CN115506041A - 一种耐温性好的聚乳酸纤维滤棒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种耐温性好的聚乳酸纤维滤棒的制备方法，涉及烟支制备技术领域，包括以下步骤：选取至少两种左旋体含量在预定范围内的合格聚乳酸原料；选取左旋体含量最高的合格聚乳酸原料制得芯线组分；选取左旋体含量最低的合格聚乳酸原料制得皮层组分；将皮层组分包覆于芯线组分外侧，形成皮芯型聚乳酸纤维丝束；将多根皮芯型聚乳酸纤维丝束成型制得聚乳酸滤棒。本发明简单方便，通过对聚乳酸原料的比例和制备控制，得到多层结构的皮芯型聚乳酸纤维，提高其内层结构的均匀性，制得的聚乳酸纤维滤棒切割稳定，丝束中由内到外具有结晶度渐变，耐温性渐变，使得整个滤棒耐温性能更好，提高了聚乳酸丝束的过滤性能。

Description

一种耐温性好的聚乳酸纤维滤棒的制备方法
技术领域
本发明涉及烟支制备技术领域，尤其是，本发明涉及一种耐温性好的聚乳酸纤维滤棒的制备方法。
背景技术
聚乳酸（poly lactic acid，PLA）是由可再生植物资源中的淀粉发酵制取乳酸，而后经化学合成制备成高分子材料，具有良好的循环再生性和生物降解性，具有以下特点：1、以可再生的植物资源（玉米、小麦、甜菜、大米、土豆、山芋等）以及有机废弃物（玉米芯或其它农作物的根、茎、叶、皮等）为原料，摆脱了对木材和石油资源的依赖，符合可持续发展的要求；2、能够完全生物降解，在自然环境中经过一定时间会自然分解为水和二氧化碳，不造成环境污染，产生的二氧化碳通过植物光合作用得到重新利用，成为一个永恒的、封闭的碳循环系统，是名副其实的“绿色材料”；3、与涤纶、锦纶、腈纶三大合成纤维相比，生产聚乳酸纤维的能源消耗较低，是一种相对低资源环境负荷的高分子材料；4、具有良好的加工性能，可采用一般热塑性树脂的熔融纺丝方法生产丝束。
目前，聚乳酸纤维已经被开发出用于烟用丝束等领域，但是烟用丝束用聚乳酸纤维和常规的服装用聚乳酸丝束在性能要求上存在很大差别，如服装用聚乳酸纤维必须满足纤维纺制、编织和织物印染、洗涤、熨烫的要求，必须有很高的结晶度、取向度和机械强度，能耐温80～100℃，必须在洗涤剂水溶液和干洗溶剂中不溶解、不溶胀，需要一定的吸湿性，同时对周围环境中的其它气体物质吸附越少越好。但是作为烟用丝束，则需要满足以下要求：（1）由它卷制而成的滤棒无毒、无味、安全性好；（2）丝束稳定性好，能满足滤棒成型设备和工艺要求；（3）具有适宜的刚性和卷曲性能，使之具有良好的弹性和开松性，在较少丝束填充量的情况下，通过添加增塑剂或胶黏剂后，滤棒能满足一定的硬度、吸阻和外观质量要求，有较高的出棒率；（4）具备足够的耐热性，卷烟抽吸过程中，滤嘴不塌陷、变形；（5）对烟气有害成分具有较高的过滤效率；（6）不影响卷烟感官质量。因此，必须开发专用的纺丝及后处理工艺技术，才能满足烟用要求。
例如中国专利发明专利CN111789285A提供一种聚乳酸降温改性丝束滤棒的制备方法，由聚乳酸母粒、SEBS及PP混合均匀后在140℃至200℃温度下在线熔融聚合反应通过螺杆螺旋挤压挤出后冷却熔融纺丝，经过牵伸、卷曲、烘干定型制得聚乳酸丝束，在常规的滤棒机上进行滤棒成型制备而成。上述发明制备的聚乳酸降温改性丝束滤棒比传统的聚乳酸丝束滤棒熔点高，耐热性极大的提高，在加热不燃烧烟草制品中避免了缩头的现象，同时对烟气温度有显著的降低作用，解决了加热不燃烧烟草制品烟气温度高，热刺感强，抽吸舒适性差的难题，适合于工业化生产。
但是上述滤棒制备方法依然存在以下问题：PLA的熔点和结晶度与聚合物的分子量和左旋乳酸单体含量相关；聚乳酸结晶度高时，耐温性较好，但结晶度高时，容易形成结点。在丝束成型为滤棒时，结点随机分布在丝束不同位置，在滤棒卷接分切时，由于滤棒高速运动，由于结点与丝束在切刀受力时的差异，容易造成刀片的豁口甚至断裂，造成卷接机的频繁停机，滤棒横切面不平整，滤棒变形，圆度指标不合；另一方面，由于丝束结晶点较多，滤棒丝束比表面积也有影响，对滤棒过滤效率及香气物质的影响较大，从而造成卷烟感官质量造成较大的影响。
因此为了解决上述问题，设计一种合理的耐温性好的聚乳酸纤维滤棒的制备方法对我们来说是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐温性好的聚乳酸纤维滤棒的制备方法，其简单方便，通过对聚乳酸原料的比例和制备控制，得到多层结构的皮芯型聚乳酸纤维，提高其内层结构的均匀性，即聚乳酸纤维中结晶分布更均匀，减少结点的产生，避免在高速切割中造成切刀的损坏，制得的聚乳酸纤维滤棒切割稳定，多层结构的皮芯型聚乳酸纤维丝束中，由内到外具有结晶度渐变，耐温性渐变，使得整个滤棒耐温性能更好，提高了聚乳酸丝束的过滤性能。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案得以实现的：
一种耐温性好的聚乳酸纤维滤棒的制备方法，包括以下步骤：
S1：获取多种聚乳酸原料，并获取每一种聚乳酸原料中的左旋体含量；选取至少两种左旋体含量在预定范围内的合格聚乳酸原料；
S2：选取步骤S1中左旋体含量最高的合格聚乳酸原料，作为第一组分原料，在第一组分原料进行纺丝时通过牵伸应力诱导结晶，得到芯线组分；选取步骤S1中左旋体含量最低的合格聚乳酸原料，作为第二组分原料，在第二组分原料中添加三乙酸甘油酯，得到皮层组分；
S3：将芯线组分和皮层组分按照预设比例进行配合，使得皮层组分包覆于芯线组分外侧，形成皮芯型聚乳酸纤维丝束；
S4：将多根皮芯型聚乳酸纤维丝束进行复合成型，得到聚乳酸滤棒。
作为本发明的优选，在合格聚乳酸原料种类不小于三种时，
执行步骤S3之前，将除步骤S2中的合格聚乳酸原料以外的每一个合格聚乳酸原料进行单独加工得到过渡组分；
执行步骤S3时，过渡组分设置于芯线组分和皮层组分之间，形成多层结构的皮芯型聚乳酸纤维丝束。
作为本发明的优选，其他合格聚乳酸原料种类不小于两种时，
其他合格聚乳酸原料进行加工得到过渡组分时，具体为：对每一个合格聚乳酸原料进行单独加工得到多个过渡组分；
过渡组分设置于芯线组分和皮层组分之间时，具体为：左旋体含量低的过渡组分包覆于左旋体含量高的过渡组分外侧。
作为本发明的优选，执行步骤S3时，将芯线组分和皮层组分按照预设比例进行混合, 所述芯线组分和皮层组分的组成比例范围为33:67至37:63之间。
作为本发明的优选，执行步骤S2时，在第一组分原料添加分散剂。
作为本发明的优选，执行步骤S2时，分别在第一组分原料和第二组分原料中添加成核剂。
作为本发明的优选，第一组分原料中添加的成核剂占整个第一组分原料的百分比值不低于第二组分原料中添加的成核剂占整个第二组分原料的百分比值；
且第一组分原料中添加的成核剂占整个第一组分原料的百分比值与第二组分原料中添加的成核剂占整个第二组分原料的百分比值之差不超过5%。
作为本发明的优选，执行步骤S2时，在第一组分原料结晶得到芯线组分之前，确保第一组分原料分散均匀；
执行步骤S2时，在第二组分原料添加三乙酸甘油酯得到皮层组分之前，确保第二组分原料分散均匀。
作为本发明的优选，多个过渡组分中均设置有成核剂，且左旋体含量低的过渡组分中的成核剂比例低于左旋体含量高的过渡组分中的成核剂比例。
作为本发明的优选，执行步骤S4之后，采用合金刀对聚乳酸滤棒进行分切。
本发明一种耐温性好的聚乳酸纤维滤棒的制备方法有益效果在于：简单方便，通过对聚乳酸原料的比例和制备控制，得到多层结构的皮芯型聚乳酸纤维，提高其内层结构的均匀性，即聚乳酸纤维中结晶分布更均匀，减少结点的产生，避免在高速切割中造成切刀的损坏，制得的聚乳酸纤维滤棒切割稳定，多层结构的皮芯型聚乳酸纤维丝束中，由内到外具有结晶度渐变，耐温性渐变，使得整个滤棒耐温性能更好，提高了聚乳酸丝束的过滤性能。
附图说明
图1为本发明一种耐温性好的聚乳酸纤维滤棒的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的模块和结构的相对布置不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法及系统可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法及系统应当被视为授权说明书的一部分。
实施例一：如图1所示，一种耐温性好的聚乳酸纤维滤棒的制备方法，包括以下步骤：
S1：获取多种聚乳酸原料，并获取每一种聚乳酸原料中的左旋体含量；选取至少两种左旋体含量在预定范围内的合格聚乳酸原料；
在这里，制烟厂一般会有多个对应的聚乳酸原料供应商，每个供应商供应的聚乳酸原料由于其产地、批次以及制备工艺的不同，会是的不同聚乳酸原料性质不同，我们为了确保结晶度，应当尽量挑选左旋体（左旋乳酸单体）含量高的聚乳酸原料。
那么每一个聚乳酸原料到达时，对其左旋体含量进行测定，挑选其中在预定范围内的至少两种合格聚乳酸原料；一般是挑选左旋体含量在90%以上的聚乳酸原料。
S2：选取步骤S1中左旋体含量最高的合格聚乳酸原料，作为第一组分原料，在第一组分原料进行纺丝时通过牵伸应力诱导结晶，得到芯线组分；
第一组分原料中的左旋体含量范围为95%至98%，例如第一组分原料为左旋体含量为97%的聚乳酸原料，在具有如此高含量的左旋体下，第一组分原料熔点也会较高，在纺丝和后加工过程中，通过牵伸应力诱导低温结晶，牵伸后的丝束结晶度提高，丝束尺寸热稳定性提高，可以较好地卷曲定型，确保丝束具有适宜的刚性和卷曲性能，并具有良好的弹性和开松性，较低的热收缩性能，耐热性能好。
以及，选取步骤S1中左旋体含量最低的合格，作为第二组分原料，在第二组分原料中添加三乙酸甘油酯，得到皮层组分；
在第二组分原料中左旋体含量范围为91%至93%，例如第二组分原料为左旋体含量为91%的聚乳酸原料，且需要在第二组分原料中添加三乙酸甘油酯，在三乙酸甘油酯的作用下，丝束溶胀且粘结，最终可以与第一组分原料得到的芯线组分进行配合，得到粘结良好的皮芯型结构聚乳酸丝束。
S3：将芯线组分和皮层组分按照预设比例进行混合，使得皮层组分包覆于芯线组分外侧，形成皮芯型聚乳酸纤维丝束；
需要说明的是，每一根聚乳酸纤维丝束都是一个皮芯型结构的丝束。
S4：将多根聚乳酸纤维丝束进行复合成型，得到聚乳酸滤棒。
通过螺杆挤压机熔融挤压至过滤器除去杂质，然后在一定的纺丝温度下通过三叶型喷丝板纺出，采用工艺空调装置对新纺出的丝束进行冷却，将油剂涂覆在丝束表面以改善后加工性能，在适宜的卷绕速率下将丝束卷绕后暂存于盛丝桶中；在后纺工序中，将前纺纺出的初生纤维集束，在一定温度的水浴中牵伸后进入卷曲机卷曲以达到要求的线密度、卷曲数等指标。
在本发明中，执行步骤S2时，在第一组分原料添加分散剂，加入分散剂可以使得高结晶度的聚乳酸纤维丝束中不易形成大的结点，减少结点的产生，便于进行分切。
而且，执行步骤S2时，分别在第一组分原料和第二组分原料中添加成核剂，使得芯线组分和皮层组分中的聚乳酸纤维丝束结晶度更高，即耐热性更好。
在这里，第一组分原料中添加的成核剂占整个第一组分原料的百分比值不低于第二组分原料中添加的成核剂占整个第二组分原料的百分比值；
且第一组分原料中添加的成核剂占整个第一组分原料的百分比值与第二组分原料中添加的成核剂占整个第二组分原料的百分比值之差不超过5%。
这样多层结构的皮芯型聚乳酸纤维丝束中，由内到外具有结晶度渐变，耐温性渐变，使得整个滤棒耐温性能更好，提高了聚乳酸丝束的过滤性能
最后需要注意的是，执行步骤S2时，在第一组分原料结晶得到芯线组分之前，确保第一组分原料分散均匀；
执行步骤S2时，在第二组分原料添加三乙酸甘油酯得到皮层组分之前，确保第二组分原料分散均匀。
以及执行步骤S3时，将芯线组分和皮层组分按照预设比例进行混合, 所述芯线组分和皮层组分的组成比例范围为33:67至37:63之间。
本发明一种耐温性好的聚乳酸纤维滤棒的制备方法，其简单方便，通过对聚乳酸原料的比例和制备控制，得到多层结构的皮芯型聚乳酸纤维，提高其内层结构的均匀性，即聚乳酸纤维中结晶分布更均匀，减少结点的产生，避免在高速切割中造成切刀的损坏，制得的聚乳酸纤维滤棒切割稳定，多层结构的皮芯型聚乳酸纤维丝束中，由内到外具有结晶度渐变，耐温性渐变，使得整个滤棒耐温性能更好，提高了聚乳酸丝束的过滤性能。
实施例二：仍如图1所示，仅仅为本发明的其中一个的实施例，在实施例一的基础上，本发明一种耐温性好的聚乳酸纤维滤棒的制备方法中，在合格聚乳酸原料种类不小于三种时，
执行步骤S3之前，将除步骤S2中的合格聚乳酸原料以外的每一个合格聚乳酸原料进行单独加工得到过渡组分；
执行步骤S3时，过渡组分设置于芯线组分和皮层组分之间，形成多层结构的皮芯型聚乳酸纤维丝束。
进一步的，其他合格聚乳酸原料种类不小于两种时（即合格聚乳酸原料种类不小于四种时），
其他合格聚乳酸原料进行加工得到过渡组分时，具体为：对每一个合格聚乳酸原料进行单独加工得到多个过渡组分；
过渡组分设置于芯线组分和皮层组分之间时，具体为：左旋体含量低的过渡组分包覆于左旋体含量高的过渡组分外侧。
这样，形成更多层的皮芯型聚乳酸纤维丝束，且丝束中的结晶度渐变层数更多，可以有效确保每一根丝束具有良好的弹性和开松性，热收缩性能更低。
当然，多个过渡组分中均设置有成核剂，且左旋体含量低的过渡组分中的成核剂比例低于左旋体含量高的过渡组分中的成核剂比例。
最后，执行步骤S4之后，采用合金刀对聚乳酸滤棒进行分切。
本发明一种耐温性好的聚乳酸纤维滤棒的制备方法，其简单方便，通过对聚乳酸原料的比例和制备控制，得到多层结构的皮芯型聚乳酸纤维，提高其内层结构的均匀性，即聚乳酸纤维中结晶分布更均匀，减少结点的产生，避免在高速切割中造成切刀的损坏，制得的聚乳酸纤维滤棒切割稳定，多层结构的皮芯型聚乳酸纤维丝束中，由内到外具有结晶度渐变，耐温性渐变，使得整个滤棒耐温性能更好，提高了聚乳酸丝束的过滤性能。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种耐温性好的聚乳酸纤维滤棒的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：获取多种聚乳酸原料，并获取每一种聚乳酸原料中的左旋体含量；选取至少两种左旋体含量在预定范围内的合格聚乳酸原料；
S2：选取步骤S1中左旋体含量最高的合格聚乳酸原料，作为第一组分原料，在第一组分原料进行纺丝时通过牵伸应力诱导结晶，得到芯线组分；选取步骤S1中左旋体含量最低的合格聚乳酸原料，作为第二组分原料，在第二组分原料中添加三乙酸甘油酯，得到皮层组分；
S3：将芯线组分和皮层组分按照预设比例进行配合，使得皮层组分包覆于芯线组分外侧，形成皮芯型聚乳酸纤维丝束；
S4：将多根皮芯型聚乳酸纤维丝束进行复合成型，得到聚乳酸滤棒。
2.根据权利要求1所述的一种耐温性好的聚乳酸纤维滤棒的制备方法，其特征在于：
在合格聚乳酸原料种类不小于三种时，
执行步骤S3之前，将除步骤S2中的合格聚乳酸原料以外的其他合格聚乳酸原料，每一个合格聚乳酸原料进行单独加工得到过渡组分；
执行步骤S3时，过渡组分设置于芯线组分和皮层组分之间，形成多层结构的皮芯型聚乳酸纤维丝束。
3.根据权利要求2所述的一种耐温性好的聚乳酸纤维滤棒的制备方法，其特征在于：
除步骤S1中的合格聚乳酸原料以外的其他合格聚乳酸原料种类不小于两种时，
其他合格聚乳酸原料进行加工得到过渡组分时，具体为：对其他合格聚乳酸原料中的每一个合格聚乳酸原料进行单独加工得到多个过渡组分；
过渡组分设置于芯线组分和皮层组分之间时，具体为：左旋体含量低的过渡组分包覆于左旋体含量高的过渡组分外侧。
4.根据权利要求1所述的一种耐温性好的聚乳酸纤维滤棒的制备方法，其特征在于：
执行步骤S3时，将芯线组分和皮层组分按照预设比例进行配合, 所述芯线组分和皮层组分的组成比例范围为33:67至37:63之间。
5.根据权利要求1所述的一种耐温性好的聚乳酸纤维滤棒的制备方法，其特征在于：
执行步骤S2时，在第一组分原料添加分散剂。
6.根据权利要求1所述的一种耐温性好的聚乳酸纤维滤棒的制备方法，其特征在于：
执行步骤S2时，分别在第一组分原料和第二组分原料中添加成核剂。
7.根据权利要求6所述的一种耐温性好的聚乳酸纤维滤棒的制备方法，其特征在于：
第一组分原料中添加的成核剂占整个第一组分原料的百分比值不低于第二组分原料中添加的成核剂占整个第二组分原料的百分比值；
且第一组分原料中添加的成核剂占整个第一组分原料的百分比值与第二组分原料中添加的成核剂占整个第二组分原料的百分比值之差不超过5%。
8.根据权利要求1所述的一种耐温性好的聚乳酸纤维滤棒的制备方法，其特征在于：
执行步骤S2时，在第一组分原料结晶得到芯线组分之前，确保第一组分原料分散均匀；在第二组分原料添加三乙酸甘油酯得到皮层组分之前，确保第二组分原料分散均匀。
9.根据权利要求3所述的一种耐温性好的聚乳酸纤维滤棒的制备方法，其特征在于：
多个过渡组分中均设置有成核剂，且左旋体含量低的过渡组分中的成核剂比例低于左旋体含量高的过渡组分中的成核剂比例。
10.根据权利要求1所述的一种耐温性好的聚乳酸纤维滤棒的制备方法，其特征在于：
执行步骤S4之后，采用合金刀对聚乳酸滤棒进行分切。
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