Hpmc改性煙用聚丙烯纖維製備的過濾嘴及其製備方法
2023-05-06 19:56:11
專利名稱：Hpmc改性煙用聚丙烯纖維製備的過濾嘴及其製備方法
技術領域：
:本發明屬於材料領域，特別涉及過濾嘴用材料。
背景技術：
:羥丙基甲基纖維素(HPMC)又稱羥丙甲纖維素，是一種天然纖維素衍生物，是非離子型纖維素混合醚，無臭、無味、無毒。HPMC溶於水及大多數極性溶劑和適當比例的乙醇/水、丙醇/水、二氯乙烷等，在乙醚、丙酮、無水乙醇不溶，在冷水中溶脹成澄清或微濁的膠體溶液。水溶液具有表面活性，透明度高、性能穩定。HPMC具有熱凝膠性質，產品水溶液加熱後形成凝膠析出，冷卻後又溶解，不同規格的產品凝膠溫度不同。由於HPMC具有良好的分散性、增稠性、保水性，被廣泛用在塗料、日用化工、建材等行業。聚N-異丙基丙烯醯胺(PNIPAAm)凝膠是單體N-異丙基丙烯醯胺(NIPAAm)與交聯劑聚合形成的一種溫敏性凝膠網絡。近年來，有關凝膠的報導與日俱增，其在藥物控制釋放、固定化酶、細胞培養、溫敏開關膜等方面的潛在應用價值已引起世界各國學者濃厚的興趣。由於其大分子側鏈上同時含有親水性的醯胺基(一C0NH)和疏水性的異丙基(一CH(CH3)2),故線型的水溶液及交聯後的水凝膠呈現出溫度響應性，低臨界溶解溫度(LCST)約在30 36°C之間，其具體值與凝膠的組成及微觀網絡結構有關。當溫度低於LCST時，分子間相互作用主要集中於分子與水分子間的氫鍵作用。而當溫度高於LCST時，水中分子由於其分子間的相互作用和整個體系的憎水相互作用而發生蜷縮聚集。由此可見，低於LCST時鏈的親水作用佔據優勢，而在高於LCST，水中的分子由於內部疏水基團的相互作用將推動聚合物網絡收縮，從而使體積發生突躍性變化。選擇HPMC為添加劑，製備HPMC改性煙用聚丙烯(PP)纖維。研究添加劑用量對纖維改性效果的影響、表面改性後PP纖維的化學成分和表面形態的變化，以及改性後纖維對香菸煙氣中有害成分的吸附情況。考慮到凝膠的溫敏效應，以凝膠為載體，包裹HPMC，製備/HPMC共混凝膠，並以此對菸嘴濾棒進行改性
發明內容
:本發明解決的技術問題是提供一種HPMC改性煙用聚丙烯纖維製備的過濾嘴及其製備方法；本發明技術方案如下:一種HPMC改性煙用聚丙烯纖維製備的過濾嘴，所述過濾嘴由/HPMC共混凝膠和改性PP纖維組成，所述過濾嘴中/HPMC共混凝膠與改性PP纖維的體積比為1:3。所述改性PP纖維的製備方法如下:將HPMC在磁力攪拌下溶解於水中，HPMC濃度為0.1%_0.8%，控制溫度為30_33°C，超聲波清洗儀消泡，將PP纖維放入HPMC溶液中浸泡，浸泡溫度為34-37°C，浸泡時間為2_3小時，取出，55-60°C烘乾。所述PP纖維和HPMC溶液的質量比例為1:80-100。所述/HPMC共混凝膠的製備:取HPMC溶解於25°C的溫水中，HPMC溶液質量濃度為2_10%，上述溶液中加入單體NIPAAm，控制溫度在30°C攪拌溶解，HPMC與單體NIPAAm的質量比為1:2-3，然後添加交聯劑MBA，交聯劑MBA添加量為單體NIPAAm質量的2_4%，控制溫度在30°C攪拌並充N212-17min，控制溫度在21_26°C下添加引發劑APS，引發劑APS的添加量為單體NIPAAm質量的0.3-0.5%，繼續通N2約20min後控制溫度在30-34°C加入促進劑TEMED，所述促進劑TEMED添加量為單體NIPAAm質量的0.01-0.05%,將上述溶液倒入自製的模具中。將模具放置在58-62 °C烘箱中24h以上得/HPMC共混凝膠。將所製備的凝膠在無水乙醇和甲醇的混合液中浸泡3 5天，並定期換無水乙醇和甲醇，以除去未反應的NIPAAm單體及一些其它小分子。將共混凝膠烘乾、粉碎，備用同時計算凝膠的溶脹率。無水乙醇和甲醇的體積比為1:1。N-異丙基丙烯醯胺(NIPAAm)，N，N』 -亞甲基雙丙烯醯胺(MBAA)，過硫酸銨(APS)，N, N1Ni N1-四甲基乙二胺(TEMED)。
:圖1/HPMC共混凝膠濾嘴示意2HPMC改性前後PP纖維的紅外譜3HPMC改性前後PP纖維的SEM照片圖4HPMC溶液濃度對纖維增重的影響圖5HPMC溶液濃度對纖維回潮率的影響圖6HPMC濃度對總粒相物和濾嘴過濾效率的影響圖7HPMC濃度對菸鹼吸附性能的影響圖8HPMC濃度對焦油吸附性能的影響
圖9HPMC改性PP纖維抽菸前後的SEM照片圖10不同HPMC含量共混凝膠的溶脹曲線圖11共混凝膠對溫度的可逆響應性圖12不同HPMC含量共混凝膠的溫敏性圖13凝膠化改性濾嘴對總粒相物的影響圖14凝膠化改性濾嘴吸附過濾機理有益效果:表I為由XPS計算出的HPMC改性前後PP纖維表面的元素百分含量。由表可見，在本研究條件下，改性纖維處理過程中，隨著HPMC溶液濃度的增加，改性纖維表面O元素的含量增加，增加塗覆液濃度對增加塗覆效果有較好的幫助。表IHPMC改性PP纖維表面化學元素組成Tab.5_2the chemical structure on the surface of HPMC modified PP fiberFibreCis (M) Ols (%) Others (%)
PPQfi R79 SR0 7H
A J.1jf %J* \j I￡<i.%j\jXJm I %JHPMC 改性 PP (0.2 )91.276.322.41
HPMC 改性 PP (0.4%)90.59β.852.56
HPMC 改性 W) (0.8%)89.347.493.17檢測方法:將製得的共混凝膠經真空乾燥後稱重，然後浸泡在室溫蒸餾水中並計時。不同時間點取出凝膠，用潤溼濾紙擦去凝膠表面所帶出的水分，稱重記錄不同時刻的凝膠質量，計算凝膠的溶脹率。溶脹率(Swelling Ratio，SR)定義為:
rim
「/Λ/Λ O O ΠSfc /-m --X 1.^式中,Wt-不同時間點測量的凝膠質量，g ;Wd-初始幹凝膠的質量，g。根據溶
脹度的定義，做出凝膠的溶脹曲線，觀察其溶脹率變化情況。取室溫(20°C )下溶脹平衡的共混凝膠，用潤溼濾紙擦去凝膠表面帶出的水分，稱重，然後依次將其放入23°C 36 °C的恆溫水浴中，水凝膠在每個溫度下保持至溶脹率恆定。將凝膠在各溫度下的平衡溶脹率對溫度作圖，凝膠的LCST定義為凝膠體積收縮最劇烈之處的溫度。圖2為HPMC改性前後PP纖維的紅外譜圖。由圖可以明顯看出，較PP纖維的紅外譜圖，改性纖維在3420-3432CHT1為一OH的伸縮振動峰，在1110-1 UOcnT1處的強吸收峰是由於一C一O— C的伸縮振動造成的。可見，PP纖維表面成功塗覆上了 HPMC。圖3為HPMC改性前後PP纖維表面的掃描電鏡照片。由照片可見，PP纖維用HPMC溶液塗覆改性後，可以明顯看出纖維表面有塗覆物沉積的存在，可以在PP纖維表面塗覆上HPMC。HPMC對纖維的塗覆效果:圖4為HPMC溶液濃度對纖維塗覆效果的影響。由圖可見，採用HPMC溶液塗覆PP纖維，纖維增重升高。隨HPMC溶液濃度的增大，纖維增重率升高，這與表5-3的研究結果是一致的。通常，HPMC可用做增稠劑，粘度較大，易添加到纖維上。本研究發現，HPMC濃度小於0.6%時，改性纖維比較蓬鬆，彈性較好，當濃度超過上述濃度時纖維表面會發生粘結，纖維變硬，蓬鬆度下降。HPMC改性對纖維吸溼性能的影響: 圖5為HPMC溶液濃度對纖維回潮率的影響曲線。由圖可見，隨著HPMC溶液濃度的增大，纖維的回潮率升高，這可能是由於HPMC結構中含有大量的親水性羥基，故可以有效的提高纖維的吸溼性。因此，HPMC改性PP纖維對改善纖維的成棒加工效率、提高吸附效率以及改善香菸口感等有幫助。圖6為HPMC溶液濃度對總粒相物和濾嘴過濾效率的影響。如圖所示，隨著HPMC濃度的增加，總粒相物逐漸減少。當HPMC添加量為0.8%時，總粒相物最小(12.36mg/支)，比未改性PP纖維降低了 18.79%。在此時濾嘴的過濾效率最高(64.62%)，比PP纖維提高了15.74%。PP纖維改性後表面含有了羥基、醚鍵等極性基團。纖維的極性增強，和煙氣分子之間的作用力增加，從而使濾嘴截留吸附煙氣的能力提高。由圖也可以看出，隨HPMC濃度進一步增大，煙氣過濾效率趨於平緩。HPMC濃度對菸鹼和焦油吸附過濾性能的影響:圖7為HPMC濃度對菸鹼吸附過濾性能的影響。可以看出，隨著HPMC濃度的增加，菸鹼呈現逐漸下降的趨勢。當HPMC濃度為0.8%時，菸鹼(0.42mg/支)的含量最少，比原PP纖維降低了 8.7%。圖8為HPMC濃度對焦油吸附過濾性能的影響。可以看出，同菸鹼吸附一樣，隨著HPMC的增加，焦油也呈現出逐漸下降的趨勢。當HPMC濃度為0.8%時，焦油(10.65mg/支)的含量最少，和原PP纖維相比降低了 22.77%。HPMC改性纖維吸附煙氣後的形貌:圖9為HPMC改性PP纖維抽菸前後的SEM照片。從照片可以看出，HPMC改性PP纖維抽菸後，纖維表面被一層油乎乎的物質所覆蓋。可見，經過HPMC改性後的PP纖維對主流煙氣的吸附截慮性能較好。實驗室研究結果對比:表2為HPMC改性PP纖維效果比較。由表可見，改性煙用PP纖維均使抽出的煙氣中總粒相物、菸鹼以及焦油等含量降低，改性後纖維均表現出較好的吸附效果。不同改性劑由於結構和物性的不同，改性劑的最佳濃度不同，改性後纖維增重效果、回潮率有差異。HPMC改性PP纖維作為香菸濾嘴對香菸減害、改善口感等更具實際意義。
表2改性PP纖維效果比較
權利要求
1.一種HPMC改性煙用聚丙烯纖維製備的過濾嘴，其特徵在於，所述過濾嘴由PNIPAAm/HPMC共混凝膠和改性PP纖維組成，所述過濾嘴中PNIPAAm/HPMC共混凝膠與改性PP纖維的體積比為1:3。
2.根據權利要求1所述一種HPMC改性煙用聚丙烯纖維製備的過濾嘴，其特徵在於，所述改性PP纖維的製備方法如下:HPMC在磁力攪拌下溶解於水中，HPMC濃度為0.1%_0.8%，控制溫度為30-33°C，超聲波清洗儀消泡，將PP纖維放入HPMC溶液中浸泡，浸泡溫度為34-370C，浸泡時間為2-3小時，取出，55-60°C烘乾；所述PP纖維和HPMC溶液的質量比例為1:80-100。
3.根據權利要求1所述一種HPMC改性煙用聚丙烯纖維製備的過濾嘴，其特徵在於，所述PNIPAAm/HPMC共混凝膠的製備:取HPMC溶解於25°C的溫水中，HPMC溶液質量濃度為2-10%,上述溶液中加入單體NIPAAm，控制溫度在30°C攪拌溶解，HPMC與單體NIPAAm的質量比為1:2-3，然後添加交聯劑MBA，交聯劑MBA添加量為單體NIPAAm質量的2_4%，控制溫度在30°C攪拌並充N212-17min，控制溫度在21_26°C下添加引發劑APS，引發劑APS的添加量為單體NIPAAm質量的0.3-0.5%，繼續通N2約20min後控制溫度在30_34°C加入促進劑TEMED,所述促進劑TEMED添加量為單體NIPAAm質量的0.01-0.05%，將上述溶液倒入自製的模具中；將模具放置在58-62°C烘箱中24h以上得PNIPAAm/HPMC共混凝膠；將所製備的凝膠在無水乙醇和甲醇的混合液中浸泡3-5天，並定期換無水乙醇和甲醇，將共混凝膠烘乾、粉碎，備用。
4.根據權利要求1所述一種HPMC改性煙用聚丙烯纖維製備的過濾嘴，其特徵在於，所述無水乙醇和甲醇的體積比為1:1。
全文摘要
本發明屬於材料領域，特別涉及過濾嘴用材料。本發明解決的技術問題是提供一種HPMC改性煙用聚丙烯纖維製備的過濾嘴及其製備方法所述過濾嘴由PNIPAAm/HPMC共混凝膠和改性PP纖維組成，所述過濾嘴中PNIPAAm/HPMC共混凝膠與改性PP纖維的體積比為1:3。此方法的優點是使用共混凝膠組合濾嘴可顯著提高煙氣中有害物質的吸附過濾效果，抽出煙氣中總粒相物、菸鹼、焦油含量均降低，過濾效率升高，改性可以明顯提高濾嘴對煙氣中有害成分的吸附性能，對香菸減害有明顯作用，並且可顯著提高香菸的感官質量。
文檔編號C08F120/56GK103110189SQ20121053295
公開日2013年5月22日 申請日期2012年12月12日 優先權日2012年12月12日
發明者王海濤, 魏俊富, 胡自強, 趙義平 申請人:張家口捲菸廠有限責任公司, 天津工業大學