边加入预处理火山岩颗粒，随后采用420W的微波辐照25min，过滤，保留固体，经洗涤、干燥，再研磨至90%过2000目筛，即得麦麸粉湿法改性火山岩颗粒。其中，改性麦麸粉末、火山岩颗粒、硅烷偶联剂[乙烯基三丁酮肟基硅烷]质量比为24：100：1.2。
按照上述各组分对应的条件进行一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴的制备，具体包括以下步骤：
（1）：按重量份将PBAT、PLA、PBS、相容剂和润滑剂混合均匀，制得预混料A，按重量份将麦麸粉湿法改性火山岩颗粒、滑石粉、过氧化物交联剂、降解促进剂、抗菌剂、分散剂和润滑剂混合均匀，制得预混料B；
（2）：将步骤（1）制得的预混料A由双螺杆挤出机的主喂料口加入，将预混料B由双螺杆挤出机的侧喂料口加入，先于150℃下进行塑化，再于178℃下进行熔融共混，将获得的混合熔融物料置于微波环境下，进行微波辐射处理（微波辐射的频率2.1GHz，功率200W，处理时间20min），经喷丝板挤出，再经冷却、卷绕、牵伸、卷曲、干燥，制得丝束；
（3）：将步骤（2）制得的丝束置入滤棒成型机成型，丝束经开松后，将粘合剂 喷洒于开松的丝束上，采用成形纸卷制成型，切割成规定长度的卷烟过滤嘴，经烘干，即可。
实施例4
一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴，按重量份数计，由包含以下组分的原料制备而成：PBAT45份、PLA45份、PBS10份、相容剂8份、麦麸粉湿法改性火山岩颗粒22份、滑石粉18份、过氧化二异丙苯3份、降解促进剂2份、甲壳素0.8份、芥酸酰胺0.4份以及润滑剂0.5份。
该实施例中：
PBAT熔融指数为8g/10min(190℃，2.16kg)，PLA熔融指数为10g/10min(190℃，2.16kg)，PBS熔融指数为10g/10min(190℃，2.16kg)。
相容剂为GMA-g-PLA，熔融指数为约12g/10min(190℃，2.16kg)，且MAH的接枝率为约1.04%。
降解促进剂为PLGA，重均分子量为约18000，且乳酸单元质量含量为约30%。
润滑剂包括组分M(聚酰胺蜡)：M(季戊四醇硬脂酸酯)：M(白油)=1：2：1。
改性麦麸粉末其制备方法如下：
S1、将麦麸加入0.5mol/L的氢氧化钠溶液中，搅拌处理40min，过滤，获得麦麸浆，其中，麦麸与碱性溶液的质量比为1：10；
S2、于60℃下将上述步骤制得的麦麸浆加入1.0mol/L的高碘酸溶液中，恒温搅拌2h，过滤，保留液体，烘干，然后采用气流磨粉碎成300目以上，即得改性麦麸粉末，其中麦麸浆与高碘酸溶液的质量比为1：4。
火山岩颗粒的预处理：将火山岩粉碎成颗粒，用H2O2浸泡后，过滤，洗涤至中性，烘干，制得预处理火山岩颗粒。
麦麸粉湿法改性火山岩颗粒的制备过程如下：将改性麦麸粉末、硅烷偶联剂加入由正丁醇和甲基异丁酮按质量比为1：3混合而成的溶液中，每100mL混合溶液中加入约8g的预处理火山岩颗粒，于80℃下边搅拌边加入预处理火山岩颗粒，随后采用460W的微波辐照20min，过滤，保留固体，经洗涤、干燥，再研磨至90%过2000目筛，即得麦麸粉湿法改性火山岩颗粒。其中，改性麦麸粉末、火山岩颗粒、硅烷偶联剂[N-β-（氨乙基）γ-氨丙基三甲氧基硅烷]质量比为30：100：1.6。
按照上述各组分对应的条件进行一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴的制备，具体包括以下步骤：
（1）：按重量份将PBAT、PLA、PBS、相容剂和润滑剂混合均匀，制得预混料A，按重量份将麦麸粉湿法改性火山岩颗粒、滑石粉、过氧化物交联剂、降解促进剂、抗菌剂、分散剂和润滑剂混合均匀，制得预混料B；
（2）：将步骤（1）制得的预混料A由双螺杆挤出机的主喂料口加入，将预混料B由双螺杆挤出机的侧喂料口加入，先于148℃下进行塑化，再于175℃下进行熔融共混，将获得的混合熔融物料置于微波环境下，进行微波辐射处理（微波辐射的频率1.6GHz，功率180W，处理时间25min），经喷丝板挤出，再经冷却、卷绕、牵伸、卷曲、干燥，制得丝束；
（3）：将步骤（2）制得的丝束置入滤棒成型机成型，丝束经开松后，将粘合剂 喷洒于开松的丝束上，采用成形纸卷制成型，切割成规定长度的卷烟过滤嘴，经烘干，即可。
实施例5
一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴，按重量份数计，由包含以下组分的原料制备而成：PBAT50份、PLA25份、PBS25份、相容剂10份、麦麸粉湿法改性火山岩颗粒24份、滑石粉16份、过氧化二异丙苯4份、降解促进剂3份、蓖麻油1.0份、芥酸酰胺0.5份以及润滑剂0.8份。
该实施例中：
PBAT熔融指数为8g/10min(190℃，2.16kg)，PLA熔融指数为10g/10min(190℃，2.16kg)，PBS熔融指数为10g/10min(190℃，2.16kg)。
相容剂为MAH-g-PLA，熔融指数为约14g/10min(190℃，2.16kg)，且MAH的接枝率为约1.12%。
降解促进剂为PLGA，重均分子量为约20000，且乳酸单元质量含量为约30%。
润滑剂包括组分M(聚酰胺蜡)：M(季戊四醇硬脂酸酯)：M(白油)=1：2：1。
改性麦麸粉末其制备方法如下：
S1、将麦麸加入0.5mol/L的氢氧化钠溶液中，搅拌处理40min，过滤，获得麦麸浆，其中，麦麸与碱性溶液的质量比为1：10；
S2、于60℃下将上述步骤制得的麦麸浆加入1.0mol/L的高碘酸溶液中，恒温搅拌2h，过滤，保留液体，烘干，然后采用气流磨粉碎成300目以上，即得改性麦麸粉末，其中麦麸浆与高碘酸溶液的质量比为1：4。
火山岩颗粒的预处理：将火山岩粉碎成颗粒，用H2O2浸泡后，过滤，洗涤至中性，烘干，制得预处理火山岩颗粒。
麦麸粉湿法改性火山岩颗粒的制备过程如下：将改性麦麸粉末、硅烷偶联剂加入由正丁醇和甲基异丁酮按质量比为1：3混合而成的溶液中，每100mL混合溶液中加入约8g的预处理火山岩颗粒，于80℃下边搅拌边加入预处理火山岩颗粒，随后采用500W的微波辐照15min，过滤，保留固体，经洗涤、干燥，再研磨至90%过2000目筛，即得麦麸粉湿法改性火山岩颗粒。其中，改性麦麸粉末、火山岩颗粒、硅烷偶联剂[3-氨丙基三乙氧基硅烷]质量比为30：100：2.0。
按照上述各组分对应的条件进行一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴的制备，具体包括以下步骤：
（1）：按重量份将PBAT、PLA、PBS、相容剂和润滑剂混合均匀，制得预混料A，按重量份将麦麸粉湿法改性火山岩颗粒、滑石粉、过氧化物交联剂、降解促进剂、抗菌剂、分散剂和润滑剂混合均匀，制得预混料B；
（2）：将步骤（1）制得的预混料A由双螺杆挤出机的主喂料口加入，将预混料B由双螺杆挤出机的侧喂料口加入，先于145℃下进行塑化，再于170℃下进行熔融共混，将获得的混合熔融物料置于微波环境下，进行微波辐射处理（微波辐射的频率1.0GHz，功率150W，处理时间30min），经喷丝板挤出，再经冷却、卷绕、牵伸、卷曲、干燥，制得丝束；
（3）：将步骤（2）制得的丝束置入滤棒成型机成型，丝束经开松后，将粘合剂 喷洒于开松的丝束上，采用成形纸卷制成型，切割成规定长度的卷烟过滤嘴，经烘干，即可。
注：实施例1-5中，对应的过滤嘴的制备方法中，喷丝板挤出过程中，所采用的喷丝板孔数为约25000，且喷丝孔为中空型的喷丝孔，单丝纤度设定为3D，且单丝截面上单丝本体与空心面积比为2：1；其中，冷却是采用空气冷却法对新纺出的丝束进行冷却，冷却风温为常温；卷绕的速率设定为400m/min；牵伸是在水浴环境下对丝束进行牵伸，其中，牵伸强度可设定为1.5CN/dtex，牵伸程度为30%，水浴温度为80℃。
对比例1
在实施例4的基础上，采用常规火山岩颗粒代替麦麸粉湿法改性火山岩颗粒作为对比例1的条件，并制备得到对比例1的过滤嘴。
对比例2
在实施例4的基础上，采用常规麦麸粉改性常规的火山岩颗粒，以此代替麦麸粉湿法改性火山岩颗粒作为对比例2的条件，并制备得到对比例2的过滤嘴。
对比例3
在实施例4的基础上，取消添加麦麸粉湿法改性火山岩颗粒作为对比例3的条件，并制备得到对比例3的过滤嘴。
对比例4
在实施例4的基础上，以100%的PLA代替PBAT、PLA与PBS的混合体系作为基材，以此作为对比例4的条件，并制备得到对比例4的过滤嘴。
依据GB/T22838-2009测试标准，将实施例1-5和对比例1-4制得的卷烟过滤嘴进行相应的性能测试，测试结果如下表1所示。
表1实施例1-5和对比例1-4制得的卷烟过滤嘴性能测试结果
由表1的测试结果可知，实施例1-5制备的过滤嘴吸阻，物理性能，有害物质去除率均优于对比例1-4，说明在基材中引入改性麦麸粉湿法改性火山岩颗粒，可以提升过滤嘴的吸附能力，降低过滤嘴的吸阻，同时还可以提升基材的抗变形能力，使得过滤嘴物理性能提升，耐热性好。引入常规的火山岩颗粒或者常规的麦麸粉改性火山岩颗粒都不能起到良好的改善作用。而且使用PBAT、PLA与PBS的混合体系作为基材，可以明显提升过滤嘴的耐热性能，降低过滤嘴的吸阻。
因此，本发明能较好地解决采用纯PLA制备卷烟过滤嘴所存在的问题，制得的卷烟过滤嘴兼具良好的韧性、耐热性以及抗热收缩性，且可实现高过滤、低吸阻的功效，材料的抗变形能力好，且隔热效果突出，在使用完后，在自然环境下经过一段时间可实现完全降解，不会对环境造成负担，具有良好的经济效益和环境效益。
上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施例只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴，其特征在于，按重量份数计，由包含以下组分的原料制备而成：生物降解塑料70-120份、相容剂5-10份、改性火山岩颗粒15-24份、滑石粉10-16份、过氧化物交联剂2-4份、降解促进剂1-3份、抗菌剂0.5-1份、分散剂0.2-0.5份以及润滑剂0.4-0.8份，所述改性火山岩颗粒为改性麦麸粉湿法改性火山岩颗粒；
所述改性麦麸粉湿法改性火山岩颗粒的制备方法为：将火山岩粉碎成颗粒，用H2O2浸泡，过滤，洗涤至中性，烘干，制得预处理火山岩颗粒，然后在含有改性麦麸粉末和硅烷偶联剂的分散液中，于60-80℃下边搅拌边加入预处理火山岩颗粒，随后采用300-500W的微波辐照15-30min，过滤，保留固体，经洗涤、干燥，再研磨至90%过2000目筛，即得改性麦麸粉湿法改性火山岩颗粒；
改性麦麸粉末其制备方法如下：
S1、将麦麸加入碱性溶液中，搅拌处理20-40min，过滤，获得麦麸浆；
S2、于40-60℃下将上述步骤S1制得的麦麸浆加入酸性溶液中，恒温搅拌1-2h，过滤，保留液体，烘干，然后采用气流磨粉碎成300目以上，即得改性麦麸粉末。
2.根据权利要求1所述的一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴，其特征在于，所述生物降解塑料按重量份包括PBAT 35-50份、PLA 25-45份和PBS 10-25份。
3.根据权利要求2所述的一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝PLA或甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝PLA中的至少一种，所述过氧化物交联剂为过氧化苯甲酰或过氧化二异丙苯中的至少一种，所述抗菌剂为甲壳素、芥末、蓖麻油或山葵中的至少一种，所述分散剂为芥酸酰胺，所述润滑剂为聚酰胺蜡、季戊四醇硬脂酸酯与白油按质量比（1-3）：1：1混合而成的混合物。
4.根据权利要求3所述的一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴，其特征在于，所述降解促进剂为重均分子量8000-20000的PLGA，其中乳酸重复单元的含量为30-50wt%。
5.根据权利要求1所述的一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴，其特征在于，所述分散液为正丁醇和甲基异丁酮的混合溶液，所述正丁醇与甲基异丁酮的质量比为1：（1-4），每100mL分散液中加入4-8 g预处理火山岩颗粒。
6.根据权利要求1所述的一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴，其特征在于，所述改性麦麸粉末、硅烷偶联剂和预处理火山岩颗粒的质量比为（15-30）：（0.5-2）：100。
7.根据权利要求1所述的一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴，其特征在于，S1中所述碱性溶液为0.5-1mol/L的氢氧化钠溶液，所述麦麸与碱性溶液的质量比为1：（5-10）；S2中所述酸性溶液为1-1.5mol/L的高碘酸溶液，所述麦麸浆与高碘酸溶液的质量比为1：（2-4）。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的一种高过滤低吸阻可降解卷烟过滤嘴的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）：按重量份将PBAT、PLA、PBS、相容剂和润滑剂混合均匀，制得预混料A，按重量份将改性麦麸粉湿法改性火山岩颗粒、滑石粉、过氧化物交联剂、降解促进剂、抗菌剂、分散剂和润滑剂混合均匀，制得预混料B；
（2）：将步骤（1）制得的预混料A由双螺杆挤出机的主喂料口加入，将预混料B由双螺杆挤出机的侧喂料口加入，先于145-160℃下进行塑化，再于170-185℃下进行熔融共混，将获得的混合熔融物料置于微波环境下，进行微波辐射处理，经喷丝板挤出，再经冷却、卷绕、牵伸、卷曲、干燥，制得丝束；
（3）：将步骤（2）制得的丝束置入滤棒成型机成型，丝束经开松后，将粘合剂 喷洒于开松的丝束上，采用成形纸卷制成型，切割成规定长度的卷烟过滤嘴，经烘干，即可。
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