BRPI0821376B1 - fibra, seu material de liberação de aditivo, sua membrana de fibra polimérica, seu material de filtro e artigo de fumo - Google Patents

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Description

(54) Título: FIBRA, SEU MATERIAL DE LIBERAÇÃO DE ADITIVO, SUA MEMBRANA DE FIBRA POLIMÉRICA, SEU MATERIAL DE FILTRO E ARTIGO DE FUMO (73) Titular: PHILIP MORRIS PRODUCTS S.A., Sociedade Suíça. Endereço: Quai Jeanrenaud 3, CH-2000 Neuchâtel, SUIÇA(CH) (72) Inventor: MUNMAYA K. MISHRA; HARRISON L. YU.
Prazo de Validade: 20 (vinte) anos contados a partir de 22/12/2008, observadas as condições legais
Expedida em: 11/12/2018
Assinado digitalmente por:
Liane Elizabeth Caldeira Lage
Diretora de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados
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1/16
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para FIBRA, SEU MATERIAL DE LIBERAÇÃO DE ADITIVO, SUA MEMBRANA DE FIBRA POLIMÉRICA, SEU MATERIAL DE FILTRO E ARTIGO DE FUMO.
Fibras ocas e/ou porosas e membranas porosas podem ter usos em diferentes aplicações, tais como, filtração, liberação controlada, separação por membrana, ciências analíticas, indústria de alimentos e indústria farmacêutica, indústrias ambientais ou verdes e indústrias médicas. Entretanto, essas fibras podem ser difíceis de produzir, de maneira consistente e econômica. Permanece ainda uma necessidade de fibras poliméricas ocas e/ou porosas, e de composições poliméricas e processos para produzir as mesmas, nos quais as fibras têm diâmetros e resistências controláveis, e podem ser produzidas de maneira simples e econômica.
Em uma modalidade da invenção é proporcionada uma mistura de polímero de poli(acetato de vinila) (PVAc) e poli(ácido acrílico) (PAA), em que o poli(acetato de vinila) está presente em uma quantidade variando entre cerca de 20% em peso e cerca de 80% em peso, e o poli(ácido acrílico) está presente em uma quantidade variando entre cerca de 80% em peso e cerca de 20% em peso, baseado no peso total da mistura.
Em outra modalidade da invenção é proporcionada uma fibra produzida a partir de uma mistura de polímero, de polímero hidrofílico e polímero hidrofóbico, tal como PVAc e PAA, e na qual a fibra é fiada por fusão e apresenta células na mesma, em que pelo menos algumas delas formam uma rede interligada dentro da fibra. Em uma modalidade específica, a fibra é oca. Em outra modalidade particularmente preferida, pelo menos algumas dessas redes interligadas se comunicam entre o interior da fibra e o exterior da fibra. Em outra modalidade particularmente preferida, pelo menos algumas redes interligadas das células se comunicam entre o núcleo oco da fibra e o exterior.
Em outra modalidade da invenção é proporcionado um material de liberação aromatizante, compreendendo a fibra porosa aqui descrita, e um ou mais aromatizantes dispostos em um núcleo estendido longitudinalmente dentro da fibra.
2/16
Em outra modalidade da invenção é proporcionada uma membrana de fibra de polímero contendo uma fibra oca e porosa, formada a partir da mistura de polímeros aqui descrita.
Em outra modalidade da invenção é proporcionado um filtro contendo a fibra aqui descrita.
Em outra modalidade da invenção é proporcionado um artigo para fumar, tal como um cigarro, contendo uma haste de material para fumar, tal como tabaco ou substituto de tabaco, e um filtro contendo as fibras aqui descritas.
Em ainda outra modalidade, é proporcionado um processo para produzir as fibras aqui descritas, por meio da adição dos polímeros a uma extrusora dupla rosca (“compounder”), a uma extrusora, ou misturadora, e extrudando ou fiando a mistura por meio de fusão, dentro de uma fibra contendo células na mesma. A fibra pode ser fiada diretamente da extrusora, misturadora, ou da extrusora dupla rosca (“compounder”).
Em uma modalidade específica, a fibra, filtros e método para produzir uma fibra incluem uma mistura de polímero de poli(acetato de vinila) (PVAc) e poli(ácido acrílico) (PAA), na qual o poli(acetato de vinila) está presente em uma quantidade variando entre cerca de 20% em peso e cerca de 80% em peso, e o poli(ácido acrílico) está presente em uma quantidade variando entre cerca de 80% em peso e cerca de 20% em peso, baseado no peso total da mistura. As modalidades preferidas incluem uma mistura de 20% em peso de PVAc e 80% em peso de PAA, uma mistura de 40% em peso de PVAc e 60% em peso de PAA, uma mistura de 50% em peso de PVAc e 50% em peso de PAA, uma mistura de 80% em peso de PVAc e 20% em peso de PAA, uma mistura de 60% em peso de PVAc e 40% em peso de PAA, e uma mistura de 20% em peso de PVAc e 80% em peso de PAA.
As modalidades aqui descritas proporcionam uma mistura de polímero que pode ser formada em uma fibra oca e/ou celular, usando técnicas simples de fiação de fibra, e que previne a necessidade de polimerização por emulsão, a necessidade de tratamentos térmicos pós-fiação, a necessidade
Figure BRPI0821376B1_D0002
3/16 de solventes, a necessidade de introdução de agentes de sopro, tais como, CO2, ou de materiais formadores de células extraíveis em solvente para a fusão da fibra, e a necessidade de alongamento da fibra pós-fiação.
As modalidades aqui descritas produzem fibras que são maleáveis e adequadas para inclusão em materiais filtrantes, tais como filtros de cigarro, ou em materiais de microextração em fase sólida, adequados para uso em ciências analíticas, ou em aplicações de separação por membrana. É esperado que a estrutura oca e celular da fibra aumente a eficiência dos filtros feitos das mesmas e, também, ajude a aumentar a sua capacidade de se desintegrar no descarte. Também é esperado que a natureza porosa de algumas modalidades de fibra permita que uma fibra seja usada como um sistema de distribuição de aromatizantes, ou como um sorvente para componentes específicos, por exemplo, em artigos para fumar.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
As Figuras 1A, 1B, 1C, 1D, e 1E são imagens de microscópio eletrônico de varredura ambiental (ESEM) de PVAc a 20% em peso, fibra oca de PAA a 80% em peso;
As Figuras 2A, 2B, 2C, são imagens transmitidas por microscópio óptico de luz polarizada, de PVAc a 40% em peso, fibra de PAA a 60% em peso, de acordo com uma modalidade aqui descrita, e imersa em água. A Figura 2D é uma imagem transmitida por microscópio óptico de luz polarizada, de PVAc a 50% em peso, fibra de PAA a 50% em peso, de acordo com uma modalidade aqui descrita, e não imersa em água. A Figura 2E é uma imagem de microscópio de luz refletida, mostrando a ponta da fibra de PVAc a 40% em peso, a qual está imersa em água.
A Figura 3 é uma imagem em seção transversal, transmitida por microscópio óptico de luz, de uma seção com espessura de 5 pm, de PVAc a 40% em peso, de fibra de PAA a 60% em peso, de acordo com uma modalidade aqui descrita, cortada perpendicularmente em relação ao eixo da fibra.
A Figura 4 é uma imagem em seção transversal, transmitida por microscópio óptico de luz, de uma seção com espessura de 5 pm, de PVAc a 50% em peso, de fibra de PAA a 50% em peso, de acordo com uma moda-
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4/16 lidade aqui descrita, cortada perpendicularmente em relação ao eixo da fibra.
A Figura 5 é uma imagem em seção transversal, transmitida por microscópio óptico de luz, de uma seção com espessura de 5 pm de PVAc a 60% em peso, fibra de PAA a 40% em peso, de acordo com uma modalidade aqui descrita e cortada perpendicularmente em relação ao eixo da fibra.
A Figura 6 é uma imagem transmitida por microscópio óptico de luz, de uma seção longitudinal de uma fibra de PVAc a 60% em peso, de PAA a 40% em peso, de acordo com uma modalidade aqui descrita, cortada em paralelo em relação ao eixo da fibra.
DESCRIÇÃO DETALHADA
Conforme é aqui usado, o termo mistura de polímero significa uma mistura derretida ou sólida de dois ou mais polímeros diferentes, quer seja miscível entre si ou não.
Conforme é aqui usado, o termo poli(acetato de vinila) significa um homopolímero formado de monômero de acetato de vinila ou um copolímero que é formado a partir de uma mistura monomérica que compreende, predominantemente, monômero de acetato de vinila, com um segundo monômero presente numa quantidade molar que seja menor que a quantidade de monômero de acetato de vinila. Pelo fato de que a hidrólise das porções de acetato em monômero de acetato de vinila e poli(acetato de vinila) é uma reação de equilíbrio, é esperado que nem todas as porções de hidróxi nesses compostos serão esterificadas. Consequentemente, o termo poli(acetato de vinila) não exclui polímeros, onde um nível de equilíbrio da hidrólise ocorreu sob as atuais condições do ambiente.
Conforme é aqui usado, o termo poli(ácido acrílico) indica um homopolímero formado por um monômero de ácido acrílico ou um copolímero que é formado a partir de uma mistura de monômero que compreende, predominantemente, ácido acrílico, com um segundo monômero presente numa quantidade molar que é menor do que a quantidade do monômero de ácido acrílico.
Conforme é aqui usado, o termo células significa uma região delimitada pela mistura de polímeros (isto é, uma célula “fechada”), bem co5/16 mo uma região parcialmente delimitada pela mistura de polímeros (uma célula aberta). Uma célula aberta pode estar em comunicação fluídica com outra célula, ou com a superfície da mistura de polímero. Uma célula que está em comunicação fluídica com a superfície da mistura de polímero é aqui definida como um poro. Duas ou mais células que são abertas e têm comunicação fluídica entre si, são designadas pelo termo interligadas. Tais células interligadas podem ser consideradas para formar uma rede de células interligadas.
Conforme é aqui usado, o termo núcleo significa uma região central que se estende longitudinalmente, delimitada por uma parede da mistura de polímero, mas cuja região é em si, essencialmente livre da mistura de polímero. O termo oco ou núcleo oco significa um núcleo que é preenchido com ar ou gás inerte. Os núcleos que não são ocos podem conter um ou mais materiais aditivos, tais como composições aromatizantes sólidas, líquidas ou gasosas. A mistura de polímero envolvendo o núcleo pode conter células ou poros na mesma, e as células ou poros, caso estejam presentes, podem estar em comunicação fluídica com o núcleo oco.
Conforme são aqui usados, os termos matriz e fieira significam equipamento de processamento contendo um ou mais orifícios adequados para extrusão ou fiação de um polímero ou mistura de polímeros, para formar uma fibra. Uma matriz ou fieira que compreende um orifício na forma de um anel é uma matriz ou fieira anular.
Conforme é aqui usado, o termo pós-fiação significa um processo que ocorre após a fibra ter saído do orifício da matriz ou fieira. Tratamento térmico pós-fiação significa aquecimento ou recozimento da fibra extrudada ou fiada, de modo a alterar uma ou mais de suas propriedades, após a fibra ter saído do orifício da matriz ou fieira, em particular, para modificar sua porosidade ou natureza celular, ou para modificar sua resistência. Alongamento pós-fiação significa a aplicação de tensão ou pressão na fibra para fins de alterar uma ou mais de suas propriedades, após a fibra ter saído do orifício da matriz ou fieira, em particular, para modificar sua porosidade ou natureza celular, ou para modificar sua resistência. Hidrólise pós-fiação
Figure BRPI0821376B1_D0004
6/16 significa tratar as fibras de maneira a quebrar as ligações hidrolisáveis nas mesmas, para fins de modificar a composição ou propriedades da fibra, após a mesma ter saído do orifício da matriz ou fieira. Remoção dos componentes extraíveis ou de hidrólise pós-fiação significa a remoção do material da fibra por meio de extração com solvente, ou por hidrólise, quando a remoção ocorre para fins de modificar a composição ou propriedades da fibra, após a mesma ter saído do orifício da matriz ou fieira.
Conforme é aqui empregado, o termo materiais formadores de células significa materiais adicionados à mistura de polímero para criar células ou poros na mesma. Os exemplos incluem agentes de expansão, os quais se expandem ou volatilizam durante o processo de mistura, extrusão ou fiação, desse modo, formando células no material resultante, bem como nos materiais que são solúveis ou extraíveis em um ou mais solventes, e cuja remoção durante o tratamento com solvente do material extrudado ou fiado deixe vazios para trás, os quais formam células ou poros no material.
Conforme é aqui empregado, o termo membrana de fibra de polímero significa uma fibra tendo um núcleo central oco, disposto substancialmente de maneira longitudinal em um material polimérico anular que contenha um ou mais poros. Os poros permitem que o interior da fibra (isto é, o núcleo) se comunique com a superfície externa da fibra, com relação às espécies para as quais a membrana de fibra de polímero é permeável. Por exemplo, a membrana de fibra de polímero que é permeável para uma proteína do sangue permitiría que essa proteína se movesse entre o núcleo da fibra e a superfície externa da fibra, sob a influência de um gradiente de concentração, na realidade, separando a proteína de um fluído, no qual esse tem uma concentração maior.
Conforme é aqui usado, o termo material aditivo significa qualquer material, diferente da mistura de polímero, ar, e gás inerte que é introduzida no núcleo da fibra. Em geral, os materiais aditivos incluirão aqueles materiais que se deseja distribuir de maneira controlada do núcleo da fibra para o exterior da fibra, ou para os quais se deseja distribuir componentes específicos do exterior da fibra. Os materiais aditivos adequados incluem
Figure BRPI0821376B1_D0005
7/16 aromatizantes, sequestrantes, ou sorventes.
Os aromatizantes incluem composições que transmitem um sabor ou aroma a um líquido, vapor, ou gás contendo os mesmos. Os aromatizantes adequados para uso nas fibras aqui descritas incluem, sem que seja a isso limitado, mentol, hortelã-pimenta, hortelã, gualtéria, canela, chocolate, vanilina, alcaçuz, cravo da índia, aniz, sândalo, gerânio, óleo de rosa, baunilha, óleo de limão, cássia, erva-doce, gengibre, acetato de etila, acetato de isoamila, isobutirato de propila, butirato de isobutila, butirato de etila, valerato de etila, formato de benzila, limoneno, cimeno, pineno, linalol, geraniol, citronelol, citral, óleo de hortelã-pimenta, óleo de laranja, óleo de coentro, borneol, extrato de fruta, aroma ou extrato de tabaco, e combinação dos mesmos. Um aromatizante especialmente preferido é o mentol.
Um sorvente adequado inclui qualquer material capaz de adsorver ou absorver determinados constituintes, com os quais o sorvente entra em contato, e incluem ambos, os absorventes e os adsorventes, tais como, os carbonos, como, carbono ativado, grafite e carvão, aluminas, incluindo aluminas ativadas, zircônias, óxidos de titânio, peneiras moleculares, sílicagel, zeólitos, resinas poliméricas e combinações dos mesmos.
Em uma modalidade da invenção, é proporcionada uma mistura de polímeros compreendendo poli(acetato de vinila) e poli(ácido acrílico). Em geral, o poli(acetato de vinila) está presente em uma quantidade variando de cerca de 20% em peso a cerca de 80% em peso, e o poli(ácido acrílico) em uma quantidade variando de cerca de 80% em peso a cerca de 20% em peso, baseado no peso total da mistura. Em níveis de poli(acetato de vinila) superior a cerca de 80% em peso e em níveis de poli(ácido acrílico) superior a cerca de 80% em peso, torna-se difícil obter um material tendo suficiente flexibilidade ou que possa ser transformado em fibra usando técnicas de fiação por fusão, embora, uma estrutura celular possa ser ainda obtida. Em uma modalidade mais preferida, as variações acima são referentes às quantidades de homopolimero de poli(acetato de vinila) e poli(ácido acrílico).
Foi também descoberto que essa mistura de polímeros pode proporcionar uma fibra oca ou porosa que, inesperadamente, e ao contrário
8/16 da fibra descrita por Yamamori et al., Patente U.S. No. 5.922.201, ou da fibra descrita por Gillingham et al., Pedido de Patente dos Estados Unidos, Publicação 2004/0226443, contém células na parede da fibra polimérica. De modo ainda mais inesperado, essas células podem ser proporcionadas usando processos simples de fiação por fusão, sem a necessidade de adição de um material formador de poro a ser extraído mais tarde, e sem a necessidade de solução de fiação, contrária aos ensinamentos de Paul, Polymer Hollow Fiber Membranes for Removal of Toxic Substances from Blood” Membranas de Fibra Oca de Polímero para Remoção de Substâncias Tóxicas do Sangue, Prog. Polym. Sei., 14, 597-627 (1989).
Uma mistura mais flexível, forte e mais facilmente transformada em fibra pode ser obtida quando a concentração do poli(acetato de vinila) varia entre cerca de 30% em peso a cerca de 70% em peso, mais particularmente, entre cerca de 40% em peso a cerca de 60% em peso, e ainda mais particularmente, sendo de cerca de 50% em peso, baseado no peso total da mistura. Da mesma maneira, as misturas flexíveis, fortes e facilmente transformadas em fibras com estruturas celulares podem ser obtidas quando a concentração de poli(ácido acrílico) varia entre cerca de 30% em peso a cerca de 70% em peso, mais particularmente, entre cerca de 40% em peso a cerca de 60% em peso, e ainda mais particularmente, sendo de cerca de 50% em peso, baseado no peso total da mistura. Em uma modalidade específica, a mistura de polímero consiste essencialmente de homopolímero de poli(acetato de vinila) e poli(ácido acrílico), cada um nas quantidades informadas acima.
Em outra modalidade da invenção é proporcionada uma fibra compreendendo uma mistura de polímero hidrofóbico e polímero hidrofílico; em uma modalidade específica, uma mistura de poli(acetato de vinila) e poli(ácido acrílico), na qual a fibra tem células na mesma. As células podem formar uma rede interligada de células dentro da fibra, e em uma modalidade preferida, essa rede interligada de células pode proporcionar comunicação fluídica com o exterior da fibra.
Em uma modalidade mais específica, a fibra pode incluir uma
9/16 parede anular compreendendo uma ou mais células na mesma e um núcleo se estendendo longitudinalmente dentro da parede anular. O núcleo pode, geralmente, variar em diâmetro, entre cerca de 5 pm a cerca de 15 pm. Em uma modalidade preferida, as células na parede anular proporcionam comunicação fluídica entre o exterior da fibra e o núcleo. A parede anular compreende a mistura de polímeros aqui descrita. O núcleo da fibra pode ser oco ou pode conter um aditivo introduzido na mesma durante a fabricação ou uso da fibra. Preferivelmente, o aditivo inclui um ou mais compostos aromatizantes, conforme descrito acima. Embora não se pretenda estar ligado a qualquer teoria, acredita-se que os compostos aromatizantes, quando aquecidos (por exemplo, por uma corrente de gás quente, tal como, a corrente principal da fumaça do cigarro) podem ser volatilizados, mais móveis ou ambos, e se difundem através da parede da fibra para sua superfície exterior, onde podem ser levados e distribuídos pelo fluxo da passagem de vapor.
Em outra modalidade da invenção é proporcionada uma membrana de fibra de polímero, compreendendo a fibra oca, com uma rede interligada das células na mistura de polímeros descrita acima.
A membrana de fibra de polímero formada a partir das fibras ocas contendo a mistura de polímeros aqui descrita pode ser adaptada para uso em uma variedade de processos de separação por membrana, tais como, purificação de proteína, separação de plasma, diálise, ultra-filtração, e similares, de uma maneira similar àquela descrita em Paul, “Polymer Hollow Fiber Membranes for Removal of Toxic Substances from Blood”, Prog. Polym. Sei., 14, 597-627 (1989).
Em outra modalidade da invenção é proporcionado um material de filtro compreendendo a fibra descrita acima. O material filtrante pode ser na forma de uma bucha de filtro, tecido do tipo não tecido, papel plissado, ou outra estrutura, podendo ser vantajosamente usado na filtração de constituintes alvos da fumaça. Portanto, o material filtrante pode ser colocado na ponta de uma haste de material fumável, tal como tabaco ou substituto de tabaco, como parte de um artigo fumígeno, tal como, cigarro.
Os filtros aqui descritos podem ser usados com ambos, os cigar10/16 ros tradicionais e não tradicionais. Os cigarros não tradicionais podem incluir cigarros aquecidos eletricamente ou cigarros tendo um elemento combustível na haste de tabaco. Os cigarros tradicionais, geralmente, têm substancialmente uma estrutura em formato de haste cilíndrica, a qual inclui, normalmente, um rolo ou coluna de material fumável, tal como tabaco picado, envolvido por um papel envoltório. Muitos tipos de cigarros podem ter uma parte de filtro alinhada numa relação de ponta a ponta com a haste de tabaco. A parte de filtro pode compreender uma ou mais buchas formadas a partir de uma ponta de acetato de celulose, circunscritas por um material de papel conhecido como envoltório de bucha”, desse modo, formando uma bucha de filtro. Normalmente, a parte de filtro é fixada a uma ponta da haste de tabaco usando um material envoltório circunscrito conhecido como papel de filtro.
Os cigarros para os sistemas elétricos de fumar são descritos nas comumente atribuídas Patentes U.S. Nos. 6.026.820, 5.988.176, 5.915.387, 5.692.526, 5.692.525, 5.666.976 e 5.499.636. Outros cigarros não tradicionais incluem aqueles tendo um elemento combustível na haste de tabaco, conforme descrito na Patente U.S. No. 4.966.171.
O material do filtro feito da fibra aqui descrita pode, desejávelmente, ser formado em uma bucha, quando formar as fibras em uma estopa, formando uma estopa em uma bucha, e fixando a bucha em uma haste de material fumável usando envoltório de bucha.
Normalmente, o material fumável contém tabaco ou um substituto de tabaco. Exemplos de tipos adequados de materiais de tabaco, sem que seja a isso limitado, é tabaco curado em estufa, tabaco Burley, tabaco Maryland, tabaco Oriental, tabaco raro, tabaco especial, tabaco reconstituído, tabaco de corte fino aglomerado, misturas dos mesmos e similares. Preferivelmente, o tabaco ou substituto de tabaco é pasteurizado. Uma parte ou todo o material de tabaco pode ser fermentado.
Além disso, o tabaco ou substituto de tabaco pode ser usado de qualquer forma apropriada, incluindo tiras e/ou partículas de lâmina de tabaco, materiais de tabaco processado, tais como tabaco de volume expandido
Figure BRPI0821376B1_D0006
11/16 ou inchado, ou tabaco picado, talos de tabaco processados, tais como cortado em rolo ou talos cortados inchados, material de tabaco reconstituído, mistura dos mesmos e similares. Tabaco geneticamente modificado também pode ser usado.
Em outra modalidade, é proporcionado um método para preparo das fibras aqui descrito, compreendendo:
(a) adição de poli(acetato de vinila) a poli(ácido acrílico) para formar uma mistura de fiação; e (b) circulação da mistura de fiação diretamente através de uma matriz ou fieira para formar uma fibra.
A matriz ou fieira usada para formar uma fibra pode ter uma configuração anular. Por exemplo, uma fieira tendo um orifício anular ou abertura através da qual o líquido da mistura de fiação é forçado, pode ser usada para formar a parede da estrutura de fibra oca aqui descrita. Em uma modalidade específica, um orifício central coaxial na fieira pode ser usado para introduzir um material para encher o núcleo ou lúmen da fibra com um material desejado, normalmente um gás ou líquido, que serve para inflar o núcleo da fibra e impedir a sua ruptura durante o processo de fiação. Tal matriz ou fieira pode ser colocada na saída de um dispositivo de conformação de extrusora dupla rosca ou extrusora convencional, tal como uma extrusora de rosca dupla, que podem ser desejavelmente equipados com aparelhos de aquecimento ou de refrigeração, para manter a desejada temperatura de formação de fibra. Entretanto, pode ser possível obter o desejado polímero fundido sem adição de calor, à medida que a tensão de cisalhamento imposta pela extrusora ou pela extrusora dupla rosca pode aumentar a temperatura da mistura de fiação o suficiente para derreter os seus componentes.
Caso a tensão de cisalhamento imposta pela extrusora dupla rosca ou extrusora não seja suficiente para fundir os componentes da mistura de fiação, então pode ser necessário o aquecimento para liquefazer os componentes. Tal aquecimento é desejavelmente realizado até que a mistura de fiação tenha atingido o ponto de fusão da mistura de polímeros, normalmente, a do componente de ponto de fusão mais alto da mistura, geral-
Figure BRPI0821376B1_D0007
12/16 mente uma temperatura de cerca de 150°C. Preferivelmente, o método não exige ou inclui tratamento térmico pós-fiação das fibras, alongamento pósfiação das fibras, adição de materiais formadores de células na mistura de fiação, hidrólise do polímero pós-fiação ou remoção dos componentes extraíveis de hidrólise pós-fiação. A estrutura oca, celular ou porosa desejada pode ser obtida sem a necessidade de etapas do processo, tais como, o resultado da utilização da mistura de polímero aqui descrita.
O diâmetro da fibra pode ser controlado através do controle da velocidade de reenrolamento da fibra durante a formação da fibra. Em um instrumento de topo de bancada, as velocidades de reenrolamento, geralmente, podem variar de cerca de 5 m/minuto a cerca de 100 m/minuto. Nas velocidades mais lentas de reenrolamento, o diâmetro da fibra é mais grosso, mas também menos uniforme, e pode, geralmente, variar em espessura entre cerca de 100 pm a cerca de 400 pm. Nas velocidades de reenrolamento mais elevadas, o diâmetro da fibra se torna mais uniforme e também mais fino, e sob uma velocidade de reenrolamento de cerca de 100 m/minuto é geralmente de cerca de 50 pm. Entretanto, aumentando mais ainda a velocidade de reenrolamento, pode ser possível diminuir o diâmetro da fibra para menos de 10 pm. O diâmetro da fibra pode ser diminuído ainda mais durante uma produção com aumento de escala, usando unidades de fiação de fibra em escala industrial.
Além disso, a fibra pode conter um ou mais aditivos em seu núcleo. Conforme descrito acima, esses aditivos podem ser sólidos, líquidos ou gasosos, e podem ser introduzidos no núcleo da fibra através de uma ou mais de diversas técnicas. Em uma modalidade, o aditivo pode ser introduzido no núcleo da fibra através de um orifício central na matriz ou fieira, junto com qualquer gás ou líquido fornecido para manter o núcleo aberto durante a formação de fibra. Por exemplo, composições aromatizantes ou sorventes podem ser introduzidas por arrastamento em uma corrente de gás ou vapor passando através da matriz ou da fieira, de modo que fiquem presas no núcleo da fibra. Em outra modalidade, as fibras podem ser imersas ou pulverizadas com uma suspensão ou solução do aromatizante, que pode se difun13/16 dir através das paredes da fibra por meio das células nas suas paredes, e podem ser retidas pela fibra, quando da remoção da câmara de banho ou de pulverização.
Ao longo do tempo, as composições aromatizantes podem volatilizar e se difundir através das células nas paredes da fibra. Quando essas células são interligadas e se encontram em comunicação fluídica com o núcleo e o exterior da fibra, elas formam poros que proporcionam uma passagem para o aromatizante volatilizado circular através da fibra, escapando da área que circunda a fibra, pelo que o aromatizante pode ser liberado para o usuário. Por exemplo, vapor ou solução de mentol pode ser liberado no núcleo da fibra através do orifício central em uma fieira anular. A fibra impregnada de mentol resultante pode então ser incorporada a um artigo fumígeno, tal como, uma bucha de filtro de cigarro. Quando o cigarro é usado, a corrente principal da fumaça que passa através da bucha de filtro aquece o mentol contido na fibra, ajudando a volatilizá-lo e aumentar a sua difusão através dos poros, ligando o núcleo da fibra com sua superfície exterior. À medida que o mentol é liberado da fibra, o mesmo é arrastado na corrente principal da fumaça e liberado para o usuário. Antes de usar, entretanto, a natureza tortuosa da rede de células que forma os poros na fibra, reduz a capacidade do mentol para se difundir e migrar da fibra.
De forma similar, um sorvente ou sequestrante pode ser introduzido no núcleo da fibra durante o processo de fiação. A fibra pode então ser formada na bucha do filtro, e os constituintes alvos na corrente principal da fumaça podem ficar presos na fibra, entrando pelos poros em uma superfície externa da fibra. Os constituintes alvos podem se propagar através da fibra para o seu núcleo, onde se tornam sorvidos pelo sorvente, e retidos na fibra até que o artigo fumígeno seja jogado fora.
Outras técnicas podem ser utilizadas para introduzir aditivos ao núcleo da fibra, incluindo a pulverização ou imersão das fibras em uma solução de dispersão contendo o aditivo, de modo que o aditivo seja difundido através da fibra para o seu núcleo.
A porosidade da fibra (isto é, o número e tamanho dos poros na
Figure BRPI0821376B1_D0008
14/16 superfície da fibra) pode ser controlada através do revestimento de uma porção da superfície da fibra. Os tamanhos dos poros podem, desejavelmente, variar entre cerca de 2 pm para centenas de pm, mais particularmente, entre cerca de 5 pm a cerca de 50 pm. Desejavelmente, o revestimento é aquele que irá dissolver quando exposto a um ambiente quente e úmido, tal como, a corrente principal da fumaça do cigarro. Isso permite que a porosidade da fibra (e a difusão de mentol da fibra) seja muito restrita durante a armazenagem de um artigo fumígeno, e para que ambos os parâmetros aumentem significativamente, quando o artigo fumígeno é usado.
Exemplo 1
Foi adicionada 1 grama de poli(acetato de vinila) a 1 grama de poli(ácido acrílico) em uma microextrusora dupla rosca, com aquecimento e mistura durante 2 minutos à temperatura de 150°C, numa velocidade de mistura de 100 rpm. O polímero resultante fundido é puxado diretamente da matriz da microextrusora dupla rosca, e fiado na fibra, usando uma linha de fiação e uma bobina, a qual gira com uma velocidade de enrolamento de 5 m/minuto. As fibras obtidas são fotografadas usando um Microscópio de Luz Petrográfica, Olympus BX60, operando com luz polarizada transmitida. A seção transversal de uma fibra é mostrada na Figura 4 e apresenta a estrutura celular das fibras. Uma imagem longitudinal de uma fibra é apresentada na Figura 2D.
Exemplo 2
Um procedimento similar ao do Exemplo 1 foi realizado em seguida, exceto em que a quantidade de cada polímero adicionado à microextrusora dupla rosca foi variada, de modo a se obter uma mistura, as fibras contendo 60% em peso de poli(acetato de vinila), 40% em peso de ácido poliacrílico. As fibras fiadas por fusão são mostradas conforme indicado no Exemplo 1, e as imagens resultantes são apresentadas nas Figuras 5 e 6. A natureza celular de uma fibra é claramente visível.
Exemplo 3
Um procedimento similar ao do Exemplo 1 foi realizado em seguida, exceto em que a quantidade de cada polímero adicionado à microex15/16 trusora dupla rosca foi variada, de modo a se obter uma mistura, as fibras contendo 40% em peso de poli(acetato de vinila) e 60% em peso de ácido poliacrílico. As fibras fiadas por fusão são cortadas em uma fibra com diâmetro de seção transversal de 5 pm e mostradas usando um microscópio óptico de luz polarizada transmitida, os resultados sendo apresentados na Figura 3. Essas fibras são submersas em água e mostradas usando um microscópio óptico de luz polarizada transmitida, em que as imagens resultantes são apresentadas nas Figuras 2A, 2B, e 2C. A porção da fibra que foi submersa em água e a expansão resultante sobre um maior comprimento da fibra são mostrados usando um microscópio de luz refletiva, o que é mostrado na Figura 2E. A expansão foi observada na fibra acima da linha d'água, de modo que a fibra essencialmente dobrou de diâmetro.
Exemplo 4
Um procedimento similar ao do Exemplo 1 foi realizado em seguida, exceto que a quantidade de cada polímero adicionado é variada para obter 20% em peso de poli(acetato de vinila), 80% em peso de fibra de mistura de ácido poliacrílico. As imagens ESEM nas Figuras 1A, 1B, 1C, 1D, e 1E mostram que a fibra forma células na mesma.
Exemplo 5
Poli(acetato de vinila) puro e poli(ácido acrílico) puro são produzidos separadamente nas fibras. As fibras resultantes são sólidas, sem a estrutura celular observada para as fibras feitas das misturas aqui descritas.
Em contraste com os resultados obtidos com poli(acetato de vinila) puro e poli(ácido acrílico) puro, as fibras obtidas da mistura de polímeros de 40/60, 50/50, e 60/40 percentuais em peso de PVAc/PAA contidas em uma estrutura tipo colméia, dimensionada aleatoriamente dentro da parede da fibra, apresentaram uma interligação visível das células internas. As espessuras da parede das células foram relativamente consistentes em todas as fibras preparadas a partir da mistura de polímero.
Além disso, as fibras feitas de PVAc puro ou PAA puro foram difíceis de fibrilar mediante fiação por fusão, e eram muito frágeis. As fibras preparadas a partir das misturas de PVAc e PAA foram facilmente fiadas por
16/16 fusão em fibras porosas, que mantiveram sua integridade fibrosa.
As fibras preparadas a partir das misturas de PVAc e PAA também demonstraram ter a capacidade de “mecha de água”, que pode ser atribuída a uma ação de capilaridade, adsorção, ou uma combinação desses 5 mecanismos.
Embora a presente descrição contenha referência a certas modalidades preferidas, é preciso entender que as variações e suas modificações serão aparentes àqueles versados na técnica, e que tais variações e modificações devem ser consideradas dentro da competência e escopo da 10 invenção, conforme definida pelas reivindicações anexas.
Todas as citações acima mencionadas são aqui incorporadas por referência em sua totalidade, na mesma proporção como se cada citação individual fosse especifica e individualmente indicada, para ser aqui incorporada por referência em sua totalidade.
1/1

Claims (8)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Fibra, caracterizada pelo fato de que compreende uma mistura de polímeros compreendendo poli(acetato de vinila), em uma quantidade que varia de 20% a 80% em peso, e poli(ácido acrílico) em uma quantidade que varia de 80% a 20% em peso, com base no peso total da mistura, em que a fibra contém células na mesma.
  2. 2. Fibra de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma das células forma uma rede interligada dentro da fibra.
  3. 3. Fibra de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a rede interligada de células proporciona uma comunicação fluida com o exterior da fibra.
  4. 4. Fibra de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende:
    (a) uma parede anular compreendendo uma ou mais células na mesma; e (b) um núcleo se estendendo longitudinalmente dentro da parede anular.
  5. 5. Material de liberação de aditivo, caracterizado pelo fato de que compreende uma fibra como definida na reivindicação 1.
  6. 6. Membrana de fibra polimérica, caracterizada pelo fato de que compreende uma fibra como definida na reivindicação 1.
  7. 7. Material de filtro, caracterizado pelo fato de que compreende uma fibra como definida na reivindicação 1.
  8. 8. Artigo de fumo, caracterizado pelo fato de que compreende:
    (a) uma haste de um material que pode ser fumado; e (b) um material de filtro, como definido na reivindicação 7, disposto em uma extremidade da haste.
    Petição 870180058676, de 06/07/2018, pág. 4/8
    1/6 > y.- 100 μη;
BRPI0821376A 2007-12-20 2008-12-22 fibra, seu material de liberação de aditivo, sua membrana de fibra polimérica, seu material de filtro e artigo de fumo BRPI0821376B1 (pt)

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