顆粒至纖維素酯纖維的表面附著的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明總體涉及將顆粒，例如金屬氧化物附著到纖維素酯纖維表面的方法。
【背景技術】
[0002] 典型的香煙過濾嘴是由醋酸纖維素基纖維的連續絲狀束帶(稱作醋酸纖維素絲 束，或簡稱為醋酸酯絲束）制成。在各種專利中描述了使用醋酸酯絲束來制造過濾嘴，且絲 束可為塑化的。見例如美國專利號2, 794, 239。
[0003] 醋酸酯絲束至香煙過濾嘴的轉化可依靠絲束調節系統和濾棒制造機（plugmaker) 來實現，正如例如在美國專利號3, 017, 309中描述的。絲束調節系統從捆束中抽出絲束，展 開并完全打開（de-register)("分開"（bloom))纖維，并將絲束輸送到濾棒制造機。濾棒 制造機壓縮絲束，用濾棒成型紙對其進行包裹，并將其切割成合適長度的棒。為進一步增加 過濾嘴堅固性，可添加非揮發性溶劑以將纖維溶劑結合在一起。這些溶劑結合劑在商業中 被稱作塑化劑，且在過去已經包括三醋精（三醋酸甘油酯)，二乙二醇二醋酸酯，三乙二醇二 醋酸酯，三丙酸甘油酯，乙酰檸檬酸三乙酯，以及檸檬酸三乙酯。也已經使用蠟增加過濾嘴 堅固性。見例如美國專利號2, 904, 050。
[0004] 常規的塑化劑結合劑對于結合和選擇性過濾來說表現良好。然而，塑化劑通常不 是水溶性的，且在長時間內纖維將保持結合。實際上，由于過濾嘴纖維的高度纏結的特性， 纖維之間的溶劑結合，和醋酸纖維素聚合物固有的緩慢降解能力，當丟棄時常規的香煙過 濾嘴可需求數年以降解（degrade)和分解（disintegrate)。因此，已經對開發具有改進的 降解能力的香煙過濾嘴做出嘗試。
[0005] Research Disclosure No. 38, 626 (第 375-77 頁，1996 年 6 月）報道了通過將 纖維固定一起，使用塑化劑以由醋酸酯絲束形成香煙過濾嘴降低了過濾嘴的降解。然而，該 Disclosure注意到由于纖維纏結，簡單地略去塑化劑將不會使過濾嘴能夠在環境中快速降 解。為解決該問題，該Disclosure提出了當濕潤時將顯著降低纏結的纖維。
[0006] 盡管近期做出了努力，在本領域仍然存在對可降解的纖維素酯纖維的需求，例如 在香煙過濾嘴中使用的那些，且尤其是可在不使用塑化劑的情況下制造的或當濕潤時具有 降低的纏結的那些。
[0007] 本發明旨在解決該需求以及其它需求，由下面的描述和所附的權利要求本發明將 變得明確。
[0008] 發明概述 本發明為如在所附的權利要求中所闡述的。
[0009] 簡單來說，在一個方面，本發明提供了使金屬氧化物顆粒附著到纖維素酯纖維表 面的方法。所述方法包括：使纖維素酯纖維與包含分散在質子液體中的金屬氧化物顆粒的 混合物接觸以將金屬氧化物顆粒附著到纖維的表面上。所述混合物基本上不含塑化劑。 [0010] 在另一個方面，本發明提供由根據本發明的方法制備的纖維素酯纖維。
[0011] 在又一個方面，本發明提供了香煙過濾嘴，其包含通過根據本發明的方法制備的 纖維素酯纖維。
[0012] 附圖簡要說明 圖1顯示了來自附著到醋酸纖維素纖維表面的TiO2顆粒(來自實施例1)的掃描電子 顯微鏡（SEM)的圖像。
[0013] 圖2顯示了來自附著到醋酸纖維素纖維表面的ZnO顆粒(來自實施例2)的SEM的 圖像。
[0014] 發明詳述 已經令人驚訝地發現，可在不使用塑化劑的情況下，將顆粒例如金屬氧化物附著到纖 維素酯纖維的表面。
[0015] 因此，在一個方面，本發明提供了將金屬氧化物顆粒附著到纖維素酯纖維表面的 方法。該方法包括使纖維素酯纖維與包含分散在質子液體中的金屬氧化物顆粒的混合物接 觸以將金屬氧化物顆粒附著到纖維的表面上。所述混合物基本上不含塑化劑。
[0016] 如在此使用的，術語"塑化劑"旨在描述溶劑，當施加到纖維素酯纖維時，所述溶劑 將纖維溶劑結合到一起。塑化劑的實例包括三醋精(三醋酸甘油酯)，二乙二醇二醋酸酯，三 乙二醇二醋酸酯，三丙酸甘油酯，乙酰檸檬酸三乙酯，檸檬酸三乙酯，以及它們與一種或多 種聚乙二醇的混合物。"基本上不含"的意思為與不存在塑化劑的情況下的纖維降解的速率 相比，塑化劑不以可感知地阻礙纖維素酯纖維降解速率的量存在。優選地，混合物不含塑化 劑。
[0017] 可在本發明中使用的金屬氧化物顆粒不是特別限制的。金屬氧化物的金屬可選自 元素周期表的第1-16族。對于金屬氧化物，優選的金屬包括鈦、鋅、和鋁。金屬氧化物可為 單金屬或混合金屬氧化物，例如雙金屬氧化物。
[0018] 金屬氧化物顆粒的優選的種類包括為光活性劑的那些。如在此使用的，術語"光活 性劑"指試劑，當施加到纖維素酯纖維時，所述試劑增加當暴露于UV輻射時纖維降解所在 的速率。根據本發明有用的光活性劑包括二氧化鈦，然而也可使用其它光活性金屬或金屬 化合物。二氧化鈦顆粒可為金紅石或銳鈦礦形式，或在相同顆粒中兩種結晶形式的混合物。 在混合相顆粒中存在的銳鈦礦相的量可以變化，例如從2至98wt%，從15至95wt%，或從50 至95wt%，正如使用X射線衍射技術所測量的。在混合相顆粒中存在的金紅石相也可以相似 的方式變化，例如從2至98wt%，從15至95wt%，或從50至95wt%，正如使用X射線衍射技術 所測量的。這些混合相顆粒在增強纖維降解方面是尤其適合的。
[0019] 可通過多種本領域已知的方法來制備二氧化鈦顆粒，所述方法包括高溫水解。也 可在商業上獲得所述顆粒。
[0020] 用于在本發明中使用的金屬氧化物顆粒在尺寸方面是可變化的，例如直徑為從 Inm至50 μπι。優選的金屬氧化物顆粒的直徑包括例如I nm-250 nm和5-50 nm。
[0021] 金屬氧化物顆粒的表面積也可在寬范圍內變化，舉例來說如從1-400 m2/g，正如 通過BET表面積方法測量的。優選地，顆粒的表面積在例如10-300 m2/g或10-150 m2/g的 范圍內。
[0022] 用于在本發明中使用的質子液體可為具有與氧結合的氫原子的任何化合物，條件 是其不溶解纖維素酯纖維。質子液體的實例包括水，大多數醇，蟻酸，和醋酸。水，低級醇(例 如含C1-C4的那些)，以及它們的混合物是優選的質子液體。低級醇的實例包括甲醇、乙醇、 異丙醇和正丁醇。
[0023] 可以任何方式制備包含分散在質子液體中的金屬氧化物顆粒的混合物。例如可將 金屬氧化物顆粒添加到質子液體，并可搖動、攪拌或超聲處理混合物以將顆粒分散在液體 中。
[0024] 分散在質子液體中的金屬氧化物顆粒的量可在寬范圍內變化。例如，混合物可含 有1-1，000 ppm的金屬氧化物顆粒。作為另一個實例，混合物可含有10-500 ppm的金屬氧 化物顆粒。
[0025] 根據本發明的方法，使纖維素酯纖維與混合物接觸足夠量的時間，以用于顆粒沉 積到或將其本身附著到纖維的表面。接觸時間可在寬范圍內變化，例如從1秒至1小時。可 以任何方式來進行接觸步驟。例如，可將纖維浸入到混合物中并允許其浸泡所需量的時間。 可選地，可將纖維拉過混合物直到所需量的顆粒沉積到纖維上。
[0026] 如在此使用的，術語"纖維素酯纖維"表示由一種或多種纖維素酯(例如醋酸纖維 素）通過例如恪體紡絲（melt-spinning)或溶劑紡絲（solvent-spinning)形成的纖維。在 本發明中有用的纖維素酯包括具有不同取代度的醋酸纖維素，丙酸纖維素，和丁酸纖維素， 以及這些的混合酯，例如醋酸丙酸纖維素，醋酸丁酸纖維素，和醋酸丙酸丁酸纖維素。纖 維素醋可為二級纖維素醋（secondary cellulose ester)。合適的纖維素醋的實例包括 在美國專利號 1，698, 049 ;1，683, 347 ;1，880, 808 ;1，880, 560 ;1，984, 147 ;2, 129,052 ;和 3, 617, 201中描述的那些；通過引用將其全部內容并入本文中。
[0027] 盡管傳統上用醋酸纖維素纖維來制造香煙過濾嘴，然而本發明不限于傳統的酯或 香煙過濾嘴。進一步地，盡管用于香煙過濾嘴的醋酸酯的每葡糖酐單元的典型的取代度 (DS/AGU)為約2. 45,然而可容易地將過濾嘴構造為具有一定范圍的乙酰基含量，例如1. 5 至2. 8,或1. 8至2. 7,或1. 9至2. 5,或例如約2. 0的平均DS/A⑶。較低的DS/A⑶值可提 供更快速的降解。
[0028] 正如所注意到的，可將纖維素酯紡絲成纖維，例如通過熔體紡絲或通過從合適的 溶劑(例如丙酮，丙酮/水，四氫呋喃，二氯甲烷/甲醇，氯仿，二噁烷，N，N-二甲基甲酰胺， 二甲亞砜，醋酸甲酯，醋酸乙酯，或吡啶）紡絲。當從溶劑紡絲時，對溶劑的選擇取決于酯取 代基的類型和取決于所需的DS/A⑶。用于紡絲纖維的合適的溶劑為含有0-30wt%水的丙 酮。對于DS/AGU為2. 4-2. 6的醋酸纖維素，紡絲溶劑可為含有小于3wt%水的丙酮。對于 DS/AGU為2. 0-2. 4的醋酸纖維素，紡絲溶劑可為含有5-15wt%水的丙酮。對于DS/AGU為 1. 7-2. 0的醋酸纖維素，紡絲溶劑可為含有15-30wt%水的丙酮。
[0029] 當熔體紡絲纖維時，纖維素酯的熔體溫度可為例如120 °C -250 °C，或 180°C _220°C。
[0030] 用于在本發明中使用的纖維素酯纖維可為連續纖維，或可為具有較短長度的短纖 維，其使纖維更易于降解。因此，短纖維的長度可為3-10 mm，或4-8 mm。短纖維也可為隨 機取向的。
[0031] 纖維素酯纖維可為卷曲的，且具有例如每英寸4-20個卷曲，或每英寸10-15個卷 曲。纖維的旦數/絲（DPF)可為例如20-0.