高界面粘附強(qiáng)度納米纖維復(fù)合紙及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及卷煙技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及高界面粘附強(qiáng)度納米纖維復(fù)合紙及其制備方 法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 在卷煙上接裝濾嘴是目前卷煙減害降焦技術(shù)中最直接有效的手段，濾嘴能吸附卷 煙煙氣中的部分有害成分，如截留卷煙主流煙氣中的總粒相物、降低焦油含量、吸附有害物 質(zhì)，從而減少對(duì)人體的危害。
[0003]目前普遍使用的卷煙濾嘴是由醋酸纖維素絲束或聚丙烯絲束制備而成的，這些絲 束的截面尺寸一般為數(shù)十微米，研究人員致力于在不顯著提高吸阻的條件下進(jìn)一步提高濾 嘴的比表面積，以增強(qiáng)濾嘴吸附有害物質(zhì)的能力。
[0004] 靜電紡絲是一種簡(jiǎn)單方便的制備納米纖維的技術(shù)，適用的材料范圍和應(yīng)用領(lǐng)域非 常廣泛，近年來(lái)在煙草行業(yè)也得到了一定的關(guān)注。例如，公開(kāi)號(hào)為CN 1603036的發(fā)明專(zhuān)利 文獻(xiàn)公開(kāi)了一種直接利用靜電紡絲納米短纖維與現(xiàn)有過(guò)濾嘴絲束直接混合的方法來(lái)增加 過(guò)濾面積。又如，公開(kāi)號(hào)為CN 102423141的發(fā)明專(zhuān)利文獻(xiàn)則先制得納米纖維膜，然后將其 嵌入原有濾嘴和煙絲之間制成復(fù)合濾嘴，降低焦油和其他有害物質(zhì)的釋放量。
[0005] 最近，公開(kāi)號(hào)為CN 103625089的發(fā)明專(zhuān)利文獻(xiàn)、公開(kāi)號(hào)為CN 103625090的發(fā)明專(zhuān) 利文獻(xiàn)和公開(kāi)號(hào)為CN 103628253的發(fā)明專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一系列技術(shù)，將靜電紡絲納米纖 維與成型紙、紙質(zhì)濾棒基材以及絲束直接復(fù)合，形成納米纖維復(fù)合基材，再用于濾嘴制作， 制備得到的濾嘴可以有效降低卷煙主流煙氣中的一些有害物質(zhì)，且不影響卷煙吸食品質(zhì)。
[0006] 在上述納米纖維復(fù)合基材的制作過(guò)程中，一般根據(jù)所用聚合物材料來(lái)選擇合適的 溶劑，例如公開(kāi)號(hào)為CN 103628253的發(fā)明專(zhuān)利文獻(xiàn)選用的溶劑包括乙醇、丙酮、水、甲酸 等，靜電紡絲制備納米纖維的過(guò)程中溶劑快速揮發(fā)，聚合物溶液在電場(chǎng)作用下鞭動(dòng)、固化形 成納米纖維，最終堆積在基材表面，形成復(fù)合基材。
[0007] -般認(rèn)為，這一過(guò)程以納米纖維在基材表面的物理堆積為主，納米纖維堆積到一 定厚度可以從基材表面完整剝離，得到納米纖維膜。在研究實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)物理堆積形成 的納米纖維復(fù)合紙界面粘附強(qiáng)度低，納米纖維容易脫落，在制作卷煙濾棒的過(guò)程中，產(chǎn)生大 量的飄絮物，阻礙生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行，嚴(yán)重影響濾棒質(zhì)量。
[0008] 目前還沒(méi)有如何提高納米纖維與紙之間的界面粘附強(qiáng)度的文獻(xiàn)報(bào)道，更沒(méi)有可供 實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的技術(shù)和工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明提供了一種高界面粘附強(qiáng)度納米纖維復(fù)合紙的制備方法，能夠增加納米纖 維與紙質(zhì)基材之間的界面粘附強(qiáng)度，利于濾棒的穩(wěn)定生產(chǎn)，同時(shí)，高比表面積納米纖維對(duì)卷 煙煙氣中的苯酚和4-甲基亞硝胺基-1-(3-吡啶）-1_ 丁酮（NNK)具有較強(qiáng)的吸附作用。
[0010] -種高界面粘附強(qiáng)度納米纖維復(fù)合紙的制備方法，包括以下步驟：
[0011] (1)將聚合物、添加劑和溶劑配制成紡絲液；
[0012] 所述聚合物為二醋酸纖維素、三醋酸纖維素、羥乙基纖維素、聚乙烯醇、殼聚糖中 的至少一種；
[0013] 所述添加劑為乙二醇、丙三醇、季戊四醇、二醋酸甘油酯、三醋酸甘油酯、甘油三油 酸酯、甘油軟脂酸酯、甘油硬脂酸酯中的至少一種；
[0014] (2)采用紙質(zhì)基材，對(duì)步驟⑴所得的紡絲液進(jìn)行靜電紡絲，得到所述的高界面粘 附強(qiáng)度納米纖維復(fù)合紙。
[0015] 本發(fā)明在紡絲液中引入至少一種添加劑，引入的添加劑具有相對(duì)較高的粘度和沸 點(diǎn)，在靜電紡絲過(guò)程中具有相對(duì)較慢的揮發(fā)速度，能夠?qū){米纖維和紙質(zhì)基材起到良好的 粘結(jié)作用，且不會(huì)完全溶解納米纖維或紙質(zhì)基材。
[0016] 所述的添加劑在靜電紡絲過(guò)程中顯著增強(qiáng)納米纖維與紙質(zhì)基材的界面粘附強(qiáng)度， 解決了通過(guò)物理堆積作用形成的納米纖維與所附著的紙質(zhì)基材之間界面粘附強(qiáng)度低，納米 纖維容易脫落，在卷煙濾棒制作過(guò)程中產(chǎn)生飄絮物的問(wèn)題。
[0017] 引入的添加劑在提高紙質(zhì)基材與納米纖維界面粘附強(qiáng)度的同時(shí)，沒(méi)有破壞納米纖 維的結(jié)構(gòu)，賦予納米纖維復(fù)合紙較高的比表面積，使納米纖維復(fù)合紙能夠有效吸附卷煙主 流煙氣中的苯酚和NNK，降低卷煙主流煙氣中苯酚和NNK的釋放量。
[0018] 優(yōu)選地，所述溶劑為丙酮、N，N-二甲基甲酰胺、水、乙酸中的至少一種。溶劑的選 擇依據(jù)聚合物和添加劑的不同而不同，以能夠和聚合物以及添加劑形成均相溶液為宜。
[0019] 為了保證紡絲液具有合適的粘度以及可紡性，使得到的納米纖維具有合適的尺 寸，對(duì)苯酚和NNK具有良好的吸附效果，優(yōu)選地，所述紡絲液中，聚合物與溶劑的質(zhì)量比為 0. 04~0. 15 :1。進(jìn)一步優(yōu)選，聚合物與溶劑的質(zhì)量比為0. 08~0. 15 :1。
[0020] 添加劑用于改善納米纖維和紙質(zhì)基材的界面粘附強(qiáng)度，如果添加量過(guò)多，會(huì)對(duì)納 米纖維的性能造成影響，優(yōu)選地，所述紡絲液中，添加劑與聚合物的質(zhì)量比為0. 5~2 :1。進(jìn) 一步優(yōu)選，添加劑與聚合物的質(zhì)量比為0. 5~1 :1。
[0021] 本發(fā)明中紙質(zhì)基材采用纖維素紙，采用無(wú)針頭式靜電紡絲技術(shù)制備納米纖維，通 過(guò)載液槽的往復(fù)移動(dòng)使紡絲電極鐵絲表面涂覆一薄層紡絲液，當(dāng)施加電壓超過(guò)臨界值后， 紡絲電極鐵絲表面的紡絲液首先形成許許多多的泰勒錐，然后被拉伸成很多束射流，再經(jīng) 鞭動(dòng)，形成納米纖維。
[0022] 步驟（2)進(jìn)行靜電紡絲時(shí)，將紡絲液置于無(wú)針頭式靜電紡絲機(jī)的載液槽中，調(diào)節(jié) 紡絲電極鐵絲與紙質(zhì)基材之間的距離（即接收距離）、紡絲電壓以及紙質(zhì)基材的卷繞速率， 獲得直徑在80~500nm的納米纖維。
[0023] 作為優(yōu)選，步驟（2)中，紡絲電壓為10~50kV，接收距離為5~25cm，紙質(zhì)基材的 卷繞速率為50~400m/min。
[0024] 進(jìn)一步優(yōu)選，步驟（2)中，紡絲電壓為35~50kV，接收距離為15~25cm，紙質(zhì)基 材的卷繞速率為50~200m/min。
[0025] 紙?jiān)陟o電紡絲區(qū)域復(fù)合納米纖維后，利用紅外進(jìn)行烘干，烘烤時(shí)間為1~60s，以 去除殘留的添加劑。
[0026] 本發(fā)明提供的高界面粘附強(qiáng)度納米纖維復(fù)合紙的制備方法簡(jiǎn)單，適合連續(xù)生產(chǎn)， 能夠保證進(jìn)一步加工得到的卷煙濾嘴的質(zhì)量。采用無(wú)針頭式靜電紡絲技術(shù)生產(chǎn)效率高，不 會(huì)產(chǎn)生堵塞針頭的問(wèn)題，維護(hù)方便，封閉式的移動(dòng)載液槽能夠保證紡絲液濃度的恒定，可以 長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定紡絲，有利于進(jìn)行連續(xù)化的大規(guī)模生產(chǎn)。
[0027] 本發(fā)明還提供了一種利用所述的制備方法得到的高界面粘附強(qiáng)度納米纖維復(fù)合 紙，所述高界面粘附強(qiáng)度納米纖維復(fù)合紙包括紙質(zhì)基材以及沉積在紙質(zhì)基材表面的納米纖 維，所述納米纖維的直徑為80~500nm。
[0028] 為了對(duì)卷煙主流煙氣中的苯酚以及NNK具有更好的去除效果，優(yōu)選地，所述納米 纖維的直徑為100~350nm〇
[0029] 本發(fā)明提供的高界面粘附強(qiáng)度納米纖維復(fù)合紙?jiān)谥苽渚頍煘V棒的過(guò)程中，不會(huì)形 成飄絮物，能夠更加有效地保持納米纖維的形態(tài)以及高比表面積，增強(qiáng)對(duì)煙氣中苯酚和NNK 的吸附效果。
[0030] 紙質(zhì)基材上沉積適量的納米纖維，以保證對(duì)苯酚和NNK的去除效果，優(yōu)選地，每平 方米紙質(zhì)基材表面沉積的納米纖維的質(zhì)量為〇. 2~8g。
[0031] 進(jìn)一步優(yōu)選，每平方米紙質(zhì)基材表面沉積的納米纖維的質(zhì)量為0. 2~4g。
[0032] 本發(fā)明還提供了一種卷煙濾棒，由所述的高界面粘附強(qiáng)度納米纖維復(fù)合紙制備而 成。
[0033] 使用所述的高界面粘附強(qiáng)度納米纖維復(fù)合紙制備得到卷煙濾棒，能夠有效降低卷 煙主流煙氣中苯酚和NNK的釋放量，苯酚的釋放量降低11~27%，NNK的釋放量降低15~ 30%〇
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1為對(duì)比例1中納米纖維復(fù)合紙的電鏡照片；
[0035] 圖2為實(shí)施例1中高界面粘附強(qiáng)度納米纖維復(fù)合紙的電鏡照片。
【具