一种环保型可降解母料及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种环保型可降解母料及其制备方法和应用 (Environment-friendly degradable master batch and preparation method and application thereof ) 是由 杨光远 彭三文 邓少鹏 李世建 盛况 于 2021-10-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种环保型可降解母料及其制备方法和应用,这种母料按重量份数计,由包含以下组分的原料制备而成：PLA50-70份、PBAT30-50份、相容剂2-6份、功能填料5-12份、扩链剂0.5-1.5份、成核剂1-3份、抗氧剂0.1-0.4份、润滑剂0.2-1份。这种母料具有良好的可生物降解特性,绿色环保,而且成型加工稳定性好,由其制成的卷烟过滤嘴,兼具良好的韧性、耐热性以及抗热收缩性,消费者抽吸感受好,且隔热效果突出,使用完后,在自然环境下经过一段时间可实现完全降解,不会对环境造成负担,符合绿色可持续发展的理念。(The invention discloses an environment-friendly degradable master batch, a preparation method and application thereof, wherein the master batch is prepared from the following raw materials in parts by weight: PLA50-70 parts, PBAT30-50 parts, compatilizer 2-6 parts, functional filler 5-12 parts, chain extender 0.5-1.5 parts, nucleating agent 1-3 parts, antioxidant 0.1-0.4 part and lubricant 0.2-1 part. The master batch has good biodegradability, is environment-friendly, has good molding and processing stability, and the cigarette filter tip made of the master batch has good toughness, heat resistance and heat shrinkage resistance, is good in smoking feeling of consumers, has outstanding heat insulation effect, can be completely degraded in a natural environment after being used for a period of time, does not cause burden to the environment, and accords with the concept of green sustainable development.)
技术领域
本发明涉及卷烟过滤嘴材料技术领域，具体涉及一种环保型可降解母料及其制备方法和应用。
背景技术
随着烟草行业的发展，为了满足消费者的健康理念需求，市面上现已推出了多种样式的卷烟产品，例如，细支烟、超细支烟、传统电子烟、低温不燃烧烟等等。而过滤嘴作为卷烟不可或缺的一部分，其在卷烟产品中的价值作用愈发重要。在过滤嘴最初出现的时候，其主要是作为卷烟的嘴状部件，起装饰作用，几乎没有其它功能。然而，随着人们对低害卷烟的期望和需求越来越大，消费者对过滤嘴的要求也在不断提升，例如，如何在降低有害物质的同时，还能保证烟气烟雾量的满足感等。为此，具有低吸阻、高过滤性能的过滤嘴越来越受到重视。
目前，应用最为广泛的烟用过滤材料是醋酸纤维素丝束和聚乳酸材料。由醋酸纤维素丝束制成的卷烟过滤嘴材料，弹性好、无毒、无味、热稳定性好、吸阻小、截滤效果显著、能选择性地吸附卷烟中的有害成分，同时又保留了一定的烟碱而不失香烟口味，但醋酸纤维素来源于优质木材，由木材到醋酸纤维的过程中伴随一系列高污染的物理化学处理，纺丝过程采用溶液纺丝法，成本较高，还要面临溶剂回收的问题，而且醋酸纤维素自身难以发生自然降解，由其制成的卷烟过滤嘴在使用完之后，作为废弃物会造成严重的环境污染。
不同于醋酸纤维素材料，聚乳酸材料是一种以可再生的植物资源为原料，以化学方法合成的新型可降解材料，其分子链上带有强极性基团，对焦油类物质具有较强的吸附性，可用作卷烟过滤材料。然而，在将聚乳酸制备卷烟过滤嘴时，发现滤棒在成型过程中，容易发生壁厚不均匀的情况，且制得的过滤嘴脆性大，且耐热稳定性较差，隔热效果不好，吸阻大，极大地限制了聚乳酸材料在卷烟过滤嘴加工领域的应用。
例如申请号为【CN202011432181.7】的一种新型环保香烟过滤嘴的制备方法，包括以下步骤：步骤一：先将可降解树脂组合物按一定比例在混合机中共混均匀；步骤二：然后设定挤出机螺杆前半区与后半区的温度；步骤三：接着将混好的降解树脂组合物加入到挤出机加料仓，按一定的挤出速度进行挤出，并在挤出机的压缩段通过注气系统按一定的流量将超临界CO2加入到体系中；步骤四：最后经过模头发泡形成棒状，冷却后即得到微孔过滤嘴棒。该发明不采用熔融纺丝成型工艺，不存在细小纤维残留，引起人体吸入的问题，并且原料采用环保可降解材料，吸完烟丢弃的过滤嘴可通过堆肥降解，不对环境产生污染，起到了突出性的进步。但是该发明制备的过滤嘴耐热稳定性较差，隔热效果不好，吸阻大，严重影响抽吸者的抽吸体验。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种环保型可降解母料及其制备方法和应用，这种母料具有良好的可生物降解特性，绿色环保，而且成型加工稳定性好，由其制成的卷烟过滤嘴，兼具良好的韧性、耐热性以及抗热收缩性，消费者抽吸感受好，且隔热效果突出，使用完后，在自然环境下经过一段时间可实现完全降解，不会对环境造成负担，符合绿色可持续发展的理念。
为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：一方面，本发明提供了一种环保型可降解母料，按重量份数计，由包含以下组分的原料制备而成：PLA50-70份、PBAT30-50份、相容剂2-6份、功能填料5-12份、扩链剂0.5-1.5份、成核剂1-3份、抗氧剂0.1-0.4份、润滑剂0.2-1份。
本发明中，PBAT为热塑性生物降解塑料，熔融指数为5-8g/10min(190℃，2.16kg)。PBAT是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，兼具PBA和PBT的特性，既有较好的延展性和断裂伸长率，也有较好的耐热性和冲击性能，还具有优良的生物降解性。
PLA（聚乳酸）的熔融指数为7-10g/10min(190℃，2.16 kg)，且缺口冲击强度≥30J/m。
因此，本发明将PBAT和PLA按一定重量比复配作为母料基材，由于PBAT相比于PLA具有良好的柔韧性和耐热性，PBAT的引入可有效解决PLA刚性大且耐热性差的问题，同时还可以降低基材的生产成本。
但是PBAT和PLA均为大分子聚合物，彼此之间的相容性较差，复配后无法快速结合，导致体系分散性较差，因此，本发明还在基材中加入了一定量的相容剂，用于增强两者之间的相容性，使得基材的成型加工性能得到改善。
作为优选，所述相容剂为马来酸酐接枝PLA（PLA-g-MAH）或甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝PLA（PLA-g-GMA）中的至少一种，马来酸酐接枝PLA的熔融指数为9-16g/10min(190℃，2.16kg)，且马来酸酐接枝率为0.85-1.05％。甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝PLA的熔融指数为10-14g/10min(190℃，2.16kg)，且甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝率为0.88-1.12％。这两种相容剂耐热性均较高，不会因受热分解。
本发明中，PLA-g-MAH或PLA-g-GMA的加入可以显著提高PBAT和PLA共混体系的相容性。例如马来酸酐接枝PLA具有强极性反应性基团，与PBAT可以通过化学反应结合，而马来酸酐接枝PLA本身在共混体系中可以与PLA相容，因此，与马来酸酐接枝PLA通过化学反应结合的PBAT可以与PLA具有良好的互溶性，进而使得PBAT和PLA的共混体系分散均匀，这样制备的母料基材性能优异。
为了提升母料的吸附性，本发明在体系中还加入了功能填料。
作为优选，所述功能填料由改性玻璃微球、改性玉米粉、竹炭粉末按质量比（1-4）：10：1混合而成。
玻璃微球是一种中空密闭的正球形、粉沫状的超轻质填充材料。其真实密度在0.12～0.60g/cm3之间，粒径在15～135um之间。具有重量轻体积大、导热系数低、分散性、流动性、稳定性好的优点。另外，还具有绝缘、自润滑、隔音隔热、不吸水、耐腐蚀、防辐射、无毒等优异性能。由于玻璃微球自身的特性（与树脂不相容），如果将玻璃微球直接加入PBAT和PLA的共混体系制成母料，其相容性较差，分散不均匀，容易出现层析现象。因此，本发明对玻璃微球进行改性处理。
作为优选，所述改性玻璃微球的制备方法为：将干燥后的玻璃微球与羟丙基甲基纤维素一起加入到含有壬基酚聚氧乙烯醚、硅烷偶联剂的无水乙醇中，并调节溶液pH为5.5，于80-90℃下超声处理15-30min，后经冷却、过滤、洗涤，再经干燥、研磨，即得改性玻璃微球。
本发明以含有壬基酚聚氧乙烯醚和硅烷偶联剂的无水乙醇作为分散剂，将玻璃微球、羟丙基甲基纤维素分散于所述无水乙醇中。硅烷偶联剂的硅烷氧基对无机物玻璃微球具有反应性，有机官能基对有机物具有反应性或相容性。因此，硅烷偶联剂可以结合至玻璃微球表面，使得玻璃微球表面具有活性基团（有机官能基）。
羟丙基甲基纤维素，是属于非离子型纤维素混合醚中的一种，可以与活性基团反应结合。它是一种半合成的、不活跃的、黏弹性的聚合物，与基材树脂相容性较好。因此，本发明通过超声处理使得羟丙基甲基纤维素与玻璃微球表面的活性基团结合，可以提升玻璃微球与基材树脂的相容性，有利于玻璃微球均匀地分散于基材树脂中，而不会出现层析现象。
另外，本发明中壬基酚聚氧乙烯醚有良好的渗透/乳化/分散/抗酸/抗碱/抗硬水/抗还原/抗氧化能力，将其与无水乙醇复配作为分散剂，可以进一步提升母料基材的稳定性。
作为优选，所述玻璃微球、羟丙基甲基纤维素与无水乙醇的质量比为（1-4）：1：20。
作为优选，所述无水乙醇中壬基酚聚氧乙烯醚的含量为0.01-0.5wt%、硅烷偶联剂的含量为0.8-2.6wt%。
竹碳粉是指竹炭的粉末状物质，可以吸收空气中的各种有害气体，将竹炭粉加入基材体系中，不但可以除臭、除湿，还可以吸入所谓“环境荷尔蒙”的有害化学物质。而且，被吸入的化学物质的毒素，会被微生物分解，变成无害物。但是竹碳粉与树脂的相容性较差，将其直接加入PBAT和PLA的共混体系制成母料，会使得体系分散不均匀，竹碳粉容易从体系中直接析出。为了使得竹碳粉可以与PBAT和PLA的共混体系相容，本发明在体系中还加入了改性玉米粉，通过改性玉米粉包覆在竹碳粉外表面，以提升竹碳粉与母料基材的相容性。
玉米粉中含有大量的卵磷脂、亚油酸、谷物醇、维生素E、纤维素等，将其用于过滤嘴基材具有较多益处，但是玉米粉加工性能低，其与基材树脂的相容性较差，将其直接加入PBAT和PLA的共混体系，其相容性较差，分散不均匀，容易析出玉米粉，而且玉米粉吸附性较弱，不易于其他颗粒结合成团。因此，本发明对玉米粉进行改性处理。
作为优选，所述改性玉米粉的制备方法为：将玉米粉用去离子水调浆后，加入蛋白酶和葡萄糖氧化酶，于48-50℃下酶解12-14h得到玉米粉，将酶解后的玉米粉干燥、粉碎，即得改性玉米粉。
玉米粉中淀粉与蛋白结合较为紧密，蛋白质以网络结构的形式包裹在淀粉颗粒表面，糊化时对淀粉颗粒的涧胀有一定的阻碍作用，不利于凝胶体系的形成，因此玉米粉成团性不佳。
本发明所使用的改性玉米粉是利用蛋白酶对玉米粉中的蛋白进行水解，破坏了玉米粉颗粒的结构，使得颗粒更加松散，具有粘性的小分子多糖含量增多，改善了玉米粉面团的质构特性，进而提升玉米粉的凝胶性能。但是由于玉米粉中淀粉与蛋白独特的结合方式，采用单一酶处理不能同时水解淀粉和蛋白。
因此，本发明通过加入葡萄糖氧化酶作为脱氢酶在氧化葡萄糖的过程中对玉米粉进行酶解改性，脱氢酶处理后，玉米粉颗粒表面产生部分孔洞，吸附性增强，成团性能得到提升。
因此，本发明中在葡萄糖氧化酶和蛋白酶的协同作用下，不仅可有效提高玉米粉的粘度，增强玉米粉与基材树脂之间的相容性，而且经改性的玉米粉还可将改性玻璃微球、竹炭粉充分包裹，以增强改性玻璃微球、竹炭粉在基材树脂中的分散均匀性，有效防止改性玻璃微球和竹炭粉从基材体系中析出。体系内的改性玻璃微球与竹炭粉可以发挥协同增效的作用，不仅有利于改善基材的力学强度，还有利于降低基材在高温下的热收缩率，可有效提高基材的成型稳定性，避免在成型过程中出现壁厚不均匀的情况，最终所得材料体系的耐热性以及隔热效果得到显著提升。
作为优选，所述扩链剂为SG-20扩链剂，所述成核剂包括滑石粉、碳酸钙、二氧化硅、二氧化钛中的至少一种。
作为优选，所述抗氧剂包括四苯基二丙二醇二亚磷酸酯、亚磷酸三异癸酯、季戊四醇磷酸酯、二亚磷酸季戊四醇二异癸酯中的至少一种。
作为优选，所述润滑剂为聚酰胺蜡、季戊四醇硬脂酸酯、白油按质量比（1-3）：1：1混合而成。
故，由于本发明中改性玻璃微球具有重量轻体积大、导热系数低、分散性、流动性、稳定性好的优点，而竹炭粉具有优异的吸附能力，然后通过改性玉米粉包覆在粒子外侧，可以加强改性玻璃微球、竹炭粉与基材体系的相容性，使得改性玻璃微球、竹炭粉均匀分散到基材体系中，因此，由包含上述材料的基材制得的卷烟过滤嘴，对烟气中的有害物质可起到高效的吸附过滤作用，可大大降低烟气对人体健康的危害。
另一方面，本发明提供了一种环保型可降解母料的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量份将PLA、PBAT、相容剂和润滑剂混合均匀，制得预混料A；
S2：按重量份将功能填料、扩链剂、成核剂和抗氧剂混合均匀，制得预混料B；
S3：将预混料A由双螺杆挤出机的主喂料口加入，将预混料B由双螺杆挤出机的侧喂料口加入，先于145-160℃下进行塑化，再于170-185℃下进行熔融共混，后经挤出造粒、真空干燥，使粒子冷却至30℃以下，即得可降解母料。
再者，本发明提供了上述环保型可降解母料在制备卷烟过滤嘴中的应用。
具体应用如下，在将上述环保型可降解母料用于制备卷烟过滤嘴时，可通过以下加工步骤来实现：
第一步：将所述可降解母料熔融后，将熔融物料置于微波环境下，进行微波辐射处理，经喷丝板挤出，再经冷却、卷绕、牵伸、卷曲、干燥，制得丝束；
第二步：将第一步制得的丝束置入滤棒成型机成型，丝束经开松后，将粘合剂喷洒于开松的丝束上，采用成形纸卷制成型，切割成规定长度的卷烟过滤嘴，经烘干，即可。
在上述制备卷烟过滤嘴的过程中，所采用的微波辐射处理条件为：微波的频率为1-3GHz，功率为150-250W，处理时间为15-30min。
所述喷丝板挤出过程中，所采用的喷丝板孔数为约25000，且喷丝孔为中空型的喷丝孔，单丝纤度可设定为3D，且单丝截面上单丝本体与空心面积比为约2:1。
所述冷却是采用空气冷却法对新纺出的丝束进行冷却，冷却风温为常温。
所述卷绕的速率可设定为约300-500m/min。
所述牵伸是在水浴环境下对丝束进行牵伸，其中，牵伸强度可设定为1.0-1.5CN/dtex，牵伸程度为约20-30%，水浴温度为约65-85℃。
在所述开松过程中，开松辊的压力可设定为约0.1-0.3MPa，且二道开松辊的辊速比（开松比）可设定为约1：（1.5-1.8）。
本发明的有益效果如下：
1.本发明提供的一种环保型可降解母料，以PLA与PBAT相复配作为基材，由于PLA自身刚性较大且耐热性不足，引入PBAT可有效改善基材的柔韧性和耐热性，同时，以PLA-g-MAH或PLA-g-GMA作为相容剂，其中经MAH或GMA接枝改性的PLA在基材PLA和PBAT之间可起到促容中间相的作用，可有效改善PLA与PBAT之间的相容性，使得基材的成型加工性能得到改善。
2.本发明提供的一种环保型可降解母料，通过在过滤嘴基材中引入改性玻璃微球、改性玉米粉、竹炭粉混合而成的功能填料，可以大幅提升过滤嘴基材的吸附能力。而且引入改性玻璃微球还可以增强基材的力学强度，有效提高基材的稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例中一种环保型可降解母料制备方法的流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例和现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式，本发明并不限制于该实施例。
本发明具体实施例如下：
实施例1
一种环保型可降解母料，按重量份数计，由包含以下组分的原料制备而成：PLA50份、PBAT50份、相容剂6份、功能填料5份、扩链剂1.5份、成核剂3份、抗氧剂0.4份、润滑剂1份。
该实施例中：
PBAT熔融指数为5g/10min(190℃，2.16kg)，PLA熔融指数为7g/10min(190℃，2.16kg)。
相容剂为MAH-g-PLA，熔融指数约为10g/10min(190℃，2.16kg)，且MAH的接枝率为约0.85%。
功能填料由改性玻璃微球、改性玉米粉、竹炭粉末按质量比4：10：1混合而成。
改性玻璃微球的制备方法如下：
将干燥后的玻璃微球与羟丙基甲基纤维素一起加入到含有壬基酚聚氧乙烯醚、硅烷偶联剂的无水乙醇中，调节溶液pH为5.5，于80℃下超声处理30 min，后经冷却、过滤、洗涤，再经干燥、研磨，即可。
其中，无水乙醇中壬基酚聚氧乙烯醚的含量为约0.01wt%，硅烷偶联剂（乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷）的含量为0.8wt%。
其中，玻璃微球、羟丙基甲基纤维素、无水乙醇的质量比为4：1：20。
改性玉米粉由以下方法制备而成：
将玉米粉用去离子水调浆后，按玉米粉质量的0.4％添加蛋白酶，按玉米粉质量的0.02％添加葡萄糖氧化酶，随后于72℃下酶解12 h，将酶解后的玉米粉干燥、粉碎，即制得改性玉米粉。
所述扩链剂为SG-20扩链剂，所述成核剂为碳酸钙，所述抗氧剂为亚磷酸三异癸酯，所述润滑剂包括M(聚酰胺蜡)：M(季戊四醇硬脂酸酯)：M(白油)=1：1：1。
按照上述各组分对应的条件进行一种环保型可降解母料的制备，具体包括以下步骤：
S1：按重量份将PLA、PBAT、相容剂和润滑剂混合均匀，制得预混料A；
S2：按重量份将功能填料、扩链剂、成核剂和抗氧剂混合均匀，制得预混料B；
S3：将预混料A由双螺杆挤出机的主喂料口加入，将预混料B由双螺杆挤出机的侧喂料口加入，先于160℃下进行塑化，再于185℃下进行熔融共混，后经挤出造粒、真空干燥，使粒子冷却至30℃以下，即得可降解母料。
实施例2
一种环保型可降解母料，按重量份数计，由包含以下组分的原料制备而成：PLA56份、PBAT44份、相容剂4份、功能填料8份、扩链剂1.2份、成核剂3份、抗氧剂0.4份、润滑剂0.8份。
该实施例中：
PBAT熔融指数为5g/10min(190℃，2.16kg)，PLA熔融指数为7g/10min(190℃，2.16kg)。
相容剂为MAH-g-PLA，熔融指数约为16g/10min(190℃，2.16kg)，且MAH的接枝率为约1.05%。
功能填料由改性玻璃微球、改性玉米粉、竹炭粉末按质量比4：10：1混合而成。
改性玻璃微球的制备方法如下：
将干燥后的玻璃微球与羟丙基甲基纤维素一起加入到含有壬基酚聚氧乙烯醚、硅烷偶联剂的无水乙醇中，调节溶液pH为5.5，于80℃下超声处理30 min，后经冷却、过滤、洗涤，再经干燥、研磨，即可。
其中，无水乙醇中壬基酚聚氧乙烯醚的含量为约0.1wt%，硅烷偶联剂（乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷）的含量为约1.4wt%。
其中，玻璃微球、羟丙基甲基纤维素、无水乙醇的质量比为4：1：20。
改性玉米粉由以下方法制备而成：
将玉米粉用去离子水调浆后，按玉米粉质量的0.4％添加蛋白酶，按玉米粉质量的0.02％添加葡萄糖氧化酶，随后于72℃下酶解12 h，将酶解后的玉米粉干燥、粉碎，即制得改性玉米粉。
所述扩链剂为SG-20扩链剂，所述成核剂为二氧化硅，所述抗氧剂为亚磷酸三异癸酯，所述润滑剂包括M(聚酰胺蜡)：M(季戊四醇硬脂酸酯)：M(白油)=1：1：1。
按照上述各组分对应的条件进行一种环保型可降解母料的制备，具体包括以下步骤：
S1：按重量份将PLA、PBAT、相容剂和润滑剂混合均匀，制得预混料A；
S2：按重量份将功能填料、扩链剂、成核剂和抗氧剂混合均匀，制得预混料B；
S3：将预混料A由双螺杆挤出机的主喂料口加入，将预混料B由双螺杆挤出机的侧喂料口加入，先于156℃下进行塑化，再于180℃下进行熔融共混，后经挤出造粒、真空干燥，使粒子冷却至30℃以下，即得可降解母料。
实施例3
一种环保型可降解母料，按重量份数计，由包含以下组分的原料制备而成：PLA62份、PBAT38份、相容剂3份、功能填料10份、扩链剂1.0份、成核剂2份、抗氧剂0.3份、润滑剂0.6份。
该实施例中：
PBAT熔融指数为6g/10min(190℃，2.16kg)，PLA熔融指数为8g/10min(190℃，2.16kg)。
相容剂为GMA-g-PLA，熔融指数约为10g/10min(190℃，2.16kg)，且MAH的接枝率为约0.88%。
功能填料由改性玻璃微球、改性玉米粉、竹炭粉末按质量比3：10：1混合而成。
改性玻璃微球的制备方法如下：
将干燥后的玻璃微球与羟丙基甲基纤维素一起加入到含有壬基酚聚氧乙烯醚、硅烷偶联剂的无水乙醇中，调节溶液pH为5.5，于90℃下超声处理15 min，后经冷却、过滤、洗涤，再经干燥、研磨，即可。
其中，无水乙醇中壬基酚聚氧乙烯醚的含量为约0.2wt%，硅烷偶联剂（乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷）的含量为约1.8wt%。
其中，玻璃微球、羟丙基甲基纤维素、无水乙醇的质量比为3：1：20。
改性玉米粉由以下方法制备而成：
将玉米粉用去离子水调浆后，按玉米粉质量的0.5％添加蛋白酶，按玉米粉质量的0.04％添加葡萄糖氧化酶，随后于72℃下酶解12h，将酶解后的玉米粉干燥、粉碎，即制得改性玉米粉。
所述扩链剂为SG-20扩链剂，所述成核剂为二氧化钛，所述抗氧剂为四苯基二丙二醇二亚磷酸酯，所述润滑剂包括M(聚酰胺蜡)：M(季戊四醇硬脂酸酯)：M(白油)=1：3：1。
按照上述各组分对应的条件进行一种环保型可降解母料的制备，具体包括以下步骤：
S1：按重量份将PLA、PBAT、相容剂和润滑剂混合均匀，制得预混料A；
S2：按重量份将功能填料、扩链剂、成核剂和抗氧剂混合均匀，制得预混料B；
S3：将预混料A由双螺杆挤出机的主喂料口加入，将预混料B由双螺杆挤出机的侧喂料口加入，先于152℃下进行塑化，再于176℃下进行熔融共混，后经挤出造粒、真空干燥，使粒子冷却至30℃以下，即得可降解母料。
实施例4
一种环保型可降解母料，按重量份数计，由包含以下组分的原料制备而成：PLA65份、PBAT35份、相容剂3份、功能填料10份、扩链剂0.7份、成核剂1份、抗氧剂0.2份、润滑剂0.4份。
该实施例中：
PBAT熔融指数为8g/10min(190℃，2.16kg)，PLA熔融指数为10g/10min(190℃，2.16kg)。
相容剂为GMA-g-PLA，熔融指数约为12g/10min(190℃，2.16kg)，且MAH的接枝率为约1.04%。
功能填料由改性玻璃微球、改性玉米粉、竹炭粉末按质量比2：10：1混合而成。
改性玻璃微球的制备方法如下：
将干燥后的玻璃微球与羟丙基甲基纤维素一起加入到含有壬基酚聚氧乙烯醚、硅烷偶联剂的无水乙醇中，调节溶液pH为5.5，于90℃下超声处理20 min，后经冷却、过滤、洗涤，再经干燥、研磨，即可。
其中，无水乙醇中壬基酚聚氧乙烯醚的含量为约0.3wt%，硅烷偶联剂（乙烯基三乙氧基硅烷）的含量为约2.2wt%。
其中，玻璃微球、羟丙基甲基纤维素、无水乙醇的质量比为1：1：20。
改性玉米粉由以下方法制备而成：
将玉米粉用去离子水调浆后，按玉米粉质量的0.6％添加蛋白酶，按玉米粉质量的0.05％添加葡萄糖氧化酶，随后于72℃下酶解12 h，将酶解后的玉米粉干燥、粉碎，即制得改性玉米粉。
所述扩链剂为SG-20扩链剂，所述成核剂为滑石粉，所述抗氧剂为二亚磷酸季戊四醇二异癸酯，所述润滑剂包括M(聚酰胺蜡)：M(季戊四醇硬脂酸酯)：M(白油)=1：2：1。
按照上述各组分对应的条件进行一种环保型可降解母料的制备，具体包括以下步骤：
S1：按重量份将PLA、PBAT、相容剂和润滑剂混合均匀，制得预混料A；
S2：按重量份将功能填料、扩链剂、成核剂和抗氧剂混合均匀，制得预混料B；
S3：将预混料A由双螺杆挤出机的主喂料口加入，将预混料B由双螺杆挤出机的侧喂料口加入，先于148℃下进行塑化，再于172℃下进行熔融共混，后经挤出造粒、真空干燥，使粒子冷却至30℃以下，即得可降解母料。
实施例5
一种环保型可降解母料，按重量份数计，由包含以下组分的原料制备而成：PLA70份、PBAT30份、相容剂2份、功能填料12份、扩链剂0.5份、成核剂1份、抗氧剂0.1份、润滑剂0.2份。
该实施例中：
PBAT熔融指数为8g/10min(190℃，2.16kg)，PLA熔融指数为10g/10min(190℃，2.16kg)。
相容剂为MAH-g-PLA，熔融指数约为14g/10min(190℃，2.16kg)，且MAH的接枝率为约1.12%。
功能填料由改性玻璃微球、改性玉米粉、竹炭粉末按质量比1：10：1混合而成。
改性玻璃微球的制备方法如下：
将干燥后的玻璃微球与羟丙基甲基纤维素一起加入到含有壬基酚聚氧乙烯醚、硅烷偶联剂的无水乙醇中，调节溶液pH为5.5，于90℃下超声处理20 min，后经冷却、过滤、洗涤，再经干燥、研磨，即可。
其中，无水乙醇中壬基酚聚氧乙烯醚的含量为约0.5wt%，硅烷偶联剂（乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷）的含量为约2.6wt%。
其中，玻璃微球、羟丙基甲基纤维素、无水乙醇的质量比为1：1：20。
改性玉米粉由以下方法制备而成：
将玉米粉用去离子水调浆后，按玉米粉质量的0.6％添加蛋白酶，按玉米粉质量的0.05％添加葡萄糖氧化酶，随后于72℃下酶解12 h，将酶解后的玉米粉干燥、粉碎，即制得改性玉米粉。
所述扩链剂为SG-20扩链剂，所述成核剂为滑石粉，所述抗氧剂为季戊四醇磷酸酯，所述润滑剂包括M(聚酰胺蜡)：M(季戊四醇硬脂酸酯)：M(白油)=1：2：1。
按照上述各组分对应的条件进行一种环保型可降解母料的制备，具体包括以下步骤：
S1：按重量份将PLA、PBAT、相容剂和润滑剂混合均匀，制得预混料A；
S2：按重量份将功能填料、扩链剂、成核剂和抗氧剂混合均匀，制得预混料B；
S3：将预混料A由双螺杆挤出机的主喂料口加入，将预混料B由双螺杆挤出机的侧喂料口加入，先于145℃下进行塑化，再于170℃下进行熔融共混，后经挤出造粒、真空干燥，使粒子冷却至30℃以下，即得可降解母料。
对比例1
在实施例4的基础上，采用常规玻璃微珠、常规玉米粉以及竹炭粉作为填料以替代功能填料作为对比例1的条件，并制备得到对比例1的母料。
对比例2
在实施例4的基础上，将功能填料中的改性玻璃微珠剔除，以此作为对比例2的条件，并制备得到对比例2的母料。
对比例3
在实施例4的基础上，将功能填料中的改性玉米粉剔除，以此作为对比例3的条件，并制备得到对比例3的母料。
对比例4
在实施例4的基础上，以100%的PLA代替PBAT与PLA的混合体系作为基材，以此作为对比例4的条件，并制备得到对比例4的母料。
将实施例1-5和对比例1-4制得的可降解母料用于制备卷烟过滤嘴，具体加工步骤如下：
第一步：将所述可降解母料熔融后，将熔融物料置于微波环境下，进行微波辐射处理，经喷丝板挤出，再经冷却、卷绕、牵伸、卷曲、干燥，制得丝束；
第二步：将第一步制得的丝束置入滤棒成型机成型，丝束经开松后，将粘合剂喷洒于开松的丝束上，采用成形纸卷制成型，切割成规定长度的卷烟过滤嘴，经烘干，即可。
注：在上述制备卷烟过滤嘴的过程中：
所采用的微波辐射处理条件为：微波的频率为约2.5GHz，功率为约220W，处理时间为约30min；在喷丝板挤出过程中，所采用的喷丝板孔数为约25000，且喷丝孔为中空型的喷丝孔，单丝纤度可设定为3D，且单丝截面上单丝本体与空心面积比为约2:1；其中，冷却是采用空气冷却法对新纺出的丝束进行冷却，冷却风温为常温；卷绕的速率可设定为约300m/min；牵伸是在水浴环境下对丝束进行牵伸，其中，牵伸强度可设定为1.2CN/dtex，牵伸程度为约25%，水浴温度为约70℃。
其中，在将丝束进行开松时，开松辊的压力可设定为约0.2MPa，且二道开松辊的辊速比（开松比）可设定为约1:1.5。
依据GB/T22838-2009测试标准，将实施例1-5和对比例1-4制得的卷烟过滤嘴进行相应的性能测试，测试结果如下表1所示。
表1实施例1-5和对比例1-4制得的卷烟过滤嘴性能测试结果
项目
滤棒吸阻
滤棒硬度
圆整度
热收缩率（120℃，10min）
烟碱、焦油以及颗粒物的去除率
实施例1
约1220 Pa
约85
约95%
约0.17%
约83.5%
实施例2
约1240 Pa
约89
约95%
约0.15%
约87.4%
实施例3
约1130 Pa
约92
约97%
约0.11%
约85.2%
实施例4
约1020 Pa
约95
约98%
约0.08%
约89.3%
实施例5
约1090 Pa
约96
约97%
约0.10%
约88.1%
对比例1
约1270 Pa
约90
约93%
约0.26%
约70.5%
对比例2
约1210 Pa
约84
约92%
约0.33%
约65.1%
对比例3
约1340 Pa
约87
约91%
约0.21%
约62.2%
对比例4
约1210 Pa
约75
约88%
约0.35%
约80.1%
由表1的测试结果可知，实施例4制备的过滤嘴吸阻，滤棒硬度、圆整度、热收缩率、有害物质去除率均明显优于对比例1-3，说明在基材中引入改性玻璃微珠、改性玉米粉以及竹炭粉作为功能填料，可以大幅提升过滤嘴的吸附能力，降低过滤嘴的吸阻，同时还可以提升基材的抗变形能力，使得过滤嘴物理性能提升，耐热性好，而引入常规的玻璃微珠或者常规的玉米粉都不能起到良好的改善作用。再结合对比例4与实施例4相比，本发明中使用PBAT和PLA的混合体系作为基材，可以明显提升过滤嘴的滤棒硬度、圆整度和耐热性能，还可以降低滤棒的吸阻。
因此，本发明能较好地解决采用纯PLA作为母料制备卷烟过滤嘴所存在的问题，本发明提供的方法制得的母料用于卷烟过滤嘴时兼具良好的韧性、耐热性以及抗热收缩性，且可实现高过滤、低吸阻的功效，材料的抗变形能力好，且隔热效果突出，在使用完后，在自然环境下经过一段时间可实现完全降解，不会对环境造成负担，具有良好的经济效益和环境效益。
上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施例只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：防弧光聚碳酸酯材料、防弧光挡板及其制备方法