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Nouveaux filtrée pour la fumée de tabac, produit et procède pour la fabrication de Ces filtrez.
La présente invention concerne des filtres pour la fumée de tabac. Plus particulièrement, l'invention concerne des filtrez pour cigarettes fabriqués à partir de fibres de polyoléfine d'un type particulier. Elle concerne aussi un produit et un procédé pour la fabrication de ces filtres.
Le problème de la filtration de la fumée du tabac a fait l'objet d'études considérables au cours de récentes années et une littérature abondante a été publiée sur ce sujet. En général, les filtres sont constitués par des tampons ou des masses de filaments courts ou de granulés de diverses substances. Beaucoup de cesfil- tres connus sont en papier ou en une matière analogue. Néanmoins,
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ces filtres ne sont pas complètement satisfaisants à certains égards.
C'est ainsi que beaucoup d'entre eux ne sont pas suffisamment effi- caces et que d'autres, en particulier ceux qui sont sous la forme de tampons, présentent l'inconvénient de créer une perte de charge éle- vée.
Un filtre pour la fumée de tabac doit non seulement pouvoir retenir certains constituants de la fumée, mais encore présenter un certain nombre d'autres propriétés. Par exemple, il ne doit pas être désagréable aux lévresdu fumeur. C'est ainsi que le filtre doit res- ter ferme jusqu'à ce que la cigarette ait été complètement fumée, sans se ramollir ni se détacher de celle-ci,, Il ne doit pas opposer au passage de la fumée une résistance telle que le fumeur prenne ' nonscience qu'il doit aspirer fortement à travers le filtre.
Il doit êtrede fabrication économique et on doit pouvoir le fabriquer au .moyen d'un appareillage automatique ou il doit se prêter à une pro- duction de masse, à la grande vitesse qui est nécessaire pour la fabrication des cigarettes.
Dans quelques années, on a beaucoup utilisé certains fila- ments d'acétate de cellulose pour fabriquer les filtres pour ciga- rettes et, dans beaucoup de cas, les filtres de ce type ont rempla- cé les filtres en papier. Bien que ces filaments donnent des filtres de bien meilleure qualité que de nombreux filtres antérieurement connus et conviennent bien à la fabrication de filtres sur les , machines automatiques, ils présentent néanmoins certains inconvé- nients. En effet, pour fabriquer des filtres au moyen de filaments d'acétate de cellulose, il est fréquemment nécessaire d'appliquer un plastifiant aux filaments pour assurer la cohésion de la masse de filaments et, par suite, la rigidité du filtre. Pour cette opé- ration, il est nécessaire d'avoir recours à des cabines de pulvéri- sation ou à d'autres installations de ce type.
Dans certains autres cas, en particulier, lorsqu'on utilise de la fibranne de cellulose régénérée pour constituer le filtre, il est nécessaire d'appliquer sur les filaments un adhésif cellulosique ou d'imprégner les fila-
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ments d'un tel produit. Cette opération nécessite aussi l'emploi d'un appareil de pulvérisation ou d'une cuve d'immersion, ou d'un autre dispositif de ce type. Bien que les filtres en acétate de cellulose soient plus efficaces que nombre d'autres filtres, ils ne sont pas aussi économiques du point de vue de la fabrication, ni aussi efficaces que les filtres suivant l'invention décrits sci- après.
Etant donné l'intérêt actuel des filtres du type décrit, il est évident que l'invention d'un filtre présentant de meilleures propriétés constitue un résultat très appréciable.
L'invention a donc pour objets:
Un filtre pour la fumée de tabac plus efficace et plus économique que les filtres connus jusqu'à présent;
Un filtre pour cigarettes qui non seulement est relative- ment ferme, mais encore ne se ramollit pas entre les lèvres du fumeur ou du fait de la teneur en humidité de la fumée de tabac;
Un filtre qui, grâce à ses propriétés hydrophobes, ne sèche pas la fumée de tabac ou ne retient pas certagnes vapeurs hydrophiles auxquelles est lié l'arôme de la fumée;
Un procédé pour la fabrication de filtres du type précité.
Le filtre suivant l'invention est constitué par unfaiceau de fibres continues crêpelées d'une polyoléfine de grande masse moléculaire, les fibres étant de denier compris environ entre 16 et
0,5, la fermeté désirée du filtre résultant seulement du choix com- biné du denier des fibres, de leur nombre par unité de surface de la section droite et du nombre de crêpelures par unité de longueur des fibres et/ou éventuellement de l'utilisation d'une enveloppe en papier épais entourant le faisceau ou de la liaison des fibres en- tre elles en des points de contact répartis au hasard sans apport de substances étrangères.
Suivant l'aspect le plus général de l'invention, on a con- staté qu'on peut transformer certaines polyoléfines en un faisceau de filaments continus crêpelés et que ces filaments continus crêpelés
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permettent de fabriquer des filtres plus efficaces que les filaments antérieurement utilisés pour cette application et présentant un crêpage analogue. En outre, on a constaté qu'on peut donner à ces filaments continus un crêpage plus serré que celui des filaments constituant les filtres antérieurement connus.
De plus, on a consta- té que ce crêpage plus serré associé à l'utilisation d'une envelop- pe ou gaine en papier épais ou à un traitement de fixation thermi- que permet de fabriquer un filtre relativement rigide sans addition de plastifiant ou d'un adhésif tel que les adhésifs cellulosiques décrits dans la technique antérieure. Le produit crêpelé utilisé suivant l'invention peut être façonné et conditionné dans les installations de fabrication automatique de filtres pour cigarettes, si on le désire.
La polyoléfine qu'on préfère utiliser suivant l'invention . est de masse moléculaire comprise entre 10.000 et 1.000.000. De pré- férence, la masse moléculaire de la polyoléfine est comprise entre
30.000 et 200.000. Le point de ramollissement de la polyoléfine qu'on préfère utiliser suivant l'invention est compris entre 85 C et
160 C et, parmi les diverses polyoléfines actuellement fabriquées industriellement, on préfère utiliser le polyéthylène et le poly- propylène.
Le motif du polyéthylène peut être représenté par la formule suivante:
EMI4.1
et le motif du polypropylène par la formule suivante
EMI4.2
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Pour préparer les fibres utilisées pour les filtres suivant l'invention, on peut choisir un polyéthylène de petite densité, de point de ramollissement compris entre environ 90 C et 100 Ce ou un polyéthylène de densité élevée, de point de ramollissement compris entre 110 C et 150 C.
La fabrication de la polyoléfinc ne fait pas partie de l'invention.et elle est bien connue. Autrement dit, on peut obtenir la polyol fine désirée d'un fabricant de polyoléfine en indiquant à ce dernier les spécifications ci-dessus relative. 1 la casse moléculaire et aux autres propriétés du produit. On doit seulement noter que la polyoléfine utilisée suivant l'invention doit être un produit résistant à l'absorption d'humidité. on file la polyoléfine pour tormer un faisceau de filament* parallèles qu'on crêpe ensuite sur un dispositif de crêpai de rubans de filaments textiles. De préférence, on utilise un dispositif qui forme un crêpage uniforme.
Le nombre de filaments que doit on- ' tenir le faisceau pour permettre la fabrication d'un filtre satisfaisant dépend du diantre des fibres élémentaires du faisceau et du crêpage donné au faisceau. En général, lorsque les filaments crêpelés contiennent 48 à 120 crêpeulures par décimètre, il faut 3.500 à 120. 000 filaments pour des fibres de denier compris entre 16 et 0,5. Le tableau suivant indique codent peut varier le nombre de filaments en fonction du diamètre des tibree, pour des faisceaux contenant de 48 à 120 crêpelures par décimètre de filament crêpelé.
EMI5.1
<tb>
<tb>
Denier <SEP> par <SEP> filaient <SEP> Nombre <SEP> de <SEP> filaments <SEP> dans <SEP> le <SEP> faisceau
<tb> (25,5 <SEP> mm <SEP> de <SEP> circonférence)
<tb> 0,5 <SEP> 50.000 <SEP> à <SEP> 120.000
<tb> 1 <SEP> 35.000 <SEP> à <SEP> 70.000
<tb> 3 <SEP> 16.000 <SEP> à <SEP> 30.000
<tb> 4 <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 15.000 <SEP> à <SEP> 25.000
<tb> 8 <SEP> 6.000 <SEP> à <SEP> 15.000
<tb> 16 <SEP> 3.500 <SEP> à <SEP> 7.500
<tb>
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On peut, pour filer les polyoléfines, avoir recours à l'un quelconque des procédés connus dans l'industrie textile pour fabri- quer des filaments de polyoléfine, à la condition qu'on obtienne le denier convenable.
Comme déjà indiqué, suivant l'invention, un crêpage rela- tivement serré est appliqué aux rubans des filaments parallèles.
Si,l'on désire fabriquer des filaments analogues du point de vue du crêpage à ceux qui ont été antérieurement utilisés pour fabriquer des filtres, on peut appliquer aux rubans un crêpage moins serré, correspondant, par exemple, à un nombre de crêpelures par décimètre de filament crêpelé compris entre 24 et 48. Même avec ce crêpage moins serré, on obtient des filtres de meilleure qualité lorsqu'on utilise, suivant l'invention, des polyoléfines pour fabriquer les filaments constituant ces fibres.
.. Divers types d'appareils de crêpage peuvent être utilisés.
On préféré, toutefois, utiliser ceux de ces appareils qui permettent d'obtenir facilement un nombre de crêpelures par décimètre de filament crêpelé compris environ entre 24 et 160, 1'amplitude des crêpelures étant comprise entre 2,5 mm et 0,25 mm.
. Le nombre de crêpelures par décimètre désigne le nombre de demi-ondes par décimètre de longueur de la f ibre crêpelée. Par amplitude de la crêpelure, il faut entendre la hauteur de chaque déni-onde.
De ce qui précède, il résulte que la longueur réelle d'un segment de fibre crêpelé dépend du nombre des crêpelures et de leur amplitude de sorte que, par exemple, un segment de fibre d'un centimètre de longueur à l'état crêpelé peut présenter une longueur de 1,75 cm à 2 cm à l'état non crêpelé. Par conséquent, le ruban de filament utilisé suivant l'invention peut présenter une densité apparente d'autant plus grande que le crêpage est plus serré et, lorsqu'on utilise les filaments suivant l'invention, une certaine fermeté est donnée aux filtres par le seul fait'de ce crêpage serré.
Les filaments continus crêpelés de polyoléfine fabriqués
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comme décrits ci-dessus peuvent être facilement utilité dans les appareillages automatiques de fabrication de filtres accuellement connus. Dans de tels appareillages, le faisceau de filament crêpe- lés est façonné en forme de boudin continu qui est ensuite enveloppa dans un papier et débité en filtre de courte longueur qui sont in- troduits dans les machines de fabrication de cigarettes. Les filtres suivant l'invention peuvent être fabriqués comme on vient de l'indi- quer, conformément aux opérations actuellement courantes, mais cette fabrication est plus économique puisqu'on n'a pas à utiliser de cabine de pulvérisation ou de dispositifs analogues.
Pour que les filtres soient très fermes, l'enveloppe de papier doit être constituée par un papier considérablement plus épais que le papier à cigarette usuel.Par exemple, le papier à cigarettes usuel est d'épaisseur comprise,entre 0,02 mm et 0,04 mm. L'enveloppe ; de papier utilisé suivant l'invention pour La filtre est d'épaisseur, comprise entre 0,08 mm et 0,15 mm. On peut utiliser tout type ap- . proprié de papier de cette épaisseur et, par exemple, on peut obte- nir l'épaisseur convenable par contrecollage de feuilles de papier plus minces ou par application d'une couche convenable sur un papier à ,cigarette usuel.
Bien que l'utilisation d'une enveloppe de papier plus rigi- de ou plus épaisse permette l'obtention d'un filtre bien ferme, on peut, si on le désire, avoir recours à d'autres procédés pour donner -de la rigidité aux filtres, avec ou sans emploi d'une enveloppe de papier épais. Par exemple, on peut faire passer le faisceau de filaments utilisé suivant l'invention dans un entonnoir métallique chauffé. Par application de chaleur, les filaments thermoplastiques utilisés suivant l'invention peuvent se souder non seulement à la surface du faisceau ,mais encore à l'intérieur du faisceau .partout où les filaments crêpelés sont au contact les uns des autres. De cette manière, on peut annsi fabriquer des filtres faisant corps, sans enveloppe externe et sans addition de plastifiant ou revête- ment des filaments.
Toutefois, comme on l'a déjà indiqué, on préfère
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suivant l'invention utiliser des filaments à crêpage serré associés à une enveloppe de papier épais.
De ce qui précède, il résulte qu'on peut utiliser les pro- duits suivant l'invention, formés de filaments crêpelés de polyolé- fine, pour fabriquer des filtres dans les machines usuelles, de di- verses manières, soit que le filtre reçoive une enveloppe de papier, soit que sa structure n'exige pas d'enveloppe de papier.
Les essais faits sur les filtres suivant l'invention, constitués essentiellement par des filaments,.crêpelés continus de ' polyoléfine, montrent que ces filtres absorbent une plus grande quantité de goudron et de nicotine que les filtres actuellement connus sur le marché et donnent lieu à la même perte de charge ou à une perte de charge plus petite.
Les exemples suivants, non limitatifs, illustrent l'inven- tion.
EXEMPLE 1. - Filtres' de polyéthylène.
On prépare un fil étiré de polyéthylène de grande densité, de 5 deniers par filament, par filage de polyéthylène fondu à tra- vers une filière de 50 trous de 0,30 mm de diamètre. Le fil étiré présente une résistance de 2,9 g par denier, un allongement de 30%, et un point de ramollissement à environ 115 C. On en forme un ruban de 16. 000 filaments et on crêpe une fraction du ruban sur une machine à crêper textile qui firme 100 crêpelures par décimètre, toutes perpendiculaires à l'axe longitudinal des fibres. On ouvre le ruban crêpelé jusqu'à une largeur de 30 cm et on l'introduit dans une machine automatique qui le transforme en boudins enveloppés dans du papier à cigarette, de 90 mm de longueur et 25,5 mm de circuférence.
Après un traitement thermique de 10 secondes à 120 C, les bcndins présentent une fermeté satisfaisante et donnent lieu à une perte de charge (résistance au tirage) moyenne de 23,25 mm pour un dé:it d'air de 15,7 cm3 par seconde. On débite deux des boudins en filtras de
15 mm et on fixe ces bouts filtrants sur dix cigarettes de 81. mm de longueur initiale, raccourcies de 15 mm. On essaie les cigrettes
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à bout filtrant jusqu'à ce qu'elle n'aient plus qu'une longueur de 35 mm sur une machine à fumer automatique de construction et de fonctionnement analogues à celle qui est décrite par J.-A. Harlan et
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:i.-R.Aammer, "Industrial and Engineering Chamiatrys 28, 836-9 (1936).
On recueille la fumée qui traverses les filtres et on l'analyse pour en vérifier la teneur en nicotine et en goudron. Les résultats sont consignes au tableau I.
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EXF.MP47 2.- Fl1tresde ollroYln.
On prépare un fil étiré de polypropylène,de 4,8 deniers par filament, par filage de polypropylène fondu à travers une filière de 50 trous de 0,30 mm de diamètre. Le fil étiré présente une résistance de 4,7 g par denier, un allongement de 35% et un
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J'oint de 7amollissement à environ 126 C. On en fait un ruban de 16.700 filaments auxquels on applique 112 crêpelures par décimètre@ On ouvre la ruban crêpelé jusqu'à une largeur de 30 cm et on l'introduit dans une machine qui le resserre en un faisceau compact et qui l'enveloppe de papier blanc de 0,10 mm d'épaisseur. Les boudins obtenus sont très fermes du fait de l'enveloppe en papier épais et il n'est donc pas nécessaire de les soumettre à un traitement thermique.
Ils ont 90 mm de longueur et 25,7 mm de circonférence et ils créent une perte de charge moyenne de 22,75 mm. On débite deux des boudins en filtres de 15 mm et on fixe ces filtres à dix cigarettes de 85 mm de longueur initiale, raccourcies de 15 mm. On essaie les cigarettes à bout filtrant jusqu'à une longueur de 35 mm sur la machine à fumer automatique et on recueille la fumée pour en analyser la teneur en nicotine et en goudron. Les résultats sont consignés au tableau 1.
EMI9.4
EXEMPLE 3.- F1ltes dlacétatl -de cellulose.
Pour permettre une comparaison, on fabrique des filtres en acétate de cellulose de type commercial. On utilise pour cette fabrication un acétate de cellulose commercial à 40% d'acétyle dont on file la solution de manière connue pour obtenir un fil de 5,0 deniers par filament. Le fil terminé présente une résistance de 1,2 g par denier et un allongement de 32%. Il ramollit à environ
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195 C. On en forme un ruban de 16.000 filaments qu'on crêpe à raison
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de 8 crèpelures par décimètre de filament crêpeld (crêpage utilise pour un.certain nombre de rubans d'acétate de cellulose commerciaux pour filtres). On ouvre la ruban crêpelé Jusqu'à une largeur de 30 cm et on l'introduit dans une machine qui le transforme en un faisceau compact et qui l'enveloppe d'un papier à cigarette de type usuel.
Les boudins obtenus ont 25,7 mm de circonférence. Ils sont tout à fait mous, môme après un traitement thermique d'une heure à 150 C. Les boudins ainsi obtenus ne sont pas utilisés pour la com- paraison. On pulvérise un plastidant (triàcétate de glycérine) sur une autre fraction du ruban étalé jusqu'à ce que le poids total du ruban ainsi traité corresponde à 85/100 de fil et 15/100 de plastifiant. On convertit le ruban ainsi traité en boudins de la manière précédemment indiquée. Après conservation à la température ambiante (24 C) pendant une heure, les boudins sont à peu près aussi fermes que les boudins obtenus suivant les exemples 1 et 2 et entourés d'un papier épais.
On coupe les boudins plastifiés en filtres de 15 mm et on les fixe à l'extrémité de dix cigarettes de 85 mm de longueur initiale, raccourcies de 15 mm. On essaie des cigarettes sur la machine à fumer automatique jusqu'à ce qu'elles n'aient plus que 35 mm de longueur. Les résultats de cet essai sont consignés au tableau 1.
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EXEMPLE A.- Filtres de ..1'olyéthYlI1,.
Pour permettre une comparaison avec les filtres de l'exemple 3, on fabrique un filtre comme indiqué ci-après et non suivant le mode de réalisation décrit aux exemples 1 et 2. En effet, cet exemple est destiné à montrer les propriétés d'un filtre de poly- éthylène dont le degré de crêpage est analogue à celui des filtres usuels en acétate de cellulose.
A une fraction d'un ruban de polyéthylène de 33.000 filaments identiques à celui de l'exemple 1, on applique un crêpage de 48 crêpelures par décimètre de filament crêpelé. On transforme le ruban crêpelé en boudins qu'on durcit, puis qu'on coupe en bouts filtrants de 15 mm. On essais les filtres comme décrit à l'exemple 1.
Les résultats de cet essai sont indiqués au tableau 1.
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TABLEAU 1:
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<tb> Perte <SEP> Goudron <SEP> Nicotine <SEP> Goudron <SEP> Nicotine
<tb> Type <SEP> de <SEP> cigarette <SEP> de <SEP> charge <SEP> dans <SEP> la <SEP> fumée <SEP> dans <SEP> la <SEP> fumée <SEP> retenu <SEP> par <SEP> retirée <SEP> par
<tb> moyenne <SEP> (10 <SEP> (* <SEP> cigarettes) <SEP> le <SEP> filtre <SEP> le <SEP> filtre
<tb> mg <SEP> mg
<tb> sans <SEP> filtre <SEP> 170 <SEP> 26
<tb> Filtre <SEP> de <SEP> polyéthylène <SEP> (exemple <SEP> I) <SEP> la,25 <SEP> 120 <SEP> 19 <SEP> 29 <SEP> 27
<tb> Filtre <SEP> de <SEP> polypropylène <SEP> (exemple <SEP> II) <SEP> 10,25 <SEP> 124 <SEP> 19 <SEP> 27 <SEP> 27
<tb> Filtre <SEP> d'acétate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> (exemple <SEP> III) <SEP> 9,75 <SEP> 139 <SEP> 22 <SEP> 18 <SEP> 16
<tb> Filtre <SEP> de <SEP> polyéthylène <SEP> (exemple <SEP> IV) <SEP> 9,
75 <SEP> 129 <SEP> 20 <SEP> 24 <SEP> 23
<tb>
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Au tableau I, la perte de charge est mesurée en centimètres d'eau pour un débit d'air de 17,5 cm3 par seconde à travers la ciga- rette.
Les résultats consignés au tableau I montrent que les filtres en polyéthyléne et les filtres' en polypropylène absorbent une plus grande proportion du goudron et de la nicotine contenus dans la -.-.fumée de la cigarette'que les filtres' antérieurement connus contenant le même nombre de fibres et donnant lieu à la même perte de charge,,
Le filtre de polyéthylène présentant le même nombre de crêpelures (48) que'le filtre d'acétate de cellulose absorbe plus de nicotine et de goudron que ce dernier, ce qui indique que les fibres de polyéthylène et de polypropylène permettent d'obtenir un filtre pour la fumée de cigarettes plus efficace que les filtres cellulosiques de la technique antérieure.
Outre le processus mécanique simple d'élimination des particules de goudron et de nicotine par impact sur les fibres, les filtres suivant l'invention peuvent aussi être le siège d'une charge électrostatique qui attire les particules de fumée.
De la description précédente, il ressort que l'invention permet d'obtenir un filtre pour la fumée de tabac'efficace, nouveau et économique. Outre ces avantages, les filtres suivant l'invention en présentent d'autres; par exemple, ils sont rigides sans que cette rigidité soit due à l'application d'un adhésif liquide. En outre, du fait que les fibres de polyoléfine ont une résistance intrinsèque plus grande que les fibres d'origine cellulosique, les rubans formés à partir de ces fibres peuvent supporter une tension considérablement plus grande au cours de la fabrication des filtres. On peut ainsi accroître la vitesse de production de ces filtres.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemples.