一种可加速降解的滤棒复合膜材料、应用的制作方法

本发明涉及烟用滤棒制造，具体涉及一种可加速降解的滤棒复合膜材料、应用。

背景技术：

1、烟草在燃烧的过程中会释放一氧化碳、尼古丁、焦油等有害物质，因此需要采用卷烟滤嘴过滤掉烟气中的有害物质，目前卷烟滤嘴大多使用醋酸纤维作为过滤材料，醋酸纤滤嘴对烟气有害成分的截留效果优异，且无异味无害，烟气口感舒适，因此被广泛应用。其中醋纤无纺布材料因为成网密度高，立体结构能够提供良好的过滤性能，能够媲美纸质滤棒的降焦效果，且不存在杂气，应用前景广阔，但是醋纤无纺布滤棒也存在成棒难度高、压降偏高、压降不容易稳定的问题。同时随着2019年欧盟通过一次性塑料的指令(eu第2019/904号)，旨在防止和减少塑料产品对环境和人类健康的影响，公众对塑料制品的降解性能也提出了更高的要求，因此在现有醋酸纤维素的高性能过滤效果基础上，实现醋酸纤维素嘴棒使用后在自然环境的可控降解，具有重要意义。

2、醋酸纤维素是纤维素的一种衍生物，是以纤维素为原料在催化作用下发生酯化反应。根据发生酯化反应的程度，即纤维素分子链上的羟基被乙酰基取程度(取代度，ds)不同，可被分为：一醋酸纤维素、二醋酸纤维素和三醋酸纤维素，其中二醋酸纤维素因其良好的吸附性、弹性及热稳定性被广泛应用于香烟滤嘴。香烟过滤嘴在抽吸完成后往往会被丢弃在自然环境，尽管香烟过滤嘴中的纤维素酯将随时间而降解，但是由于醋酸纤维素分子链中含有大量强极性的乙酰基团，会阻碍醋酸纤维素的降解效率，在户外土壤表面的降解过程较慢，因此提高醋酸纤维素的降解速率能够减少对环境或生物的危害。cn115005497b中公开了一种可降解香烟滤棒母料和可降解香烟滤棒。利用雨生红球藻修饰二氧化钛，拓展了二氧化钛光吸收波长至可见光区，提高了其对二醋酸纤维的可见光降解性。cn115868667a公开一种可降解卷烟滤嘴用丝束及其制备方法以改性植物纤维作为支撑，与聚乳酸纤维束进行复合制成卷烟滤嘴用丝束，以植物纤维和聚乳酸作为主要材料满足可降解的需求，但是目前植物纤维的异味和聚乳酸硬度不足、不耐烟气高温及保润效果不佳等问题，目前尚不能替代醋酸纤维。cn116133537a公开一种包含碱性材料、酶材料、或其组合的催化剂；以及至少部分地围绕该过滤元件的滤棒成型纸；其中将该催化剂掺入该过滤元件、该滤棒成型纸、或其组合中的至少一个中，并且其中该催化剂在暴露于水时，在20天或更短的时间内使该膨化的乙酸纤维素丝束脱乙酰化至少10％。cn116554546a公开一种盐水溶液在降解醋酸纤维素中的用途，通过将难以降解的香烟过滤嘴、香烟过滤嘴生产废料、废弃醋酸纤维素滤膜或醋酸纤维素织物等经过盐水溶液的简单浸泡，即可显著提高香烟过滤嘴等的生物降解性。有文献(journal of applied polymer science,1994,52(10):1477-1488)指出醋酸纤维素的降解能力取决于取代度，取代度越高，降解能力越差，在实验室模拟堆肥情况下，当取代度小于2.06时醋酸纤维素在30天内相对失重百分比可达100％。

3、目前常见的降解技术中需要将具有降解功能的催化剂以高度分散并且尺寸微小的形式添加至醋酸纤维素丝束中(醋酸纤维无纺材料所使用的短纤由醋酸纤维素丝束制备)，否则过大的颗粒尺寸和不均匀的分散性将严重影响丝束成型和丝束质量稳定性(一般醋酸纤维丝束生产的喷丝板孔径仅几十个微米，同时醋酸纤维素浆液进入喷丝孔之前需要进行高精度的过滤，以确保颗粒物不超过几个微米甚至1微米以下)，这对催化剂的表面性质和在醋酸纤维素浆液中的分散性能提出了非常高的要求，催化剂颗粒尺寸需要在纳米级且不会在添加过程团聚。如通过浸渍、喷洒等方式后在滤棒中添加，则可能存在催化剂粘附不牢，在抽吸过程中接触口腔的风险。现有技术中虽有能满足烟用醋酸纤维素丝束降解功能化需求，但是稳定、安全、有效地将降解催化剂添加至滤棒中仍存在改进空间。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供一种醋酸纤维素无纺材料和膜结构的滤棒复合膜材料及其应用，其所包含醋纤无纺材料可以对焦油和颗粒物的高效截留，同时无纺材料结构表面的膜层能够为无纺结构提供支撑，形成规整或无序形貌，膜层中包含的碱性物质能够在自然环境中加快醋酸纤维素的降解。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种可加速降解的滤棒复合膜材料，包括醋酸纤维素无纺材料和膜层，所述膜层由浆液敷设在所述醋酸纤维素无纺材料表面上成膜而形成，成膜后为无纺材料结构提供支撑，形成规整或无序形貌，其中，醋酸纤维素无纺材料提供对烟气的过滤效果，膜层作为结构支撑。

4、可选地，浆液中含碱性催化剂物质，能够在自然环境高湿或湿润状态下加速醋酸纤维的水解。相对于直接将碱性催化剂物质添加至醋酸纤维丝束中，碱性催化剂物质的颗粒或水溶液或悬浊液添加至浆液里制成膜层时对碱性催化剂物质的分散性能要求将大大降低，即使碱性催化剂物质颗粒在几十至几百微米级，只需保持相对的均匀分散，就能具有良好的促进降解作用。

5、可选地，所述醋酸纤维素无纺材料采用直铺、半交铺中的一种或两种方法的组合将二醋酸纤维素短纤梳理成短纤网，经过热轧固结为醋酸纤维无纺片材。

6、进一步，所述醋酸纤维素无纺片材由细度为1.0-8.0d，长度为24-45mm，卷曲度为13-20个/25mm的醋酸纤维素短纤制成。

7、可选地，所述醋酸纤维素无纺片材厚度为0.06-1.0mm。

8、可选地，所述醋酸纤维素无纺片材克重为35-400g/m2。

9、可选地，所述浆液通过刮涂、狭缝涂布或辊涂等方式复合在醋酸纤维素无纺片材上。值得一提的是，浆液可以敷设在所述醋酸纤维素无纺材料整体或其局部表面，只要使所述醋酸纤维素无纺材料定型皆可，形成的膜层结构可改变醋酸纤维素无纺材料的柔韧性。

10、可选地，所述膜层厚度为30～500um,优选厚度为100um～300um

11、可选地，所述浆液包括溶质和溶剂，其中所述溶质为醋酸纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚磺酸、聚磺酸盐、聚丙烯酰胺、聚乳酸(pla)、聚羟基脂肪酸酯(pha)、聚-β-羟丁酸(phb)、聚-3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯(p34hb)、聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(pbat)、聚丁二酸丁二醇酯(pbs)中的一种或几种复合；

12、所述溶剂包括但不限于醋酸纤维素的丙酮或n,n-二甲基乙酰胺溶液(dmac)、聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚磺酸、聚磺酸盐、聚丙烯酰胺的水溶液、pla的二氯甲烷或n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶液或四氢呋喃、pha、phb、p34hb的二氯甲烷溶液、pbat的dmf、氯仿、二氯甲烷、四氢呋喃溶液、pbs的氯仿溶液的一种或几种复合；溶剂不限于上述组合，只要满足能将溶质溶解并且易于干燥，所述溶质的浓度为15～50％；

13、优选地，溶剂为醋酸纤维素的丙酮或n,n-二甲基乙酰胺溶液，进一步优选丙酮；

14、优选地，溶质为醋酸纤维素，溶剂为丙酮，其浆液的浓度为15～30％，进一步优选浓度为20～25％。

15、可选地，所述浆液涂刮或涂布采用浓度为10～50％，优选地醋酸纤维素丙酮浆液浓度为20～25％。

16、可选地，所述浆液中的碱性催化剂物质包括但不限于氧化镁、氢氧化镁、氧化钙、碱性氧化铝、氧化锌、氢氧化钙、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸镁、碳酸氢钠、碳酸氢钾、磷酸钾、磷酸钠、磷酸氢铵、亚硫酸钠等呈碱性氧化物、氢氧化物或盐中其中一种或一种以上的组合。优选氧化镁、氧化钙、氢氧化镁、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸钾的一种或几种。

17、进一步地，所述碱性催化剂物质可以以粉末、悬浊液或水溶液形式均匀添加在浆液体系中。最终碱性催化剂物质的比例为醋酸纤维素无纺材料和膜层材料总重的3～30％。根据所添加碱性物质的分子量和期望的降解速率的不同，该比例可以进行调整，优化的最低比例p为使得二醋酸纤维素水解后取代度降低到2.0及以下，可根据以下公式计算：其中a为二醋酸纤维素材料的结合酸值，n为该结合酸值下的取代度，mn为碱性物质的摩尔分子量，n为一分子碱性物质生成的氢氧根数量。需要指出的是，该比例并非严格的最低比例，只是达到较快的降解效果的推荐比例，即使碱性物质添加量略低于该比例，也能够起到加快降解醋酸纤维素的效果。

18、可选地，所述醋酸纤维素无纺片材及醋酸纤维素膜层所使用的二醋酸纤维素结合酸值在40-62％范围内。

19、可选地，所述醋酸纤维素无纺片材和膜层结构的滤棒可以采用卷绕呈螺旋状、折叠呈无规则或者有规则的形状。定型的过程可以在膜层浆液涂刮后溶剂挥发干燥过程时进行，以获得更稳定的结构。可选的，也可以在浆液干燥完成后进行。

20、本发明还提供一种上述滤棒复合膜材料在烟用滤嘴中应用，将所述滤棒复合膜材料制成芯棒，在芯棒外部包裹材料，包裹材料可以是纸、膜和其他能够用于包裹的材料。

21、需要强调的是，直接采用无纺布材料制成芯棒，因为无纺材料较软，不容易做成各式各样的形状，导致无纺材料滤棒的压降偏高，本实施例通过在无纺材料表面增加膜结构做成形状后可以提供一些烟气通道，降低压降。

22、可选地，芯棒的圆周14～28mm。

23、由于采用上述技术方案，本发明获得的有益效果包括：

24、(1)使醋酸纤维材料的滤棒具有加速降解的功能；

25、(2)片材和膜相结合的结构，能够帮助稳定片材进行成棒，并可提供一定结构形状，对烟气进行导流；

26、(3)应用该滤棒复合膜材料，可根据产品设计需要使其具有降低烟气中焦油或滤棒压降功能。