專利名稱：一種復合過濾嘴棒及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及卷煙領域，具體涉及一種復合過濾嘴棒及其制備方法。
背景技術：
目前，國內(nèi)市場上商品化應用的過濾嘴材料主要為醋酸纖維素纖維和聚丙烯纖維，總量近30萬噸，其中醋酸纖維素纖維的用量占到了 80%以上，但是醋酸纖維素纖維和聚丙烯纖維具有以下缺點:醋酸纖維素過濾嘴有以下不足:1)來源于木材(生長周期一般大于5年)，大量使用會破壞生態(tài)環(huán)境；2)盡管醋酸纖維素可降解，但降解周期通常超過4年，因此濾棒的丟棄會造成一定的環(huán)境污染；3)采用溶液紡絲法紡絲，生產(chǎn)工藝復雜，有溶劑丙酮揮發(fā)回收等環(huán)保問題；4)工藝、設備、相關技術及部分絲束成品主要依賴進口。聚丙烯過濾嘴同樣存在許多不足之處:1)聚丙烯來源于不可再生資源石油，不符合全球可持續(xù)發(fā)展和國內(nèi)國情；2)聚丙烯為非極性材料，吸附性能較差，得到的過濾嘴棒過濾性能差，不利于人體健康；3)由于聚丙烯纖維的非極性和高結(jié)晶度，粘合性能差，絲束粘合成過濾嘴棒的工藝復雜。因為醋酸纖維素纖維主要依賴進口，聚丙烯也存在不足，因此市場衍生了聚乳酸作為替代材料用在卷煙中。聚乳酸用于卷煙的過濾嘴，有以下優(yōu)點:1)聚乳酸為極性的聚酯結(jié)構(gòu)，吸附性能優(yōu)異，可替代醋酸纖維素用在中高檔卷煙中；2)生物可降解，降解周期短(I年內(nèi)在填埋條件下可降解為二氧化碳和水)；3)來源可再生，主要原料乳酸，是淀粉的發(fā)酵產(chǎn)物，而淀粉來源于可再生的農(nóng)作物，緩解了能源危機，保護了生態(tài)環(huán)境，并實現(xiàn)了地球表面的碳循環(huán)，減少了溫室氣體排放；4)生產(chǎn)工藝簡單，通過熔融紡絲法制備聚乳酸纖維，可利用聚丙烯絲束的生產(chǎn)線，解決了醋酸纖維素絲束生產(chǎn)過程復雜及丙酮溶劑的環(huán)保問題；5)從技術設備到生產(chǎn)完全國產(chǎn)化。盡管聚乳酸用于卷煙過濾嘴有上述眾多優(yōu)點，但由于卷煙行業(yè)的特殊性，對過濾嘴而言最重要的評價指標是專業(yè)人士和普通煙民的“品吸”效果。而任何一種過濾嘴新材料都會引起煙氣口感的變化，因此，在現(xiàn)有品牌卷煙上用聚乳酸絲束完全替代醋酸纖維素絲束有一定的市場風險，煙草單位對聚乳酸材料的規(guī)模化使用需要觀察在新品牌卷煙上的試用情況，需要很長的時間周期。為了加快聚乳酸在卷煙領域的應用，通過部分替代的方式來開發(fā)聚乳酸的價值，即用聚乳酸絲束部分替代醋酸纖維素絲束，主體材料仍為醋酸纖維素絲束，通過控制聚乳酸絲束的添加量來保證過濾嘴的“品吸”效果不發(fā)生明顯變化。中國專利申請201010151504.5(公開號為CN 101816456A)公開了一種香煙過濾嘴復合材料，其中聚乳酸纖維的質(zhì)量分數(shù)為30-90%，醋酸纖維素纖維的質(zhì)量分數(shù)為10-70% ;專利還涉及了復合材料的制備方法，先將聚乳酸纖維長絲和醋酸纖維素纖維長絲分別開纖后，按聚乳酸纖維的質(zhì)量分數(shù)為30-90%，醋酸纖維素纖維的質(zhì)量分數(shù)為10-70%的配比鋪成兩層，然后采用空氣射流垂直噴射或針刺法，使兩層纖維相互進行物理纏結(jié)，其后將三醋酸甘油酯按醋酸纖維素纖維重量的1-5%噴灑在該織物表面，使醋酸纖維素纖維表面形成點狀溶解后的粘合點，并將纏結(jié)的聚乳酸纖維包覆固定其中的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的香煙過濾嘴復合材料。中國專利申請201010614633.3 (公開號CN102108196A)提供了一種可降解材料的制備方法，該降解材料的成分為:聚乳酸50-80% ;醋酸纖維素10-40% ;生物降解聚酯1-10% ;增塑劑1-10% ;納米有機改性蒙脫土 1_5%。同時，該發(fā)明還提到了制備方法:將聚乳酸、醋酸纖維素、生物降解聚酯、增塑劑、納米有機改性蒙脫土加入到高速混合機內(nèi)，攪拌均勻，然后將上述混合均勻的原料放入造粒機中進行混煉、熔融、擠出、冷卻后切粒，得到可降解材料。采用中國專利申請201010151504.5涉及的過濾嘴棒制備的卷煙，存在以下兩個問題:1)硬度不夠，縮頭明顯；2)卷煙的“品吸”結(jié)果發(fā)生變化，刺激性增加，余味和口感有所改變，變化的程度與聚乳酸的添加量相關聯(lián)。出現(xiàn)上述問題的主要原因是:1)醋酸纖維素的粘合劑三醋酸甘油酯對聚乳酸絲束沒有粘合作用，因此聚乳酸的添加損失了過濾嘴的硬度；2)三醋酸甘油酯對聚乳酸絲束有一定的增塑作用，使得聚乳酸絲束尺寸穩(wěn)定性降低，體積收縮，整個濾棒出現(xiàn)縮頭現(xiàn)象；
3)聚乳酸絲束對煙氣攔截過濾的成分和量都與醋酸纖維素絲束不同，聚乳酸的大量添加必然引起余味和口感的變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目 的在于提供一種復合過濾嘴棒。本發(fā)明提供的復合過濾嘴棒由以下重量份的原料組成:復合絲束90-98份、增塑劑三醋酸甘油酯2-10份。其中:復合絲束為醋酸纖維素絲束和聚乳酸絲束的混合物，其中醋酸纖維素絲束重量占比70-90% (70 %除外)，聚乳酸絲束重量占比10-30% (30 %除外)。優(yōu)選地，復合絲束中醋酸纖維素絲束重量占比75-90%，聚乳酸絲束重量占比10-25%。進一步優(yōu)化，復合絲束中醋酸纖維素絲束重量占比80-90 %，聚乳酸絲束重量占比10-20%。所述醋酸纖維素絲束的主要指標為:單絲纖度1.5-4.0dtex，絲束總纖度
2.0-4.0ktex，卷曲數(shù)18-28個/25mm，斷裂強度彡50N/ktex，二氧化鈦含量0.2-0.6%。所述聚乳酸絲束的主要指標為:單絲纖度1.5-4.0dtex,絲束總纖度
0.2-1.2ktex,卷曲數(shù)18-28個/25mm，斷裂強度彡80N/ktex, 二氧化鈦含量0.2-0.6 %。本發(fā)明還提供了一種制備復合過濾嘴棒的方法，該方法包含以下步驟:I) 一次開松:聚乳酸絲束和醋酸纖維素絲束分別進行開松，備用；2)疊絲:將開松的聚乳酸絲束和醋酸纖維素絲束上下疊合在一起；3)合絲:將疊合在一起的絲束收卷成一條絲帶；4) 二次開松:對上述絲帶進行二次開松；
5)施膠:將增塑劑三醋酸甘油酯均勻地施加到絲束上；6)裹紙切割:對施膠后的絲束進行裹紙，并封口切割成棒。上述方法中，其中:步驟I)絲束開松的寬度為15_40cm ；步驟2)疊絲使用的設備為履帶輸送設備；步驟3)絲帶的寬度為20-80_ ；步驟5)施膠可選用甩膠或噴霧方式。本發(fā)明提供的過濾嘴棒具有如下優(yōu)點:1、本發(fā)明提供的過濾嘴棒中:用聚乳酸絲束替代了 10-30%的醋酸纖維素絲束，一定程度上緩解了醋酸纖維素絲束的不足之處，如:I)醋酸纖維素絲束來源于木材(生長周期一般大于5年)，聚乳酸絲束來源于可再生的淀粉基作物(生長周期一般小于半年)；2)醋酸纖維素絲束的降解周期通常超過4年，過濾嘴棒的丟棄破壞了生態(tài)環(huán)境，聚乳酸絲束在堆肥條件下一年內(nèi)可完全降解為二氧化碳和水；3)醋酸纖維素絲束的技術、設備、及部分絲束成品都依賴進口，國內(nèi)的幾家醋片和醋酸纖維素絲束生產(chǎn)單位都為合資企業(yè)，技術和設備主要依賴國外企業(yè)，而聚乳酸絲束完全國產(chǎn)化；4)醋酸纖維素絲束采用溶液紡絲法紡絲，生產(chǎn)工藝復雜，有溶劑丙酮揮發(fā)回收等環(huán)保問題，而聚乳酸絲束采用的是熔融紡絲法生產(chǎn)，工藝簡單。聚乳酸絲束添加量對過濾嘴棒硬度的影響見圖1。雖然聚乳酸絲束與醋酸纖維素絲束能夠混合，但是將兩種絲束混合均勻有一定的難度，如果混合不均勻則會出現(xiàn)濾棒硬度不均一及局部收縮明顯的現(xiàn)象，導致濾棒品質(zhì)下降。發(fā)明人采用兩次開松，然后進行復合，并在兩次開松當中增加了疊絲和合絲步驟，控制合適的開松寬度和合絲寬度，從而實現(xiàn)將兩種絲束均勻混合地進入過濾嘴棒中。同時，根據(jù)制成的濾棒的性能篩選了增塑劑的用量，如果增塑劑過少則硬度指標不夠，如果添加太多會出現(xiàn)單絲受損現(xiàn)象和濾棒伴有較多附著物。2、與中國專利申請201010151504.5相比，本發(fā)明提供的過濾嘴棒縮頭現(xiàn)象明顯
改善，達到醋酸纖維素過濾嘴棒縮頭要求。3、與中國專利申請201010151504.5相比，本發(fā)明提供的過濾嘴棒硬度明顯改善，
達到醋酸纖維素過濾嘴棒硬度要求。4、與現(xiàn)有醋酸纖維素過濾嘴棒相比，本發(fā)明提供的過濾嘴棒接裝的卷煙:余味未變、香氣質(zhì)基本未變、協(xié)調(diào)、口感柔和，“品吸”結(jié)果與醋酸纖維素過濾嘴棒相當，明顯好于中國專利201010151504.5提及的過濾嘴棒，可直接應用于現(xiàn)有品牌的卷煙。


圖1:聚乳酸含量對濾棒硬度的影響(增塑劑5 % wt，IOOmm濾棒吸阻2800Pa±50Pa)。
具體實施例方式以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。實施例1:復合絲束過濾嘴1、原料:復合絲束94份、增塑劑三醋酸甘油酯6份，其中復合絲束中，聚乳酸絲束重量占比20 %，醋酸纖維素絲束重量占比80 %。2、制備方法:I) 一次開松:聚乳酸絲束和醋酸纖維素絲束分別開松，寬度均為20cm，備用；2)疊絲:通過履帶輸送機將開松的聚乳酸絲束和醋酸纖維素絲束上下疊合在一起;3)合絲:將疊合在一起的絲束收卷成寬50mm的絲帶；4) 二次開松:上述絲帶在濾棒成型機上進行二次開松，開松寬度30cm ；5)施膠:將三醋酸甘油酯均勻地噴霧到絲束表面上；6)裹紙切割:對施膠后的絲束進行裹紙，并封口切割成棒。3、濾棒評價:濾棒接裝在國內(nèi)某品牌煙上進行試驗:I)物理指標過濾嘴棒長100±0.5mm，圓周 24.5±0.2mm，吸阻 2800±50Pa，硬度 86 %，50°C條件下30min熱縮頭0.6%。2)品吸效果余味未變，香氣質(zhì)基本未變、量充足、協(xié)調(diào)、口感柔和，無雜氣。實施例2:復合絲束過濾嘴1、原料:復合絲束94份、增塑劑三醋酸甘油酯6份，其中復合絲束中，聚乳酸絲束重量占比15 %，醋酸纖維素絲束重量占比85 %。2、制備方法:I) 一次開松:聚乳酸絲束和醋酸纖維素絲束分別開松，寬度均為25cm，備用；2)疊絲:通過履帶輸送機將開松的聚乳酸絲束和醋酸纖維素絲束上下疊合在一起;3)合絲:將疊合在一起的絲束收卷成寬60mm的絲帶；4) 二次開松:上述絲帶在濾棒成型機上進行二次開松，開松寬度30cm ；5)施膠:將三醋酸甘油酯均勻地噴霧到絲束表面上；6)裹紙切割:對施膠后的絲束進行裹紙，并封口切割成棒。3、濾棒評價:濾棒接裝在國內(nèi)某品牌煙上進行試驗:I)物理指標過濾嘴棒長100±0.5mm，圓周 24.5±0.2mm，吸阻 2800±50Pa，硬度 88 %，50°C條件下30min熱縮頭0.5%。2)品吸效果余味未變，香氣質(zhì)基本未變、量充足、較協(xié)調(diào)、口感柔和，無雜氣。實施例3:復合絲束過濾嘴
1、原料:復合絲束94份、增塑劑三醋酸甘油酯6份，其中復合絲束中，聚乳酸絲束重量占比10 %，醋酸纖維素絲束重量占比90 %。2、制備方法:I) 一次開松:聚乳酸絲束和醋酸纖維素絲束分別開松，寬度均為15cm，備用；2)疊絲:通過履帶輸送機將開松的聚乳酸絲束和醋酸纖維素絲束上下疊合在一起;3)合絲:將疊合在一起的絲束收卷成寬30mm的絲帶；4) 二次開松:上述絲帶在濾棒成型機上進行二次開松，開松寬度30cm ；5)施膠:將三醋酸甘油酯均勻地噴霧到絲束表面上；6)裹紙切割:對施膠后的絲束進行裹紙，并封口切割成棒。3、濾棒評價:濾棒接裝在國內(nèi)某品牌煙上進行試驗:I)物理指標過濾嘴棒長100±0.5mm，圓周 24.5±0.2mm，吸阻 2800±50Pa，硬度 90%，50°C條件下30min熱縮頭0.3%。2)品吸效果余味未變，香氣質(zhì)基本未變、量充足、較協(xié)調(diào)、口感柔和，無雜氣。實施例4:復合絲束過濾嘴1、原料:復合絲束95份、增塑劑三醋酸甘油酯5份，其中復合絲束中，聚乳酸絲束重量占比25 %，醋酸纖維素絲束重量占比75 %。2、制備方法:I) 一次開松:聚乳酸絲束和醋酸纖維素絲束分別開松，開松寬度均為30cm，備用；2)疊絲:通過履帶輸送機將開松的聚乳酸絲束和醋酸纖維素絲束上下疊合在一起;3)合絲:將疊合在一起的絲束收卷成寬40mm的絲帶；4) 二次開松:上述絲帶在濾棒成型機上進行二次開松，開松寬度30cm ；5)施膠:將三醋酸甘油酯均勻地噴霧到絲束表面上；6)裹紙切割:對施膠后的絲束進行裹紙，并封口切割成棒。3、濾棒評價:濾棒接裝在國內(nèi)某品牌煙上進行試驗:I)物理指標過濾嘴棒長100±0.5mm，圓周 24.5±0.2mm，吸阻 2800±50Pa，硬度 82 %，50°C條件下30min熱縮頭0.8%。2)品吸效果余味尚可，香氣質(zhì)基本未變、量充足、口感較淡，無雜氣。對比例I:201010151504.5 實施例11、原料:復合絲束95份、增塑劑三醋酸甘油酯5份，其中復合絲束中，聚乳酸絲束重量占比90 %，醋酸纖維素絲束重量占比10 %。2、制備方法:
先將聚乳酸纖維長絲和醋酸纖維素纖維長絲分別開纖后，按聚乳酸纖維的質(zhì)量分數(shù)為90 %，醋酸纖維素纖維的質(zhì)量分數(shù)為10 %的配比鋪成兩層，然后采用空氣射流垂直噴射或針刺法，使兩層纖維相互進行物理纏結(jié)，其后將三醋酸甘油酯按醋酸纖維素纖維重量的5%噴灑在該織物表面，使醋酸纖維素纖維表面形成點狀溶解后的粘合點，并將纏結(jié)的聚乳酸纖維包覆固定其中的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的香煙過濾嘴復合材料。隨后將復合材料在現(xiàn)有的濾棒成型機上制備過濾嘴棒。3、濾棒評價:濾棒接裝在國內(nèi)某品牌煙上進行試驗:I)物理指標過濾嘴棒長100±0.5mm，圓周 24.5±0.2mm，吸阻 2800±50Pa，硬度 68 %，50°C條件下30min熱縮頭10.5%。2)品吸效果與醋酸纖維素過濾嘴棒相比，余味和香氣變化較大，刺激性增強，口感粗糙，有少
量雜氣。對比例2:201010151504.5 實施例 31、原料:復合絲束99份、增塑劑三醋酸甘油酯I份，其中復合絲束中，聚乳酸絲束重量占比30 %，醋酸纖維素絲束重量占比70 %。2、制備方法:先將聚乳酸纖維長絲和醋酸纖維素纖維長絲分別開纖后，按聚乳酸纖維的質(zhì)量分數(shù)為30%，醋酸纖維素纖維的質(zhì)量分數(shù)為70%的配比鋪成兩層，然后采用空氣射流垂直噴射或針刺法，使兩層纖維相互進行物理纏結(jié)，其后將三醋酸甘油酯按醋酸纖維素纖維重量的1%噴灑在該織物表面，使醋酸纖維素纖維表面形成點狀溶解后的粘合點，并將纏結(jié)的聚乳酸纖維包覆固定其中的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的香煙過濾嘴復合材料。隨后將復合材料在現(xiàn)有的濾棒成型機上制備過濾嘴棒。3、濾棒評價:濾棒接裝在國內(nèi)某品牌煙上進行試驗:I)物理指標過濾嘴棒長100±0.5mm，圓周 24.5±0.2mm，吸阻 2800±50Pa，硬度 72%，50°C條件下30min熱縮頭1.5%。2)品吸效果余味尚可，香氣質(zhì)基本未變，口感略顯粗糙，似有雜氣。實驗例1:指標考察在國內(nèi)某品牌煙上進行試驗，控制對比樣品的基本物理常規(guī)指標相同(開式吸阻1100±20Pa，圓周24.50 ±0.2mm)，對實施例1_4、對比例1_2和現(xiàn)有醋纖過濾嘴棒進行比較。1、指標及測試方法:I)濾棒硬度的測試方法:濾棒硬度指的是，在一定時間內(nèi)試樣的徑向受到一定壓力，試樣受壓后直徑與受壓前直徑的百分比即為硬度。
選擇菲爾創(chuàng)納(FILTRON A)硬度儀進行硬度的測試，測試環(huán)境溫度控制在22 ± I °C，環(huán)境濕度55 ± 2 %，樣品數(shù)50支，負荷10+290g，樣品直徑7.798 土0.1mm,壓縮時間10S，硬度計算公式:%H硬度=(樣品直徑-壓縮量)/樣品直徑X 100%2)濾棒熱縮頭的測試方法:選擇鼓風烘箱進行熱縮頭的測試，測試環(huán)境溫度控制在50±1°C，環(huán)境濕度30±2%，樣品數(shù)50支，受熱時間30min，樣品長度100±0.5mm，熱縮頭的計算公式:%熱縮頭=收縮量/樣品長度X 100%3) “品吸”評價:把實施例1-4和對比例1-2的過濾嘴棒在煙廠各接裝10條某品牌卷煙，放置15天后送煙廠專家“品吸”小組鑒定，并與空白醋酸纖維素過濾嘴棒進行了對比。2、檢測結(jié)果:I)物理指標(熱縮頭、硬度、硬度穩(wěn)定性SD等)，見表1:表1:物理指標對比
權(quán)利要求
1.一種復合過濾嘴棒，其特征在于，該復合過濾嘴由以下重量份的原料組成:復合絲束90-98份、增塑劑三醋酸甘油酯2-10份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復合過濾嘴，其特征在于，所述復合絲束為醋酸纖維素絲束和聚乳酸絲束的混合物，其中醋酸纖維素絲束重量占比大于70且小于等于90%，聚乳酸絲束重量占比大于等于10且小于30%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復合過濾嘴，其特征在于，所述復合絲束中醋酸纖維素絲束重量占比75-90%，聚乳酸絲束重量占比10-25%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復合過濾嘴，其特征在于，所述復合絲束中醋酸纖維素絲束重量占比80-90 %，聚乳酸絲束重量占比10-20 %。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的復合過濾嘴，其特征在于，所述醋酸纖維素絲束:單絲纖度1.5-4.0dtex，絲束總纖度2.0-4.0ktex，卷曲數(shù)18-28個/25mm，斷裂強度> 50N/ktex，二氧化鈦含量0.2-0.6%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的復合過濾嘴，其特征在于，所述聚乳酸絲束:單絲纖度1.5-4.0dtex，絲束總纖度0.2-1.2ktex，卷曲數(shù)18-28個/25mm，斷裂強度彡80N/ktex,二氧化鈦含量0.2-0.6%。
7.一種制備權(quán)利要求1-6任一項所述的復合過濾嘴棒的方法,其特征在于,該方法包含以下步驟: 1)一次開松:聚乳酸絲束和醋酸纖維素絲束分別進行開松，備用； 2)疊絲:將開松的聚乳酸絲束和醋酸纖維素絲束上下疊合在一起； 3)合絲:將疊合在一起的絲束收卷成一條絲帶； 4)二次開松:將上述絲帶進行二次開松； 5)施膠:將三醋酸甘油酯均勻地施加到絲束上； 6)裹紙切割:對施膠后的絲束進行裹紙，并封口切割成棒。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟I)和步驟4)絲束開松的寬度為15-40cm ;所述步驟2)疊絲使用的設備是履帶輸送設備。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟3)絲帶的寬度為20-80mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟5)施膠為甩膠或噴霧方式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復合過濾嘴棒及其制備方法，該復合過濾嘴由以下重量份的原料組成復合絲束90-98份、增塑劑三醋酸甘油酯2-10份。本發(fā)明提供的過濾嘴棒接裝的卷煙余味未變、香氣質(zhì)基本未變、協(xié)調(diào)、口感柔和，“品吸”結(jié)果與醋酸纖維素過濾嘴棒相當。
文檔編號A24D3/02GK103169154SQ201110440019
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者王秦峰, 許克強, 呂效東, 陳瑞鋒 申請人:馬鞍山同杰良生物材料有限公司