（材料学专业论文）新型烟用粘胶短纤维滤嘴的研究.pdf

郑州太学顽十学位论文 摘要 为改善滤嘴对卷烟焦油的过滤效果，提高吸食品质，降低卷烟成本，本文在 对翻前卷烟用二醋酸纤维素滤捧和聚丽烯纤维滤棒原材料结构和成型工艺优缺 点分析研究的基础t ，选用粘胶短纤维作为卷烟过滤材料，开发r 粘胶短纤维卷 烟滤棒的成型工艺踌线，制备了符台爨家标准的新型卷烟滤棒。对不同规格纤维 和成型工艺条件对滤棒件能的影响进行了较系统的研究，取得一些有价值的研究 成果，并为实现糙胶短纾维卷烟滤棒的工业化生产奠定了坚实基础。主要研究结 果如下： l 、运用g d m s 试验方法，对多种目前烟用聚内烯丝束( p p ) 滤嘴样品和 醋酸纤维( c a ) 滤嘴样品的烟气进行了对比分析。笈现虽然有的p p 滤嘴降焦油 能力接近c a 滤嘴， f l 其截冒烟气有害成分的能力低于c a 滤嘴，即减害能力不 如c a 样品。并对烟气焦油含量孝h 同的p p 滤嘴样品和c a 滤嘴样品进行分口抽 吸( 共8 ：| ) 对比试验发现，p p 滤嘴在赫三口对焦油过滤能力优于c a 滤嘴， 低其后二口对焦油的过滤能力急剧下降而远劣于c a 滤嘴；使接装p p 滤嘴的卷 烟后几u 辛辣昧较萋，吸食品质变差。并对这种现象的原因进行了初步探讨。 2 、用粘胶短纤维为土材料，配咀涤纶短纤维，制得五种配组，墨卜匕个滤 棒样品。研究了滤棒配组与单丝线密度对滤嘴性能的影响，并对其硬度，吸阻， 吸水率，圆周，k 度等物理性能指标进行了测试。发现在滤棒单支蕈景一定条件 f ，减少糕胶短纤维昀用量或者增加粘胶短纾维豹单丝线密度都可以减小滤捧i 毁 阻，反之则增加吸阻；增加涤纶短纤维的用量，可大幅度提高滤棒硬度；提高糕 骏短纤维单丝线密度，也可提高滤棒硬度。 3 、埘粘胶纤维滤嘴卷烟的吸阻、总粒相物、焦油、烟碱、水分和c 0 等进 行了研究，发现烟气中焦油和烟碱的含量随吸阻增加面减少，随粘胶短纤维禽量 ( w t ) 增加而减少，随粘胶短纤维单熊线密度的减小而减少。随涤纶短纤维的单 丝线密度增加，卷烟吸阻下降和滤嘴降焦能力下降。 4 、对比研究了粘胶滤嘴与p p 和c a 滤嘴过滤效果的差异。通过分口抽吸发 现，前三口，各静滤嘴对粒相物的吸附性能基本相同：之后粘胶滤嘴样品过滤能 郑州大学顾士学位论文 力超过c a 样品。烟气化学成分分析，发现新型粘胶短纤滤嘴对苯乙烯、丙酸、 戊酸、3 ，5 二甲酚、苯甲酸、3 甲基1 h - 哼哚和对苯二酚等七种有害成分过滤 效果优于c a 滤嘴。 5 、分析研究了粘胶、c a 和p p 滤嘴对焦油和有害物质过滤能力大小的原因， 为进步提高滤嘴的过滤效率提供理论指导。 6 、评委对分别接装粘胶、c a 和p p 滤嘴卷烟进行了双盲评吸。评吸结果表 明，接装粘胶短纤维滤嘴的卷烟，其吸食品质与二醋纤滤滤嘴卷烟相近，远优于 p p 滤嘴卷烟。 关键词：卷烟滤嘴，粘胶短纤维，涤纶，二醋酸，丙纤 i i 邦删丈学磷i 擘位谚史 i no r d e ri oi m p r o v et h ef i l t f a i i 锄e f | f j c i e y0 ft o b a c c of i l l e r 断t o b a c c oi a r 鞠dl h e s m 旌弧gq u 越i 眈a i l d 翻w 蠡c e 氇ec o s to f 协b a c ，壕es 瓣d 辩瞳f 删a 狂娃 p r o c e s s e dm a t c r i a l s 、v c r ei n v e s t i g a t e d m ea d v a 翦t a g ea n dd i s a d v a n t a g eo fm o l d 衲g t e c h n 。1 0 9 i e so fc e l l u l o s ed 8 钟t a t ef j b e r 髓l t c ra n dp o l y p r o p y l c n ca b c r 盛l l e rw e r e a n a l 弘e d ( hl h 括b 踮琏攮e 砸s s es l 珏p l e 镦吲w a ss e l e c 挺da sl k 蛀h e rs 酬f fo c i g a r e “ef i l 把r sa n dm o l d j n 碧p r o c e s s0 fw h i c hw a se x p l o t e d a c c o 坩i n g t ot h e 船虹o a ls t a n 幽t d ，as 出e s 瞄n 翎pt y p e s0 耋v 墨s s os t a p l e 辩糟t o b a c s m o k ef n 露糌 w e 阮盘h 汹t 。d b yn e wl e 酿蒯o g y s 笋| c m 论咖纛i e s 锶氆霉e f f e c t so f 镬侬r c ml y p 。s o ff i b 球sa n dt h ev a r i e dm o 埘i n g n d n i o n so nt h ef i l l 钳p e h b n n a n c ew e r op e r f o 蝴e d ， a n ds o m ev a l u a b i ea c h j e v e i n e n t sw e r eo b l a i n e dw h i c hi sv c 叫u s e f u lf o rt h e d e 嘲叩m g n 村i 删h s 斑a 王i z a 垃。珏e f ￥i s c o s e 髓8 茸ef i m e 姆酗c 蝴o k 翻毫c 蔓t h o 1 _ t l a i nw o r b 蝴dc o n c l u s i o n sw 盯ea sf o l l o w i n g ： 1 ( b sc h f o m a t o g r a 曲y n a s s 印e c t r o m e t r y 姆d m s ) w a su s c d 培i n v e s t g a t e 曲e c 谗a 犯l es 啦o k ep a r 程c | e so fl 辩a h yd j f 岛t e 撒t y p e s6 fp o l y p f o p 舜娜o ( p p ) 拜b 胖蠡l t e r s a n dc e i l h l o s oa c e t a t ef c a lf i b 托矗l t e i s s o m eo fp p 棚t e r sh 8 v ee x c e l l c n tt a r r e m o v a le 衔c i e n c j e s ，w h i c h 舭ec b s et o ( ：af i l t e nb u th 8 n 划b lc o m p o n c n t s | _ c m o v a l e 爆c e n c i 撼硝p p f i l t e f s j ss t i l l 诹据i 主o f 瓣t 搬o f c a 蠡l 既秘曼宅招垂。s 8 再h e 痨勰y o f d e c r e a s i n g t o x i c a n to f p p 氍l t e r s i s o t a sg o o da s t h a to f t h e c a f i l # r s ，b y m e a n so f 6 c m s ，础p a 嘣；v ee 。p e n m e n t so fe v # 搿m o u c hs m o 如o fb o t hp p 蹦t e fa n de a 鞋l 斑fw 诖h 氇es a m e n e n i 甜纽fw e 聪p e 打b f m 。ds 。p 8 糯姆l y ( 8m 哦l t 拈扭a 1 1 ) 。弧e f e s h l t ss h o wt h 战f o rm ef i 僦l h r e em o u t 憾，t b ep p 脚t c rl a r sf e m o v a le f 侥c ti sb e h e r i h a nl h a t o f 【j 1 ec af i l i e r s ，咖tf o ft h es u b s e q h e n tf i v em o u t h j ld 忧l j 稿翻s h a r p l y ， w h i 曲搿h 王t s 瓤 b e i n f e 西o f i l y 硝p p 螽 l e 嚣t o ( 泌f l l t 锄，诵e 碍醇蠊e t 科t 搴疆如搴j a 畦 妊v em o u t h s0 fp pf i l 盯d g a r e n ea 托打f n a t i v ea n dl a c kt kh a 廿n o n na n dt h er e a s o n so f 妯i c hw 目# 热c u s s e dp d m 撕l y m 塑型娄篓坚圭兰堡堡苎 2 u s i n gv i s c o s es t 印l ef i b 针，a d d i n gi d b o u t1 5 岍3 0 w e i g h ip e f c e n to f 如8 s e do n t h ef i l t e rs t u 询p o i y e s t c rs t 8 p l e 虹b c l 丘v et y p e so fc i g a r c 讹f i n e ff o d ，j n d u d i n gt h i r t y s w e nk i n d s0 ff n t e t 仲d si na nw e t e 掣e p 甜e d t h e 杜e 旺s 碟d i f c r e 嫩t y p c sa n d i i n e a r d e n s i t vo nf i l t e r sh a v eb e e ns t u d l e d ，a n dt h eh a i d n e s s ，d r a wr e s i s t a n c e ，w a t e r a b s 唧i o nc 婶a c i 母，d f c u 伽妊躺硒d 炳g t ho f 恤f i v et y p e so fc i g a r c t t cm t e 菇 w e r ct e s i e d t h er c s u l t ss h ( 州t h a tl h e 出a wr e s i s t 蚰c eo fn n e fc a nb cr c d u c e db y d e c i 亡a s i n gt h 亡w e i 曲t n t e n 主o fv i 9 c o s e 吐a p l ef i b f eo r 姆i n c r 黼s i n gt h e i n e a r d e n s i t yo fv i s c o s es 协p l e 右b r ew i t hc o n s t a n tu n i tw e i g h t o nt h ec o n 协l r y ，t h ed r a w r e s i s t a n c e 碰f i i t e r si b c r e a 辩d w h 如i n c r e a s m gt h ew e i 曲ic o n t e n lo fp o i y e s t e rs t a p l e f i b r co r t h c6 l a m e n t1 i n c 盯d e n s n yo fv i s s es t a p l e 肋r e ，t h eh 删n e s so ft h ef i l t e r s i 唧m v e dg a t l y 3 f j v et y p e so fc i g a r c t 忙| i n e r sm dw e r ea s s e mb l e dw i l ht o b a c c or o ds 。p a r r i l e ly ， 明dl h e d r a wr e s i s t 哺c e 、t o t 越p a f t i c u l a t cm a t t e ht a ln i c o t i n e w a t e ra i l do dw e f e 饽s t e d t h er e s u l t si n d i 曲t e dt h a tt a ra n dn i c o t j n oj ne i t e r e dc i g a r e t t es m o k ed e c r e a s c d w n ht h ei n c f c a s i n go fd f a wr c s i s t 柚c ea n dt h ew e i 曲tc o n i c n lo fv j s c o s es t a p l e 曲佗， w i t ht h ed e c r e a s i ”go “i n e a rd e n s j t yo fv i s c o s es t 印l ef i b r c w j t ht h ci n c r c a s j n go f l i n e a rd c n s “yo fp o l ”s t 盯s 扭p i e 矗b r c ，l h ed r a w s i s t 柚c ea n dt h ea b j 】- t y0 f d u c j n g t a ro ft h e 丘l f e r sd e c r e a s e d 4 c o m p a r a t i v ee x p e d m 。n t so nt h cd i 饪盯。n c e0 fv i s c o s es t a 脚e 曲r en d dp pa n d c a 衍b r ei n 丘l 仃a t i o ne 墒d e n c yw e r cp c r f o 啪e d t h et e s t so fm o u t h sp u m p j n gs h o w m a a ut h es 啪p l e sh a v et h es a m ea d s 0 p t j o nc a p a c j t yf o rc i g a t e h e 锄o k 。p a n i c i c sa t t h cf o r e g o i n gt h r e em o u t h s a f t e h a t ，t h ef i l t r a d o nc a p a c i t j e so ft w ov i s c o s es t 8 p i e f i b 他sa r es u p e r j d ft om mo fs a m p l ec as u b s e q u e n l l y s u b s t a n c c sf r o m 靠l t e r d c i g a r e t t cs m o k ew e r ca n a l y z e du s i n gt t l et e c h n o l o g yo fg a sc h r o m a t o g r a p h y m a s s s p e c l f o m e t r y ( g c - m s ) t b er e 阳l t ss u g g e s tt h a ta d s o 平蛙o nc a p a d yo fn e wv j s c o s e s t a p l e 仃b r c n l t e rt i p s a m p j e s f o r s l y r e n e ，p r o p 卸o i c a c i d ，b e n 2 0 i ca c i d a n d 3 一m e t h y l - l h i n d o l ei sk 挝e rt h a nc a 封i t e ft i p 5 t h er e a s o n so ff i i t r a i i o nc a p a c i t yo fv i s c o s es t a p l e 行b r c ，c aa n dp pn l t e r c j g a r e t e sf o r h a f m lc o m p o 朗担w e r ea n a y z e da l l ds t 非d i e d ，w b i c ha d s a sag u 继et o j m p r o v i n g6 l l r a t i o nc 印a c i t yo f t h e f i l t e r si nt h ef u t u r e 1 v 郑州大学硕士学位论文 6 t h eb o t h _ b l i n ds e s o r yt e s t sf o rv i s c o s es t a p l ef i b r e ，c aa i l dp pf i l t e rc i g a r c t t e s w e r eh e l d 1 _ h et e s tr e s u l t ss h o wt h a ts m o l 【i n gq u a l i t yo fv i s c o s es t 8 p l ea b r ef i l t e r d g a r e t t e si sc l o s et ot h a to fc a 丘l t e rc i g a r e t t e sa n d e x c c lp pf i l t e rc i g a r e i t e s - k e yw o r d s ：c i g 甜e t t ef i l t e r ，v i s c o s es t 印l ef m f e ，p o l y e s t e r ， c e l l u l o s ea c e t a t e ， p o l y p m p y l e n ef i b r e 郑重声明 本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没 有票l 窃、抄袭等违反学术道德、学术飙范的侵权行为，否则，本人愿 意承担由此产生昀切法律费侄年鞋法待后果，特此郑重声明。 学位论文作者( 签名) ：榭荽薄 2 。一f 年，月，门 郑州大学硕士学位论文 1 1 概述 第一章前言 世界上第一个卷烟滤嘴于1 9 3 0 年问世，是用棉花作为过滤介质。1 9 3 6 年纸 质滤嘴上市，但质量很差，发展缓慢【1 】。5 0 年代初，b r o w n 和w i l l j 锄s o n 首 先介绍了：二醋酸纤维过滤材料。1 9 5 3 年这种材料的滤嘴开始供应市场，次年即 占卷烟市场的9 ，到1 9 7 9 年增长至9 2 ，超过了所有种类的过滤材料，并一 直处于主导地位。从6 0 年代开始，国外先后研究过，聚烯烃纤维r 聚丙烯纤维， 聚乙烯纤维1 滤嘴【2 ，3 ，4 ，5 ，6 】、聚烯烃和其它掺混物的香烟过滤嘴【7 】、以及聚 酯纤维【8 】和聚酰胺纤维【9 ，1 0 】香烟过滤嘴，但研究最多的还是聚丙烯纤维 【1 1 】( 简称p p 纤维1 香烟过滤嘴。7 0 年代术，美国、捷克等国研究成功以聚丙 烯丝束做卷烟滤材。1 9 8 9 年，我国丌始了以聚丙烯丝束做烟用滤材的应用开发 研究，并逐步实现了工业化生产【1 2 】。经过几年的实践证明，以聚丙烯丝束用 来做烟用滤材是完全可行的【1 3 】。目前我国即以二醋酸纤维丝束f 简称二醋纤丝 束) 和聚丙烯丝束做为卷烟滤材。 1 2 烟用二醋酸纤维概况 醋酸纤维是人类最早发明的一种人造纤维。早在1 8 6 4 年p s c h u t z e n b e r g e r 以实验室规模研究成功，使用醋酸酐进行纤维素的乙酰化，从而，r 辟了，| i 产：纤维 素纤维的途径。1 9 0 4 年拜尔公司的前身一拜尔染料公司，根据a e e i c h e n 2 n l n 的项发明，申请了干法纺制醋酸长丝的专利。2 0 年以后，瑞士人d r e v f u s 在美 国合资生产醋酸纤维。i g f a m e n i d u s t r j e 染料t 业公司协同格兰兹斯托夫公司， 在柏林建成一座醋酸丝厂，1 9 2 6 年投产，从而醋酸纤维开始工业化生产。到了 上世纪七十年代，全世界醋酸纤维产量已超过4 0 万吨，是当时世界五大纤维之 一。可是生产技术全部被五大公司所垄断。这五大公司是美国c e l a n e s e 公司 【1 4 ，1 5 ，1 6 ，1 7 】、美国e a s t m a i l k o d a k 公司【1 8 ，1 9 ，2 0 ，2 1 ，2 2 ，2 3 ，2 4 ，2 5 ，2 6 ，2 7 】、美国 c o u n a u l d s 公司【2 8 ，2 9 ，3 0 】、法国r h o n ep o u l e n e 公司【3 1 】和日本d a i c e l 公司 郑州大学硕士学位论文 【3 2 ，3 3 ，3 4 ，3 5 ，3 6 ，3 7 ，3 8 】。 国外一些大公司不断的对醋酸纤维进行技术革新，降低成本，但限制产量， 抬高市场价格，从而获得更多的利润。例如开发出能光降解的新型环保醋酸纤维 素【3 9 】；用新型的纺丝技术，如用c 0 2 超临界溶解醋酸纤维素进行纺丝【4 0 】， 可以得到高吸附性能的醋酸纤维；回收利用废香烟滤嘴，从香烟滤嘴中回收纤维 素【4 1 】。 我国是世界卷烟主产国，产量已超过美国，居世界第一位，占吐界总产量的 3 0 。近几年来，我国滤嘴烟发展迅速，从1 9 9 2 年的6 5 9 发展到1 9 9 7 年的 9 6 0 ，年均增长率达7 8 。在1 9 9 8 年以前，我国烟用丝束均采用进口醋纤 丝束。1 9 8 9 年第一家中外合资的南通醋酸纤维有限公司投产，并于1 9 9 4 年实现 了原料自给。到目前，南通醋酸纤维有限公司年生产能力2 5 万吨，昆明醋酸纤 维有限公司年生产能力1 2 5 万吨，珠海醋酸纤维有限公司年生产能力1 2 5 万吨， 西安惠大化学工业有限公司年生产能力o 8 万吨，合计5 8 万吨，远不能满足目 前烟厂的2 0 万吨年的需求，加上聚丙烯丝束年产量7 5 万吨，二者合计才1 3 - 3 万吨，不足部分由进口弥补，现在进口的基本上为二醋纤丝束。 二醋纤纤维生产工艺比较复杂【4 2 】，如图l 1 ： 成 回收丙酮 图1 1 二醋纤纤维生产工艺流程 f j g 1 1m o l d i n gp r o c e s so fc e l l u l o s ea c e t a t ef i b e rf i l t e r 二醋酸纤维工业是集化工、纺工、热电为一体的技术密集型工业【4 3 】。山 于我国烟用醋酸纤维工业起步较晚，基础比较薄弱，尽管通过合资引进技术后， 我国技术人员通过1 0 余年的消化吸收，已基本掌握其制造技术，且产品质量也 达到了国际水平，但我们的工业规模较小，产量不能自给，研究开发力量还跟不 2 郑州大学硕士学位论文 f i 形势发展的需要，严重制约了我国烟草行业对二醋酸纤维的需求。目前二醋酸 纤维素的核心技术仍由国外几家大公司垄断，生产品种除烟用丝束及医用、化工 用丝束外，仅纺织用醋酸纤维就有十几个品种，美国、英国、意大利等国家现正 在加速开发新品种。近年来，我国醋酸丝束的国产化研究取得了显著成果，但个 别关键设备仍需要进口，核心技术设备及相关问题没有解决，目前仍属空白。因 此我国绝大多数的原材料靠进口【4 4 】，生产成本高，目前国内醋纤市场价格约 为3 6 0 0 0 3 8 0 0 0 元吨。由于成本过高，产量有限，我国目前醋纤丝束主要用来 做香烟过滤嘴【4 5 】。在我国，为了打破这种垄断状态，开发一种新型的滤嘴材 料，从根本上取代二醋纤在国内香烟二的应用，是目前的当务之急。 1 3 烟用聚丙烯丝束滤嘴 我国是开发和使用烟用聚丙烯滤材最多的国家之一，作为一种新型滤材，聚 丙烯丝束生产工艺流程简单，一般分为一步法【4 6 ，4 7 】和两步法【4 8 】，生产成 本比较低，是目前最廉价的烟用滤材。但烟用聚丙烯丝束仍然面临众多有待进一 步解决的技术和应用难题。与传统的滤材二醋酸纤维相比，还存在很多缺陷【4 9 】， 对聚丙烯丝束的改性也受到了广大科研工作者的关注。 1 1 3 1 聚丙烯纤维的缺陷 聚丙烯纤维高分子主链没有极性侧基，属于非极性，不利于对烟气中极性物 质的截滤，二醋酸纤维高分子主链含氧环结构并通过醚键连接，主链上含有大量 强极性的醚键( 一0 ) ，侧基上含有大量的酯键( c o o ) ，c a 纤维属于刚性链极性 高分子，作为卷烟滤嘴材料有很好的填充性和截滤性。 两种材料在结构一t 差异很大，导致两者在性能上的巨大差异： ( 1 ) 聚丙烯丝束由于熔点低、断裂强度高、切割弹性大，故在成型滤棒的加工 过程中，切口往往出现熔融、带丝，从而造成切口不平整、生产效率低和对切割 刀片和成烈设备磨损较大的问题。 ( 2 ) 聚丙烯滤嘴卷烟缺乏二醋酸纤维滤嘴卷烟的醇香口感。卷烟烟气中的焦油 成分比较复杂，其中大多数均有不同程度的极性。特别是卷烟烟气中带有辛辣刺 激性成分的烟气，大多是极性的低沸点物质。醋纤分子链上大量极性基团对吸附 3 郑州大学硕士学位论文 这些极性物质较为有利。而聚丙烯分子链上无极性基团，埘烟气中这些低沸点极 性物质成分的截滤性比醋纤差，这就必然导致聚丙纤嘴卷烟比醋纤卷烟显露出较 多的辛辣刺激性气味。 ( 3 ) 聚丙烯丝束在嘴棒成型过程中的静电大，二醋酸丝束不带静电。聚丙烯 丝束导电性能差，在嘴棒高速成型过程中易产生静电，出现丝束缠绕开松辊、堵 塞成型腔等故障，影响棒机高速连续生产。 这些性能上的差异造成聚丙烯滤嘴不能直接应用到中高档香炯上，必须对聚 丙烯丝束进行改型，使聚丙烯丝束的性能接近或者达到二醋酸丝束的性能，才能 使聚丙烯丝束得到更广泛的应用。 1 3 2 聚丙烯纤维的改性方法 烟用聚丙烯丝束的改性方法：一是采用共混挤出技术，就是在聚丙烯造粒的 过程中加入改性剂或者在切片进螺杆挤出机前将改性剂均匀拌入，以在纺丝成型 时形成分布均匀的共混结构，根据加入改性剂的成分的不同，达到不同的改性目 的；二是在丝束后加工过程中，通过对丝束进行特殊的表面处理，赋予丝束特殊 的性能；三是采用化学反应原理，将聚丙烯树酯与所选择的化学改性剂反应制成 高分子共聚物，以此达到改变聚丙烯树酯的某些化学结构和化学性能的目的。 1 3 2 1 物理共混改性 采用物理共混法，引入其他的大分子，提高聚丙烯纤维的刚性：选择刚性较 好的聚苯乙烯、聚碳酸酯、高密度聚乙烯、e v a 树脂，在适当的增容剂的作用 下，与聚丙烯树脂物理共混，从而达到减少粘弹性能、提高刚性的日的。 将p p 与低熔点树脂混合纺丝，经热处理后，p p 纤维丝束部分交联【5 0 】： 美困s e l lo i l 公司将p p ( 熔点1 7 0 左右) 和聚丁烯( 熔点1 3 0 ) 共混，其比例是： p p ：聚丁烯= ( 7 0 一8 0 ) ：( 3 0 一2 0 ) ( w t ) 共混，然后纺丝、冷却、拉伸。拉伸后的丝 束进行热处理，其温度为1 4 5 ，聚丁烯迅速熔融，其粘度立刻降低，使纤维产 生部分粘合交联，再经过卷曲，经开松达到适宜的空气阻力，则可制成硬度较高 的香烟过滤嘴。 1 3 2 2 表面特殊处理 ( 1 ) 用醋酸纤维素处理p p 纤维【5 1 】：美国c e l a n e s e 公司将醋酸纤维溶液浸 4 郑州大学硕十学位论文 溃p p 纤维或将醋酸纤维素溶液喷在p p 纤维上，在溶剂蒸发后，在丝束上形成 醋酸纤维素薄膜，然后对p p 丝束进行绕曲，使p p 表面上的醋酸纤维素薄膜破 裂，纤维之间分离，再用三醋酸甘油酯处理，使纤维部分粘合交联，其中醋酸纤 维用量为2 5 一3 0 ( w t ) ，三醋酸甘油酯用量为2 一4 ( 州) 。 ( 2 ) 在丝束加工的过程中，通过特殊的表面处理，赋予丝束特殊的性能：如 抗静电丝束【5 2 】和驻极体丝束【5 3 】等。 1 3 2 3p p 通过化学接枝处理表面 用自由基接枝共聚方法改性【5 4 ，5 5 】。戴湘琴和黄绍均用自由基接枝共聚 的方法改性聚丙烯卷烟滤材，以提高其表面能、增加自粘性。对聚丙烯接枝共聚 反应条件进行了研究，并运用正交法、方差分析法找出了最佳聚合条件。 通常情况下，要想得到理想的p p 纤维，必须综合运用这些方法，不局限于 某一种改性方法。往往是先对p p 料进行物理改性，然后对纤维表面进行化学改 性，或者对纤维进行物理卷曲等改性，使制品达到理想的硬度和较高的吸附能力。 比较上述改性方法，物理改性混熔纺丝工艺简单，易实现： 业化，但纤维丝 束的粘合交联性不稳定，使滤嘴的硬度尺寸稳定性差；表面改性在丝束表面涂上 粘合剂，使丝束粘合交联，这种滤嘴的硬度很高【5 6 】，但丝束易结块，较难实 现工业化；增加聚丙烯丝束的卷曲数达到增加滤棒的刚度，这种方法对设备要求 很高，使实现工业化有一定的困难；用化学接枝共聚方法处理表面，提高p p 的 极性和表面能，从根本上改善p p 的自粘性，而且可以通过改变单体的浓度，撺 制香烟滤嘴的弹性、硬度、稳定性，使改性后p p 切片滤嘴的生产工艺能运用醋 纤滤嘴成熟的生产工艺，这将为p p 滤嘴生产带来广阔的前景。 毋庸置疑，通过改性将给聚丙烯纤维加入更多的改性剂和表面活性剂，从而 使聚丙烯纤维的成本提高，工艺变的更加复杂，更重要的是加入了一些与烟气成 分不同的东西，增大了烟气中残余杂质成分的可能性，从而为改善烟气【_ 】味增加 了更多的障碍。 1 f 3 3 国内对烟用聚丙烯丝束加工工艺研究 烟用聚丙烯丝束的成型是成型滤棒最关键的一步，因此有很多研究人员都对 烟用聚丙烯丝束的成型工艺进行过系统的研究。 郑州大学硕士学位论文 朱洪军【5 7 】用改进后的h p 一0 2 1 型短程纺丝设备生产烟用改性丝束的主 要生产工艺技术，经采用多孔异型喷丝板纺丝，二步法油浴拉伸，改进的卷曲工 艺，最后进行特殊的后加工处理，制得烟用改性聚丙烯丝束。顾佳秋和唐颖营【5 8 】 对聚丙烯烟用丝束全自动打包机工作原理进行了分析研究，分析了液压系统和电 气控制系统的工作情况及比例阀对打包机的重要作用。尹翠玉、樊文杰和付强 【5 9 】对烟用聚丙烯丝束线密度不匀率的影响因素进行了分析，结果发现采用高 等规度、高熔融指数的聚丙烯切片和高纺速、低拉伸倍数、水浴拉伸工艺，并使 卷曲温度和压力稳定，可降低丝束线密度不匀率。陈水平、黄卫东和李风英等【6 0 】 研究了喷丝板和牵伸倍数对烟用聚丙烯丝束性能的影响，发现用喷丝孔截而积小 的b 喷丝板纺制的纤维结晶度高、断裂比功小、切割性能好、成棒率高，更适 合于烟用聚丙烯丝束的生产。经热处理后的聚丙烯丝束的纤维性能在后牵伸倍数 为2 o 前后变化较大，在后牵伸倍数大于2 o 时，随后牵伸倍数的增加断裂比功 减小，声速取向增大，切割性能改善。强晓燕、谢湘漪和王红霞【6 1 】通过对烟 用聚丙烯丝束生产线上纺丝、卷绕、卷曲及定型等工艺的改进，可碌著提高丝束 的开松性能，从而解决后道成棒工序中存在的一系列问题。朱树辉和梅月清【6 2 】 对聚丙烯熔喷无纺布的生产工艺作了大量探索，丌发出熔喷技术应用于烟用的一 步法生产工艺；讨论了熔喷无纺布应用于烟用滤棒的性能和特点。孙兴胜【6 3 】 丌发出了新型的烟用聚丙烯丝束上胶系统，并投入商业化应用。戴玉芳【6 4 】通 过设备改造和工艺调整，改单一压力卷曲为以蒸气、压力双重作用的卷| l 模式， 改造后丝束的稳定性提高，滤棒吸阻明显降低，丝束的膨松性能增强，在符合硬 度要求的前提下，每吨丝束的出棒量比改造前增加约1 0 力- 支。 通过国内众多科研人员的努力，烟用聚丙烯丝束技术已经投入市场，发挥了 巨大的作用，为缓解烟用二醋纤丝束的压力做出了巨大的贡献。 1 4 粘胶纤维 1 4 1 粘胶短纤维( v i s c o s es t a p l ef i b r c ) 简介 粘胶纤维是一种再生纤维素纤维【6 5 】。再生纤维索纤维是用从木材、棍短 绒以及植物藁杆等提取出的精制纤维素为原料，先将其制备成纤维素或其衍生物 的纺丝溶液，后再经纺丝制得的一类纤维的总称；由于其构成纤维的化学组成， 6 郑州大学硕士学位论文 与其所使用原料的化学组成相同，即纤维素，故称之为“再生纤维素纤维”。主 要品种有粘胶纤维、l y o c e l l 纤维【6 6 】以及n m m o 纤维等。这些纤维的基本性 能( 如吸湿性、染色性等) 与天然纤维素纤维如棉花、麻类等相似，但其妖丝产品 的外观形状则又与天然纤维素纤维不同；另外，再生纤维素纤维的力学性能，又 可随其所使用加工工艺的不同，在相当大的范围内进行调节。 制造时，取精制的纤维素为原料，先使其生成纤维素的衍生物，而后再使之 溶于某个溶剂中以制得纺丝原液，采用湿法纺丝制得初生丝再经后处理加工即 得成品纤维一粘胶纤维：另外，它还可以制成纤维素原料，直接将其溶解在某种 溶剂中以制得纺丝原液，随后经纺丝、后处理以制得成品纤维( 如铜铵纤维和 n m m o 一纤维) 。在所制得的这类成品纤维中，构成其纤维的成纤高分子物质未 变、仍为纤维素大分子的化学结构，但其大分子链的长度、聚集态结构等已与其 原料分子不同。 粘胶纤维是再生纤维中最主要的品种，现在世界上生产的再生纤维素大部分 为粘胶纤维。粘胶纤维工业化生产已有8 0 多年的历史，我国的粘胶纤维工业从 5 0 年代开始发展，大部分工厂在6 0 年代兴建。粘胶纤维的品种按照用途可分纺 织与工业两大类。其中用于纺织纤维可分长丝、短纤维两类。长丝按其外观可分 有光、无光、半无光、纺前着色丝等多种；短纤维可分普通型纤维、高性能纤维、 特种纤维等三类。其中普通型纤维又可分棉型粘胶纤维( 人造棉) 和毛型粘胶纤维 ( 人造毛) 。 粘胶短纤维物化性能：纤维的相对密度为1 5 0 1 5 2 ；具有良好的吸湿性， 回潮率为1 1 0 ，在温度2 0 、相对湿度2 0 时的吸湿率为4 5 6 5 ，相 应在温度2 0 、相对湿度9 5 时的吸湿率则为2 5 3 0 ；产品的线密度般 为1 6 5 2 7 5 d t e x ，切断长度为3 5 4 0 m m 。纤维在湿态下的强度和模量有所降 低，刁i 耐磨；制作成服装的尺寸稳定性不好；它的热稳定性很好，在分解前1 i 发 ，e 软化或熔融，热分解温度为2 6 0 3 0 0 ；该纤维的耐碱性优于其耐酸性，热 的稀酸和冷的强酸溶液都能使其分解，但碱性溶液对其则无此作用。在强碱溶液 中它会发生溶胀，强度有所下降：不与一般的有机溶剂反应；能使用多种不i 司的 染料进行染色。 7 郑州大学硕士学位论立 1 4 2 粘胶短纤维的生产工艺 粘胶短纤维的制备：首先将制作该纤维用的原料一浆粕f 木浆或棉浆) ，用浓 度约为2 4 0 9 l 的氢氧化钠溶液进行浸渍处理，使原为纤维素的原科转变成为中 问产物碱纤维素；随后将其所含多余的碱液通过压榨挤出，经粉碎、老成后，再 使该中间产物与二硫化碳反应以生成中问产物纤维素磺酸酯；生成的纤维素磺酸 酯溶于稀碱液中，借以制得可供纺丝用的纺丝原液一粘胶，再经混台、过滤、脱 泡、熟成后被送去进行湿法纺丝以制得初生丝。纺丝在双面或单面式纺丝机上进 行，所用喷丝头的材质一般为金铂合金或钽铌合金：孔数为4 0 0 0 一3 0 0 0 0 孑l ； 孔径约为0 0 6 0 1 0 m m ，随所纺产品单丝的线密度而定；纺丝速度约为8 0 1 0 0 m m i n ；得到的初生丝再经集束、牵伸、热处理、切断后落入水流中，随后 被送去进行后处理。后处理包括水洗、脱硫、酸沈、漂白、上油、烘f 、打包等 多个工序，最后经检测、称重、打包后的产品即为制成品。成品按质量标准 g b 厂r 1 4 4 6 3 9 3 分为优等品、。等品、二等品和三等品四类。 1 4 3 粘胶纤维的现状和发展 我国的粘胶纤维工业起步于2 0 世纪6 0 年代，从当时的民主德国引进了第一 条粘胶纤维生产线，筹建了新中国第一家粘胶纤维厂一河北保定化学纤维。经 历了大半个世纪的发展历程，目前我国有粘胶纤维生产企业约4 0 家。1 9 9 7 年产 量达4 5 万吨，2 0 0 0 年完成产量5 6 4 2 万吨，比1 9 9 9 年增长1 7 3 ，位居世界第 一。起步晚，发展速度快体现了我国化学纤维工业的特点【6 7 】。 粘胶纤维的优点是吸湿性能较高，在标准状态下回潮率为1 2 1 4 【6 8 】， 于感柔软，悬垂性好、穿着舒适，染色性能优良，可采用直接、活十牛等染料常温 常上压染色，印花通常采用以直接染料为主的工艺。为提高色牢度和鲜艳度，可采 用活性染料印花工艺，彩色涂料直接印花较少采用，仅采用白色涂料。同时，织 成的织物外观光泽好。现在粘胶纤维的主要用途是作为服装面料。粘胶纤维与涤 纶纤维混纺【6 9 】，可以开发出具有耐磨、抗皱、抗起球，吸湿性、染色性、透 气性能好，光泽柔和、素雅，外观光洁的服装面料，大大增加了花色品种及应用 范围。 我国粘胶行业生产集中度比较高，单厂+ 平均产能达到2 万吨以上，部分龙头 8 郑州大学硕士学位论文 食业如新乡化纤、吉林化纤、山东海龙己接近困际水平【7 0 】。我国粘胶行业有 原料上的优势，粘胶纤维虽然属于化学纤维，但原料为棉浆粕、木浆粕等天然物 质，我国棉短绒( 棉浆粕原料) 资源比较丰富，2 0 0 2 年棉浆粕的生产能力已接近粘 胶浆粕需求量的7 0 ，对企业降低生产成本极为有利，而其它化纤品种原料来自 石化下游产品，目前我国石化工业相对落后，合成纤维所需原料6 0 以上依赖进 口，存在较多不稳定因素。因此大力发展粘胶工业符合我国的幽情。 国外对烟用粘胶纤维滤材进行过一些研究。p a k a l ess 等人【7 1 】用棉花和粘 胶纤维分别制作的香烟滤嘴进行对比，粘胶滤嘴没有达到理想的过滤效果。 c o u r t a u l d sl l d 公司【7 2 】用粘胶纤维等短纤维作为滤材，用熔点小丁1 6 0 的热 熔胶粉末为粘合剂，在小于2 0 0 下进行交联，制得的滤嘴降焦能力可以达到 2 5 0 5 4 6 。m a c h e n r vr i c h a r d 【7 3 】用1 0 1 5 的有粘合性的乙烯树脂类纤 维和6 5 7 5 的粘胶纤维和1 0 1 5 的氯乙烯和醋酸乙烯共聚的热塑性纤维为 材料，制得了以粘胶纤维为主材料的复合香烟滤嘴。f u k u is h o i i r o 【7 4 】用粉状 胶粘剂对卷曲过的粘胶纤维进行处理，制成丝束，然后用胶粘剂溶剂对粘胶纤维 丝束进行处理，制成的滤棒降焦能力可以达到3 5 。粘胶纤维应用到烟草上的 主要缺陷是湿强度低【7 5 】，吸湿前后硬度变化太大，导致粘胶纤维目前还没有 应用到烟草工业。目前国内对烟用粘胶纤维滤嘴的研究尚未见报道。 1 5 涤纶短纤维( p o l y e s t e fs t 印l ef i b r e ) 简介 聚酯纤维是当前国内外产景最大的合成纤维品种，始生产于1 9 5 3 年。它以 多种二元醇和芳香族二羧酸经缩聚反应合成的聚酯为原料、再经熔融纺丝所制得 一类合成纤维的总称，由于在其成纤高分子的分子结构中含有酯基f c 0 0 ) ，故 统称为聚酯纤维。其中以聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维f p e t ，涤纶) 的产量为最大。 涤纶短纤维的力学性能良好，但吸湿性差。 涤纶短纤维物化性能【6 5 】：该纤维的相对密度为1 3 8 ：公定回潮率为0 4 。在温度2 0 和相对湿度2 0 时的吸湿率为o 1 o 3 。相应在温度2 0 和相对湿度9 5 时的吸湿率则为0 6 一o 7 ；其干、湿态下的强度比为1 0 0 。 软化点为2 3 5 2 4 0 ，熔融温度2 5 5 2 6 5 ，其耐热性优于其他普通合成纤维。 该纤维的强度很好，初始模量也很高，故制品的尺寸稳定性良好，不缩水、易洗 9 郑州人学硕士学位论文 快干、可免烫。但由于该纤维的吸湿性较差，在加工和服用中极易积聚静电荷。 该纤维制品在室温下对稀的酸、碱液是稳定的，但随着温度提高，其稳定性趋于 下降，对一些常用的有机溶剂如丙酮、苯、甲苯、三氯乙烷、四氯化碳等，在室 温下是稳定的。 涤纶短纤维制法：取用合成的聚酯为原料，采用熔融纺丝法制备纤维。纺丝 可采用间接法和直接法两种，前者取用聚酯的切片为原料，经熔融后进行纺丝及 后处理而制得成品纤维。后者则直接取用聚酯生产所得的熔体为原料，不经造粒 和再熔融、直接将其送至纺丝机上进行纺丝，随后再进行后处理加工而制得成品 纤维。前者生产原料的聚酯厂和生产纤维的纺丝厂不必一定要连在一处，也可分 设在两地。后者的上述两厂( 或两个车间) 必需前后相互连在一起。 在纺丝箱体中，熔体聚合物的特性粘度【约为o 6 4 o 0 1 5 ，温度约控制在 f 2 8 5 3 ) ，所用喷丝板系由不锈钢制成。经由喷丝孔挤出的熔体细流受2 3 2 8 气流的冷却凝固成初生丝。初生丝经上油后汇集成束，落入盛丝桶中，随后被 送去进行后处理加工。 后处理时，先把由许多个盛丝箱中导出的丝条汇集成大丝束，而后导其通 过诸如拉伸、热定型、卷曲、切断、称量、打包等加工工序而得成品。聚酯纤维 的质量标准是g b 厂r1 4 4 6 4 9 3 。 因为涤纶纤维的强度很高，模量也很高，尺寸稳定性好，不缩水，加入涤纶 短纤维可以提高滤棒的硬度，提高滤棒的尺寸稳定性。 1 6 本课题提出背景及研究目的和意义 目前，全球有2 0 多家企业生产醋酸纤维，主要分布在美国、r 木、英困、 意大利等国家，产量约占世界总产量的9 0 以上，醋酸纤维的生产技术也山这 些大公司垄断，而我国对醋酸纤维的开发研究在5 0 年代后期开始，上海、广东、 吉林、四川、陕西等地多家科研单位及企业进行过醋酸纤维素与醋纤的研制与丌 发，尽管做了大量的工作，但关键性技术设备