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CN110700015A - 一种纸质过滤材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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CN110700015A
CN110700015A CN201910982554.9A CN201910982554A CN110700015A CN 110700015 A CN110700015 A CN 110700015A CN 201910982554 A CN201910982554 A CN 201910982554A CN 110700015 A CN110700015 A CN 110700015A
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polymer solution
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张秀芳
陈越成
柴明飞
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Original Assignee
SHANGHAI JIESHENG ENVIRONMENTAL PROTECTION SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种纸质过滤材料及其制备方法与应用，所述纸质过滤材料包括从上到下依次设置的第一静电纺丝纤维层、基底层以及第二静电纺丝纤维层；第一静电纺丝纤维层与第二静电纺丝纤维层分别独立地通过静电纺丝设置于基底层。所述纸质过滤材料以瓦楞纸作为基底层，通过特定选择瓦楞纸的组成与结构，使瓦楞纸的吸阻较低且能够吸附香烟烟气中的粒相物；通过静电纺丝在瓦楞纸的两侧设置静电纺丝纤维层，静电纺丝纤维层具有超细的纤维直径和超高的比表面积与孔隙率；纸质过滤材料用作香烟滤嘴时，所述纸质过滤材料能够显著降低香烟烟气中的焦油含量，同时能够避免抽吸过程中纸张味道对香烟风味的影响。

Description

一种纸质过滤材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于过滤技术领域，涉及一种过滤材料，尤其涉及一种纸质过滤材料及其制备方法与应用。
背景技术
卷烟过滤嘴是现代卷烟的重要材料之一，它用于减少吸烟时入口的烟雾、焦油和燃烧时产生的悬浮粒子，亦可减少烟的有害性和入口的烟草。目前，世界烟草使用最为广泛的过滤嘴材料是醋酸纤维。这种材料透气性非常好，没有引入异味，对焦油、半挥发有机物等有害物质截留能力也较强，是目前公认的最佳过滤嘴材料。但这种材料也有其缺点就是难降解、回收再利用率低，会对环境带来一定污染。
CN 103088458 A公开了一种纯聚乳酸丝束及其制备方法及其卷烟过滤嘴，该纯聚乳酸丝束采用L-聚乳酸和D-聚乳酸混合的纺丝原料制成，其中L-聚乳酸占总重量90％-98％，D-聚乳酸占2％-8％。由该纯聚乳酸丝束制备得到的卷烟过滤嘴能够在三个月内完全降解，但所述纯聚乳酸丝束并不能改善烟草的风味，也无法对焦油等有机物进行有效拦截。
CN 102423141 A公开了一种采用静电纺丝醋酸纤维膜的香烟过滤嘴的制备方法，包括：将二醋酸纤维素溶解于丙酮和二甲基乙酰胺的混合溶液中，进行静电纺丝，得到纳米醋酸纤维膜；将卷烟中的醋纤丝束拔出，将上述纳米醋酸纤维膜沿滤嘴横截面方向铺放在滤嘴和卷烟之间，再将原先拔出的醋纤丝放入卷烟中，截去超出接装纸的滤嘴部分，制成经改进的香烟过滤嘴。该制备方法操作复杂，且制备得到的过滤嘴仅能过滤烟丝燃烧产生的烟气，并不能改善烟嘴处的风味。
此外，CN 205547344 U公开了一种石墨烯香烟过滤嘴，包括第一石墨烯棉纱段、石墨烯段、第二石墨烯棉纱段和棉纱段；第一石墨烯棉纱段、石墨烯段、第二石墨烯棉纱段和棉纱段依次连接，第一石墨烯棉纱段、石墨烯段、第二石墨烯棉纱段和棉纱段外圈由香烟包裹纸包裹。该香烟过滤嘴利用石墨烯的高比表面积及孔隙率对香烟烟气中的VOC以及重金属进行过滤，但成本较高；且仅用包裹纸包裹，使用时纸张的味道较大。
CN 109898359 A公开了一种天然烟草香气的卷烟纸质滤棒。所述纸质滤棒用纸是以废弃烟草原料烟杆为原料，将其经过湿法除髓脱除半纤维，然后进行切片处理；再依次经过预搓丝处理、浆料微生态调控改性、高浓磨浆处理、浆料消潜处理、升流式压力筛分级得到烟杆造纸浆料，按照现有的造纸法进行抄造得到纸张。实现了烟杆茎、烟梗原料的资源化利用。
CN 204217887 U公开了一种两层式烟用原纸纸质滤棒，滤棒由两层具有相同定量和幅宽的原纸经过皱折压成U型纸制成纸质滤棒。该实用新型通过两层原纸压纹复合，结构交错，使烟气与原纸的接触面积增大，增强了过滤效果。
上述两种方案虽然都能提高香烟滤嘴的过滤效果，但提升效果有限，而且香烟的过滤嘴大小相对固定，在有限的空间内提高香烟过滤嘴的过滤效果，且增加香烟的风味，对于提高香烟质量，降低香烟烟气对使用者的危害具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纸质过滤材料及其制备方法与应用，所述纸质过滤材料具有生物可降解性，节能环保；且所述纸质过滤材料能够吸收焦油等有害物质，并能够吸附纸张味道，大幅降低纸质过滤对香烟风味造成的影响。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种纸质过滤材料，所述纸质过滤材料包括从上到下依次设置的第一静电纺丝纤维层、基底层以及第二静电纺丝纤维层。
所述第一静电纺丝纤维层与第二静电纺丝纤维层分别独立地通过静电纺丝设置于基底层。
本发明所述纸质过滤材料由三层结构组成，且其中的第一静电纺丝纤维层与第二静电纺丝纤维层分别独立地通过静电纺丝的方式设置于基底层的两侧，使所述纸质过滤材料形成以基底层为支撑层、以静电纺丝纤维层为功能层的夹层结构，静电纺丝纤维层中的纤维直径在200-500nm，因此静电纺丝纤维层具有超细的纤维直径和超高的比表面积与孔隙率。当将所述纸质过滤材料卷绕成实心滤棒后，能够显著降低香烟烟气中的焦油含量，同时能够避免抽吸过程中纸张味道对香烟风味的影响。
优选地，所述基底层为瓦楞滤纸层。
瓦楞纸具有优异的支撑作用，在吸湿吸热后不易产生坍塌，且瓦楞结构产生的气流通道相对较大，能够降低所述纸质过滤材料的吸阻；在同等吸阻的条件下，烟气中的粒相物与瓦楞具有较大的接触面积，易于被瓦楞吸附；因此采用瓦楞纸作为基底层能够对烟气中的粒相物进行吸附、降低吸阻，当将所述纸质过滤材料用作香烟过滤嘴时，能够提高使用者的满足感。
优选地，所述瓦楞滤纸层的材质包括木浆纤维、聚酯纤维或聚烯烃纤维中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括木浆纤维与聚酯纤维的组合，木浆纤维与聚烯烃纤维的组合，聚酯纤维与聚烯烃纤维的组合或木浆纤维、聚酯纤维与聚烯烃纤维的组合。进一步优选地，所述瓦楞滤纸层的芯纸材质为木浆纤维，瓦楞滤纸层的面纸材质为聚酯纤维。
使用木浆纤维为芯纸材质、聚酯纤维为面纸材质得到的瓦楞滤纸层不仅具有支撑作用，能够对烟气中的颗粒物进行吸附，而且吸阻较小。另外，木浆纤维以及聚酯纤维均为可降解材质，使所述瓦楞滤纸层能够在自然条件下降解。
优选地，所述瓦楞滤纸层的克重为60-100g/m2，例如可以是60g/m2、65g/m2、70g/m2、75g/m2、80g/m2、85g/m2、90g/m2、95g/m2或100g/m2，优选为70-90g/m2。
优选地，所述瓦楞滤纸层的瓦楞距离为0.1-1mm，例如可以是0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1mm。
本发明通过特定选择瓦楞滤纸层的材质以及瓦楞滤纸层中瓦楞距离，使所述瓦楞滤纸层的吸阻降低，并能够保证瓦楞滤纸层对烟气中粒相物的吸附效果。
优选地，所述第一静电纺丝纤维层与第二静电纺丝纤维层分别独立地为由聚合物溶液制备得到。
优选地，所述聚合物溶液中聚合物的质量分数为1-20wt％，例如可以是1wt％、3wt％、5wt％、7wt％、10wt％、12wt％、15wt％、18wt％或20wt％，优选为10-15wt％。
优选地，所述聚合物溶液中的聚合物包括聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、二醋酸纤维素、聚砜或聚醚砜中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括聚苯乙烯与聚丙烯腈的组合，聚苯乙烯与聚偏氟乙烯的组合，聚偏氟乙烯与二醋酸纤维素的组合，二醋酸纤维素与聚砜的组合，聚砜或聚醚砜的组合，聚苯乙烯、聚丙烯腈与聚偏氟乙烯的组合，聚丙烯腈、聚偏氟乙烯与二醋酸纤维素的组合，聚丙乙烯、二醋酸纤维素、聚砜与聚醚砜的组合或聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、二醋酸纤维素、聚砜与聚醚砜的组合。优选为二醋酸纤维素。
二醋酸纤维素具有可降解的性能，使用二醋酸纤维素作为静电纺丝的聚合物溶液中的聚合物时，二醋酸纤维素与瓦楞纸配合，使制备得到的纸质过滤材料能够在自然条件下降解，从而使制备得到的纸质过滤材料更加环境友好。
优选地，所述聚合物溶液的溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰氨(DMAc)、丙酮、丁酮或二甲基亚砜(DMSO)中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括DMF与DMAc的组合，DMF与丙酮的组合，丙酮与丁酮的组合，丙酮与DMSO的组合，DMF、DMAc与DMSO的组合，DMF、丙酮、丁酮与DMSO的组合或DMF、MDAc、丙酮、丁酮与DMSO的组合。
优选地，所述第一静电纺丝纤维层的厚度为3-18μm，例如可以是3μm、5μm、8μm、10μm、12μm、15μm、16μm或18μm，优选为5-15μm。
优选地，所述第二静电纺丝纤维层的厚度为3-18μm，例如可以是3μm、5μm、8μm、10μm、12μm、15μm、16μm或18μm，优选为5-15μm。
优选地，所述基底层的厚度为50-200μm，例如可以是50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm或200μm，优选为80-150μm。
第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的纸质过滤材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)配制聚合物溶液；
(2)使用步骤(1)所述聚合物溶液在基底层的一侧静电纺丝第一静电纺丝纤维层；
(3)使用步骤(2)所述聚合物溶液在基底层相对第一静电纺丝纤维层的另一侧，静电纺丝第二静电纺丝纤维层，得到所述纸质过滤材料。
本发明使用静电纺丝的方法在基底层的两侧设置静电纺丝纤维层，静电纺丝纤维层中的纤维直径为200-500nm，因此，纳米纤维层中的纤维具有超高的比表面积，纳米纤维层具有较大的孔隙率，所述静电纺丝纤维层能够吸附香烟烟气中的焦油含量，而且能够吸附纸张味道；将制备得到的纸质过滤材料作为香烟滤嘴时，能够降低焦油对使用者的伤害，还能够大幅降低纸质滤棒对香烟风味造成的影响。
优选地，步骤(1)所述配制聚合物溶液的步骤包括：混合聚合物与溶剂。
优选地，所述混合为在搅拌条件下混合。
优选地，所述混合的时间为12-36h，例如可以是12h、14h、16h、18h、20h、22h、24h、26h、28h、30h、32h、34h或36h，优选为16-28h。
优选地，所述混合的温度为10-90℃，例如可以是10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃或90℃，优选为40-70℃。
优选地，所述聚合物溶液中聚合物的质量分数为1-20wt％，例如可以是1wt％、3wt％、5wt％、7wt％、10wt％、12wt％、15wt％、18wt％或20wt％，优选为10-15wt％。
若聚合物溶液中的聚合物质量分数较低，则静电纺丝时无法得到连续纤维，静电纺丝过程中出现的断丝太多；如果聚合物溶液中的聚合物质量分数较高，则聚合物溶液的粘度过高，流动性差，静电纺丝困难。
优选地，所述聚合物包括聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、二醋酸纤维素、聚砜或聚醚砜中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括聚苯乙烯与聚丙烯腈的组合，聚苯乙烯与聚偏氟乙烯的组合，聚偏氟乙烯与二醋酸纤维素的组合，二醋酸纤维素与聚砜的组合，聚砜或聚醚砜的组合，聚苯乙烯、聚丙烯腈与聚偏氟乙烯的组合，聚丙烯腈、聚偏氟乙烯与二醋酸纤维素的组合，聚丙乙烯、二醋酸纤维素、聚砜与聚醚砜的组合或聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、二醋酸纤维素、聚砜与聚醚砜的组合，优选为二醋酸纤维素。
优选地，所述聚合物溶液的溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰氨(DMAc)、丙酮、丁酮或二甲基亚砜(DMSO)中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括DMF与DMAc的组合，DMF与丙酮的组合，丙酮与丁酮的组合，丙酮与DMSO的组合，DMF、DMAc与DMSO的组合，DMF、丙酮、丁酮与DMSO的组合或DMF、MDAc、丙酮、丁酮与DMSO的组合。
优选地，步骤(2)所述静电纺丝的工艺条件为：纺丝电压10-100kV例如可以是10kV、20kV、30kV、40kV、50kV、60kV、70kV、80kV、90kV或100kV；接收距离5-50cm，例如可以是5cm、10cm、20cm、30cm、40cm或50cm；灌注速度为0.1-10mL/h，例如可以是0.1mL/h、0.5mL/h、1mL/h、2mL/h、3mL/h、4mL/h、5mL/h、6mL/h、7mL/h、8mL/h、9mL/h或10mL/h；温度5-100℃，例如可以是5℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃或100℃；相对湿度10-80％，例如可以是10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％或80％。
采用本发明提供的静电纺丝工艺条件能够使制备得到的第一静电纺丝纤维层中的纤维直径为200-500nm，使第一静电纺丝纤维层具有超高的比表面积与孔隙率，从而使第一静电纺丝纤维层能够更好地吸附香烟烟气中的焦油成分。
优选地，步骤(2)所述第一静电纺丝纤维层的厚度为3-18μm，例如可以是3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm或18μm，优选为5-15μm。
若第一静电纺丝纤维层的厚度过薄，则香烟烟气的过滤吸附效果差，且无法掩盖瓦楞纸的味道；若第一静电纺丝纤维层的厚度过厚，则阻力压降太大，抽吸困难。
优选地，步骤(3)所述静电纺丝的工艺条件为：纺丝电压10-100kV例如可以是10kV、20kV、30kV、40kV、50kV、60kV、70kV、80kV、90kV或100kV；接收距离5-50cm，例如可以是5cm、10cm、20cm、30cm、40cm或50cm；灌注速度为0.1-10mL/h，例如可以是0.1mL/h、0.5mL/h、1mL/h、2mL/h、3mL/h、4mL/h、5mL/h、6mL/h、7mL/h、8mL/h、9mL/h或10mL/h；温度5-100℃，例如可以是5℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃或100℃；相对湿度10-80％，例如可以是10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％或80％。
采用本发明提供的静电纺丝工艺条件能够使制备得到的第二静电纺丝纤维层中的纤维直径为200-500nm，使第二静电纺丝纤维层具有超高的比表面积与孔隙率，从而使第二静电纺丝纤维层能够更好地吸附香烟烟气中的焦油成分。
优选地，步骤(3)所述第二静电纺丝纤维层的厚度为3-18μm，例如可以是3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm或18μm，优选为5-15μm。
若第二静电纺丝纤维层的厚度过薄，则香烟烟气的过滤吸附效果差，且无法掩盖瓦楞纸的味道；若第一静电纺丝纤维层的厚度过厚，则阻力压降太大，抽吸困难。
作为本发明第二方面所述制备方法的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(1)搅拌条件下混合聚合物与溶剂12-36h，混合的温度为10-90℃，得到1-20wt％的聚合物溶液；
(2)使用步骤(1)所述聚合物溶液在厚度为50-200μm的基底层的一侧静电纺丝厚度为3-18μm的第一静电纺丝纤维层，静电纺丝的工艺条件为：纺丝电压10-100kV，接收距离5-50cm，灌注速度0.1-10mL/h，温度5-100℃，相对湿度10-80％；
(3)使用步骤(2)所述聚合物溶液在基底层相对第一静电纺丝层的另一侧，静电纺丝厚度为3-18μm的第二静电纺丝纤维层，静电纺丝的工艺条件为：纺丝电压10-100kV，接收距离5-50cm，灌注速度0.1-10mL/h，温度5-100℃，相对湿度10-80％；制备得到所述纸质过滤材料；制备得到所述纸质过滤材料。
第三方面，本发明提供了如第一方面所述的纸质过滤材料用于香烟过滤嘴的应用。
本发明所述纸质过滤材料由三层结构组成，且其中的第一静电纺丝纤维层与第二静电纺丝纤维层分别独立地通过静电纺丝的方式设置于基底层的两侧，使所述纸质过滤材料形成以基底层为支撑层、以静电纺丝纤维层为功能层的夹层结构，静电纺丝纤维层中的纤维直径在200-500nm，因此静电纺丝纤维层具有超细的纤维直径和超高的比表面积与孔隙率。当将所述纸质过滤材料卷绕成实心滤棒后，能够显著降低香烟烟气中的焦油含量，同时能够避免抽吸过程中纸张味道对香烟风味的影响。
优选地，所述应用包括如下步骤：将纸质过滤材料卷制成实心滤棒，得到所述香烟过滤嘴。
本发明所述将纸质过滤材料卷绕成实心滤棒，是指将所述纸质过滤材料按照芯纸的径向方向卷绕成实心滤棒，卷绕作用设备为卷烟机。
优选地，所述实心滤棒的长度为20-24mm，例如可以是20mm、21mm、22mm、23mm或24mm；直径为0.5-0.9cm，例如可以是0.5cm、0.6cm、0.7cm、0.8cm或0.9cm。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述纸质过滤材料以瓦楞纸作为基底层，并通过特定选择瓦楞纸的组成与结构，使瓦楞纸的吸阻较低，且能够吸附香烟烟气中的粒相物；
(2)本发明以瓦楞纸作为基底层，通过静电纺丝的方法在瓦楞纸的两侧设置静电纺丝纤维层，由于静电纺丝纤维层中的纤维直径在200-500nm，因此静电纺丝纤维层具有超细的纤维直径和超高的比表面积与孔隙率；
(3)将本发明所述纸质过滤材料用作香烟滤嘴时，所述纸质过滤材料能够显著降低香烟烟气中的焦油含量，同时能够避免抽吸过程中纸张味道对香烟风味的影响。
附图说明
图1为本发明提供的纸质过滤材料的结构示意图。
其中：1，基底层；2，第一静电纺丝纤维层；3，第二静电纺丝纤维层。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种纸质过滤材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)搅拌条件下混合聚合物与溶剂24h，混合的温度为50℃，得到12wt％的聚合物溶液，聚合物溶液中的聚合物为二醋酸纤维素，溶剂为丙酮；
(2)使用步骤(1)所述聚合物溶液在厚度为120μm的基底层1的一侧静电纺丝厚度为10μm的第一静电纺丝纤维层2，静电纺丝的工艺条件为：纺丝电压50kV，接收距离30cm，灌注速度5mL/h，温度50℃，相对湿度50％；所述基底层1为瓦楞滤纸层，所述瓦楞纸滤纸层的克重为80g/m2，瓦楞滤纸层的瓦楞距离为0.5mm，瓦楞滤纸层的芯纸材质为木浆纤维、面纸材质为聚酯纤维。
(3)使用步骤(2)所述聚合物溶液在基底层1相对第一静电纺丝纤维层2的另一侧，静电纺丝厚度为10μm的第二静电纺丝纤维层3，静电纺丝的工艺条件为：纺丝电压50kV，接收距离30cm，灌注速度5mL/h，温度50℃，相对湿度50％；制备得到所述纸质过滤材料。
所得纸质过滤材料的结构示意图如图1所示。
实施例2
本实施例提供了一种纸质过滤材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)搅拌条件下混合聚合物与溶剂16h，混合的温度为70℃，得到10wt％的聚合物溶液，聚合物溶液中的聚合物为二醋酸纤维素，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；
(2)使用步骤(1)所述聚合物溶液在厚度为80μm的基底层1的一侧静电纺丝厚度为5μm的第一静电纺丝纤维层2，静电纺丝的工艺条件为：纺丝电压30kV，接收距离20cm，灌注速度7mL/h，温度70℃，相对湿度60％；所述基底层1为瓦楞滤纸层，所述瓦楞纸滤纸层的克重为70g/m2，瓦楞滤纸层的瓦楞距离为0.3mm，瓦楞滤纸层的芯纸材质为木浆纤维、面纸材质为聚酯纤维。
(3)使用步骤(2)所述聚合物溶液在基底层1相对第一静电纺丝纤维层2的另一侧，静电纺丝厚度为5μm的第二静电纺丝纤维层3，静电纺丝的工艺条件为：纺丝电压30kV，接收距离20cm，灌注速度7mL/h，温度70℃，相对湿度60％；制备得到所述纸质过滤材料。
实施例3
本实施例提供了一种纸质过滤材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)搅拌条件下混合聚合物与溶剂32h，混合的温度为40℃，得到15wt％的聚合物溶液，聚合物溶液中的聚合物为二醋酸纤维素，溶剂为二甲基亚砜；
(2)使用步骤(1)所述聚合物溶液在厚度为150μm的基底层1的一侧静电纺丝厚度为15μm的第一静电纺丝纤维层2，静电纺丝的工艺条件为：纺丝电压70kV，接收距离40cm，灌注速度2mL/h，温度20℃，相对湿度30％；所述基底层1为瓦楞滤纸层，所述瓦楞纸滤纸层的克重为90g/m2，瓦楞滤纸层的瓦楞距离为0.7mm，瓦楞滤纸层的芯纸材质为木浆纤维、面纸材质为聚酯纤维。
(3)使用步骤(2)所述聚合物溶液在基底层1相对第一静电纺丝纤维层2的另一侧，静电纺丝厚度为15μm的第二静电纺丝纤维层3，静电纺丝的工艺条件为：纺丝电压70kV，接收距离40cm，灌注速度2mL/h，温度20℃，相对湿度30％；制备得到所述纸质过滤材料。
实施例4
本实施例提供了一种纸质过滤材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)搅拌条件下混合聚合物与溶剂12h，混合的温度为90℃，得到1wt％的聚合物溶液，聚合物溶液中的聚合物为二醋酸纤维素，溶剂为N,N-二甲基乙酰胺；
(2)使用步骤(1)所述聚合物溶液在厚度为200μm的基底层1的一侧静电纺丝厚度为18μm的第一静电纺丝纤维层2，静电纺丝的工艺条件为：纺丝电压100kV，接收距离50cm，灌注速度0.1mL/h，温度5℃，相对湿度10％；所述基底层1为瓦楞滤纸层，所述瓦楞纸滤纸层的克重为100g/m2，瓦楞滤纸层的瓦楞距离为1mm，瓦楞滤纸层的芯纸材质为木浆纤维、面纸材质为聚酯纤维。
(3)使用步骤(2)所述聚合物溶液在基底层1相对第一静电纺丝纤维层2的另一侧，静电纺丝厚度为18μm的第二静电纺丝纤维层3，静电纺丝的工艺条件为：纺丝电压100kV，接收距离50cm，灌注速度0.1mL/h，温度5℃，相对湿度10％；制备得到所述纸质过滤材料。
实施例5
本实施例提供了一种纸质过滤材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)搅拌条件下混合聚合物与溶剂36h，混合的温度为10℃，得到20wt％的聚合物溶液，聚合物溶液中的聚合物为二醋酸纤维素，溶剂为丁酮；
(2)使用步骤(1)所述聚合物溶液在厚度为50μm的基底层1的一侧静电纺丝厚度为3μm的第一静电纺丝纤维层2，静电纺丝的工艺条件为：纺丝电压10kV，接收距离5cm，灌注速度10mL/h，温度100℃，相对湿度80％；所述基底层1为瓦楞滤纸层，所述瓦楞纸滤纸层的克重为60g/m2，瓦楞滤纸层的瓦楞距离为0.1mm，瓦楞滤纸层的芯纸材质为木浆纤维、面纸材质为聚酯纤维。
(3)使用步骤(2)所述聚合物溶液在基底层1相对第一静电纺丝纤维层2的另一侧，静电纺丝厚度为3μm的第二静电纺丝纤维层3，静电纺丝的工艺条件为：纺丝电压10kV，接收距离5cm，灌注速度10mL/h，温度100℃，相对湿度80％；制备得到所述纸质过滤材料。
实施例6
本实施例提供了一种纸质过滤材料的制备方法，所述方法除制备得到的第一静电纺丝纤维层2为2μm外，其余均与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供了一种纸质过滤材料的制备方法，所述方法除制备得到的第一静电纺丝纤维层2为20μm外，其余均与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供了一种纸质过滤材料的制备方法，所述方法除制备得到的第二静电纺丝纤维层3为2μm外，其余均与实施例1相同。
实施例9
本实施例提供了一种纸质过滤材料的制备方法，所述方法除制备得到的第二静电纺丝纤维层3为20μm外，其余均与实施例1相同。
实施例10
本实施例提供了一种纸质过滤材料的制备方法，所述制备方法步骤(1)制备得到的聚合物溶液的质量分数为0.5wt％，其余均与实施例1相同。
实施例10提供的制备方法中的聚合物溶液的质量分数过低，静电纺丝过程中无法得到连续纤维。
实施例11
本实施例提供了一种纸质过滤材料的制备方法，所述制备方法步骤(1)制备得到的聚合物溶液的质量分数为22wt％，其余均与实施例1相同。
实施例11提供的制备方法中的聚合物溶液的质量分数过高，聚合物溶液的粘度过大，无法进行静电纺丝。
对比例1
本对比例提供了一种厚度为140μm的瓦楞滤纸层，所述瓦楞滤纸层额克重为80g/m2，瓦楞滤纸层的瓦楞距离为0.5mm，瓦楞滤纸层的芯纸材质为木浆纤维、面纸材质为聚酯纤维。
将实施例1-9、制备得到的纸质过滤材料以及对比例1提供的瓦楞滤纸层卷绕为长度为24mm，直径为0.7cm的实心滤棒，分别得到香烟过滤嘴。使用由实施例1-9提供的纸质过滤材料以及对比例1提供的瓦楞滤纸层制备得到的香烟过滤嘴制作香烟，使除香烟过滤嘴不同外的其他条件相同，并对香烟过滤嘴的吸阻、总粒相物过滤效率及烟气组成进行测试。
测试时，使用英国cerulean蔚蓝公司SM45020孔道直线型吸烟机对香烟进行测试，按照YC/T30-1996，YC/T29-1996方法测定TPM(三丙二醇甲醚)、CO(一氧化碳)、Nicotin(尼古丁)的含量，所得结果如下所示。
表1
Figure BDA0002235672820000151
Figure BDA0002235672820000161
由表1可知，本发明实施例1-5提供的纸质过滤材料制备得到的香烟过滤嘴的吸阻为1.016-1.349mm水柱。
当第一静电纺丝纤维层2的厚度由10μm降低至2μm时，吸阻由1.125mm水柱降低至1.097mm水柱，但此时吸附效果不佳。当第一静电纺丝纤维层2的厚度由10μm升高至22μm时，吸阻由1.125mm水柱升高至1.483mm水柱，吸阻升高较大，不利于抽吸。
当第二静电纺丝纤维层3的厚度由10μm降低至2μm时，吸阻由1.125mm水柱降低至1.097mm水柱，但此时吸附效果不佳。当第二静电纺丝纤维层3的厚度由10μm升高至22μm时，吸阻由1.125mm水柱升高至1.483mm水柱，吸阻升高较大，不利于抽吸。
将使用瓦楞滤纸层作为香烟过滤嘴时，吸阻由1.125mm水柱升高至1.244mm水柱，且吸附效果不佳。
表2
Figure BDA0002235672820000171
由表2可知，本发明实施例1-5提供的纸质过滤材料作为香烟过滤嘴时，过滤效率为51.67-53.86％。
当第一静电纺丝纤维层2的厚度由10μm降低至2μm时，所得香烟过滤嘴的吸阻虽然较低，但过滤效率由53.37％降低至50.32％；当第一静电纺丝纤维层2的厚度由10μm升高至20μm时，所得香烟过滤嘴的吸阻升高，但过滤效率仅由53.37％升高至53.48％，升高数值较小。
当第二静电纺丝纤维层3的厚度由10μm降低至2μm时，所得香烟过滤嘴的吸阻虽然较低，但过滤效率由53.37％降低至50.32％；当第二静电纺丝纤维层3的厚度由10μm升高至20μm时，所得香烟过滤嘴的吸阻升高，但过滤效率仅由53.37％升高至53.48％，升高数值较小。
使用瓦楞滤纸层制作香烟过滤嘴时，制备得到的香烟过滤嘴的过滤效率仅为41.24％，远低于实施例1中的53.37％。
表3
TPM/cig CO/cig Nicotion/cig
实施例1 6.93 7.28 0.47
实施例2 7.17 7.41 0.51
实施例3 6.84 7.11 0.43
实施例4 6.79 7.08 0.42
实施例5 7.28 7.58 0.56
实施例6 7.71 7.63 0.59
实施例7 6.75 7.03 0.40
实施例8 7.71 7.63 0.59
实施例9 6.75 7.03 0.40
对比例1 8.26 8.57 0.63
由表3可知，使用实施例1-5提供的纸质过滤材料制备得到的香烟过滤嘴，能够使TPM降低为6.79-7.28cig，使CO降低为7.08-7.41cig，使Nicotion降低为0.42-0.56cig。
当第一静电纺丝纤维层2的厚度由10μm降低至2μm时，TPM仅能降低至7.71cig，CO降低至7.63cig，Nicotion降低至0.59cig，实施例6提供的纸质过滤材料过滤烟气的效果低于实施例1。
当第一静电纺丝纤维层2的厚度由10μm升高至20μm时，TPM仅能降低至6.75cig，CO降低至7.03cig，Nicotion降低至0.40cig，实施例7提供的纸质过滤材料过滤烟气的效果高与实施例1，但吸阻较大，不利于抽吸。
当第二静电纺丝纤维层3的厚度由10μm降低至2μm时，TPM仅能降低至7.71cig，CO降低至7.63cig，Nicotion降低至0.59cig，实施例8提供的纸质过滤材料过滤烟气的效果低于实施例1。
当第二静电纺丝纤维层3的厚度由10μm升高至20μm时，TPM仅能降低至6.75cig，CO降低至7.03cig，Nicotion降低至0.40cig，实施例9提供的纸质过滤材料过滤烟气的效果高与实施例1，但吸阻较大，不利于抽吸。
对比例1提供的瓦楞滤纸层作为香烟过滤嘴时，TPM仅能降低至8.26cig，CO降低至8.57cig，Nicotion降低至0.63cig，对烟气的处理效果远低于实施例1。
综上所述，本发明所述纸质过滤材料以瓦楞纸作为基底层1，并通过特定选择瓦楞纸的组成与结构，使瓦楞纸的吸阻较低，且能够吸附香烟烟气中的粒相物；本发明以瓦楞纸作为基底层1，通过静电纺丝的方法在瓦楞纸的两侧设置静电纺丝纤维层，由于静电纺丝纤维层中的纤维直径在200-500nm，因此静电纺丝纤维层具有超细的纤维直径和超高的比表面积与孔隙率；将本发明所述纸质过滤材料用作香烟滤嘴时，所述纸质过滤材料能够显著降低香烟烟气中的焦油含量，同时能够避免抽吸过程中纸张味道对香烟风味的影响。
应用本发明提供的装置过滤材料作为香烟过滤嘴时，吸阻可低至1.016mm水柱，粗颗粒物过滤效率高至53.86％，TPM低至6.79cig，CO低至7.08cig，Nicotion低至0.42cig。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种纸质过滤材料，其特征在于，所述纸质过滤材料包括从上到下依次设置的第一静电纺丝纤维层、基底层以及第二静电纺丝纤维层；
所述第一静电纺丝纤维层与第二静电纺丝纤维层分别独立地通过静电纺丝设置于基底层。
2.根据权利要求1所述的纸质过滤材料，其特征在于，所述基底层为瓦楞滤纸层；
优选地，所述瓦楞滤纸层的材质包括木浆纤维、聚酯纤维或聚烯烃纤维中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述瓦楞滤纸层的克重为60-100g/m2，优选为70-90g/m2；
优选地，所述瓦楞滤纸层的瓦楞距离为0.1-1mm。
3.根据权利要求1或2所述的纸质过滤材料，其特征在于，所述第一静电纺丝纤维层与第二静电纺丝纤维层分别独立地为由聚合物溶液制备得到；
优选地，所述聚合物溶液中聚合物的质量分数为1-20wt％，优选为10-15wt％；
优选地，所述聚合物溶液中的聚合物包括聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、二醋酸纤维素、聚砜或聚醚砜中的任意一种或至少两种的组合，优选为二醋酸纤维素；
优选地，所述聚合物溶液的溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰氨、丙酮、丁酮或二甲基亚砜中的任意一种或至少两种的组合。
4.根据权利要求1-3任一项所述的纸质过滤材料，其特征在于，所述第一静电纺丝纤维层的厚度为3-18μm，优选为5-15μm；
优选地，所述第二静电纺丝纤维层的厚度为3-18μm，优选为5-15μm；
优选地，所述基底层的厚度为50-200μm，优选为80-150μm。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的纸质过滤材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)配制聚合物溶液；
(2)使用步骤(1)所述聚合物溶液在基底层的一侧静电纺丝第一静电纺丝纤维层；
(3)使用步骤(2)所述聚合物溶液在基底层相对第一静电纺丝纤维层的另一侧，静电纺丝第二静电纺丝纤维层，得到所述纸质过滤材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述配制聚合物溶液的步骤包括：混合聚合物与溶剂；
优选地，所述混合为在搅拌条件下混合；
优选地，所述混合的时间的为12-36h，优选为16-28h；
优选地，所述混合的温度为10-90℃，优选为40-70℃；
优选地，所述聚合物溶液中聚合物的质量分数为1-20wt％，优选为10-15wt％；
优选地，所述聚合物包括聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、二醋酸纤维素、聚砜或聚醚砜中的任意一种或至少两种的组合，优选为二醋酸纤维素；
优选地，所述溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰氨、丙酮、丁酮或二甲基亚砜中的任意一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述静电纺丝的工艺条件为：纺丝电压10-100kV，接收距离5-50cm，灌注速度0.1-10mL/h，温度5-100℃，相对湿度10-80％；
优选地，步骤(2)所述第一静电纺丝纤维层的厚度为3-18μm，优选为5-15μm；
优选地，步骤(3)所述静电纺丝的工艺条件为：纺丝电压10-100kV，接收距离5-50cm，灌注速度0.1-10mL/h，温度5-100℃，相对湿度10-80％；
优选地，步骤(3)所述第二静电纺丝纤维层的厚度为3-18μm，优选为5-15μm。
8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)搅拌条件下混合聚合物与溶剂12-36h，混合的温度为10-90℃，得到1-20wt％的聚合物溶液；
(2)使用步骤(1)所述聚合物溶液在厚度为50-200μm的基底层的一侧静电纺丝厚度为3-18μm的第一静电纺丝纤维层，静电纺丝的工艺条件为：纺丝电压10-100kV，接收距离5-50cm，灌注速度0.1-10mL/h，温度5-100℃，相对湿度10-80％；
(3)使用步骤(2)所述聚合物溶液在基底层相对第一静电纺丝层的另一侧，静电纺丝厚度为3-18μm的第二静电纺丝纤维层，静电纺丝的工艺条件为：纺丝电压10-100kV，接收距离5-50cm，灌注速度0.1-10mL/h，温度5-100℃，相对湿度10-80％。
9.如权利要求1-4任一项所述的纸质过滤材料用于香烟过滤嘴的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用包括如下步骤：将纸质过滤材料卷制成实心滤棒，得到所述香烟过滤嘴；
优选地，所述实心滤棒的长度为20-24mm，直径为0.5-0.9cm。
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