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我国是开发和使用烟用聚丙烯纤维最多的国家之一,其理化性能满足卷烟滤嘴材料的要求,过滤效果与二醋酸纤维素基本相似,生产成本仅为二醋酸纤维素丝束35%-40%,使得聚丙烯纤维成为二醋酸纤维素的替代品之一。但是聚丙烯纤维表面光滑、极性小,不利于对烟气中极性物质的截虑。聚丙烯纤维作为卷烟滤嘴材料仍然面临许多技术和应用难题。
本课题采用物理涂覆改性和接枝共聚改性对烟用聚丙烯纤维进行表面改性处理。然后把改性聚丙烯纤维丝束做成卷烟滤嘴,评价改性聚丙烯纤维作为卷烟滤嘴过滤材料对主流烟气的吸附截虑性能。
把B环糊精、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、海藻酸钠、普鲁兰多糖四种添加剂采用物理涂覆的方法添加到聚丙烯纤维表面,纤维的增重率随着添加剂用量的提高而增加。当添加剂用量过大时,纤维发生粘结,有效吸附面积下降,蓬松度下降,不利于用作卷烟过滤材料。纤维的增重率小于5%时,可以获得粗糙度合适,较为蓬松的改性聚丙烯纤维。
高能电子束引发丙烯酸接枝改性聚丙烯纤维时,单体浓度、无机酸、阻聚剂对接枝反应的影响显著。当丙烯酸浓度12%,硫酸浓度0.368mol/L,Mohr's盐用量0.8%时,接枝反应可以获得较大的接枝率,并且纤维没有发生粘结。等离子体引发2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)接枝改性聚丙烯纤维时,考察了单体浓度、反应温度对接枝反应的影响。当AMPS浓度8%,反应温度70℃时,可以获得较大接枝率的改性纤维。红外谱图和扫描电镜图片证明了接枝反应的成功进行,回潮率表征了改性后纤维亲水性的改善。
对主流烟气的吸附截虑性能评价表明,在四种添加剂改性中,B环糊精改性后纤维的吸附截虑性能最好。总粒相物可降低24.18%;滤嘴的过滤效率提高17.74%;烟碱降低17.39%;焦油降低29.51%。在接枝改性中PP-g-AMPS效果较好,总粒相物降低8.95%;滤嘴的过滤效率提高10.93%;烟碱含量降低8.93%;焦油含量降低19.18%。抽烟前后纤维丝束的扫描电镜图片也可以看出几种不同的改性纤维对主流烟气中总粒相物的吸附截虑性能的差异。