专利名称：表面具有纳米结构的过滤嘴用醋酸纤维及其制备方法
技术领域：
本发明属于过滤嘴用醋酸纤维的加工领域，尤其涉及表面具有纳米结构的过滤嘴用醋酸纤维及其制备方法。
背景技术：
醋酸纤维具有较高的截留烟气焦油的性能，因此目前在国际上卷烟的过滤嘴大部分使用醋酸纤维，尤其是高档烟。但醋酸纤维本身只能截留烟气中30％的焦油，多年来国内外专业人士一直在寻求进一步降焦减害的方法。经过大量研究工作，目前基本采用在滤嘴中添加吸附剂制成复合滤嘴的方法，如美国专利4637408报道将高锰酸盐、胶态硅、硅胶等添加到滤嘴醋酸纤维中；东南大学的王怡红等将NaCl添加到滤嘴醋酸纤维中；河南农业大学的于建军等用麦饭石、提纯膨润土、膨化蛭石、活性炭、膨化珍珠岩等颗粒吸附材料制作复合滤嘴；延安大学的郭立民等用壳聚糖制成卷烟复合滤嘴；CN 2174854Y公开了将活性炭添加到醋酸纤维中制备烟的滤嘴；CN 1198905A及CN 1172617A公开了将分子筛添加到醋酸纤维中制备复合滤嘴；CN 1194123A公开了用乙烯基单体、三氧化二铝粉末、草酸添加到醋酸纤维中制成复合滤嘴。但有些复合滤嘴的制备方法工艺复杂、成本高、污染严重。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种纤维比表面积远大于常规醋酸纤维的表面具有纳米结构的过滤嘴用醋酸纤维，从而提高醋酸纤维的吸附效率，实现卷烟降焦减害的目的。
本发明的再一目的是提供一种表面具有纳米结构的醋酸纤维的制备方法，通过低温等离子体这种干式处理工艺对醋酸纤维进行放电处理，在醋酸纤维表面构造纳米级凹凸结构，从而大大增加醋酸纤维的比表面积。
当利用低温等离子体处理醋酸纤维时，低温等离子体中含有的离子、激发态分子、自由基等多种活性粒子与纤维表面进行多种相互作用。该处理会对纤维表面产生侵蚀作用，其原因大体上有两种一种是等离子体中的电子、离子等粒子撞击纤维表面的溅射侵蚀。另一种是等离子体中的化学活性种对纤维表面的化学侵蚀。这两种侵蚀作用使醋酸纤维表面产生了纳米结构。
本发明的表面具有纳米结构的过滤嘴用醋酸纤维，是指在醋酸纤维表面具有纳米级凹凸形状的结构，其纳米级凹凸结构的形状有多种多样，其凸处的直径或宽为20～500nm。
所述的低温等离子体处理是将醋酸纤维放入处理腔内，然后将处理腔内的压力抽至小于或等于10Pa，通入非聚合性气体调节处理腔内的压力为10～200Pa，优选26～130Pa，更优选30～60Pa；然后对处理腔内放置的电极施加电压，进行低温等离子体处理；功率是20～300W，优选50～280W，更优选80～250W，处理时间30～1800s，优选60～900s，更优选120～600s。
在低温等离子体处理时，若真空度过低，电子的平均自由程小，电子在一个碰撞周期内从外电场获得的能量小，因而能量高到足以激发电离气体分子或原子的电子数目少，等离子体氛围中活性粒子的数目少，能量低，作用于醋酸纤维表面后的效果差；若真空度过高，气体稀薄，粒子数目本身就少，可用于激发，电离生成活性粒子的粒子数目就更少，因而作用于醋酸纤维表面的粒子数量少，两个相反因素使得当真空度适中时，才可获得最佳的处理效果。低温等离子体处理时，若放电功率太小，则所需处理时间过长；功率若太大，放电不稳定，反应不好控制。处理时间若过短，起不到效果；若过长，对纤维损伤较大。
所述的通入的气体是空气、氧气、氮气、二氧化碳、氩气、氦气、氨气等非聚合性气体或它们的任意混合气体，优选使用氧气。
本发明通过对醋酸纤维进行低温等离子体处理，得到表面具有纳米结构的醋酸纤维，该醋酸纤维比表面积增大5～25倍、大大提高了吸附效率和过滤效果。本发明技术不使用任何添加剂，无废水排放、无环境污染、并可节约原材料和能源，具有显著的经济效益和社会效益。
下面结合实施例和比较例进一步说明本发明，但本发明并不局限于此。
图1比较例1未处理醋酸纤维的SEM照片。
图2本发明实施例6所得表面具有纳米结构的醋酸纤维的SEM照片。
具体实施例方式
实施例1将卷烟用醋酸纤维直接放入低温等离子体反应室内，抽真空，当反应室内压力达到4Pa时开始通入空气使反应室内真空度平衡在26Pa，然后进行辉光放电，用20W功率进行1200s的放电处理。得到的纤维表面具有纳米级凹凸结构，其凹处的直径或宽为20～500nm。
实施例2将卷烟用醋酸纤维直接放入低温等离子体反应室内，抽真空，当反应室内压力达到6Pa时开始通入氧气，使反应室内真空度平衡在40Pa，然后进行辉光放电，用100W功率进行300s的放电处理。得到的纤维表面具有纳米级凹凸结构，其凹处的直径或宽为20～500nm。
实施例3将卷烟用醋酸纤维直接放入低温等离子体反应室内，抽真空，当反应室内压力达到7Pa时开始通入氮气使反应室内真空度平衡在76Pa，然后进行辉光放电，用80W功率进行900s的放电处理。得到的纤维表面具有纳米级凹凸结构，其凹处的直径或宽为20～500nm。
实施例4将卷烟用醋酸纤维直接放入低温等离子体反应室内，抽真空，当反应室内压力达到9Pa时开始通入二氧化碳气使反应室内真空度平衡在100Pa，然后进行辉光放电，用200W功率进行1800s的放电处理。得到的纤维表面具有纳米级凹凸结构，其凹处的直径或宽为20～500nm。
实施例5将卷烟用醋酸纤维直接放入低温等离子体反应室内，抽真空，当反应室内压力达到6Pa时开始通入氩气使反应室内真空度平衡在180Pa，然后进行辉光放电，用150W功率进行120s的放电处理。得到的纤维表面具有纳米级凹凸结构，其凹处的直径或宽为20～500nm。
实施例6将卷烟用醋酸纤维直接放入低温等离子体反应室内，抽真空，当反应室内压力达到10Pa时开始通入氧气使反应室内真空度平衡在40Pa，然后进行辉光放电，用200W功率进行600s的放电处理。得到的纤维表面具有纳米级凹凸结构，其凹处的直径或宽为20～500nm。
实施例7将卷烟用醋酸纤维直接放入低温等离子体反应室内，抽真空，当反应室内压力达到9Pa时开始通入氮气/氩气混合气，使反应室内真空度平衡在40Pa，然后进行辉光放电，用300W功率进行30s的放电处理。得到的纤维表面具有纳米级凹凸结构，其凹处的直径或宽为20～500nm。
比较例1卷烟用醋酸纤维，未进行任何处理。
纤维表面结构分析使用JSM-6700F型电子扫描显微镜观察醋酸纤维表面结构。
比较图1与图2可以知道，经低温等离子体处理后的醋酸纤维表面产生纳米级凹凸结构，其凸处的直径或宽为20～500nm。该凹凸结构将大大增加醋酸纤维比表面积，从而大幅度提高吸附效率和过滤效果。
比表面积的测试把上述实施例1～7及比较例1的醋酸纤维在室内放置48小时，然后用ST-08A比表面仪进行测试。
将上述实施例1～7及比较例1的醋酸纤维比表面积的测试结果以及外观测试结果表示在下表1。
表1
从上表1可以知道，经本发明技术处理的醋酸纤维比表面积增大5～25倍、从而将大大提高吸附效率和过滤效果。所用载气、处理时间和功率都对微观结构、比表面积有一定的影响。适当选取处理条件可以得到符合不同程度过滤效果要求的过滤嘴用醋酸纤维。
权利要求
1.一种表面具有纳米结构的醋酸纤维，其特征是在醋酸纤维表面具有纳米级凹凸形状的结构。
2.如权利要求1所述的醋酸纤维，其特征是所述的凸处的直径或宽为20～500nm。
3.一种如权利要求1～2任一项所述的表面具有纳米结构的醋酸纤维的制备方法，其特征是将醋酸纤维放入低温等离子体处理腔内，然后将处理腔内的压力抽至小于或等于10Pa，通入非聚合性气体调节处理腔内的压力为10～200Pa，然后进行辉光放电，功率是20～300W，处理时间30～1800s。
4.如权利要求3所述的方法，其特征是所述的非聚合性气体是空气、氧气、氮气、二氧化碳、氩气、氦气、氨气或它们的任意混合气体。
5.如权利要求3所述的方法，其特征是所述的通入非聚合性气体调节处理腔内的压力为26～130Pa。
6.如权利要求5所述的方法，其特征是所述的通入非聚合性气体调节处理腔内的压力为30～60Pa。
7.如权利要求3所述的方法，其特征是所述的放电功率为50～280W。
8.如权利要求7所述的方法，其特征是所述的放电功率为80～250W。
9.如权利要求3所述的方法，其特征是所述的处理时间是60～900s。
10.如权利要求9所述的方法，其特征是所述的处理时间是120～600s。
全文摘要
本发明属于过滤嘴用醋酸纤维的加工领域，尤其涉及表面具有纳米结构的过滤嘴用醋酸纤维及其制备方法。将醋酸纤维放入低温等离子体处理腔内，然后将处理腔内的压力抽至小于或等于10Pa，通入非聚合性气体调节处理腔内的压力为10～200Pa，然后进行辉光放电，功率是20～300W，处理时间30～1800s，得到在醋酸纤维表面具有纳米级凹凸形状的结构，所得醋酸纤维比表面积增大5～25倍，因此可以大幅度提高醋酸纤维吸附效率和过滤效果。本发明通过变化载气、处理时间和功率，可得到不同的比表面积。本发明技术不使用任何添加剂，无废水排放、无环境污染、并可节约原材料和能源，具有显著的经济效益和社会效益。
文档编号D01F6/02GK1548592SQ03123910
公开日2004年11月24日 申请日期2003年5月20日 优先权日2003年5月20日
发明者李希茂, 金鲜英, 刘必前, 江雷 申请人:中科纳米技术工程中心有限公司