彩色聚乳酸纤维及制备烟用过滤嘴棒时彩色聚乳酸纤维的调节装置的制作方法

本发明涉及一种彩色聚乳酸纤维的制备方法，尤其是一种烟用彩色聚乳酸纤维的制备方法。

背景技术：

香烟滤嘴对降焦减害、改善吸味、提高香烟品位起到很大作用，是卷烟生产过程中不可缺少的一部分。目前市场上的香烟滤嘴材料基本上都是白色的，随着科技进步和人民生活水平的提高，烟民对香烟滤嘴的差异化、功能化、多样化要求也越来越高，彩色烟用丝束和滤棒的开发也成为一种趋势。

在合成纤维领域，生产彩色纤维的技术比较成熟，相关文献也比较多，主要采用的方法有：色母粒共混纺丝、浆液中加入染料溶液纺丝、在后处理时染色等方式，基本上都是通过加入颜料或染料的方式生产彩色纤维。

在烟用丝束领域，生产彩色丝束的文献较少，发明专利CN200410065222.8公开了一种彩色烟用醋纤丝束的生产方法，采取在浆液中加入0.1～1％重量的彩色染料，然后进行溶液纺丝，生产彩色丝束。实用新型专利CN201320779385.7公开了一种生产彩色烟用醋酸纤维丝束的装置，由导丝罗拉、染色盒、喷染器、颜料贮槽、颜料管、压缩空气管、回流管、调节装置、丝束管、接液盘所组成，采取的技术是在醋纤丝束后处理过程中进行染色的方式生产彩色丝束。上述文献也是采用加入颜料或染料的方式生产彩色烟用丝束。

由于烟用丝束及香烟滤嘴棒对安全性能要求较高，颜料和染料的选择受到一定限制，部分卷烟企业在选择彩色丝束时也有一定顾虑，不添加颜料和染料生产彩色烟用丝束的新工艺也值得期待。我们在前期研究成果CN201511025775.5中公布了一种彩色聚乳酸烟用丝束的制备方法：在聚乳酸共混、熔融纺丝过程中加入糖类物质和氨基化合物，利用焦糖化反应及美拉德反应，进而生产出从浅黄→黄色→棕色→褐色等一系列彩色聚乳酸烟用丝束。为进一步开发适合烟用滤材、有特色的彩色聚乳酸纤维材料，我们在天然有机色素和聚乳酸共混染色方面，进行了大量试验研究工作。

叶黄素又称“植物黄体素”，是一种含氧的类胡萝卜素，广泛存在于万寿菊、香蕉、猕猴桃和玉米等天然植物当中，是一种天然的食用色素。是一种性能优异的抗氧化剂，可抵御氧自由基在人体内造成细胞与器官损伤，预防机体衰老引发的心血管硬化、冠心病等症状。叶黄素不但是一种作为抑制癌症及心脏病危险的抗氧化剂，而且在保护眼睛方面，也起到相当重要的作用。纯的叶黄素为棱格状黄色晶体，有金属光泽，对光和氧不稳定，需贮存于阴凉干燥处，避光密封

叶黄素酯是一分子的叶黄素与一分子或两分子的脂肪酸形成的化合物，它就像我们所熟知的饮食脂肪、维生素A和维生素E一样存在于我们的日常饮食中，它和叶黄素一样，都是自然界的事物中自然存在的一种营养成分。叶黄素酯从万寿菊花中提取：它在人体内可自然分解转化为叶黄素，具有保护视力，缓解视疲劳，预防老年性黄斑区病变、白内障等疾病的眼睛保健及其它抗衰老的功效。

番茄红素（Lycopene）又称ψ—胡萝卜素，属于异戊二烯类化合物，是类胡萝卜素的一种。由于最早从番茄中分离制得，故称番茄红素。番茄红素具有优越的生理功能，它不仅具有抗癌抑癌的功效，而且对于预防心血管疾病、动脉硬化等各种成人病、增强人体免疫系统以及延缓衰老等都具有重要意义，是一种很有发展前途的新型功能性天然色素。由于番茄红素分子中有11个共扼双键及2个非共轭双键，使得番茄红素的稳定性比较差，在一定条件下可发生顺反异构化和氧化降解。番茄红素对氧化反应比较敏感，其溶液经日光照射12小时后，其中的番茄红素基本上损失殆尽。

天然色素容易被氧化，聚乳酸纺丝过程中也容易发生氧化降解，二者混合纺丝时，可产生协同抑制作用，天然色素的氧化可减轻聚乳酸的氧化降解，同时聚乳酸在高温纺丝时的氧化降解也将抑制和减轻天然色素的氧化褪色，聚乳酸氧化降解生成的少量乳酸也有可能与天然色素反应生成乳酸脂类色素，进而增加天然色素的稳定性。使用天然色素除了能生产出彩色纤维之外，也将有利于聚乳酸的纺丝及纤维性能的提高。

番茄红素、叶黄素及其脂类物质，安全、环保，具有保健功能，可用于烟用过滤材料；另一方面，这些天然有机色素在光照和高温氧化过程中会发生颜色变化，甚至褪色，可以生产出颜色深度不同的黄色系列产品，对烟用特种滤棒来说，也可以产生一种防伪效果。通过大量的试验研究，在此又提供了一种彩色聚乳酸纤维的制备方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种彩色聚乳酸纤维的制备方法，赋予纤维特定的色泽和防伪性能（可光照褪色），该纤维用做烟用滤材时，除了安全、环保、可降解外，还可以进一步改善卷烟的感官品质，为烟用过滤材料的多样化、差异化提供了一个新的选择。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

在聚乳酸熔融纺丝过程中加入天然有机色素，通过调节原料配比和纺丝温度，生产出从不同色彩的聚乳酸纤维。

所述的天然有机色素包括番茄红素、叶黄素、番茄红素及叶黄素脂类物质中的一种或几种的混合物。

所述聚乳酸为纤维级聚乳酸。

所述天然有机色素和聚乳酸的重量比为：0.01～2：99.99～98。

所述的彩色聚乳酸纤维的颜色是通过原料配比及调节纺丝过程中的温度来调控，纺丝时通过滤嘴丝束调节装置将丝束分别或同时输送至螺杆进料段，控制螺杆进料段的温度为150~190℃，之后在200℃-245℃下纺丝既可得到彩色聚乳酸纤维。

所述的彩色聚乳酸纤维在制备烟用过滤嘴棒上应用。

所述的彩色聚乳酸纤维可作为彩色功能中线用于生产功能中线烟用滤棒。

一种彩色聚乳酸纤维烟用丝束的制备方法，包括如下步骤：

（1）聚乳酸树脂与有机色素的混合、烘干，可以采用二种工艺：a、将聚乳酸树脂和有机色素，按比例同时加入转鼓干燥机在60~90℃条件下，烘干混合8~24小时，将原料中水份烘干至80-100PPM以下，再加入料仓进行纺丝，优选该方案；b、或者是将聚乳酸树脂加入干燥设备中，在60~90℃条件下，单独烘干8~24小时，将原料水份烘干至80-100PPM以下，然后和有机色素按比例同时加入混合机混合3~5分钟，再加入料仓进行纺丝。

（2）纺丝：包含将多丝经过滤嘴丝束调节装置混合成型，多丝束挤压融熔、过滤、管道输送、计量纺丝、风冷、上油、牵伸等过程，与常规合成纤维融熔纺丝设备和工序相同，区别之处在于纺丝温度的控制，主要表现在下述二个方面：a、高温纺丝时（230℃以上），聚乳酸和有机色素氧化降解程度大，纤维颜色浅；低温纺丝时，聚乳酸和有机色素氧化降解程度小，纤维颜色深；b、有机色素，特别是其脂类物质，在多丝束混合挤压融熔和纺丝过程中，表现出一定的润滑作用，在螺杆挤压融熔过程中，很容易产生进料时打滑、环结阻料等异常现象。为解决这一问题，本发明在螺杆进料段纺丝温度设计值应比常规聚乳酸纺丝时低10~30℃，使带有机丝束段成型并稳定，有机色素添加量越大，进料段温度应越低。

（3）后处理：包含牵伸、卷曲、烘干定型、检验、装丝、打包、成品入库等工序，同常规聚乳酸纤维后处理工序和工艺。

该纤维产品中加入的天然有机色素安全、环保，具有保健功能，用于烟用过滤材料时，在改善过滤性能、提升卷烟的感官品质方面有一定效果。

该纤维产品中存在的天然有机色素在光照条件下可缓慢变色、褪色，该纤维用做烟用过滤材料时具有一定防伪性能。

加入的天然有机色素中，番茄红素是红色，叶黄素脂类是深红棕色，通过调节原料配比和纺丝温度，生产出来的是聚乳酸纤维可呈现出从深到浅的色彩。

有机色素，特别是其脂类物质，在多丝束混合挤压融熔和纺丝过程中，多彩色丝束之间摩擦力小，表现出一定的润滑作用，在制备多色滤嘴丝束过程中，很容易产生进料时打滑、环结阻料等异常现象。

且为了克服原卷烟滤嘴棒防伪过程中单一颜色的丝束或一种颜色组成的图案，防伪过于单一，制造设备结构过于复杂，工艺繁多，成本高的问题。本发明提供一种具有结构简单，采用多个分发杆上分出的丝束在经过多个调节轴时能够改变不同的方向和角度，从而改变丝束在卷制过程中的颜色或图案，同时能实时固定多丝束在进样过程中的稳定性，使多丝束在形成滤嘴热过程中，温度稳定均匀受热于多彩丝束中，也是其防伪手段多样化，工艺简单，成本低，操作方便的特点。

一种滤嘴丝束调节装置，它包括固定座、调节轴和丝束分发导向机构；固定座上设有多个滑槽；调节轴包括调节座、与调节座连接的轴、与轴配合的滑块和位于滑块上的锁紧螺钉；丝束分发导向机构包括与支撑杆连接的分发座、位于分发座下端的分发杆、位于分发座上部的圆弧型光滑导向顶；多个轴分别与固定座上的多个滑槽配合，多个分发杆与分发座连接，多条丝束经分发导向后分别经过多个轴调节后，经过丝束成型装置上的多个螺纹辊。结构简单，通过丝束分发机构上的多个分发环分发丝束经过调节轴，通过可旋转的分发杆、调节轴调节丝束的方向和角度，滑块限制丝束在轴上的径向滑动，多种不同颜色的丝束经过多级多组螺纹辊开松后混合，然后成型，可制备出不同颜色或图案的滤嘴棒，防伪手段多样化，工艺简单，成本低，操作方便。

在优选的方案中，调节座为杆状结构体，一端设有连接头、另一端设有螺纹孔与调节螺钉配合。结构简单，调节螺钉位于固定座上的滑槽内滑动，并与螺纹孔配合锁紧，调节各轴之间的间距，操作简单，调节方便快捷。

在优选的方案中，连接头为杆体结构，其上设有插接块，插接块上设有连接孔。结构简单，连接头上的插接块与轴上的插接口配合，连接方便。

在优选的方案中，轴为杆体结构，一端设有插接口，旋转孔贯穿插接口。结构简单，轴上的插接口与连接头上的插接块配合，连接方便。

在优选的方案中，滑块为块状体，其上设有轴孔，螺纹孔贯穿轴孔。结构简单，滑块上的轴孔与轴配合滑动，两个滑块可限制丝束在轴上的径向滑动。

在优选的方案中，滑块上的轴孔与轴配合，锁紧螺钉与滑块上的螺纹孔配合。结构简单，滑块上的轴孔与轴配合滑动，锁紧螺钉锁紧，操作方便。

在优选的方案中，连接头上的插接块与轴上的插接口配合，紧固件穿过连接孔和旋转孔。结构简单，连接方便，该紧固件为销钉或螺栓，销钉连接的轴可以绕连接头旋转，螺栓连接的轴不仅可以绕连接头旋转，还可以绕连接头旋转一定角度后锁紧。

在优选的方案中，调节座上的调节螺钉与固定座上的滑槽配合。结构简单，调节螺钉在固定座上的滑槽内滑动，并由调节螺钉锁紧，调节方便快捷。

在优选的方案中，所述的分发导向座下端设有螺丝孔，顶部为圆弧型光滑结构，不同颜色的丝束经分发环分开后可顺利的导向下一工序；所述分发杆为弯曲的杆体，一端设有圆形分发环，另一端设有螺纹，与分发导向座上的螺丝孔配合将分发杆固定在分发座上。结构简单，分发环上的丝束在受到螺纹辊的拉力后可自动调节与轴切入的角度，分发杆可根据丝束种类和根数多少，适当调整丝束间距，调节效果更好。

附图说明

图1黄色（深）PLA纤维照片。

图2金黄色PLA纤维。

图3黄色PLA纤维。

图4檬黄PLA纤维及柠檬黄中线滤棒。

图5色PLA烟用丝束及滤棒。

图6是浅黄色PLA纤维原丝及经太阳光照一周、一月后颜色变化。

图7为本发明的结构示意图。

图8为本发明固定座和调节轴配合的结构示意图。

图9为本发明调节座的结构示意图。

图10为本发明调节轴的结构示意图。

图11为本发明工作状态图。

图中：固定座1，滑槽11，调节轴2，调节座21，连接头211，调节螺钉212，插接块213，连接孔214，轴22，插接口221，旋转孔222，滑块23，锁紧螺钉24，丝束分发导向机构3，支撑杆31，分发导向座32，分发杆33，分发环331，聚乳酸纤维4，螺纹辊5。

图12添加黄、红色的烟用滤嘴棒。

图13添加蓝、绿、红、紫色的烟用滤嘴棒。

具体实施方式

本发明提供的一种彩色聚乳酸纤维的制备方法，制备的丝束是一种安全、环保、可完全降解的绿色环保产品，具有特定的色泽和防伪性能（可光照褪色），该纤维含天然食用色素可以直接用于生产烟用过滤嘴棒，也可以做为彩色功能中线用于生产功能中线烟用滤棒，能有效改善低次烟草的品质，减少木质杂气，增加烟香，对卷烟烟气中有害物质的过滤吸附效果和卷烟感官质量进一步提升，能够满足卷烟使用要求，为烟用过滤材料的多样化、功能化、差异化提供了一个新的选择。

以从金黄→正黄→柠檬黄→浅黄等一系列彩色聚乳酸纤维为例。

实施例1

将聚乳酸树脂加入真空烘箱，70℃烘干24小时，使原料水份含量低于80PPM后取出，选择天然色素为番茄红素，按重量比，番茄红素：聚乳酸=0.8：99.2的比例混合后，加入到螺杆挤出机中，设定螺杆进料区温度为170℃，其它区（含螺杆其它区、过滤器、输送管道及纺丝箱体等）温度为220℃，经计量纺丝可生产出图1所示金黄色聚乳酸纤维；保持进料段温度170℃不变，其它各区温度升至240℃，可生产出图3所示颜色变浅的金黄色聚乳酸纤维。在后处理过程中，按照短纤维生产工艺，经牵伸、卷曲、烘干定型、铺丝、打包等工序，可制备出金黄色聚乳酸纤维；按照长丝生产工艺，经加捻、卷绕等工序，可制备出烟用滤棒用的金黄色聚乳酸纤维中线材料。

实施例2

选择天然色素为番茄红素和叶黄素混合物，按重量比，番茄红素：叶黄素：聚乳酸=0.5：1.0：98.5的比例，加入真空转鼓干燥机，80℃干燥混合12小时，使原料水份含量低于100PPM后，加入到螺杆挤出机中，按逐渐递增的方式，设定螺杆进料区温度为155℃，其它区（含螺杆其它区、过滤器、输送管道及纺丝箱体等）温度为215℃，经计量纺丝可生产出图2所示金黄色聚乳酸纤维；保持进料段温度155℃不变，其它各区温度升至245℃，可生产出图4所示颜色变浅的金黄色聚乳酸纤维。在后处理过程中，按照短纤维生产工艺，经牵伸、卷曲、烘干定型、铺丝、打包等工序，可制备出金黄色聚乳酸纤维；按照长丝生产工艺，经加捻、卷绕等工序，可制备出烟用滤棒用的金黄色聚乳酸纤维中线材料。

实施例3

选择天然色素为叶黄素酯，按重量比，叶黄素酯：聚乳酸=0.3： 99.7的比例，加入真空转鼓干燥机，60℃干燥混合24小时，使原料水份含量低于100PPM后，加入到螺杆挤出机中，设定螺杆进料区温度为160℃，其它区（含螺杆其它区、过滤器、输送管道及纺丝箱体等）温度为210℃，经计量纺丝可生产出图5所示正黄色聚乳酸纤维。

实施例4

选择天然色素为叶黄素和叶黄素酯共混，按重量比，叶黄素：叶黄素酯：聚乳酸=0.1：0.2：99.7的比例，加入真空转鼓干燥机，70℃干燥混合16小时，使原料水份含量低于100PPM后，加入到螺杆挤出机中，设定螺杆进料区温度为165℃，其它区（含螺杆其它区、过滤器、输送管道及纺丝箱体等）温度为225℃，经计量纺丝可生产出图6所示正黄色聚乳酸纤维；在后处理过程中，按照短纤维生产工艺，经上油、牵伸、卷曲、烘干定型、铺丝、打包等工序，可制备出正黄色聚乳酸纤维；按照长丝生产工艺，经加捻、卷绕等工序，可制备出烟用滤棒用的正黄色聚乳酸纤维中线材料。

实施例5

选择天然色素为叶黄素酯，按重量比，叶黄素酯：聚乳酸=0.1： 99.9的比例，加入真空转鼓干燥机，85℃干燥混合10小时，使原料水份含量低于100PPM后，加入到螺杆挤出机中，设定螺杆进料区温度为170℃，其它区温度为225℃，经计量纺丝可生产出图7所示柠檬黄色聚乳酸纤维。在后处理过程中，按照短纤维生产工艺，经上油、牵伸、卷曲、烘干定型、铺丝、打包等工序，可制备出柠檬黄色聚乳酸纤维烟用丝束；按照长丝生产工艺，经加捻、卷绕等工序，可制备出烟用滤棒用的柠檬黄色聚乳酸纤维中线材料，将此中线材料加入的滤棒中可生产出图8所示的柠檬黄中线滤棒。

实施例6

选择天然色素为叶黄素酯，按重量比，叶黄素酯：聚乳酸=0.02：99.98的比例，加入真空转鼓干燥机，70℃干燥混合18小时，使原料水份含量低于100PPM后，加入到螺杆挤出机中，按逐渐递增的方式，设定螺杆各区温度为180～230℃，输送管道及纺丝箱体温度为225℃。经计量纺丝可生产出图11所示浅黄色聚乳酸纤维，在后处理过程中，按照烟用丝束生产工艺，经上油、牵伸、卷曲、烘干定型、铺丝、打包等工序，可制备出图9所示浅黄色聚乳酸纤维烟用丝束，用该丝束进行滤棒成型后，可生产出图10所示的浅黄色聚乳酸滤棒；按照长丝生产工艺，经加捻、卷绕等工序，可制备出烟用滤棒用的浅黄色聚乳酸纤维中线材料。

上述各种实施例中，通过更换不同孔数的喷丝板或更换不同的集束根数，可制备出单丝线密度在2.0～20dtex，丝束线密度在150～50000dtex的各种规格聚乳酸纤维丝束。其中丝束线密度在15000dtex以下各种规格丝束可以做为香烟过滤嘴棒的中线使用；丝束线密度在18000～25000dtex各种规格的丝束可以用于细支香烟过滤嘴棒；丝束线密度在25000～38000dtex各种规格的丝束可以用于中支香烟过滤嘴棒；丝束线密度在35000～50000dtex各种规格的丝束可以用于常规香烟过滤嘴棒。生产的烟用过滤嘴棒和功能中线滤棒可以赋予卷烟独特的外观，便于防伪；这些彩色丝束也能有效改善低次烟草的品质，减少木质杂气，增加烟香，对卷烟烟气中有害物质的过滤吸附效果和卷烟感官质量进一步提升，能够满足卷烟使用要求，可为烟用过滤材料的多样化、功能化、差异化提供一个新的选择。

而上述不同颜色的丝束制备成滤嘴丝束过程中所用的滤嘴丝束装置，如图7~图12中，包括固定座1、调节轴2和丝束分发导向机构3；所述的固定座1上设有多个滑槽11；所述的调节轴2包括调节座21、与调节座21连接的轴22、与轴22配合的滑块23和位于滑块23上的锁紧螺钉24；所述的丝束分发机构3包括与支撑杆31连接的分发导向座32、位于分发座32下端的分发杆33；多个轴22分别与固定座1上的多个滑槽11配合，多个分发杆33与分发座32连接，多条不同颜色的聚乳酸纤维4（红黄蓝绿等）经分发导向装置3后，分别经过多个轴22后经过丝束成型装置上的多个螺纹辊5开松后混合。结构简单，通过丝束分发导向机构3上的多个分发环331分发聚乳酸纤维4经过调节轴2，通过可旋转的分发杆33、调节轴2调节聚乳酸纤维4的方向和角度，滑块23限制聚乳酸纤维4在轴22上的径向滑动，多种不同颜色的聚乳酸纤维4经过多级多组螺纹辊5开松后混合，然后成型，可制备出不同颜色或图案的滤嘴棒，防伪手段多样化，工艺简单，成本低，操作方便。

优选的方案中，所述的调节座21为杆状结构体，一端设有连接头211、另一端设有螺纹孔与调节螺钉212配合。结构简单，调节螺钉212位于固定座1上的滑槽11内滑动，并与螺纹孔配合锁紧，调节各轴22之间的间距，操作简单，调节方便快捷。

优选的方案中，所述的连接头211为杆体结构，其上设有插接块213，插接块213上设有连接孔214。结构简单，连接头211上的插接块213与轴22上的插接口221配合，连接方便。

优选的方案中，所述的轴22为杆体结构，一端设有插接口221，旋转孔222贯穿插接口221。结构简单，轴22上的插接口221与连接头211上的插接块213配合，连接方便。

优选的方案中，所述的滑块23为块状体，其上设有轴孔，螺纹孔贯穿轴孔。结构简单，滑块23上的轴孔与轴22配合滑动，两个滑块23可限制聚乳酸纤维4在轴22上的径向滑动。

优选的方案中，所述的滑块23上的轴孔与轴22配合，锁紧螺钉24与滑块23上的螺纹孔配合。结构简单，滑块23上的轴孔与轴22配合滑动，锁紧螺钉24锁紧，操作方便。

优选的方案中，所述连接头211上的插接块213与轴22上的插接口221配合，紧固件穿过连接孔214和旋转孔222。结构简单，连接方便，该紧固件为销钉或螺栓，销钉连接的轴22可以绕连接头211旋转，螺栓连接的轴22不仅可以绕连接头211旋转，还可以绕连接头211旋转一定角度后锁紧。

优选的方案中，所述调节座21上的调节螺钉212与固定座1上的滑槽11配合。结构简单，调节螺钉212在固定座1上的滑槽11内滑动，并由调节螺钉212锁紧，调节方便快捷。

优选的方案中，所述的分发座32上设有转动轴承；所述分发杆33为弯曲的杆体，一端设有圆形分发环331；分发杆33的另一端与分发座32上的转动轴承配合。

优选的方案中，所述的分发导向座32下端设有螺丝孔，顶部为圆弧型光滑结构，不同颜色的丝束经分发环分开后可顺利的导向下一工序；所述分发杆33为弯曲的杆体，一端设有圆形分发环331，另一端设有螺纹，与分发导向座32上的螺丝孔配合将分发杆33固定在分发座32上。结构简单，分发环331上的聚乳酸纤维4在受到螺纹辊5的拉力后可自动调节与轴22切入的角度，分发杆33可根据丝束种类和根数多少适度调整丝束的间隔，调节效果更好。

如上所述的滤嘴丝束调节装置，工作时，丝束分发导向机构3上的多个分发环331分发聚乳酸纤维4经过调节轴2，进入螺纹辊5，受到螺纹辊5的拉力后完成导向和开松，于此同时，调节轴2调节聚乳酸纤维4的方向和角度，滑块23限制聚乳酸纤维4在轴22上的径向滑动，可以调节丝束进入开松辊前后的位置和状态，多种不同颜色的聚乳酸纤维4经过多级多组螺纹辊5开松后混合，然后成型，可制备出不同颜色或图案的滤嘴棒，防伪手段多样化，工艺简单，成本低，操作方便。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。