楊光遠(yuǎn)，彭三文，王聞，車靜，李哲銘

(1.湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，武漢 430040； 2.湖北中煙卷煙材料廠，武漢 430050)

提高吸煙的安全性一直是煙草行業(yè)發(fā)展的重要方向，香煙過(guò)濾嘴的出現(xiàn)顯著降低了煙氣進(jìn)入人體時(shí)有害物質(zhì)殘留量，從早期的聚丙烯(PP)纖維到目前常用的以二乙酸纖維素(CA)為原料的香煙濾嘴，其吸附降害性能得到進(jìn)一步提高[1-2]。雖然CA濾嘴能有效過(guò)濾煙氣中的有害物質(zhì)并提升口感，但CA的原料主要來(lái)自于高齡木材，且生產(chǎn)工藝的副產(chǎn)物較多，對(duì)環(huán)境影響較大[3]。隨著人們環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)以及國(guó)家限塑令的日益嚴(yán)格，以可降解原料替代PP纖維和CA絲束生產(chǎn)香煙濾嘴是煙草行業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向[4]。作為可生物降解高分子材料，聚乳酸(PLA)可以通過(guò)簡(jiǎn)單的熔融紡絲制備纖維，在生物醫(yī)療行業(yè)已有大量應(yīng)用，如藥物載體和手術(shù)縫合線等[5]。近年來(lái)，以PLA纖維絲束制備香煙濾嘴已有文獻(xiàn)報(bào)道，并呈現(xiàn)出明顯優(yōu)于PP纖維絲束濾嘴的過(guò)濾性能[6]。

為進(jìn)一步降低卷煙對(duì)人體的傷害，低焦油含量香煙逐漸成為世界卷煙的主流，國(guó)內(nèi)諸多廠商也均推出了相應(yīng)的細(xì)支香煙，但降焦降害的同時(shí)必將影響卷煙香氣和口感。對(duì)香煙進(jìn)行增香處理可有效襯托煙草本身的香味，增加煙氣濃度、改善芬芳并掩蓋刺激性氣味，從而起到提升香煙口感的效果，與低焦香煙的研發(fā)形成互補(bǔ)效果。目前，香煙的增香技術(shù)主要為煙絲加香、卷煙紙加香、成形紙加香、包裝材料加香以及濾嘴加香等[7]。其中，濾嘴加香法可克服香煙抽吸之前香味逸失以及抽吸過(guò)程中的靜燃損失，同時(shí)可避免抽吸時(shí)香料熱解可能生成的有害物質(zhì)。可采用多種方式對(duì)濾嘴進(jìn)行加香，溶劑加香是實(shí)際生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的方法，無(wú)須專門(mén)設(shè)備且操作方便。例如，可將香料與常用的濾嘴黏結(jié)劑三乙酸甘油酯混合后在濾嘴黏結(jié)過(guò)程中完成加香[8]。

濾嘴的加香效果主要由香料在濾嘴纖維絲束中的存留方式有關(guān)，除纖維對(duì)香料的吸附作用外，香料分子在纖維絲束中的滲透也至關(guān)重要，相對(duì)于吸附作用，滲透進(jìn)纖維絲束內(nèi)部的香料能顯著提升香煙的儲(chǔ)存時(shí)間[9]。就黏結(jié)劑溶解加香工藝而言，香料分子的滲透主要受黏結(jié)劑對(duì)絲束纖維溶解性的影響，PLA纖維在熔融紡絲過(guò)程中由于拉伸作用往往具有較高的結(jié)晶度，黏結(jié)劑對(duì)晶區(qū)的腐蝕作用有限，因此嚴(yán)重影響了PLA濾嘴的加香效果[10]。聚對(duì)苯二甲酸-己二酸丁二酯(PBAT)也是一種可生物降解的芳香族聚酯，PBAT能有效抑制PLA的結(jié)晶并消除冷結(jié)晶，從而顯著提升濾嘴加香效果具[11-12]。另一方面，凹凸棒土(ATP)是一種廉價(jià)的黏土礦物，具有較高的熱穩(wěn)定性和多孔結(jié)構(gòu)，常作為吸附材料使用，在濾嘴降害和加香領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景[13-14]。

基于上述背景，筆者以γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)對(duì)ATP進(jìn)行表面改性，然后通過(guò)熔融紡絲法制備PLA/PBAT/ATP復(fù)合材料，再經(jīng)熔融紡絲制備復(fù)合纖維，重點(diǎn)研究了PBAT用量對(duì)復(fù)合纖維力學(xué)性能、熔融結(jié)晶行為、降解性能的影響。最后以常用的煙草香料薄荷醇為參考，進(jìn)一步考察了復(fù)合纖維對(duì)薄荷醇的吸附和脫附性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

PLA：LX175，泰國(guó)道達(dá)爾公司；

PBAT：TH801T，新疆藍(lán)山屯河聚酯有限公司；

ATP：粒徑約50 μm，盱眙博圖凹土股份有限公司；

二甲苯、無(wú)水乙醇：分析純，國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司；

KH560：工業(yè)級(jí)，南京曙光化工集團(tuán)有限公司；

三乙酸甘油酯：99%，廣州尚德化工有限公司；

薄荷醇：食品級(jí)，湖南南國(guó)生物技術(shù)有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

鼓風(fēng)干燥箱，DHG-9070A型，上海和呈儀器制造有限公司；

真空干燥箱：DZF-6032型，上海鰲珍儀器制造有限公司；

雙螺桿擠出機(jī)，SJSL51型，南京永杰化工機(jī)械制造有限公司；

熔融紡絲機(jī)：自制；

小型香煙濾嘴生產(chǎn)線：湖北中煙卷煙材料廠；

傅里葉變換紅外光譜(FTIR)儀：Avatar 370型，美國(guó)Nicolet公司；

熔體流動(dòng)速率(MFR)儀：MTM 1000-A1型，深圳三思縱橫科技股份有限公司；

差示掃描量熱(DSC)儀：DSC214型，德國(guó)耐馳公司；

掃描電子顯微鏡(SEM)，SUPRA55型，德國(guó)蔡司公司；

萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)：WDT-30型，深圳市凱強(qiáng)利試驗(yàn)儀器有限公司；

直線吸煙機(jī)：SM450型，英國(guó)Cerulean公司；

氣相色譜儀：Agilent 6890型，日本安捷倫公司。

1.3 樣品制備

先將ATP在足量1 mol/L的鹽酸中于50 ℃下活化4 h，用去離子水充分洗滌至中性后120 ℃下干燥至恒重。再將5 g活化后的ATP超聲分散在150 mL二甲苯中，并加入10 g KH560，100 ℃下強(qiáng)烈攪拌反應(yīng)10 h，抽濾后得固體濾餅，用無(wú)水乙醇洗滌數(shù)次后置于60 ℃的鼓風(fēng)干燥箱中充分干燥，最后研磨得到KH560表面改性ATP (ATP-KH560)。

將PLA和PBAT在60 ℃下真空干燥,充分干燥8 h以上，為保證復(fù)合材料的可紡性，ATP-KH560用量固定為4份，按照表1中的配方將PLA，PBAT和ATP-KH560在高混機(jī)中混合均勻，經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)造粒制備復(fù)合材料，擠出機(jī)各段溫度分別為150，160，170，170，170，170，165，165，160 ℃，轉(zhuǎn)速為150 r/min；將復(fù)合材料在60 ℃下真空干燥24 h，采用自制的小型熔融紡絲機(jī)在180～190 ℃下進(jìn)行熔融紡絲，紡絲機(jī)螺桿長(zhǎng)徑比為30，熔體泵規(guī)格為0.6 mL/r，螺桿轉(zhuǎn)速10～30 r/min，采用矩形孔噴絲板，孔數(shù)目為36，水熱牽伸定型，牽伸比為4，牽伸溫度80 ℃，烘干后多次重疊成足夠線密度的纖維絲束并收卷，制得PLA/PBAT/ATP復(fù)合纖維。將不同的纖維束在開(kāi)松上膠機(jī)上進(jìn)行開(kāi)松，以溶有薄荷醇的三乙酸甘油酯為黏結(jié)劑進(jìn)行上膠成型為濾棒，最后裁剪接裝成細(xì)支香煙，將香煙恒溫恒濕條件下儲(chǔ)存7 d (室溫，濕度為50%)，得到加香細(xì)支卷煙。

表1 PLA/PBAT/ATP復(fù)合材料各組分用量 份

1.4 測(cè)試與表征

力學(xué)性能測(cè)試：采用萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)參照GB/T 1040-2018測(cè)定復(fù)合材料的力學(xué)性能，50 mm/min，室溫下測(cè)試。

FTIR測(cè)試：KBr壓片法制樣，測(cè)試范圍500～4 000 cm-1，分辨率2 cm-1。

MFR測(cè)試：參照GB/T 3682-2000測(cè)定復(fù)合材料的MFR，測(cè)試溫度190 ℃，負(fù)載2.16 kg。

SEM測(cè)試：將試樣在液氮中脆斷，斷面噴金后用SEM觀察斷面形貌，加速電壓5 kV。

DSC分析：采用DSC儀測(cè)定復(fù)合纖維的熔融結(jié)晶行為。樣品質(zhì)量3～5 mg，氮?dú)夥諊瑴囟确秶?0～180 ℃，升溫速率為10 ℃/min。結(jié)晶度(Xc)通過(guò)式(1)計(jì)算。式(1)中，ΔHm為熔融焓，J/g；ΔHc為冷結(jié)晶熱焓，J/g；a和b分別為PLA和PBAT的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，ΔH0和ΔH0′分別為PLA和PBAT 100%結(jié)晶時(shí)的熔融焓，PLA為93 J/g，PBAT為114 J/g[15]。

堆肥降解實(shí)驗(yàn)：將預(yù)先干燥后的樣品稱重記為w1，然后埋入土壤并置于室外自然環(huán)境，以適量自來(lái)水維持土壤濕度，定期取出樣品，清潔干凈并充分干燥后稱重，記為w2，單位均為g，降解率Dr通過(guò)式(2)計(jì)算。

加香效果評(píng)估：將儲(chǔ)存7 d后的細(xì)支卷煙的煙絲與濾嘴剝離，將濾嘴剪碎后在20 mL氯仿中充分?jǐn)嚢枞芙猓缓蠹尤?00 mL茴香腦無(wú)水乙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.1 g/L)，充分?jǐn)嚢韬蠓蛛x固體沉淀得到溶液。以茴香腦為內(nèi)標(biāo)，通過(guò)氣相色譜法測(cè)定溶液中薄荷醇含量，每只濾嘴測(cè)試5次，取平均值。同時(shí)，將卷煙暴露在大氣環(huán)境中42 d，每隔一周采用上述方法測(cè)定濾嘴中薄荷醇的含量。

吸附性能測(cè)定：將干燥至恒重的濾嘴置于不同氣體的飽和蒸氣壓下進(jìn)行充分吸附12 h，達(dá)到吸附平衡后再稱重，吸附率Ar通過(guò)式(3)計(jì)算，式(3)中wf為吸附之前濾嘴質(zhì)量，wb為吸附平衡后的質(zhì)量，單位均為g。

逐口釋放轉(zhuǎn)移率測(cè)定：采用直線吸煙機(jī)根據(jù)YC/T 29-1996標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抽吸實(shí)驗(yàn)，以含茴香腦的無(wú)水乙醇為標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)每口主流煙氣進(jìn)行吸收，通過(guò)氣相色譜測(cè)定煙氣中薄荷醇的含量。通過(guò)式(4)計(jì)算轉(zhuǎn)移率Tr，式(4)中Wx為對(duì)應(yīng)口數(shù)主流煙氣中的薄荷醇含量，Wa為抽吸完成時(shí)主流煙氣中薄荷醇總釋放量。

2 結(jié)果與討論

2.1 FTIR分析

圖1為ATP和ATP-KH560的FTIR譜圖。圖1 ATP的譜線中，3 550，1 650 cm-1處分別為羥基的伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)峰，1 029，982 cm-1處為ATP中Si—O—Si的骨架的振動(dòng)吸收峰。ATP表面經(jīng)KH560修飾后，在ATP-KH560譜線的2 929，2 855 cm-1處出現(xiàn)了C—H的反對(duì)稱和對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，1 450 cm-1處出現(xiàn)了明顯的C—H面內(nèi)彎曲振動(dòng)峰，受環(huán)氧基團(tuán)的影響，Si—O—Si骨架的峰型發(fā)生寬化，且在1 089 cm-1處出現(xiàn)了脂環(huán)醚C—O—C反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，以上新的特征峰均來(lái)自于有機(jī)組分，說(shuō)明硅烷偶聯(lián)劑KH560通過(guò)脫醇反應(yīng)接枝到ATP表面，從而引入環(huán)氧基團(tuán)制得ATP-KH560。

圖1 ATP和ATP-KH560的FTIR譜圖

2.2 PBAT用量對(duì)復(fù)合材料性能的影響

表2為不同PBAT用量下復(fù)合材料的MFR、力學(xué)性能和可紡性。從表2數(shù)據(jù)可以看出，純PLA的拉伸強(qiáng)度為49.6 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率僅為9.3%，屬于典型的脆硬材料，以純PLA纖維制備濾嘴時(shí)易發(fā)生由于纖維斷裂而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞，進(jìn)而嚴(yán)重影響濾嘴的過(guò)濾效果。純PBAT具有較大的斷裂伸長(zhǎng)率和明顯低于PLA的拉伸強(qiáng)度和拉伸彈性模量，呈類似于熱塑性彈性體的性能，可作為PLA的增韌改性劑。當(dāng)加入10份PBAT和4份ATP-KH560時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度出現(xiàn)輕微下降，但斷裂伸長(zhǎng)率明顯增大，隨著PBAT用量增大至20份，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度下降至32.6 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為106.4%，增韌效果明顯，拉伸彈性模量的下降也證明了體系的韌性得到提升。這是因?yàn)镻LA/PBAT為部分相容體系，環(huán)氧類物質(zhì)常作為體系的反應(yīng)增容劑，筆者加入的ATP-KH560表面帶有較多環(huán)氧基團(tuán)，能有效提升PLA與PBAT的相容性，此外，無(wú)機(jī)黏土對(duì)部分相容型共混體系也具有一定的增容效果。隨PBAT用量繼續(xù)增大，超過(guò)了ATP-KH560的增容極限，復(fù)合材料在拉伸作用下易發(fā)生界面脫黏，同時(shí)，由ATPKH560引起的應(yīng)力集中使得材料提前發(fā)生破壞，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均出現(xiàn)明顯下降，同時(shí)復(fù)合材料的可紡性下降。當(dāng)PBAT用量為10份和15份時(shí)，復(fù)合材料的MFR略低于純PLA，這是由于ATPKH560通過(guò)反應(yīng)增容可能形成了部分交聯(lián)結(jié)構(gòu)，根據(jù)自由體積理論，MFR的下降也能反映體系相容性的提升。隨PBAT用量繼續(xù)增大，MFR逐漸增加。

表2 不同PBAT用量下復(fù)合材料的MFR、力學(xué)性能和可紡性

不同PBAT用量下復(fù)合材料的斷面SEM照片如圖2所示。圖2a中，當(dāng)PBAT用量為10份時(shí)，其分散相大小相對(duì)均勻，僅有少量較大的顆粒，且尺寸都在10 μm以內(nèi)，小凹坑為PBAT相脫落形成，分散相與基體間的間隙并不明顯，表明兩者為部分相容體系。隨PBAT用量逐漸增大，復(fù)合材料中PBAT相尺寸逐漸增大，當(dāng)PBAT用量為25份時(shí)，分散相與PLA基體間發(fā)生了明顯的脫黏，較大的分散相尺寸和界面間隙影響了應(yīng)力傳遞，導(dǎo)致復(fù)合材料的力學(xué)性能下降。在紡絲拉伸過(guò)程中，上述微觀相分離有利于在復(fù)合纖維表面形成缺陷，使黏合劑更易滲入溶解。

圖2 復(fù)合材料的斷面SEM照片(×500)

2.3 PBAT用量對(duì)復(fù)合纖維熔融行為的影響

圖3為純PLA、純PBAT和不同復(fù)合纖維的DSC熔融曲線。由圖3可以看出，純PLA纖維的冷結(jié)晶峰在90～130 ℃范圍內(nèi)，峰型較寬，主要為無(wú)定形區(qū)在高溫下的再結(jié)晶。同時(shí)在147.6，154.1 ℃處出現(xiàn)雙熔融峰，對(duì)應(yīng)冷結(jié)晶以部分有序晶體的異相成核以及無(wú)定形區(qū)的均相成核，形成了厚度和完善度不同的結(jié)晶。此外，純PBAT纖維熔融曲線在80～125 ℃范圍內(nèi)出現(xiàn)了較寬的熔融峰，這是由于PBAT本身較難結(jié)晶，少量晶區(qū)的完善程度差異較大。以ATP-KH560為增容劑，隨PBAT用量增大，PLA的冷結(jié)晶峰值溫度逐漸降低，這是由于復(fù)合纖維中的ATP對(duì)PLA冷結(jié)晶起到了成核作用，但受部分交聯(lián)結(jié)構(gòu)和PBAT相的影響，僅少量PLA分子鏈發(fā)生了冷結(jié)晶，因此結(jié)晶峰強(qiáng)度逐漸下降。同時(shí)，PLA的雙熔融峰中的低溫熔融峰比例逐漸減小，表明冷結(jié)晶對(duì)晶區(qū)完善度差異性的影響逐漸減小。當(dāng)PBAT用量為25份時(shí)，曲線在110 ℃左右出現(xiàn)了微弱的PBAT熔融峰，且峰型較寬，可能是PBAT以ATP為成核劑通過(guò)異相成核形成的晶區(qū)在升溫過(guò)程中發(fā)生熔融，當(dāng)PBAT用量較低時(shí)，受PLA晶區(qū)的限制，并未觀察到明顯PBAT的熔融峰，這可能是部分PBAT參與了PLA的結(jié)晶(冷結(jié)晶、均相和異相成核)過(guò)程形成了共晶，隨PLA一起進(jìn)行熔融。同時(shí)，PLA的熔融雙峰隨PBAT用量增大逐漸向單熔融峰轉(zhuǎn)變，且高溫熔融峰溫度逐漸降低，證明PLA結(jié)晶受限抑制，且晶區(qū)完善程度下降，整個(gè)體系的結(jié)晶度也呈下降趨勢(shì)。

圖3 純PLA、純PBAT和復(fù)合纖維的DSC熔融曲線

2.4 PBAT用量對(duì)復(fù)合纖維降解行為的影響

圖4為純PLA、純PBAT以及不同復(fù)合纖維的堆肥降解曲線。由圖4可以看出，純PLA和PBAT纖維在堆肥實(shí)驗(yàn)60 d時(shí)的降解率分別為86%和43%，這是由于PBAT中的芳環(huán)降低了其降解性能。隨PBAT用量增大，復(fù)合纖維在60 d時(shí)的降解率逐漸下降至82.8%，74.7%， 68.9%和62.7%。所有纖維的降解曲線均出現(xiàn)明顯的加速期，這是由于土壤中水分和微生物對(duì)材料的降解是從表面開(kāi)始，降解產(chǎn)物對(duì)PLA和PBAT脂肪鏈段的降解過(guò)程起到促進(jìn)作用。其中，PBAT用量為10份和15份的共混纖維在降解初期甚至呈現(xiàn)比純PLA纖維更快的降解速率，這可能是復(fù)合纖維由于相容性的原因表面缺陷較多，水和微生物更容易通過(guò)這些表面缺陷進(jìn)入纖維內(nèi)部，即降解反應(yīng)同時(shí)在表面和內(nèi)部進(jìn)行，降低了體系結(jié)構(gòu)的緊密程度，促進(jìn)了降解過(guò)程。此外，ATP-KH560和PBAT的加入嚴(yán)重影響了PLA的結(jié)晶，且ATP本身具有優(yōu)異的親水性，水和微生物更容易破壞纖維表面的非晶區(qū)，通過(guò)表面缺陷或沿著ATP進(jìn)入內(nèi)部促進(jìn)降解。

圖4 純PLA、純PBAT和復(fù)合纖維的降解性能

2.5 復(fù)合纖維濾嘴的加香效果和吸附性能

圖5為PLA和不同復(fù)合纖維濾嘴的薄荷醇加香效果。由圖5可以看出，純PLA纖維的加香效果較差，在大氣環(huán)境中暴露42 d后，濾嘴中薄荷醇的殘余量?jī)H剩0.26 mg/支。熔融紡絲拉伸過(guò)程中，PLA大分子通過(guò)取向提升了纖維結(jié)晶度，無(wú)定形區(qū)減少，使得黏結(jié)劑中的薄荷醇很難滲進(jìn)纖維內(nèi)部，僅吸附在纖維表面，并在放置過(guò)程中慢慢揮發(fā)。隨著PBAT和ATP-KH560的加入，纖維結(jié)晶度明顯下降，且PBAT本身結(jié)晶度較低，使得纖維表面無(wú)定形區(qū)增多，有利于黏結(jié)劑和薄荷醇的滲入，這部分滲入纖維內(nèi)部的薄荷醇不易揮發(fā)。同時(shí)，分子結(jié)構(gòu)中含有芳環(huán)的PBAT對(duì)薄荷醇的吸附性較好，進(jìn)一步提升了薄荷醇在纖維中的殘留量。隨PBAT逐漸增大，加香效果到顯著提升，放置21 d后的薄荷醇含量下降速率明顯下降，這主要對(duì)應(yīng)于滲入纖維內(nèi)部的薄荷醇?xì)埩?。其中，PBAT用量為20份和25份的復(fù)合纖維濾嘴的薄荷醇含量最初為2.94 mg/支和3.14 mg/支，經(jīng)42 d暴露后仍能保持2.46 mg/支和2.61 mg/支，加香效果已經(jīng)達(dá)到國(guó)內(nèi)大多市售加香卷煙的香氣指標(biāo)(不低于1.66 mg/支)。

圖5 PLA纖維和復(fù)合纖維濾嘴的薄荷醇加香效果

香料在主流煙氣中的轉(zhuǎn)移率是影響加香卷煙抽吸口感的重要因素。當(dāng)PBAT用量為20份時(shí)，所制備的復(fù)合纖維濾嘴具有較好的形狀穩(wěn)定性和加香效果，以市售的一種細(xì)支薄荷爆珠香煙為參照，研究了PLA/PBAT20/ATP-KH560濾嘴加香卷煙中香料在主流煙氣中的釋放規(guī)律，如圖6所示。由圖6看出，爆珠加香方式下，薄荷醇的逐口釋放量在第三口之后開(kāi)始趨于穩(wěn)定，主要是由于爆珠中高沸點(diǎn)溶劑抑制了薄荷醇向主流煙氣中轉(zhuǎn)移，且爆珠往往位于濾嘴的前段，濾嘴對(duì)薄荷醇的吸附也是影響轉(zhuǎn)移率的一個(gè)因素。然而，濾嘴加香方式下，PLA/PBAT20/ATP-KH560卷煙中薄荷醇向主流煙氣的轉(zhuǎn)移率隨口數(shù)增大逐漸增加。隨抽吸次數(shù)增加，香煙的燃燒錐逐漸向?yàn)V嘴靠近，濾嘴溫度逐漸升高，促進(jìn)了絲束中薄荷醇的釋放，香味成分逐口釋放量逐漸提高，這有利于改善香煙抽吸后期由于濾嘴溫度升高引起的口感下降。

圖6 薄荷醇在主流煙氣中的逐口轉(zhuǎn)移率

香煙濾嘴主要用于過(guò)濾煙氣的有害物質(zhì)，為考察濾嘴的吸附性，在飽和蒸氣壓條件下測(cè)定了濾嘴對(duì)幾種不同極性氣體的吸附性，與純PP，CA和PLA纖維絲束濾嘴進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表3。從表3數(shù)據(jù)可看出，非極性PP纖維絲束濾嘴對(duì)非極性氣體甲苯具有最高的吸附率5.54%，對(duì)其它極性氣體的吸附率較低，此外，PP纖維的黏結(jié)性較差也是導(dǎo)致其吸附效率低的原因。而極性的CA絲束濾嘴對(duì)極性氣體的吸附率非常高，同時(shí)對(duì)非極性氣體也有一定的吸附效果，這主要由于CA纖維絲束的黏結(jié)性較好，上膠過(guò)程中構(gòu)成的三維立體網(wǎng)絡(luò)較為致密。純PLA總體上表現(xiàn)為親脂性，由于其上膠性能優(yōu)于PP，表現(xiàn)出比PP更好的吸附性，但對(duì)極性氣體的吸附性明顯低于CA。相對(duì)于純PLA，PLA/PBAT20/ATP-KH560復(fù)合纖維絲束濾嘴的吸附性得到明顯提升，其中，對(duì)煙堿尼古丁的吸附性最接近CA纖維絲束濾嘴，這是因?yàn)閺?fù)合纖維絲束表面大量缺陷和無(wú)定形區(qū)的形成提升了黏合密度，進(jìn)而提升了吸附性能。同時(shí)，ATP的加入也能提高濾嘴吸附效果。

表3 不同材料過(guò)濾嘴對(duì)不同極性和非極性氣體的吸附率 %

3 結(jié)論

(1)通過(guò)脫醇反應(yīng)成功制備ATP-KH560，對(duì)共混物起到反應(yīng)增容作用，隨共混物中PBAT用量增大，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度逐漸下降，當(dāng)PBAT用量為20份時(shí)，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別為32.6 MPa和106.4%，且具有較好的可紡性，復(fù)合纖維的降解速率介于純PLA和PBAT纖維之間。

(2)受ATP-KH560和PBAT影響，PLA結(jié)晶受限，結(jié)晶度隨PBAT用量增大逐漸減小，熔融雙峰向單峰轉(zhuǎn)變。

(3) PBAT和ATP-KH560能有效提升復(fù)合纖維絲束濾嘴對(duì)薄荷醇的吸附量，PBAT用量為20份時(shí)，薄荷醇在濾嘴中的吸附量達(dá)到2.94 mg/支，且長(zhǎng)期穩(wěn)定性較好，吸煙過(guò)程中的逐口釋放量逐漸增大。

(4) PBAT用量為20份的復(fù)合纖維絲束濾嘴對(duì)極性和非極性氣體的吸附性相對(duì)于純PLA均得明顯提升，對(duì)尼古丁的過(guò)濾效率與純CA絲束濾嘴最為接近。