高界面粘附強度納米纖維復合紙及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及卷煙技術領域，具體涉及高界面粘附強度納米纖維復合紙及其制備方 法和應用。
【背景技術】
[0002] 在卷煙上接裝濾嘴是目前卷煙減害降焦技術中最直接有效的手段，濾嘴能吸附卷 煙煙氣中的部分有害成分，如截留卷煙主流煙氣中的總粒相物、降低焦油含量、吸附有害物 質，從而減少對人體的危害。
[0003]目前普遍使用的卷煙濾嘴是由醋酸纖維素絲束或聚丙烯絲束制備而成的，這些絲 束的截面尺寸一般為數十微米，研究人員致力于在不顯著提高吸阻的條件下進一步提高濾 嘴的比表面積，以增強濾嘴吸附有害物質的能力。
[0004] 靜電紡絲是一種簡單方便的制備納米纖維的技術，適用的材料范圍和應用領域非 常廣泛，近年來在煙草行業也得到了一定的關注。例如，公開號為CN 1603036的發明專利 文獻公開了一種直接利用靜電紡絲納米短纖維與現有過濾嘴絲束直接混合的方法來增加 過濾面積。又如，公開號為CN 102423141的發明專利文獻則先制得納米纖維膜，然后將其 嵌入原有濾嘴和煙絲之間制成復合濾嘴，降低焦油和其他有害物質的釋放量。
[0005] 最近，公開號為CN 103625089的發明專利文獻、公開號為CN 103625090的發明專 利文獻和公開號為CN 103628253的發明專利文獻公開了一系列技術，將靜電紡絲納米纖 維與成型紙、紙質濾棒基材以及絲束直接復合，形成納米纖維復合基材，再用于濾嘴制作， 制備得到的濾嘴可以有效降低卷煙主流煙氣中的一些有害物質，且不影響卷煙吸食品質。
[0006] 在上述納米纖維復合基材的制作過程中，一般根據所用聚合物材料來選擇合適的 溶劑，例如公開號為CN 103628253的發明專利文獻選用的溶劑包括乙醇、丙酮、水、甲酸 等，靜電紡絲制備納米纖維的過程中溶劑快速揮發，聚合物溶液在電場作用下鞭動、固化形 成納米纖維，最終堆積在基材表面，形成復合基材。
[0007] -般認為，這一過程以納米纖維在基材表面的物理堆積為主，納米纖維堆積到一 定厚度可以從基材表面完整剝離，得到納米纖維膜。在研究實踐中發現，通過物理堆積形成 的納米纖維復合紙界面粘附強度低，納米纖維容易脫落，在制作卷煙濾棒的過程中，產生大 量的飄絮物，阻礙生產的連續進行，嚴重影響濾棒質量。
[0008] 目前還沒有如何提高納米纖維與紙之間的界面粘附強度的文獻報道，更沒有可供 實際生產應用的技術和工藝。
【發明內容】
[0009] 本發明提供了一種高界面粘附強度納米纖維復合紙的制備方法，能夠增加納米纖 維與紙質基材之間的界面粘附強度，利于濾棒的穩定生產，同時，高比表面積納米纖維對卷 煙煙氣中的苯酚和4-甲基亞硝胺基-1-(3-吡啶）-1_ 丁酮（NNK)具有較強的吸附作用。
[0010] -種高界面粘附強度納米纖維復合紙的制備方法，包括以下步驟：
[0011] (1)將聚合物、添加劑和溶劑配制成紡絲液；
[0012] 所述聚合物為二醋酸纖維素、三醋酸纖維素、羥乙基纖維素、聚乙烯醇、殼聚糖中 的至少一種；
[0013] 所述添加劑為乙二醇、丙三醇、季戊四醇、二醋酸甘油酯、三醋酸甘油酯、甘油三油 酸酯、甘油軟脂酸酯、甘油硬脂酸酯中的至少一種；
[0014] (2)采用紙質基材，對步驟⑴所得的紡絲液進行靜電紡絲，得到所述的高界面粘 附強度納米纖維復合紙。
[0015] 本發明在紡絲液中引入至少一種添加劑，引入的添加劑具有相對較高的粘度和沸 點，在靜電紡絲過程中具有相對較慢的揮發速度，能夠對納米纖維和紙質基材起到良好的 粘結作用，且不會完全溶解納米纖維或紙質基材。
[0016] 所述的添加劑在靜電紡絲過程中顯著增強納米纖維與紙質基材的界面粘附強度， 解決了通過物理堆積作用形成的納米纖維與所附著的紙質基材之間界面粘附強度低，納米 纖維容易脫落，在卷煙濾棒制作過程中產生飄絮物的問題。
[0017] 引入的添加劑在提高紙質基材與納米纖維界面粘附強度的同時，沒有破壞納米纖 維的結構，賦予納米纖維復合紙較高的比表面積，使納米纖維復合紙能夠有效吸附卷煙主 流煙氣中的苯酚和NNK，降低卷煙主流煙氣中苯酚和NNK的釋放量。
[0018] 優選地，所述溶劑為丙酮、N，N-二甲基甲酰胺、水、乙酸中的至少一種。溶劑的選 擇依據聚合物和添加劑的不同而不同，以能夠和聚合物以及添加劑形成均相溶液為宜。
[0019] 為了保證紡絲液具有合適的粘度以及可紡性，使得到的納米纖維具有合適的尺 寸，對苯酚和NNK具有良好的吸附效果，優選地，所述紡絲液中，聚合物與溶劑的質量比為 0. 04~0. 15 :1。進一步優選，聚合物與溶劑的質量比為0. 08~0. 15 :1。
[0020] 添加劑用于改善納米纖維和紙質基材的界面粘附強度，如果添加量過多，會對納 米纖維的性能造成影響，優選地，所述紡絲液中，添加劑與聚合物的質量比為0. 5~2 :1。進 一步優選，添加劑與聚合物的質量比為0. 5~1 :1。
[0021] 本發明中紙質基材采用纖維素紙，采用無針頭式靜電紡絲技術制備納米纖維，通 過載液槽的往復移動使紡絲電極鐵絲表面涂覆一薄層紡絲液，當施加電壓超過臨界值后， 紡絲電極鐵絲表面的紡絲液首先形成許許多多的泰勒錐，然后被拉伸成很多束射流，再經 鞭動，形成納米纖維。
[0022] 步驟（2)進行靜電紡絲時，將紡絲液置于無針頭式靜電紡絲機的載液槽中，調節 紡絲電極鐵絲與紙質基材之間的距離（即接收距離）、紡絲電壓以及紙質基材的卷繞速率， 獲得直徑在80~500nm的納米纖維。
[0023] 作為優選，步驟（2)中，紡絲電壓為10~50kV，接收距離為5~25cm，紙質基材的 卷繞速率為50~400m/min。
[0024] 進一步優選，步驟（2)中，紡絲電壓為35~50kV，接收距離為15~25cm，紙質基 材的卷繞速率為50~200m/min。
[0025] 紙在靜電紡絲區域復合納米纖維后，利用紅外進行烘干，烘烤時間為1~60s，以 去除殘留的添加劑。
[0026] 本發明提供的高界面粘附強度納米纖維復合紙的制備方法簡單，適合連續生產， 能夠保證進一步加工得到的卷煙濾嘴的質量。采用無針頭式靜電紡絲技術生產效率高，不 會產生堵塞針頭的問題，維護方便，封閉式的移動載液槽能夠保證紡絲液濃度的恒定，可以 長時間穩定紡絲，有利于進行連續化的大規模生產。
[0027] 本發明還提供了一種利用所述的制備方法得到的高界面粘附強度納米纖維復合 紙，所述高界面粘附強度納米纖維復合紙包括紙質基材以及沉積在紙質基材表面的納米纖 維，所述納米纖維的直徑為80~500nm。
[0028] 為了對卷煙主流煙氣中的苯酚以及NNK具有更好的去除效果，優選地，所述納米 纖維的直徑為100~350nm〇
[0029] 本發明提供的高界面粘附強度納米纖維復合紙在制備卷煙濾棒的過程中，不會形 成飄絮物，能夠更加有效地保持納米纖維的形態以及高比表面積，增強對煙氣中苯酚和NNK 的吸附效果。
[0030] 紙質基材上沉積適量的納米纖維，以保證對苯酚和NNK的去除效果，優選地，每平 方米紙質基材表面沉積的納米纖維的質量為〇. 2~8g。
[0031] 進一步優選，每平方米紙質基材表面沉積的納米纖維的質量為0. 2~4g。
[0032] 本發明還提供了一種卷煙濾棒，由所述的高界面粘附強度納米纖維復合紙制備而 成。
[0033] 使用所述的高界面粘附強度納米纖維復合紙制備得到卷煙濾棒，能夠有效降低卷 煙主流煙氣中苯酚和NNK的釋放量，苯酚的釋放量降低11~27%，NNK的釋放量降低15~ 30%〇
【附圖說明】
[0034] 圖1為對比例1中納米纖維復合紙的電鏡照片；
[0035] 圖2為實施例1中高界面粘附強度納米纖維復合紙的電鏡照片。
【具