聚丙烯纖維增塑劑的研究

聚丙烯纖維增塑劑的研究

自《過濾》出版以來，過濾紙張不僅對無嘴香煙無需添加藥物，而且對吸收香煙中的有毒物質(zhì)（焦油）也有作用。因此，過濾木材的生產(chǎn)顯著增加。目前市場上最優(yōu)良的香煙濾嘴棒是醋酸纖維濾棒,它以醋酸纖維為原料,三醋精為增塑劑,產(chǎn)品性能良好,是高檔煙用濾棒,但其材料價格昂貴,主要依賴進口,乃至消耗大量外匯。為尋找醋纖的替代產(chǎn)品,人們試圖用天然纖維、合成纖維等來作煙用濾材,但性能較好而實際被采用的以聚丙烯纖維最多?，F(xiàn)在生產(chǎn)丙纖濾棒僅由一束未經(jīng)成型的聚丙烯纖維用紙包卷而成,這種未成型的濾棒硬度低,從而導致煙支接裝率低,包紙易破以及不易分切,因此尋找一種適合丙纖濾棒成型的增塑劑具有實際意義。1醋酸基聚丙烯纖維醋纖濾棒的增塑劑為三醋酸甘油酯,是一種溶劑型增塑劑,以噴霧方式添加在醋纖絲束上。由于三醋酸甘油脂對醋纖有溶解作用,能將微滴附近的纖維絲束部分溶解,實現(xiàn)粘接,使散狀醋酸纖維形成一體,以提高硬度和穩(wěn)定盡寸。聚丙烯纖維是一種高結(jié)晶性、非極性和表面能低的高分子聚合物,在常溫下沒有任何溶劑可以溶解。因此聚丙烯纖維不可能找到一種像三醋酸甘油酯對醋酸纖維濾棒成型那樣的溶劑型增塑劑。為使聚丙烯纖維成型,提高濾棒性能,人們作過不少研究,并取得了一些成果。例如國外的乙烯-醋酸乙烯膠乳、醋酸乙烯與2-乙基已基丙烯酸酯共聚物的膠乳、苯乙烯和丙烯酸丁酯共聚物等,我國也致力于這方面的研究。本文通過對施加粘合劑的煙支吸阻、截留指數(shù)等指標的測定,對比不同種類、不同施加量、不同濃度的粘合劑結(jié)果,找出粘合劑的最佳濃度和施加量值。2實驗2.1儀器及檢測方法(1)梅芳(丙綸絲束濾嘴);(2)粘合劑A、B;(3)無水乙醇、無水甲醇;(4)移液管、容量瓶、燒杯、滴管;(5)電子天平、分析天平;(6)數(shù)字式壓降測定儀;(7)JJZ自動吸煙機;(8)751-GW分光光度計。2.2預備配置2.2.1平衡噴霧干燥將樣品總體拆包鋪成單層,在相對濕度為(60±2)%、溫度為(22±1)℃環(huán)境下調(diào)節(jié)平衡水分48h。2.2.2測定景觀室內(nèi)卷煙的測定取出調(diào)節(jié)后的樣品,在分析天平上以50支為1組稱重,求出每支卷煙的平均值,然后單獨稱量每支卷煙,揀出那些重量在平均值±0.02g范圍的卷煙,測定后仍放回空調(diào)室內(nèi)。2.2.3飛針法長度標記把選定重量合格的樣品,逐支劃燃吸后煙蒂長度標記線。在濾嘴長度加8mm處或濾嘴外包紙長度加3mm處劃煙蒂長度標記線。2.2.4記錄煙霧分支的插入在煙支未端9mm處畫一標記線,作為煙支插入深度標記。2.3粘合劑溶液的制備2.3.1稱重和體積測量按將2種粘合劑分別配成5%、6%、7%、8%與1%、3%、5%、7%濃度所需粘合劑和溶劑的量,分別稱取粘合劑,量取乙醇。2.3.2準備首先注入一定量的乙醇,將粘合劑加入到燒杯中,攪拌、振蕩至粘合劑全部溶解。3實驗方法和步驟3.1卷煙的空白對照和儀器標定(1)用滴管在卷煙濾嘴中分別加入A、B兩種粘合劑的不同濃度溶液各1、3、5、7滴,共得到32組卷煙,再以1組未加粘合劑的卷煙作空白對照(每組卷煙10支),放在陰涼環(huán)境中晾干48h。(2)晾干后的卷煙再放在相對濕度(60±2)%和溫度(22±1)℃的環(huán)境中平衡水分2d。(3)對數(shù)字型壓降測定儀進行儀器標定。(4)測量卷煙的壓降。3.2過濾中氣冷凝物污染指數(shù)的測定3.2.1示比的比對卷煙濾嘴的過濾效率,可根據(jù)卷煙濾嘴對主流煙氣中冷凝物的截留量的相對值來評價。濾嘴中煙氣冷凝物截留指數(shù)是被濾嘴截留的煙氣冷凝物與進入濾嘴的煙氣冷凝物質(zhì)量百分率表示的比值。即Rc=FcFc+Hc×100%=FcSc×100%Rc=FcFc+Ηc×100%=FcSc×100%式中Rc——濾嘴中煙氣冷凝物的截留指數(shù)Fc——濾嘴中截留的煙氣冷凝物量/(mg·支-1)Hc——主流煙氣冷凝物的量/(mg·支-1)Sc——進入濾嘴的煙氣冷凝物的量/(mg·支-1)按標準方法抽吸濾嘴煙,并將原生物質(zhì)冷凝物溶于甲醇,從煙蒂中取下濾材,并將濾材中截留的冷凝物溶于甲醇中,在450nm波長下通過分光光度計測定2種甲醇溶液的吸光度,從吸光度比率計算截留指數(shù)。3.2.2卷煙氣的提取(1)將重量分析后的卷煙分成33組,其中16組卷煙濾嘴中滴加4種濃度的A粘合劑各1、3、5、7滴;另16組滴加4種濃度的B粘合劑各1、3、5、7滴;另1組不加粘合劑作為空白對照。(2)晾干2d,晾干后再平衡水分2d。(3)用常規(guī)吸煙機抽吸20支試驗卷煙,吸入4只煙氣捕集器中以收集主流煙氣冷凝物,每只玻璃纖維濾片收集5只卷煙煙氣冷凝物。(4)剝?nèi)?個煙道上的10支卷煙濾嘴內(nèi)、外包紙,將絲束放入含有100ml甲醇的容量瓶中,經(jīng)振搖后置入暗處24h。(5)從捕集器中取下4張玻璃纖維濾片,在含100ml甲醇的容量瓶中各置1張濾片制備成煙氣冷凝溶液,振搖每只容量瓶內(nèi)容物,也置于暗處24h。(6)將上述溶液用移液管分別吸出5～10ml置入離心機分離2～3min。(7)取離心后的上層清液,用10mm的石英比色皿以甲醇作空白對照,在波長為450nm的分光光度計中測定各溶液的吸光度,吸光度控制在0.2～0.7之間。4結(jié)果與討論4.1非極性高聚物纖維在丙綸纖維中的粘料粘料是粘合劑構(gòu)成膠層的主要成分。而香煙濾嘴直接與口接觸,因此粘料必須無毒而且具有耐溫性能,在較高溫下不分解。由于聚丙烯纖維結(jié)晶度較高,表面張力較低,是一種非極性高聚物。按粘附理論“極性一致”原則,則聚丙烯纖維的粘料應選擇非極性或弱極性無毒非晶態(tài)的高聚物作粘料,這種粘料的粘合力最強。但考慮到纖維表面極性對煙氣吸味有利,故粘料多選用弱極性物質(zhì)。4.2溶液-粘料混合熵計算溶劑首先應是無毒、無味、易揮發(fā),同時能溶解所選擇的粘料。按照溶解度參數(shù)理論,當溶劑與高聚物粘料的溶解度參數(shù)S1和S2相等時,其混合熱為ΔHm=Vm?V1?V2(δ1?δ2)2=0ΔΗm=Vm?V1?V2(δ1-δ2)2=0式中Vm——混合物總體積V1、V2——分別為溶劑和粘料的體積分數(shù)混合熵為ΔSm=-R(lnn1+lnn2)>0式中n1、n2——分別為溶劑和粘料摩爾數(shù)因此,混合自由焓為ΔGm=ΔH—TΔSm≤0ΔGm=ΔΗ—ΤΔSm≤0上式表明,如果溶劑與粘料的溶解度參數(shù)接近時即可成立,則溶劑對粘料的溶解可以自發(fā)進行。實際選擇,只要滿足|δ1-δ2|≤(1.3～1.7)時,則粘料可被溶劑溶解,可選擇乙酸乙酯、無水乙醇、異丙醇為溶劑,但考慮到價格因素和揮發(fā)速度必須適中,故選用無水乙醇作溶劑。4.3粘合劑的用量如表1所列,其吸阻變化范圍為1383～1485Pa,吸阻平均值為1431Pa。比未加粘合劑的吸阻值1305Pa有明顯提高。如表2所列,加粘合劑B后,卷煙吸阻變化范圍為1438～1530Pa,平均吸阻為1478Pa。比空白卷煙吸阻有了較大提高。由表1、表2可以看出隨粘合劑施加量的增加,卷煙的壓降大致變化是先上升到某個最大點時開始下降,因此可找到一個有利于吸阻上升的最佳施加量。即(1)A粘合劑是濃度3%,滴數(shù)5滴,吸阻為1485Pa。(2)B粘合劑是濃度6%,滴數(shù)5滴,吸阻為1530Pa。但考慮到人們抽吸習慣吸阻范圍為95～150mmGW,即931～1470Pa,因此由兩表可知實際最佳施加量為(1)A粘合劑濃度3%,滴數(shù)7,吸阻為1468Pa。(2)B粘合劑濃度7%,滴數(shù)7,吸阻為1463Pa。由于實驗條件有限,我們采用了滴加法施加粘合劑,這可能導致濾嘴中局部粘合液濃度過大,使絲束間隔過大,在相同施加量下濾嘴吸阻大小有一定差異。4.4粘合劑b液壓降吸阻和截留指數(shù)統(tǒng)計為由表3和表4可知加入丙綸絲束粘合劑可提高濾嘴的截留指數(shù),同時發(fā)現(xiàn)隨著施加量的增加,卷煙濾嘴截留指數(shù)值呈一個先上升后下降的趨勢,因此可找到施加量和截留指數(shù)的最佳結(jié)合點。即(1)A粘合劑為濃度3%,滴數(shù)5,Rc=37.7%。(2)B粘合劑為濃度6%,滴數(shù)5,Rc=42.1%?？紤]到吸阻這一制約因素,由表3和表4可知實際最佳施加量為(1)A粘合劑為濃度7%,滴數(shù)1,Rc=37.6%。(2)B粘合劑為濃