专利名称：一种环保烟用丝束的制备方法
技术领域：
本发明涉及卷烟领域，具体涉及一种环保烟用丝束的制备方法。
技术背景
过滤嘴的发展是卷烟发展到一定阶段的产物。在过滤嘴最初出现的时候，主要是作为卷烟的嘴状部件起装饰作用。随着卷烟技术的发展，以及人们对低害卷烟的最求，过滤嘴逐渐从可有可无的地位转化为卷烟中不可或缺的一部分，并承担了降焦减害的功能。
目前，国内市场上商品化应用的过滤嘴材料主要为醋酸纤维素纤维和聚丙烯纤维，总量近30万吨，其中醋酸纤维素纤维的用量占到了 80%以上，但是醋酸纤维素纤维和聚丙烯纤维具有以下缺点
醋酸纤维素过滤嘴有以下不足1)来源于木材(生长周期一般大于5年)，大量使用会破坏生态环境；幻尽管醋酸纤维素可降解，但降解周期通常超过4年，因此滤棒的丢弃会造成一定的环境污染；幻采用溶液纺丝法纺丝，生产工艺复杂，有溶剂丙酮挥发回收等环保问题；4)工艺、设备、相关技术及部分丝束成品主要依赖进口。
聚丙烯过滤嘴同样存在许多不足之处1)聚丙烯来源于不可再生资源石油，不符合全球可持续发展和国内国情；幻聚丙烯为非极性材料，吸附性能较差，得到的过滤嘴棒过滤性能差，不利于人体健康；3)由于聚丙烯纤维的非极性和高结晶度，粘合性能差，丝束粘合成过滤嘴棒的工艺复杂。
因为醋酸纤维素纤维主要依赖进口，聚丙烯也存在不足，因此市场衍生了聚乳酸作为替代材料用在卷烟中。
聚乳酸(PLA)是以淀粉基农作物经过现代生物技术发酵得到的乳酸为原料，再经过特殊的聚合反应过程生成的高分子树脂，聚乳酸具有良好的生物降解性，使用后能被自然界中的维生物完全降解，用它制成的各种制品埋在土壤中至少6到12个月即得降解为二氧化碳和水，聚乳酸经纺丝和后处理制成烟用聚乳酸丝束，丝束再经开松、上胶、卷棒制成过滤嘴棒。
中国专利申请200610131699. 0(公开号为CN1961765A)公开了一种香烟过滤嘴丝束及其制备方法，该专利中公开了制备聚乳酸基组合物的烟用丝束有两套工艺。第一种为 纺丝组合物干燥(水分含量控制在IOOOppm以下)，熔体纺丝(纺丝温度190-210°C)、水浴牵伸(温度60-80°C，牵伸倍率2-5倍)、水浴紧张热定型(定型温度为55-70°C)、卷曲(加热介质为空气或水蒸汽，预热温度为50-70°C )、干燥和松弛热定型(定型温度50-60°C，定型时间10-15分钟)；第二种工艺为切片干燥(水分含量控制在IOOOppm以下)、纺丝(温度190-210 0C )、恒温处理(25-55 0C，2-48小时)、水浴牵伸(温度70-90 °C，牵伸1-3倍)、 水浴紧张热定型(温度为55-70°C)、卷曲(预热50-70°C )和烘干热定型(温度50-60°C， 时间10-15分钟)。两种工艺的主要区别是纺丝和牵伸当中增加了一个恒温处理的工序。
按照上述原料及工艺进行改性的聚乳酸丝束的中试生产，得到的丝束存在以下几点不足
1)烘干不充分，导致成品丝束含水量超过了 10% wt，高于现有醋纤丝束和丙纤丝束的含水标准，并且丝束由于高含水率在包装存放一段时间后出现霉点；
2)卷曲工艺段生产的丝束含水量高于15 % wt，若聚乳酸链段中右旋D组份含量大于3% wt，则在50-60°C条件下丝束就会出现粘连板结现象，造成丝束不合格；
3)定型不充分，导致丝束尺寸稳定性差，自由收缩率在50°C条件下超过2.5%，由该丝束制备的过滤嘴棒存在明显的缩头、热塌陷、卷曲回弹性差等问题。
中国专利申请200910M1643. 4(公开号为CN102080275A)也采用了水浴牵伸工艺，水浴温度40-90°C，牵伸得到的丝束经过卷曲定型得到产品。专利涉及的原料是聚乳酸基的组合物，其中非聚乳酸链节占到聚合物的1_30%，仍然是以聚乳酸为主要基材。
同样由于丝束的含水量问题，导致了整个烘干热定型周期非常长。通过试验，烘干时间需要30分钟才能保证丝束的含水量小于wt，另外还需要10-20分钟的定型时间才能保证丝束达到过滤嘴棒的实际应用要求。带来的问题是生产周期太长，难以产业化。
中国专利申请201010127357. 8 (公开号为CN101805937A)公开了一种可降解卷烟用丝束及其制备方法，该卷烟用丝束使用的原料是含有结晶促进剂的聚左旋丙交酯、含有结晶促进剂的聚右旋丙交酯和聚右旋丙交酯的共混物中的任意一种，其制备方法包括 干燥结晶60-120°C干燥结晶IO-M小时；熔融纺丝220-250°C得到原生丝束；拉伸预热介质为55-85°C的水浴，拉伸倍数为1.5-3 ；卷曲卷取机40_70°C，卷曲数控制在18- 个 /25mm,丝束的总线密度为3. 0-5. Oktex ；烘干热定型60-100°C定型，时间10分钟以内，丝束通过开松、上胶制成滤棒，固化时间在50分钟以内。专利原料中涉及了 D-乳酸(或D-乳酸的环状二聚体D-丙交酯)，该专利存在以下不足之处1)原料产能不足(目前只有荷兰 PURAC公司和日本的武藏野公司有中试规模的产品出售)；2)成本高目前D-乳酸售价在 3-5万元/吨，而L-乳酸和D，L-乳酸售价在0. 7-1. 2万元/吨；牵伸预热同样采用了水浴， 烘干步骤需要较大的能耗。该专利在实际应用中存在产能局限和成本较高等缺陷。
因此，需要提供一种新的聚乳酸烟用丝束的制备方法，解决现有专利在实际应用中的不足。发明内容
本发明的目的在于提供一种烟用丝束的制备方法。
本发明提供的制备烟用丝束的方法，包括以下步骤干燥结晶、熔融纺丝、牵伸和张力定型、卷曲、烘干热定型，牵伸和张力定型采用辊内置加热的方式。
所述辊内置加热的方式是通过辊内通热水、热油或内置电加热原件进行加热。
具体的，该方法包括以下步骤
1)干燥结晶将纺丝原料在50-120°C干燥结晶，时间为IO-M小时，控制纺丝原料中的水含量低于IOOppm;
2)熔融纺丝喷丝板的孔数为9000-15000，纺丝的螺杆温度为210_250°C，箱体温度为215-240°C，纺丝速率50-200m/min ；冷却风采用内环放射冷却，冷却温度18_25°C，风压 700Pa ；
3)牵伸和张力定型牵伸采用5辊或7辊，牵伸辊采用辊内置加热的方式，拉伸倍数为2. 2-3. 5倍；预热的慢牵伸辊温度控制在65-95°C，张力定型的快牵伸辊温度控制在60-100°C ；
4)卷曲卷曲机的预热箱温度控制在50_80°C，卷曲轮直径为80_150mm，卷曲轮宽度为32-40mm ；卷曲数控制在18- 个/25mm，丝束的总线密度为3. 0-5. 5ktex ；
5)烘干热定型卷曲后的丝束采用电加热热风干燥定型，温度控制在60-100°C， 时间10-18分钟。
进一步优选，该方法包括以下步骤
1)干燥结晶将纺丝原料在50-120°C范围内进行干燥结晶，时间为10- 小时，控制纺丝原料的水含量低于IOOppm ；
2)熔融纺丝喷丝板的孔数为9000-15000，纺丝的螺杆温度为210_250°C，箱体温度为215-240°C，纺丝速率50-200m/min ；转辊上油，转辊速率5-20m/min，油剂浓度；冷却风采用内环放射冷却，冷却温度18-25°C，风压700Pa ；
3)牵伸和张力定型牵伸采用5辊或7辊，牵伸辊采用辊内置加热的方式，预热的慢牵伸辊温度控制在65-95°C，拉伸倍数为2. 2-3. 5倍；张力定型的快牵伸辊温度控制在 60-100°C ；
4)卷曲卷曲机的预热箱温度控制在50-80°C，采用电加热方式；卷曲轮直径为80-150mm，卷曲轮宽度为32_40mm ；卷曲数控制在1818个/25mm，丝束的总线密度为 3. 0-5. 5ktex ；
5)烘干热定型卷曲后的丝束采用电加热热风干燥定型，温度控制在60-100°C， 时间10-18分钟。
上述方法中
所述步骤1)中的干燥温度采用阶梯升温方式；
所述步骤2、的喷丝孔为三叶形、十字形或U形；
所述步骤幻牵伸辊采用辊内置加热的方式，辊内通热水、热油或内置电加热原件进行加热。
所述步骤1)中的纺丝原料主要材料为聚乳酸，可以采用市售，或者相关产品，优选为改性聚乳酸，该改性聚乳酸是右旋D组份含量在0-3 % wt的聚乳酸，或者是右旋D组份含量在0-3% wt的聚乳酸与其它材料的共混物或共聚物，在共混物或共聚物中聚乳酸占重量比高于70%。
所述其它材料选自聚己二酸-对苯二甲酸-丁二酯共聚物、聚乙醇酸、聚己内酯、 聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚-β-羟丁酸或聚β-羟基丁酸戊酸酯中的一种或几种。
本发明改性烟用丝束的制备方法具有如下优点
1、与现有的制备方法相比，本发明的制备方法舍弃了传统的水浴湿牵伸和水浴张力定型，改为热辊干牵伸和张力定型，使得丝束表面含水量极低，可控制在以内；而现有专利制备的丝束在水浴牵伸后含水量高达10%以上。
通过控制丝束的含水量，可以大幅度提高丝束制备中卷曲和烘干定型工艺段的温度，缩短生产周期，提高了丝束品质。同时，控制水分有利于降低了聚乳酸的热加工解聚和水解程度，提高了改性聚乳酸的纺丝性能和制品丝束性能。
2、现有专利技术提供的丝束自由收缩率在50°C条件下超过2. 5%，本专利通过提高丝束的热定型温度，高出丝束使用温度30°C以上，充分保证了定型效果，制备得到的丝束自由收缩率在50°C条件下控制在以内。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1 聚乳酸的工艺考察
首先需要说明，本发明原料聚乳酸可以采用市售，优选为聚乳酸(其中右旋D组份重量百分含量在0-3%)，也可以是聚乳酸(其中右旋D组份重量百分含量在0-3%)与其它材料的共混物或共聚物(其中聚乳酸部分占比高于70% wt)。
为了更好地设计聚乳酸的丝束制备工艺，对聚乳酸的特性进行了深入的研究。
1、聚乳酸的物性与右旋D组份含量的关系
聚乳酸的合成原料乳酸或中间体丙交酯具有立体异构性，因此聚乳酸应该是同一旋光单体的均聚物或不同旋光单体的共聚物，目前商品化的聚乳酸主要是以左旋原料为主，聚乳酸的物性随着右旋D组份含量的不同有明显区别(D组分主要来源于D，L-乳酸、D， L-丙交酯、meso-丙交酯、以及少量的消旋产物)。
表1 聚乳酸的物性与右旋D组份含量的关系
权利要求
1.一种制备烟用丝束的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤干燥结晶、熔融纺丝、牵伸和张力定型、卷曲、烘干热定型，其中牵伸和张力定型采用辊内置加热的方式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辊内置加热的方式是通过辊内通热水、热油或内置电加热原件进行加热。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤1)干燥结晶将纺丝原料在50-120°C干燥结晶，时间为IO-M小时，控制纺丝原料中的水含量低于IOOppm ；2)熔融纺丝喷丝板的孔数为9000-15000，纺丝的螺杆温度为210-250°C，箱体温度为215-240°C，纺丝速率50-200m/min ；冷却风采用内环放射冷却，冷却温度18_25°C，风压 700Pa ；3)牵伸和张力定型牵伸辊采用辊内置加热的方式，拉伸倍数为2.2-3. 5倍；预热的慢牵伸辊温度控制在65-95°C，张力定型的快牵伸辊温度控制在60-100°C ；4)卷曲卷曲机的预热箱温度控制在50-80°C，卷曲轮直径为80-150mm，卷曲轮宽度为 32-40mm ；卷曲数控制在18- 个/25mm，丝束的总线密度为3. 0-5. 5ktex ；5)烘干热定型卷曲后的丝束采用电加热热风干燥定型，温度控制在60-100°C，时间 10-18分钟。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中的干燥温度采用阶梯升温方式。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述纺丝原料为，右旋D组份含量在0-3% wt的聚乳酸，或者是右旋D组份含量在0-3% wt的聚乳酸与其它材料的共混物或共聚物，在共混物或共聚物中聚乳酸占重量比高于70%。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述其它材料选自聚己二酸-对苯二甲酸-丁二酯共聚物、聚乙醇酸、聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚-β-羟丁酸或聚β-羟基丁酸戊酸酯中的一种或几种。
全文摘要
本发明涉及一种环保烟用丝束的制备方法，该方法包括以下步骤干燥结晶、熔融纺丝、牵伸和张力定型、卷曲、烘干热定型，其中牵伸和张力定型采用辊内置加热的方式。本发明方法制备的烟用丝束提高丝束制备中卷曲和烘干定型工艺段的温度，缩短生产周期，提高了丝束品质。同时，控制水分有利于降低了聚乳酸的热加工解聚和水解程度，提高了改性聚乳酸的纺丝性能和制品丝束性能。
文档编号A24D3/08GK102493003SQ20111034620
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者吕效东, 王秦峰, 荣先奎, 许克强 申请人:马鞍山同杰良生物材料有限公司