乙酸纤维素纤维及其制法和香烟过滤元件制造技术

一种乙酸纤维素纤维及其制备方法（图２），该纤维具有多个微孔腔或孔隙（图３）的外表面积。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及由聚合物溶液制造的高表面积微孔纤维，和尤其涉及用于过滤应用的高表面积纤维，其中使用表面微孔保留固体和/或液体试剂，用于选择性过滤，以降低某些烟尘组分。在香烟过滤中使用的目前的乙酸纤维素(CA)纤维是通过干纺法制造的，该方法允许20-25％CA的丙酮溶液牵引或挤压通过喷丝板的底部细孔或喷嘴，和在约5-10米长的纺丝柱中，通过除去丙酮溶剂，缓慢收缩成最终的纤维形状。在柱子中用加压的热空气流干燥，由于所包含的热量导致由此形成的具有诸如“R”、“I”、“Y”和“X”截面的纤维具有连续的芯截面和相对有限的外表面积，其中所述截面取决于牵引或挤压纤维所通过的细孔的形状。专利技术概述因此，本专利技术的一个目的是通过形成保留固体和/或液体试剂用的微孔，增加由聚合物溶液制造的某些纤维的外表面积，在降低烟产品如香烟内的某些烟尘组分中，用于选择性过滤。本专利技术另一目的是生产高表面积纤维的方法，在烟产品如香烟内用于过滤应用。本专利技术再一目的是由聚合物溶液制造的高表面积纤维的生产方法，其中使用在该纤维表面上的微孔保留固体和/或液体试剂，在降低烟产品内的某些烟尘组分中，用于选择性过滤。根据本专利技术，使聚合物溶液通过干纺法的喷丝板。在气流纺柱中一定程度的干燥之后，对纤维的最初形式施用减压快速蒸发法，在此，在纤维表面上形成聚合物的干燥表皮。在减压下，在该表皮内的残留量的溶剂或发泡剂爆裂或破裂，并通过不同的微孔路径快速离开纤维，从而留下具有微孔腔和内部空隙体积的高表面积纤维。对于乙酸纤维素来说，为了保护在纤维表面内如此形成的微孔，在蒸发法中，低于60℃的蒸发温度很必要的。可将该方法拓展到除乙酸纤维素之外的聚合物溶液以及除丙酮之外的溶剂和所谓破裂剂。还有，合适的纤维是由熔体聚合物纺丝原液制造的纤维，它含有在冷硬外表皮内俘获的空气。可在线上或以分批方式使用低温蒸发法。附图的简要说明连同附图，根据下述详细说明的阅读，除了以上所述的那些特征和优点之外，本专利技术的新特征和优点对本领域的技术人员来说是显而易见的，在附图中类似的参考符号是指类似的部分，和其中附图说明图1A是根据本专利技术实施例1生产的纤维的微观表面图象；图1B是根据本专利技术实施例1生产的纤维的微观截面视图；图2是根据本专利技术实施例2生产的纤维的微观表面图象；图3是根据本专利技术实施例3生产的纤维的微观表面图象；图4是根据本专利技术实施例4生产的部分干燥的纤维的微观表面图象；图5是根据本专利技术实施例4生产的在约65℃下干燥的纤维的微观表面图象；图6A是根据本专利技术实施例4生产的在约45-55℃下干燥的纤维的微观表面图象；图6B是图6A所示的纤维的微观截面视图。专利技术详述以下是本专利技术的详细说明和实施例。A.CA/丙酮溶液的制备。向配有机械搅拌和玻璃塞的100ml三颈圆底烧瓶中加入50ml丙酮(Fisher Scientific，99.6％)，接着在中速搅拌下加入11.88g CA丝束纤维。在添加完之后，塞住烧瓶，和所添加的纤维缓慢溶解在溶剂内，过夜形成均匀的白色粘稠溶液。B.干纺法形成纤维。将约10ml上述溶液通过配有塑料管的塑料注射器缓慢转移到10ml的挤出套筒内。然后将套筒安装在DACA9mm Piston Extruder Model 40000(它带有0.75mm的圆形单一细孔模头)上，并以20mm/min的活塞速度，在室温下挤出。在垂直滴落到21-cm溶剂的通风孔(venting)间隙内之后，在铝盘内收集挤出的纤维，所述通风孔间隙由两个鼓风喷嘴和排气罩的组合而产生。通过真空烘箱或在罩内的高气流进一步快速蒸发残余的溶剂。实施例-1在60℃真空干燥之后获得的纤维在该实施例中，在金属板上收集纤维，然后将它放入60℃的真空烘箱中。通过干冰阱，机械泵在该烘箱内产生高真空。捕获的溶剂快速蒸发并在纤维表面上形成微孔。图1A和1B示出了在真空和60℃下干燥20分钟之后所形成的纤维的微观表面和截面视图。显然，形成直径约1微米的孔。这些孔如此小，以致于仅可以在1000×图象(1微米/刻度)下，而不是在400×图象(2.5微米/刻度)下观察到它们。经实测，在储存超过3个月孔结构是稳定的。由于在水平位置上收集并干燥在该实施例中的纤维样品，所以它们并不维持图1A和1B所示的它们的圆形截面。它们各向异性地收缩成截面尺寸为25-150微米的扁平狗骨头形状。在该工艺中，在没有接触的情况下，通过垂直地处理纤维，可能将它收缩成圆形截面。仅使用该实施例和下述实施例证明改良乙酸纤维素纤维的表面孔隙率的精神，和不使用它们限制本专利技术的范围。所得多孔纤维可具有任何截面形状。实施例-2由较低温度蒸发工艺获得的多孔纤维在该实施例中，进一步以不加热的工艺干燥上述纺丝纤维样品。通过在没有加热情况下，在真空烘箱中快速抽气，或在室温下在高度排气的罩内除去残留溶剂25分钟。图2示出了所得样品的典型表面图象。甚至在400×图象下，直径达3微米的较大孔清晰可见。显然，温度和压力对纤维表面上的孔隙率的最终形成扮演着重要的角色。实施例-3使用固体碳酸氢铵(AHC)试剂的实验在多孔塑料的制造中，碳酸氢铵(NH4HCO3，AHC)是已知的发泡剂。它在约60℃下分解放出CO2、NH3和H2O。在该实施例中，使用这一试剂的固体形式，在纤维内形成大孔。纤维的制备和纺丝方案与实施例1相同。如实施例1所述，混合2.0g固体AHC粉末(Aldrich，99％)与40ml乙酸纤维素的丙酮溶液，从而启动实验。在机械搅拌过夜之后，所以固体颗粒被混合到溶液内。然后在DACA活塞式挤出机中对10ml该混合物纺丝。当使用1.25mm的模头时，不可能拉出连续的单丝。在以30.4mm/分的速率使用0.5mm圆横截面模头时，在130cm长的滴落距离之后，通过人工缠绕在80-mm的筒管上，收集所形成的邻接纤维单丝。然而，在流过模头之前，在套筒底部上发现沉积着大的固体颗粒。可能是，在此情况下，仅仅小量的该试剂实际上通过模头掺入到纤维内。在该试剂分解和在约60℃的温度和真空下除去残留溶剂25分钟之后，观察到在纤维表面上直径达2.5微米的孔，如图3所示。在该实施例中形成的孔比实施例1中的那些大得多，这是因为存在小量的发泡剂所致。为了具有甚至更大的效果，可在不使纤维破裂的情况下，使额外的发泡剂必须流过模头。在下述实施例中，通过使用亚微米的固体粒子形式或溶解形式的发泡剂可实现它。实施例-4使用溶解的碳酸氢铵(AHC)试剂的实验A.NH4HCO3/H2O溶液的制备。在室温下，在磁搅拌下，将2.0g上述AHC固体缓慢加入到含10.0g蒸馏水的烧杯中。在固体颗粒溶解之后，在室温下，在密闭的小瓶内储存所形成的溶液。B.含NH4HCO3/H2O的CA/丙酮溶液的制备。向配有机械搅拌和玻橘塞的100ml三颈圆底烧瓶中加入50ml丙酮(FisherScientific，99.6％)，接着在中速搅拌下加入12.5g CA丝束纤维。在添加完之后，塞住烧瓶，和所添加的纤维缓慢溶解在溶剂内，过夜形成均匀的白色粘稠溶液。然后，在剧烈的机械搅拌下，将1ml以上制备的AHC溶液加入到该溶液中。在添加之后，在使用前，持续缓和地搅拌混合物至少1小时。C.干纺法形成大孔纤维。将约10ml上述溶液通过塑料注射器经塑料管转移到10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种乙酸纤维素纤维，它具有带多个从表面延伸到纤维内的微孔腔的外表面积，和该纤维具有部分内空隙体积。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛立新，KB科勒，高琼，
申请(专利权)人：菲利普莫里斯生产公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]