專利名稱：一種改性煙用絲束制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本 發(fā)明涉及一種共混改性聚乳酸煙用絲束的制備方法。
背景技術(shù)：
目前市場(chǎng)常規(guī)的香煙過濾嘴材料是醋纖和聚丙烯纖維，醋纖因其優(yōu)異性能是現(xiàn)今 使用量最大的煙用過濾材料，醋纖含有大量的?；?、醚基等極性官能團(tuán)，吸水性和化學(xué)吸附 性能優(yōu)良，在過濾嘴成型上，使用三醋酸甘油脂進(jìn)行塑化和粘合，絲束內(nèi)部形成立體的網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)，纖維異形度和比表面積增大，粘接牢度高且粘接穩(wěn)定，使醋纖具有優(yōu)異的物理吸附性 能。聚丙烯纖維香煙濾材料經(jīng)過多年的發(fā)展，尤其是在水溶性膠粘劑上突破，過濾性能和吸 味已得到巨大改善，但由于其本身的非極性結(jié)構(gòu)和高度的化學(xué)穩(wěn)定性，溶劑在其表面難以 擴(kuò)散，導(dǎo)致濾嘴內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)無法與醋纖相比擬的，濾棒的粘接效果和吸附性能也與醋 纖有一定差距，但是醋纖因原材料是木質(zhì)纖維素，原材料緊缺，中國(guó)目前還大量依賴進(jìn)口， 同時(shí)生產(chǎn)工藝也較復(fù)雜，生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境造成污染，醋纖一般需要30年才能降解。為減少對(duì)環(huán)境的破壞，以及為了擺脫對(duì)日趨枯竭的石油資源的依賴，大力開發(fā)環(huán) 境友好的可生物分解的聚合物，替代石油基塑料產(chǎn)品，因此我們研究和開發(fā)一種聚乳酸煙 用材料，聚乳酸是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物，原料來源充分而且可以再生。聚乳 酸的生產(chǎn)過程無污染，而且產(chǎn)品可以生物降解，實(shí)現(xiàn)在自然界中的循環(huán)，因此是理想的綠色 高分子材料其性能優(yōu)良，市場(chǎng)前景十分看好。聚乳酸纖維作為香煙過濾嘴，有五個(gè)顯著的特點(diǎn)1、它來源于一年生植物，比木材 價(jià)廉易得，成本低；2、完全生物降解，是不折不扣的“綠色”產(chǎn)品；3、采用熔體紡絲工藝制造 絲束，加工成本低，環(huán)境污染少；4、極性的分子結(jié)構(gòu)決定了它對(duì)煙氣中的有害成分有吸附和 清除能力；5、分子極性使得具有優(yōu)異的吸水性和表面擴(kuò)散性能，濾棒使用水溶性膠粘劑進(jìn) 行粘接其性能大大由于聚丙烯纖維濾嘴，所以，聚乳酸過濾嘴的使用，將會(huì)給香煙濾材行業(yè) 帶來重大的變革。在專利號(hào)《200710055310的一種聚乳酸煙用濾棒》中的常規(guī)熔融紡絲纖維在絲 束工藝和濾棒工藝上存在的眾多無法解決的問題，在絲束的生產(chǎn)和濾棒的成型上還需要進(jìn) 一步的改進(jìn)，其中有以下不足之處1、資料表明，聚乳酸纖維在高溫下力學(xué)性能特別差，聚 乳酸纖維在溫度一旦超過其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度60°C (Tg)時(shí)就迅速軟化，在90°C時(shí)可成流動(dòng) 狀態(tài)，尺寸穩(wěn)定性大大降低，在煙用絲束生產(chǎn)過程中，需要經(jīng)過紡絲-上油-牽伸-卷曲-烘 干幾道工序，絲束在卷曲前要進(jìn)入蒸汽烘箱補(bǔ)溫、軟化，以提高卷曲性能，這樣進(jìn)入卷曲室 的溫度就達(dá)到100°C左右，又由于在卷曲輪的壓力、摩擦等剪切作用下聚乳酸纖維變“糊”， 難以卷曲；2、卷曲后的絲束需要經(jīng)過烘箱烘干，批量生產(chǎn)過程中，烘箱溫度必須在100°C以 上，以便快速烘干，絲束表面溫度更高(高達(dá)110 130°C )，在這樣高溫下烘干造成聚乳酸 纖維產(chǎn)生形變和力學(xué)不穩(wěn)定現(xiàn)象。這種高溫不穩(wěn)定現(xiàn)象對(duì)粘合成棒也造成很大影響，由于 聚乳酸纖維本身具有大量極性基團(tuán)，吸水性和溶劑表面擴(kuò)散性能比聚丙烯優(yōu)良，聚乳酸纖 維化學(xué)穩(wěn)定性高，在常態(tài)下無比較安全實(shí)用的增塑劑，為此我們結(jié)合水溶性膠粘劑的優(yōu)良性能，使用其進(jìn)行粘合，，成棒后需要經(jīng)過烘箱烘干其中的水分才能達(dá)到使用要求，其烘干 水分的溫度超過100°c，高溫對(duì)濾棒的外觀及尺寸穩(wěn)定下造成非常大的后果，濾棒變形、起 皺，爆口和散花。 同時(shí)在濾棒成型過程中，由于聚乳酸纖維的比重大，且無像三醋酸甘油脂這樣的 增塑劑，因此為滿足濾棒吸阻及硬度的要求，必須保證填充比丙纖和醋纖量多的絲束才能 滿足吸阻等要求，以及造成絲束的出棒率要低于其他材料，經(jīng)測(cè)試同等規(guī)格的聚乳酸嘴棒 比其他材料制作的嘴棒單支重0. 1-0. 3g/支，例如吸阻3800、長(zhǎng)度120cm、圓周24. Omm的聚 乳酸嘴棒克重要比同規(guī)格的醋纖、聚丙烯嘴棒重1. 5-2. 5g/10支；聚乳酸纖維比重大在成 棒中帶來的問題1、在YL-21/23成型機(jī)上成棒時(shí)，克重大，很難開松完全，造成施膠不均， 并且開松不好會(huì)造成吸阻波動(dòng)大；2、出棒率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于丙纖和醋纖；3、單棒克重的增加， 包裝、運(yùn)輸成本也會(huì)增大，降低經(jīng)濟(jì)效率，運(yùn)用及推廣的阻力將非常大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種工藝要求低的煙用改性聚乳酸纖維，以解決現(xiàn)有技術(shù) 條件下制備工藝高，纖維高溫條件下力學(xué)性能差，比重大，嘴棒成型難等缺點(diǎn)及不足之處， 這種改性聚乳酸纖維是通過聚乳酸加聚丙烯共混熔融紡絲來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明提供該改性纖維的制備方法，該制備方法的步驟如下(1)將纖維級(jí)聚丙烯粒子、功能性母粒和聚乳酸粒子混合，攪拌均勻，重量組分比 例分別為功能性母粒不超過5% ；聚乳酸不超過10% ；其余為纖維級(jí)聚丙烯粒子；(2)將混合的粒子經(jīng)過螺桿擠出機(jī)擠出紡絲熔體，進(jìn)行紡絲，紡絲噴絲板孔數(shù)為 5500 11500 孔；(3)將紡絲后的紡絲熔體冷卻成型，并在卷繞裝置的作用下，進(jìn)行初步拉伸和表面 上油，得到絲束；(4)將絲束經(jīng)過慢牽輥、水浴槽、快牽輥進(jìn)行再次牽伸，牽伸倍數(shù)為初步拉伸后的 2 4倍，水浴溫度控制在50 70°C，絲束牽伸速度不大于300m/min ；(5)牽伸后的絲束，經(jīng)蒸汽烘箱后進(jìn)入卷曲機(jī)進(jìn)行卷曲熱定型，蒸汽箱溫度為 60 90°C，卷曲度為20 30個(gè)/25mm ；(6)熱定型后的絲束進(jìn)入烘箱烘干，鋪絲，平衡穩(wěn)定，烘箱溫度控制在80 120°C。所述功能性母粒為分子量調(diào)節(jié)母粒、纖維強(qiáng)度調(diào)節(jié)母粒和增白母粒按照重量組分 比為2 1 2混合。所述纖維級(jí)聚丙烯粒子粘均分子量18萬(wàn) 20萬(wàn)，分子量分布小于6。所述聚乳酸粒子的重均分子量Mw在80000 160000。所述螺桿擠出機(jī)中紡絲熔融溫度為170 240°C。本發(fā)明采用聚合物共混改性熔融紡絲，聚丙烯分子量分布系數(shù)小于6，控制適當(dāng) 的分子量是以滿足兩者能混紡的要求。聚乳酸、聚丙烯紡絲工藝簡(jiǎn)單，兩者大致相同，在 170-240°C紡絲溫度下，進(jìn)行熔融紡絲；聚丙烯的比重小，與聚乳酸共混紡出的纖維比重適 中，可以通過改變聚丙烯的添加比例能很好的調(diào)節(jié)其共混纖維的比重，比較方便制備出所 多種比重纖維；聚丙烯分子添加功能性粒子在熔融紡絲時(shí)，可以改善熔體流動(dòng)性能，功能性 母粒的流動(dòng)性能和拉伸性能與聚乳酸纖維有差異性，通過牽伸作用，熔體在紡絲、拉伸過程中產(chǎn)生分離，在絲束表面及內(nèi)部形成大量極小的微孔、孔洞和裂縫溝槽，大大增大纖維的表 面積，對(duì)煙氣中的粒相顆粒能有效地吸附，產(chǎn)生了很好的過濾效果。發(fā)明優(yōu)點(diǎn)1、此制備方法采用聚丙烯與聚乳酸共混熔融紡絲成型，聚丙烯紡絲進(jìn)行工藝與聚 乳酸相近，此方法具有工藝簡(jiǎn)單，一步法高速成型。2、聚丙烯比重約0.9-0. 92g/cm3，比重輕，是目前化學(xué)纖維中最輕的，與聚乳酸共 混熔融紡絲，纖維中含聚乳酸和聚丙烯分子，聚丙烯分子可以降低聚乳酸分子之間作用力 等，起很好的增塑作用，對(duì)卷曲定型有很好的作用；且單位體積內(nèi)共混纖維的比重界于聚丙 烯和聚乳酸纖維之間，降低聚乳酸纖維的比重，增加其使用性能。3、添加的聚丙烯粒子和功能性母粒其熔體流動(dòng)性能和拉伸性能與聚乳酸纖維存 在差異，通過牽伸作用，在絲束表面及內(nèi)部形成大量極小的微孔、孔洞和裂縫溝槽，增大纖 維的表面積，對(duì)煙氣中的粒相顆粒能有效地吸附，產(chǎn)生了很好的過濾效果。4、通過共混熔融紡絲，改性纖維的高溫力學(xué)穩(wěn)定性增強(qiáng)，絲束卷曲及熱定性效果 大大改善，濾棒烘干后外觀及其他內(nèi)在指標(biāo)也很好地滿足要求。5、使用三種纖維制作吸阻平均值3600的濾棒，分別對(duì)其進(jìn)行煙氣分析，吸附效果 如下圖所示

權(quán)利要求
1.一種改性煙用絲束制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)將纖維級(jí)聚丙烯粒子、功能性母粒和聚乳酸粒子混合，攪拌均勻，重量組分比例分 別為功能性母粒不超過5% ；聚乳酸不超過10% ；其余為纖維級(jí)聚丙烯粒子；(2)將混合的粒子經(jīng)過螺桿擠出機(jī)擠出紡絲熔體，進(jìn)行紡絲，紡絲噴絲板孔數(shù)為 5500 11500 孔；(3)將紡絲后的紡絲熔體冷卻成型，并在卷繞裝置的作用下，進(jìn)行初步拉伸和表面上 油，得到絲束；(4)將絲束經(jīng)過慢牽輥、水浴槽、快牽輥進(jìn)行再次牽伸，牽伸倍數(shù)為初步拉伸后的2 4 倍，水浴溫度控制在50 70°C，絲束牽伸速度不大于300m/min ；(5)牽伸后的絲束，經(jīng)蒸汽烘箱后進(jìn)入卷曲機(jī)進(jìn)行卷曲熱定型，蒸汽箱溫度為60 90°C，卷曲度為20 30個(gè)/25mm ；(6)熱定型后的絲束進(jìn)入烘箱烘干，鋪絲，平衡穩(wěn)定，烘箱溫度控制在80 120°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性煙用絲束制備方法，其特征在于所述功能性母粒為分 子量調(diào)節(jié)母粒、纖維強(qiáng)度調(diào)節(jié)母粒和增白母粒按照重量組分比為2 1 2混合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性煙用絲束制備方法，其特征在于所述纖維級(jí)聚丙烯粒 子粘均分子量18萬(wàn) 20萬(wàn)，分子量分布小于6。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性煙用絲束制備方法，其特征在于所述聚乳酸粒子的重 均分子量Mw在80000 160000。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性煙用絲束制備方法，其特征在于所述螺桿擠出機(jī)中紡 絲熔融溫度為170 240°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種共混改性聚乳酸煙用絲束制備方法。將纖維級(jí)聚丙烯粒子、功能性母粒和聚乳酸粒子按一定比例混合均勻，經(jīng)過紡絲-上油-牽伸-卷曲-烘干幾道工序制備聚乳酸煙用絲束，該方法工藝簡(jiǎn)單，高速成型，生產(chǎn)產(chǎn)品降低聚乳酸纖維的比重，增加其使用性能，增大纖維的表面積，對(duì)煙氣中的粒相顆粒能有效地吸附，產(chǎn)生了很好的過濾效果。
文檔編號(hào)D01D5/08GK102134758SQ20101010200
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2010年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月27日
發(fā)明者趙義仁 申請(qǐng)人:大亞科技股份有限公司