一种聚乳酸滤棒纸芯及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种聚乳酸滤棒纸芯及其制造方法，特别是一种可生物降解的的聚乳酸滤棒纸芯及其制备方法。属烟油滤芯及制造方法技术领域。
【背景技术】
[0002]过滤嘴是卷烟的重要组成部分，它可以吸附和过滤烟气中的有害成分，改善烟气口感，减少口腔刺激和对人体健康的危害。目前，市场上的卷烟过滤嘴材料主要有二醋酸纤维丝束(醋纤)和聚丙烯丝束(丙纤)两种。醋纤滤材已有30多年的历史，过滤和吸附性能优异，市场占有率在90%左右。但醋纤滤嘴也有一些缺点，如它的生产原料是多年生的优质木材，我国目前不能自给，主要依靠进口，成本较高；醋纤在纺丝的过程中采用溶液纺丝法，需要使用大量溶剂，既增加成本，又难免对环境造成污染；与木材相比，醋纤的生物降解性能显著劣化，对环境造成的污染正逐步受到重视。此外，随着国内烟草企业产量的不断扩大，对醋纤滤棒的需求量也与日俱增，但目前国内的醋纤丝束生产企业并不能完全满足烟草企业的需求，造成醋纤供应紧张的局面，在一定程度上限制了我国烟草行业的进一步发展。
[0003]丙纤是目前市场上应用的另外一种过滤嘴材料，约占我国10%的市场份额。丙纤的原料是石油，制造成本低，具有比较低的价位。但丙纤滤嘴的烟气过滤效果差，对卷烟感官质量影响较大，目前只能用于一些低档卷烟，且聚丙烯是长链碳氢化合物，不能生物降解，对环境造成一定污染。
[0004]综上所述，目前市场上使用的两种卷烟过滤嘴材料都存在一定弊端。因此，开发新型烟用过滤嘴材料对我国烟草行业的可持续发展具有重要意义。
[0005]聚乳酸是一种新型环保材料，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(玉米芯或其他农作物的根、茎、叶、皮等)为原料，摆脱了对木材和石油资源的依赖，符合国际社会可持续发展的要求；(2)生产能耗低于聚丙烯及醋酸纤维素，是一种低资源环境负荷的高分子材料；(3)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”；(4)具有良好的加工性能。
[0006]因此，将聚乳酸用作烟用过滤嘴材料有以下优势:(I)节约森林资源和石油资源；
(2)原料丰富，可再生；(3)生物可降解，绿色环保；(4)能源消耗低；(5)原料和生产成本低于醋纤，价格上有一定优势。
[0007]目前也有一些关于采用聚乳酸制备烟用滤棒材料的报道，例如申请号为:201010151504.5的中国专利公开了“一种香烟过滤嘴复合材料及其制备方法”。本发明公开的香烟过滤嘴复合材料，其特征在于该复合材料是由开纤并物理缠结、表面点粘合且形成网络结构的聚乳酸纤维和醋酸纤维素纤维构成，其中聚乳酸纤维的质量分数为30-90%，醋酸纤维素纤维的质量分数为10-70%。该复合材料直接采用聚乳酸纤维和醋酸纤维复合得到，并未对聚乳酸纤维做进一步的深加工。
[0008]又如，中国科学院长春应化所景遐斌等人报道了聚乳酸树脂原料纺制成烟用聚乳酸丝束以及烟用聚乳酸丝束经开松、粘合、包裹、切割和后处理制备聚乳酸卷烟滤棒的工艺过程和方法；申请号为:201010127357.8的中国专利公开了“一种可降解卷烟用丝束及其制备方法以及滤棒的制备方法”，申请号为:201010229540.9的中国专利公开了“一种聚乳酸纤维烟用丝束的制备方法”，但上述这些专利存在一些问题与不足:(I)聚乳酸丝束卷曲指数低，导致出棒率低，实际应用效果差；(2)使用的增塑剂有味、易挥发，有些有毒性，不能满足烟用聚乳酸丝束滤棒成型的要求，影响卷烟感官质量，滤棒硬度随放置时间延长下降，烟支接装困难；(3)缺乏烟用聚乳酸丝束各种参数对滤棒成型影响的详细研究，难以保证稳定的滤棒质量；(4)滤棒固化时间过长(24h-48h)，不能满足卷烟生产工艺对各工序的衔接要求。
【发明内容】
[0009]针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可生物降解的聚乳酸滤棒纸芯及其制备方法，该纸芯所用材料资源丰富，制造成本低，该方法制备的滤棒纸芯卷曲性能指标，抗拉强度，过滤效率和质量特性接近醋酸纤维烟用过滤材料，且可生物降解。
[0010]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，是由以下原料通过熔融纺丝制得，按重量份数计，各原料含量范围为:
聚乳酸100份，粘合剂5?15份，结晶成核剂占聚乳酸的质量百分比为0.15?0.5%。
[0011]所述的聚乳酸左旋体比例为:95?99 %;在1901:，2.16 kg负荷下的熔融指数为:2.0?4.0g/10 min ;特性粘度:1.0?1.7 ;熔点:162?173°C，平均分子量为330000。
[0012]所述结晶成核剂为取代芳基磷酸锂盐NA-03和纳米碳酸钙的混合物，且取代芳基磷酸锂盐NA-03占聚乳酸的质量百分比为:0.10?0.3%，纳米碳酸钙占聚乳酸的质量百分比为:0.05 ?0.2%ο
[0013]所述粘合剂是马铃薯淀粉、木薯淀粉或瓜尔胶中的一种或其混合物。
[0014]按照以下步骤制备:
A.原料干燥:将聚乳酸原料在75?85°C的温度条件下真空干燥7?9小时，使聚乳酸原料的的含水率在30ppm以下；取代芳基磷酸锂盐NA-03、纳米碳酸钙在50?60°C的温度条件下干燥4?6小时；干燥后的聚乳酸、成核剂混合均匀得混合物；
B.熔融挤压:将步骤A得到的混合物倒入螺杆挤出机，螺杆挤出机为多段温度控制，机筒喂料口的温度为25?60°C，机筒加热区的温度为150?180°C，挤出温度为155?165°C，转速为800?900r/min，混合物沿着机筒加热区域旋转融化变成熔体；
C.熔体过滤:混合物酸熔融后,其熔体杂质要清除干净,用滤网为10?15微米的过滤器过滤熔体，再通过滤网为300?500目的过滤器进一步过滤；
D.纺丝:过滤后的熔体在200?215°C的温度下纺丝,喷丝板孔径为0.2?0.4mm,长、径比为2?4 ;
E.冷却:纺丝后对丝束进行空气冷却，冷却空气的温度为:15?20°C；
F.上油:将油剂涂覆在丝束正、反表面以消除静电；
G.牵引卷绕:在50?70°C的水浴中进行牵伸，牵伸倍率2?2.5，并在600?800m /min的牵伸速度下将细丝平放到收集输送带上,收集输送带承载，通过粘合剂来固定细丝，所有的细丝经过2.66X 10_2pa的压力后结合成网状；
H.干燥定型:这张网经过涂装，用帘式烘干机在70?80°C温度条件下烘干；
1.检测检验:通过全幅纸检测后，包装。
[0015]本发明的有益效果在于:①聚乳酸是一种新型环保材料，具有良好的循环再生性和生物降解性，其制品废弃后在土壤或海水中经微生物作用可分解为二氧化碳和水，完全生物降解，使卷烟滤棒实现了在自然界中的循环。
[0016]②将聚乳酸用于烟用滤棒材料有以下优势:节约森林资源和石油资源；原料丰富，可再生；生物可降解，绿色环保；能源消耗低；原料和生产成本低于醋纤，具有价格优势。
[0017]③本发明采用聚乳酸作为滤棒原料进行生产时，马铃薯淀粉、木薯淀粉和瓜尔胶都是食品级的粘合剂，能使滤棒纸芯很好的成型，要是其中的两种粘合剂一起使用，能互相弥补缺陷。
[0018]④通过添加结晶成核剂，提高了聚乳酸的结晶度和热性能，使后纺工序中卷曲温度提高(85-95°C)，卷曲性能得以提升，由此得到的滤棒，在相同吸阻和硬度下，滤棒重量减轻，从而提高了出棒率。
【具体实施方式】
[0019]下面结合实施例对本发明作进一步说明。
[0020]实施例1:聚乳酸滤棒纸芯是由以下原料通过熔融纺丝制得，按重量份数计:左旋体比例为:95 % ;在1900C，2.16 kg负荷下的熔融指数为:3.0g/10 min ;特性粘度:1.5 ；熔点:173 °C，平均分子量为330000的聚乳酸100份，木薯淀粉15份，取代芳基磷酸锂盐NA-03占聚乳酸的质量百分比为0.10%，纳米碳酸钙占聚乳酸的质量百分比为:0.15%。
[0021]按照以下步骤制备:
A.原料干燥:将聚乳酸原料在75°C的温度条件下真空干燥9小时，使聚乳酸原料的的含水率在30ppm以下；取代芳基磷酸锂盐NA-03、纳米碳酸钙在50°C的温度条件下干燥5.5小时；干燥后的聚乳酸、成核剂混合均匀得混合物；
B.熔融