Elément filtrant notamment destiné à filtrer la fumée de tabac La présente invention a pour objet un élé ment filtrant notamment destiné à filtrer la fu mée de tabac pour en enlever la nicotine, les goudrons, etc., qui sont entraînés à l'état de vapeurs dans la fumée provenant de la com bustion du tabac. Elle se rapporte à un tel élé ment formant corps constitué par la réunion en boudin de fibres, notamment de fibres d'es ters de cellulose, cet élément convenant comme bout filtrant de cigarettes et comme filtre des tiné à être utilisé dans les pipes, les fume- cigare et les fume-cigarette.
On connait depuis quelque temps l'effica cité des esters cellulosiques, en particulier des acétates de cellulose, pour le "filtrage de la fu mée de tabac. On sait que l'acétate de cellulose, par exemple, enlève de la fumée de tabac de la nicotine, des goudrons et autres produits analogues en proportion plus grande que ne le font les autres matières communément utilisées pour enlever ces substances par filtrage de la fumée. On sait également que l'acétate de cel lulose absorbe une proportion moindre de l'humidité contenue dans la fumée et qu'elle ne produit donc pas l'âpreté propre à la fumée sèche.
On a antérieurement proposé de tirer avan tage des caractéristiques de l'acétate de cellu lose en tant que filtre pour la fumée de tabac en l'utilisant sous forme d'une masse refoulée d'acétate de cellulose, .par exemple de mousse d'acétate de cellulose ou de joncs d'acétate de cellulose contenant des passages longitudinaux. On a également proposé de filer l'acétate de cellulose pour en faire une matière propre à la préparation d'éléments filtrants mais, pour au tant qu'on le sache, les filtres faits d'acétate de cellulose filamenteux constitués de fibres filées comprennent généralement un tube de verre ou analogue empli de la matière fibreuse tassée sans ordre. On sait que l'efficacité des filtres constitués de fibres disposées parallèlement n'est pas bonne.
Il apparait qu'on n'a pas réussi à fabriquer des éléments filtrants en fibres orientées d'ester cellulosique qui, à la fois, pré sentent la densité, le diamètre et les autres caractéristiques requises pour l'industrie du tabac et conservent et utilisent la capacité de filtration remarquable de l'acétate de cellulose.
On a découvert que des faisceaux allongés de fibres alignées d'une manière sensiblement longitudinale et constituées, par exemple, d'acé tate de cellulose filé, peuvent être façonnés en éléments filtrants d'efficacité accrue, notam ment pour la fumée de tabac. On a ainsi décou vert un procédé de préparation d'éléments fil trants du type décrit présentant des propriétés de filtrage remarquablement bonnes. On peut ainsi obtenir des éléments filtrants qui présen tent non seulement de bonnes propriétés de filtrage mais encore, ce qui est aussi difficile à obtenir, sinon plus, l'ensemble des caractéris tiques qui les rendent propres à la confection par les appareils usuels de fabrication et d'em ballage des cigarettes.
L'élément filtrant faisant l'objet de l'inven tion, notamment destiné à filtrer la fumée de tabac, est caractérisé en ce qu'il comprend une masse de fibres en forme de boudin et une enveloppe encerclant cette masse, cette dernière comprenant un segment d'un faisceau filamen teux continu, et ladite enveloppe comprenant une pellicule formée par les fibres superficielles fondues de ladite masse.
D'une manière générale, on prépare l'élé ment filtrant en utilisant des fibres, telles que des fibres d'acétate de cellulose, d'une manière telle que l'élément se présente comme un bou din formant corps, constitué de fibres qui, dans l'ensemble, sont parallèles, bien que chacune des fibres, considérée sur une petite fraction de sa longueur, puisse être orientée au hasard dans diverses directions.
Le dessin représente, à titre d'exemples, trois types d'appareils destinés à illustrer la fabrication de l'élément objet de l'invention. Ces appareils sont décrits à titre purement in dicatif.
La fig. 1 montre en perspective le premier type d'appareil pour conformer un faisceau de fibres et souder par fusion des segments de fibres.
La fig. 2 est une représentation schéma tique, en coupe longitudinale verticale, du se cond type d'appareil dans lequel on utilise des produits chimiques liquides, tels que des plas tifiants, au lieu de la chaleur, pour provoquer le soudage à l'intérieur et à la surface du fais ceau.
La fig. 3 est une section longitudinale par tielle, à plus grande échelle, du bout filtrant d'une cigarette munie d'un élément filtrant.
La fig. 4 est une représentation schéma tique, en coupe longitudinale verticale, du troi sième type d'appareil, muni d'un moyen des- tiné à assurer une coalescence complète des fibres superficielles et l'obtention d'une pelli cule extérieure à partir de ces fibres superfi cielles.
Les appareils représentés aux fig. 1 et 2 sont conçus de façon à obtenir un boudin fil trant ; l'appareil de la fig. 4 se rapporte au procédé de fabrication le plus avantageux. Dans l'appareil représenté à la fig. 1, un faisceau filamenteux continu 11 passe dans un tube con- denseur conique 12 dont la forme d'entonnoir a pour effet de réduire le diamètre du faisceau à la valeur désirée par rapprochement récipro que des fibres dans toutes les directions perpen diculaires à l'axe longitudinal du faisceau.
Le tube condenseur 12 est prolongé par un tube court 13 de diamètre constant chauffé par une résistance électrique 14 ou un moyen équiva lent, tel un serpentin chauffé par la vapeur. La température de l'élément de chauffage et la vitesse de déplacement du faisceau sont réglées de manière que les fibres superficielles du fais ceau soient sensiblement toutes chauffées au point de fusion au cours de leur passage dans le tube, de sorte qu'elles subissent une coales- cence en formant une enveloppe superficielle extérieure continue à la surface du boudin formé par le faisceau de fibres.
Après son pas sage dans la forme d'exécution de la fig. 1, le boudin filtrant ainsi obtenu peut être envoyé dans une machine à découper non représentée qui coupe le boudin cylindrique continu entouré de son enveloppe en éléments filtrants. Ces élé ments peuvent être employés dans les appareils de fabrication des cigarettes de type connu pour être aboutées au tabac enveloppé constituant le corps de la cigarette.
La fig. 2 se rapporte à un appareil ana logue à celui de la fig. 1, sauf en ce qui con cerne un tube condenseur 26 qui est maintenu à la température ambiante et que la coalescence des fibres dans les régions superficielles du faisceau est produite par un solvant appliqué en jets sur un faisceau filamenteux continu 21 par des buses 27 disposées à la sortie du tube condenseur 26. Le solvant peut être associé à un agent de pénétration, tel que l'acétone. Le faisceau condensé et humecté de solvant peut ensuite, si on le désire, être soumis à une tem pérature élevée dans une étuve ou analogue, ce qui facilite la formation du boudin.
Il peut être préférable d'appliquer les jets de solvant sur le faisceau de fibres avant son passage dans le tube, ou à la fois avant et après la réduction de son diamètre.
L'appareil représenté à la fig. 4 est préféré pour la fabrication des éléments filtrants parce qu'il fournit le filtre le plus avantageux. Il comprend un élément de chauffage 68 pour fournir aux zones superficielles du faisceau con densé assez de chaleur pour déterminer la fu sion et la coalescence complètes des fibres su perficielles de manière à obtenir une enveloppe extérieure continue. Le faisceau 61 entre par l'extrémité réceptrice 67 d'une chambre à jets 62 et parcourt cette chambre dans laquelle des buses 63 envoient des jets de liquide. Un tube condenseur 64 donne au faisceau sa forme fi nale qu'il prend dans une section 65 de dia mètre constant de ce tube, avant de passer par l'élément de chauffage 68.
Cet élément est réglé conformément à la vitesse de déplacement du boudin de fibres de manière à ne chauffer es sentiellement que les régions superficielles du boudin, cela à la température minimum néces saire à la formation d'une enveloppe extérieure continue par coalescence des fibres.
La fig. 3 représente une cigarette munie d'un élément filtrant suivant l'invention ; on y voit un élément filtrant 80 formant corps, à paroi extérieure constituée d'une enveloppe for mée par coalescence de fibres, abouté à la masse de tabac 82, par un prolongement de l'enveloppe 83 de papier à cigarette. Une bande de liège 84 entoure et renforce le raccord.
Les éléments selon l'invention sont tous des boudins formant corps en fibres d'acétate de cellulose sensiblement alignés parallèlement à l'axe longitudinal du boudin et présentant des liaisons permanentes entre des fibres adjacentes en des points disposés au hasard. La liaison des fibres existe dans une certaine mesure à la fois dans les régions superficielles et à l'intérieur de la masse de fibres.
Cependant, on peut faire varier sensiblement l'importance de la liaison des régions superficielles relativement à la Rai son des fibres à l'intérieur du boudin, ce qui permet d'obtenir des filtres de caractéristiques différentes. Il résulte de ce qui précède que l'élément filtrant est constitué par des fibres contenues, sous une certaine pression, dans une enveloppe formée par fusion ou dissolution des fibres superficielles, les fibres intérieures étant liées au boudin pour faire corps.
Les fibres qui adhèrent les unes aux autres sont essentielle ment les fibres superficielles. La fabrication comprend les phases suivantes (1) transformation d'un faisceau de fibres orientées en majeure partie parallèlement entre elles et à l'axe longitudinal du faisceau en une masse fibreuse condensée et plus compacte de section transversale déterminée à l'avance, nor malement circulaire ou ovale ; (2) traitement du faisceau ainsi conformé par la chaleur ou un autre moyen de manière à solidifier ou souder la masse en un boudin formant corps, c'est-à-dire un faisceau de forme déterminée présentant des liaisons de soudure entre fibres, qui ait la section transversale dé terminée.
La soudure est obtenue principale ment par dissolution superficielle ou, dans une variante, par fusion des fibres formant les cou ches extérieures du faisceau condensé de ma nière à constituer une enveloppe superficielle continue relativement lisse. On entend ici par dissolution superficielle la création d'un état adhésif, poisseux ou facilement collant par dis solution ou début de dissolution des fibres ou de régions superficielles de ces fibres. Bien entendu, ces boudins continus peuvent être cou pés aux longueurs désirées et on peut choisir la longueur et la section transversale des élé ments coupés pour les adapter aux divers types de cigarettes, de pipes, de fume-cigarette et aux divers types de machines à fabriquer les ciga rettes.
II peut être désirable, dans certains cas, que la fusion et la soudure intérieure des fibres soient plus importantes que celles que peut as surer un dispositif de chauffe comprenant un élément entourant le faisceau de fibres. Il est alors nécessaire de fournir de la chaleur aux fibres contenues dans la masse sans chauffer les fibres superficielles à une température trop au-dessus de leur point de fusion ou de disso lution, quand on applique un plastifiant ou un solvant.
En tout cas, quand le traitement est surtout limité au chauffage en surface ou à l'action du solvant sur les fibres superficielles ou voisines de la surface du faisceau, le produit formé con siste en un faisceau condensé de fibres main tenu en masse compacte par une enveloppe extérieure en forme de pellicule, les fibres inté rieures étant maintenues en place dans cette enveloppe en partie par suite de la soudure des fibres entre elles et, surtout, par suite du tas sement et de l'enchevêtrement de ces fibres.
Par le fait que les éléments filtres obtenus com prennent une enveloppe extérieure résultant de la coalescence de fibres en ester cellulosique modifié et un mélange intérieur de fibres d'es ter cellulosique modifié, par exemple plastifié, et de fibres non plastifiées, sans liaison ou pres que des fibres à l'intérieur de ce mélange, l'élasticité est sensiblement fonction de la quan tité de fibres contenues dans l'enveloppe et le réglage précis de cette quantité permet de re produire avec exactitude l'élasticité de la ciga rette dans la partie constituée par le tabac. Un réglage précis permet ainsi d'obtenir un filtre dont l'emploi est très avantageux dans les ma chines usuelles à fabriquer et empaqueter les cigarettes.
La nature du boudin telle qu'elle résulte du degré de soudure des fibres est naturellement déterminée par les valeurs du taux de chauffe, du débit de l'air et de sa vitesse, tous ces fac teurs intervenant dans le degré de soudure.
La matière première utilisée sous forme de filaments ou de fibres peut être constituée d'un quelconque des nombreux dérivés de la cellu lose, en particulier les esters cellulosiques. L'acétate de cellulose s'est montré l'ester le plus avantageux. La matière préférée peut être un quelconque des divers acétates de cellulose, par exemple un triacétate ou un ester mixte tel qu'un acéto-propionate ou un acéto-butyrate. Il semble que le procédé de fabrication le plus avantageux de l'élément selon l'invention con- siste à utiliser un acétate de cellulose de type textile, contenant 38,
8 à 39,2 % d'acétyle, bien que la teneur en acétyle ne soit probable ment pas critique. On peut avantageusement choisir, par exemple, un ester cellulosique d'une teneur en propionyle de 0,6 à 1,7 0/0, d'une teneur en acétyle de 38,0 à 38,
7 % et d'une teneur en hydroxyle de 3,89 à 4 %- Les fibres d'acétate peuvent contenir un plastifiant conve nable dans des proportions variées mais, bien entendu, le plastifiant ne doit pas être toxique, ni ne donner de produits de décomposition toxiques.
Le citrate triéthylique constitue un plastifiant satisfaisant et les fibres d'acétate plastifiées utilisées de préférence contiennent environ 33 % en poids de plastifiant. La tri- propionine et le n-isopropyl-paratoluènesulfona- mide constituent d'autres plastifiants convena bles.
On a préparé des boudins filtrants satis faisants à l'aide d'un matière fibreuse formée entièrement d'acétate de cellulose du type tex tile et contenant beaucoup moins de plastifiant, c'est-à-dire la quantité minimum. Quand on utilise un mélange de fibres plastifiées et de fibres non plastifiées, on peut avantageusement projeter une quantité supplémentaire de plasti fiant à la surface du faisceau de fibres avant passage du faisceau dans le tube condenseur. Comme on l'a dit, une matière première très avantageuse est constituée par un mélange de fibres plastifiées et de fibres non plastifiées. Dans ce cas, ces fibres peuvent être constituées par un quelconque des acétates ou mélanges d'acétates ci-dessus décrits, ou des mélanges de ces acétates avec une autre matière fibreuse, telle que des fibres de viscose, de laine ou de coton.
Les mélanges de fibres plastifiées et de fibres non plastifiées se sont montrés les plus propres à la mise en forme et à la création des liaisons. On peut utiliser, à titre de fibres non thermoplastiques, de la viscose de coton.
Que les fibres soient sous forme d'une mè che de filaments continus ou d'un ruban de fibrane cardée, elles peuvent être lisses ou crê pées, mais c'est cette dernière forme qui est préférable. Les mèches cardées de fibrane sont un peu plus avantageuses que les mèches de filaments continus. On a obtenu de bons filtres à l'aide des mélanges de matières premières sui vantes.
EMI0005.0001
<B><I>50010</I></B> <SEP> de <SEP> fibres <SEP> d'acétate <SEP> de <SEP> cellu lose <SEP> filées, <SEP> plastifiées, <SEP> crê pées <SEP> et <SEP> coupées,
<tb> I
<tb> 50% <SEP> de <SEP> fibres <SEP> d'acétate <SEP> de <SEP> cellu lose <SEP> filées, <SEP> crêpées <SEP> et <SEP> cou pées.
<tb> 15 <SEP> % <SEP> de <SEP> fibres <SEP> d'acétate <SEP> de <SEP> cellu lose <SEP> filées, <SEP> plastifiées, <SEP> crê pées <SEP> et <SEP> coupées,
<tb> II
<tb> 85 <SEP> % <SEP> de <SEP> fibres <SEP> d'acétate <SEP> de <SEP> cellu lose <SEP> filées, <SEP> crêpées <SEP> et <SEP> cou pées.
<tb> 20 <SEP> % <SEP> de <SEP> fibrane <SEP> plastifiée <SEP> d'acé tate <SEP> de <SEP> cellulose,
<tb> III
<tb> 80% <SEP> de <SEP> fibrane <SEP> non <SEP> plastifiée
<tb> d'acétate <SEP> de <SEP> cellulose.
<tb> Acétate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> filé, <SEP> crêpé,
<tb> IV <SEP> coupé, <SEP> ne <SEP> contenant <SEP> pas <SEP> de <SEP> fibres
<tb> plastifiées. Les mélanges I et II sont traités à des tem pératures de 220 et de 230 C, alors que la matière IV qui ne contient pas de fibre plasti fiée exige une température de 260 C.
D'une manière générale, les mélanges de fibres d'acé- tate de cellulose contenant 15 à 50 % de fibres plastifiées, et de préférence 20 %, donnent de bons résultats.
Ainsi qu'il résulte de ce qui précède, les fibres peuvent affecter un certain nombre de dispositions susceptibles de passer dans le dis positif de mise en forme. Voici quelques exem ples : un cordeau formé de fibres filées conti nues complètement parallèles, un cordeau formé de fibres filées continues et crêpées sensible ment parallèles, une fraction de voile sortant du démêloir ou batteur formée de fibres cou pées et sans aucune orientation, des mèches de carde formées de fibres coupées partiellement orientées, des mèches à divers stades d'orien tation formées de fibres coupées. Ainsi, bien que les éléments filtrants préférés comprennent des fibres sensiblement alignées longitudinale ment, lesdits éléments peuvent être obtenus d'une seule pièce et présenter un alignement moins complet des fibres.
La mèche, le cordeau ou autre produit analogue peut être utilisé sous toute forme cylindrique ou de ruban sous la quelle se présentent normalement les matières de cette nature. Il est évidemment nécessaire pour qu'elle puisse être réduite au diamètre désiré que la mèche ne soit pas trop volumi neuse.
La mise en forme exige naturellement que les fibres d'ester de cellulose soient entraînées dans le tube condenseur par une force de trac tion, et non pas introduites dans ce tube par extrusion ou refoulement. Ainsi, la fusion ou la coalescence des fibres extérieures qui passent au contact de la paroi chauffée du tube se fait alors que ces fibres sont sous tension. Norma lement, tout tube chauffé dont l'entrée consti tue un guide en forme d'entonnoir prolongé par la section de mise en forme convient, mais il est préférable que la section conique du tube offre une surface intérieure qui assure une constriction progressive du faisceau.
Les fibres entrent naturellement par l'extrémité la plus ouverte de l'entonnoir et le faisceau se ressert, on condense jusqu'à ce qu'il présente sensible ment la dimension désirée du filtre lorsqu'il est tiré hors de l'extrémité la plus étroite du tube. On a constaté qu'il faut généralement réduire le diamètre du faisceau un peu au-delà du dia mètre désiré pour compenser l'action de ressort des fibres qui intervient lorsque cesse la pres sion exercée par le tube.
Le tube peut être chauffé par un procédé quelconque, tel que la circulation d'un fluide d'échange de chaleur, l'irradiation infrarouge, la chauffe diélectrique, etc. Dans le cas de l'acétate de cellulose du type textile d'une te neur en acétyle de l'ordre de 38 à 41 0/0, les limites de température du tube chauffant peu vent être définies comme étant approximative ment comprises entre le point de fusion ou de coalescence de la fibre d'acétate plastifiée ou de point de fusion le plus bas, pour ce qui con cerne la limite inférieure, et le point de com bustion des fibres pour ce qui concerne la li- mite supérieure.
Normalement, la chaleur est convenable si le tube est à une température si tuée entre 200 et 260 C. Un mélange à par ties égales de fibres plastifiées et de fibres non plastifiées, traité à 195 C, donne lieu à une surface crépelée, ce qui indique une coales- cence incomplète. Le même mélange donne à 248 C, une surface ridée avec formation d'es quilles fibreuses, ce qui indique qu'il y a eu excès de chaleur.
Bien que la vitesse de passage dans le tube dépende d'un certain nombre de facteurs tels que la composition des fibres, la température du tube, les dimensions du faisceau et l'élasticité désirée du produit, le spécialiste n'éprouvera aucune difficulté à déterminer les conditions convenables à la production du type désiré de produit. On peut mentionner qu'on a préparé des boudins filtrants satisfaisants à des températures supérieures à celles qu'on vient d'indiquer, à partir de mélanges de fibres d'acé tate de cellulose plastifié et de fibres d'acétate de cellulose non plastifié à des vitesses de for mation comprises entre 30 à 60 cm par minute et 12 mètres par minute, et plus.
Quand on applique un solvant, en brouil lard ou en vapeur, à la surface d'un faisceau, le tube de mise en forme du faisceau peut être maintenu à la température ambiante. Il est pré férable, dans certains cas de traitement par une vapeur, d'utiliser un procédé de manière à ob tenir la pénétration d'au moins une fraction de la vapeur à l'intérieur de la masse de fibres. On peut ainsi, si on le désire, associer le traitement par une vapeur à l'utilisation d'un gaz de chauf fage, qui peut être de l'air, de l'azote, de l'an hydride carbonique ou de la vapeur d'eau, peut contenir une certaine proportion de vapeur de solvant ou de plastifiant.
Dans -l'un et l'autre cas, le chauffage des fibres à l'état lâche ou flo conneux permet la pénétration du fluide de chauffage à l'intérieur du faisceau de fibres de sorte qu'au cours du passage subséquent du faisceau dans un tube de diamètre plus petit, la soudure des fibres ramollies par chauffe ou action du solvant se fasse à une profondeur et à un degré qui peuvent être déterminés par un choix judicieux des conditions. A partir du fait qu'un boudin allongé de fibres préférentielle- ment orientées longitudinalement, du type de l'acétate de cellulose textile, fournit un élément filtrant, on peut préparer des éléments filtrants intéressants qui présentent une enveloppe de papier ou d'une substance formant des pelli cules par couchage telle que l'acétate de cellu lose ou un autre dérivé de la cellulose.
Dans ce dernier cas, la substance formant la pellicule peut être appliquée à l'état d'une solution plas tifiée ou dans un état analogue, avant ou après la mise en forme du faisceau de fibres, par pro jection en jets ou immersion.
Toutefois, on a constaté que le mode de réalisation le plus avantageux consiste à former l'enveloppe par coalescence des fibres des ré gions superficielles du faisceau. On peut bien entendu utiliser cette structure avec une enve loppe supplémentaire de papier, si on le veut, surtout quand la coalescence donne lieu à la formation d'une pellicule seulement partielle ou discontinue.
Indépendamment de son utilisation comme filtre destiné à éliminer de la fumée de tabac, les goudrons, la nicotine et les autres consti tuants qui se dégagent par distillation du tabac, l'élément suivant l'invention convient à la fil tration de l'air, par exemple pour les systèmes de conditionnement d'air. On peut de même l'utiliser pour filtrer nombre d'autres gaz ou liquides.
Voici quelques exemples pratiques de fabri cation. <I>Exemple I</I> On fait passer un faisceau continu allongé de fibres en ester cellulosique du type textile contenant du citrate triéthylique, plastifiant non toxique et de saveur agréable, en masse suffi sante dans un tube condenseur de section cir culaire muni d'un élément de chauffage. La température du tube est maintenue à 225 C. Les fibres comprimées passant dans le tube sont tirées à la vitesse permettant aux fibres superficielles de fondre et d'adhérer les unes aux autres, formant ainsi une mince pellicule assurant une liaison solide.
L'orifice du tube utilisé est d'environ 8,4 mm de diamètre de sorte que le boudin filtrant formé est utilisable pour faire des éléments fil trants pour les cigarettes normales.
Le denier, la dimension des filaments et le nombre de fibres plastifiées utilisées détermi nent la densité et la perte de charge subie par l'air traversant une longueur définie du boudin. Les essais indiquent que l'on obtient des bou dins filtrants qui présentent des caractéristiques très satisfaisantes en ce qui concerne la densité, la perte de charge et la capacité de filtration.
<I>Exemple 11</I> On mélange dans une carde 70 % de fibres coupées d'acétate de cellulose du type textile usuel non plastifié et 30 % de fibres coupées plastifiées contenant
40 % de triacétine. On met ce mélange de fibres sous forme d'une mè che allongée de manière que les fibres soient sensiblement alignées longitudinalement et on fait passer cette mèche dans un tube conden- seur cylindrique chauffé à 250 C.
La mèche est ainsi comprimée et conformée en boudin continu, scellé par action de la chaleur, que l'on coupe en éléments de longueur désirée pour en faire des bouts filtrants de cigarettes par un procédé comportant la juxtaposition des cartouches ainsi obtenues à la masse de tabac constituant les cigarettes, ces deux éléments étant réunis par une seule feuille de papier et l'extrémité filtrante de la cigarette étant, de plus, entourée d'une bande de liège. <I>Exemple 111</I> Un appareil comprend un serpentin tubu laire de cuivre perforé en de nombreux points répartis dans les régions du serpentin regardant vers l'intérieur, ce qui donne une série de petits trous par lesquels l'air chaud s'échappe et vient frapper le faisceau lâche qu'on tire au centre du serpentin.
Un entonnoir en verre qui pour rait tout aussi bien être métallique ou fait d'une autre matière, est associé au dispositif. La mè che passe du serpentin dans cet entonnoir où s'effectuent la compression et la soudure. Une résistance électrique disposée extérieurement à la tige de l'entonnoir fournit de la chaleur pour favoriser le soudage des fibres extérieures du faisceau. Quand on n'applique pas de chaleur ex terne à la tige de l'entonnoir, on constate que la mèche tirée suivant un trajet où se recoupent les jets d'air chaud sortant du serpentin, puis par l'entonnoir, est soudée intérieurement, mais que sa surface n'est que très légèrement soudée.
Dans les mêmes conditions, si l'on chauffe la tige de l'entonnoir, le soudage a lieu dans toute la masse.
Dans les exemples décrits ci-dessus, les conditions correctes de fonctionnement des di vers dispositifs et procédés sont jugées d'après la nature du boudin sortant de l'appareil et la vitesse de l'écoulement de l'air, le taux de chauffage et le débit de la mèche peuvent être modifiés, comme on l'a dit, de manière à ac croître ou à réduire le degré de soudure. <I>Exemple IV</I> On essaye dans l'appareil de la fig. 1 un faisceau de filaments continus crêpés d'acétate de cellulose non plastifié. Aux températures élevées, on obtient une soudure très importante, mais il se produit aussi une décomposition de l'acétate de cellulose.
Ce dispositif permet tou tefois d'obtenir des boudins satisfaisants à par tir d'un faisceau de fibres peu plastifiées. L'uti lisation du cordeau au lieu de la mèche a l'avantage d'une plus grande régularité et per met de supprimer plusieurs opérations de fabri cation.
<I>Exemple V</I> On prépare un mélange constitué, d'une part, de fibres d'acétate de cellulose du type textile à crêpage maximum, d'un poids de 5 deniers par filament, longues de 6,25 cm et, d'autre part, de fibres coupées, de même lon gueur, d'acétate de cellulose plastifié de type textile d'un poids de 5 deniers par filament et contenant, en qualité de plastifiant, 50 parties d'acétyl-citrate triéthylique pour 100 parties d'acétate.
On lubrifie le mélange de fibres par une composition comprenant 96% de mono- laurate de polyoxyéthylènesorbitan et 4% de saccharine. On envoie le mélange dans un dé mêloir d'où le voile formé passe ensuite dans une carde, ce qui donne une mèche cardée du mélange de fibres plastifiées et de fibres non plastifiées d'acétate de cellulose. Le poids de la mèche est de 15 g à 16,6 g environ par mètre, ce qui permet d'obtenir un produit cardé qui, après le traitement, donne un boudin fil trant pesant environ 13 à 14,5 g par mètre.
On utilise un démêloir à trois foulons pour obtenir une masse d'un poids régulier. La mèche con tinue sortant de la carde est envoyée dans un tube de prééhauffage dont le diamètre décroît progressivement de 2,54 cm à 1,6 cm sur une distance de 40 cm environ. Le tube est chauffé à 220 C ; il sert à réchauffer la mèche, ce qui assure une pénétration de la chaleur qui facilite la réduction de la mèche avant qu'elle n'attei gne le tube condenseur. Ce réchauffage permet aussi un réglage meilleur et plus facile de la température du tube condenseur. On tire alors la mèche chauffée dans le tube de mise en forme proprement dit, qui présente une partie de section constante.
Ce tube est un tube de laiton de 24 cm environ de longueur totale qui présente une partie conique de 16 cm environ de long dont le diamètre décroît progressive ment de 22,2 mm à 8,6 mm, ce dernier dia mètre étant celui de la partie de section cons tante dont la longueur est environ 8 cm. Cette dernière partie du tube est chauffée à 210 C par des réchauffeurs par immersion qui l'entou rent et assure la transformation de la mèche réchauffée en un boudin cylindrique satisfaisant par fusion des fibres superficielles d'acétate plastifié et coalescence de la région superficielle de la masse . en une enveloppe entourant le faisceau des fibres intérieures.
On constate que le diamètre du boudin de fibres obtenu est de 8,15 à 8,4 mm suivant le poids de la mèche et l'étirage du boudin à la sortie du tube de resserrage. Le -boudin passe ensuite dans un tuyau de 6,25 mm environ où il est refroidi par quatre jets d'air comprimé à 2,8 kg/cm2. Le refroidissement immédiat. évite un étirage ex cessif en assurant la solidification des fibres plastifiées fondues. Des organes de tirage dis posés à l'extrémité de l'appareil assurent l'en traînement du faisceau de fibres à tous les postes de traitement. Ces organes sont consti tués par deux courroies rainurées montées sur des poulies mues mécaniquement. Les rainures sont destinées à recevoir exactement le boudin.
Le boudin flitrant continu est alors coupé en cartouches de 66 mm de longueur par des cou teaux montés à l'extrémité des organes de trac tion, et on utilise ces cartouches dans une ins tallation mécanique normale pour la fabrication de cigarettes à élément filtrant. <I>Exemple</I> UI On prépare un élément de filtre conformé ment à l'exemple ci-dessus décrit à l'aide de fines fibres blanches d'acétate de cellulose. Les fibres sont disposées en longueur de manière à former un boudin feutré dont on lie les fibres superficielles par application d'un solvant en jets, ce qui forme une enveloppe.
On a comparé un certain nombre d'éléments filtrants ainsi préparés avec un élément filtrant de type connu pour en déterminer comparativement les pro priétés physiques et la capacité de filtration. Les résultats obtenus montrent que les éléments filtrants suivant l'invention retiennent plus effi cacement la nicotine et les goudrons sans mo difier indésirablement la teneur en humidité de la fumée qui traverse le filtre.
En ce qui concerne le poids des éléments filtrants suivant l'invention, on comprend que le grand nombre des variables qui interviennent conduise à un intervalle de valeurs très étendu. On notera cependant que pour les boudins liés par la chaleur, de diamètre égal à celui des cigarettes usuelles, formés d'un mélange de fibres d'acétate de cellulose de type textile, les unes plastifiées, les autres non plastifiées, un poids correspondant à 93 à 112 cartouches de 66 mm de longueur pour 100 g de matière fibreuse donne les résultats les meilleurs pour le remplissage des embouts de liège pour ciga rettes et est le mieux adapté aux conditions de fonctionnement des machines normales de fa brication des cigarettes.
Filter element intended in particular for filtering tobacco smoke The present invention relates to a filter element intended in particular to filter tobacco smoke in order to remove the nicotine, tars, etc., which are entrained in the form of vapors. in the smoke from the combustion of tobacco. It relates to such an element forming a body constituted by the combination of fibers, in particular of cellulose ester fibers, in a rod, this element suitable as a filter tip for cigarettes and as a filter for tines to be used in pipes, cigar and cigarette holders.
The efficacy of cellulose esters, in particular cellulose acetates, for filtering tobacco smoke has been known for some time. It is known that cellulose acetate, for example, removes tobacco smoke from tobacco. nicotine, tars and the like in a greater proportion than do other materials commonly used to remove these substances by filtering smoke. Cellulose acetate is also known to absorb a lesser proportion of moisture contained in smoke and therefore does not produce the harshness of dry smoke.
It has previously been proposed to take advantage of the characteristics of cellulose acetate as a filter for tobacco smoke by using it in the form of an upsetting mass of cellulose acetate, for example of foam. cellulose acetate or cellulose acetate rods containing longitudinal passages. It has also been proposed to spin cellulose acetate into a material suitable for the preparation of filter elements but, to the best of our knowledge, filters made of filamentous cellulose acetate made of spun fibers generally include a glass tube or the like filled with the fibrous material packed in an orderly manner. It is known that the efficiency of filters made of fibers arranged in parallel is not good.
It appears that it has been unsuccessful to manufacture cellulose ester oriented fiber filter elements which both have the density, diameter and other characteristics required for the tobacco industry and retain and utilize. the remarkable filtration capacity of cellulose acetate.
It has been discovered that elongated bundles of fibers aligned in a substantially longitudinal fashion and made, for example, of spun cellulose acetate, can be formed into filter elements of increased efficiency, especially for tobacco smoke. A process for the preparation of filter elements of the type described has thus been discovered, exhibiting remarkably good filtering properties. It is thus possible to obtain filtering elements which present not only good filtering properties but also, which is also difficult to obtain, if not more, all of the characteristics which make them suitable for making by conventional manufacturing devices. and packaging cigarettes.
The filtering element which is the subject of the invention, in particular intended to filter tobacco smoke, is characterized in that it comprises a mass of fibers in the form of a rod and an envelope encircling this mass, the latter comprising a segment of a continuous filamentous bundle, and said envelope comprising a film formed by the molten surface fibers of said mass.
In general, the filter element is prepared using fibers, such as cellulose acetate fibers, in such a way that the element is presented as a body forming rod, consisting of fibers which , on the whole, are parallel, although each of the fibers, considered over a small fraction of its length, may be oriented at random in various directions.
The drawing represents, by way of examples, three types of apparatus intended to illustrate the manufacture of the element which is the subject of the invention. These devices are described for information only.
Fig. 1 shows in perspective the first type of apparatus for shaping a bundle of fibers and fusing segments of fibers.
Fig. 2 is a schematic representation, in vertical longitudinal section, of the second type of apparatus in which liquid chemicals, such as plasticizers, are used instead of heat to cause welding inside and out. the surface of the beam.
Fig. 3 is a partial longitudinal section, on a larger scale, of the filter tip of a cigarette fitted with a filter element.
Fig. 4 is a diagrammatic representation, in vertical longitudinal section, of the third type of apparatus, provided with a means intended to ensure complete coalescence of the surface fibers and to obtain an outer skin from these superficial fibers.
The devices shown in fig. 1 and 2 are designed so as to obtain a wire strand; the apparatus of FIG. 4 relates to the most advantageous manufacturing method. In the apparatus shown in FIG. 1, a continuous filamentary bundle 11 passes through a conical condenser tube 12, the funnel of which has the effect of reducing the diameter of the bundle to the desired value by reciprocating the fibers in all directions perpendicular to the longitudinal axis of the beam.
The condenser tube 12 is extended by a short tube 13 of constant diameter heated by an electrical resistance 14 or an equivalent slow means, such as a coil heated by steam. The temperature of the heating element and the speed of movement of the bundle are controlled so that the surface fibers of the bundle are substantially all heated to the melting point during their passage through the tube, so that they undergo a coalescing by forming a continuous outer surface envelope on the surface of the strand formed by the bundle of fibers.
After his step wise in the embodiment of fig. 1, the filter rod thus obtained can be sent to a cutting machine, not shown, which cuts the continuous cylindrical rod surrounded by its envelope of filter elements. These elements can be used in cigarette manufacturing apparatus of a type known to be butted with the wrapped tobacco constituting the body of the cigarette.
Fig. 2 relates to an apparatus similar to that of FIG. 1, except as regards a condenser tube 26 which is maintained at room temperature and the coalescence of the fibers in the superficial regions of the bundle is produced by a solvent applied in jets on a continuous filamentous bundle 21 by nozzles 27 arranged at the outlet of the condenser tube 26. The solvent can be combined with a penetrating agent, such as acetone. The condensed and solvent-wetted bundle can then, if desired, be subjected to elevated temperature in an oven or the like, thereby facilitating the formation of the strand.
It may be preferable to apply the solvent jets to the fiber bundle before it passes through the tube, or both before and after reducing its diameter.
The apparatus shown in FIG. 4 is preferred for the manufacture of filter elements because it provides the most advantageous filter. It includes a heating element 68 to provide the superficial areas of the condensed bundle with enough heat to determine the complete fusion and coalescence of the superficial fibers so as to obtain a continuous outer shell. The beam 61 enters through the receiving end 67 of a jet chamber 62 and passes through this chamber in which nozzles 63 send jets of liquid. A condenser tube 64 gives the beam its fi nal shape which it takes in a section 65 of constant diameter of this tube, before passing through the heating element 68.
This element is adjusted according to the speed of movement of the strand of fibers so as to heat only the surface regions of the strand, this to the minimum temperature necessary for the formation of a continuous outer envelope by coalescence of the fibers.
Fig. 3 shows a cigarette provided with a filter element according to the invention; we see a filter element 80 forming a body, with an outer wall consisting of an envelope formed by coalescence of fibers, abutting the mass of tobacco 82, by an extension of the envelope 83 of cigarette paper. A cork strip 84 surrounds and reinforces the connection.
The elements according to the invention are all strands forming a body of cellulose acetate fibers substantially aligned parallel to the longitudinal axis of the strand and having permanent connections between adjacent fibers at points arranged at random. Fiber bonding exists to some extent both in the superficial regions and within the fiber mass.
However, the magnitude of the bonding of the surface regions relative to the size of the fibers within the strand can be varied significantly, resulting in filters of different characteristics. It follows from the foregoing that the filtering element is formed by fibers contained, under a certain pressure, in an envelope formed by melting or dissolving the surface fibers, the inner fibers being linked to the coil to form a body.
The fibers which adhere to each other are essentially the surface fibers. The manufacture comprises the following phases (1) transformation of a bundle of fibers oriented for the most part parallel to each other and to the longitudinal axis of the bundle into a condensed and more compact fibrous mass of cross-section determined in advance, normally circular or oval; (2) treatment of the bundle thus formed by heat or another means so as to solidify or weld the mass into a strand forming a body, that is to say a bundle of determined shape having weld connections between fibers, which have the cross section defined.
The weld is obtained mainly by surface dissolution or, in a variant, by melting the fibers forming the outer layers of the condensed bundle so as to constitute a continuous relatively smooth surface envelope. Surface dissolution is understood here to mean the creation of an adhesive, tacky or easily sticky state by dissolving or beginning to dissolve the fibers or surface regions of these fibers. Of course, these continuous strands can be cut to desired lengths and the length and cross section of the cut elements can be chosen to suit various types of cigarettes, pipes, cigarette holders and various types of smoking machines. make the cigars.
It may be desirable, in some cases, that the melting and internal welding of the fibers be greater than that which can be provided by a heater comprising an element surrounding the bundle of fibers. It is then necessary to supply heat to the fibers contained in the mass without heating the surface fibers to a temperature too above their melting or dissolving point, when a plasticizer or a solvent is applied.
In any case, when the treatment is mainly limited to surface heating or to the action of the solvent on the superficial fibers or close to the surface of the bundle, the product formed consists of a condensed bundle of fibers held in a compact mass by an outer envelope in the form of a film, the internal fibers being held in place in this envelope partly as a result of the welding of the fibers together and, above all, as a result of the heaping and entanglement of these fibers.
By the fact that the filter elements obtained comprise an outer envelope resulting from the coalescence of fibers of modified cellulosic ester and an inner mixture of fibers of modified cellulosic ester, for example plasticized, and non-plasticized fibers, without binding or pres of fibers within this mixture, the elasticity is substantially a function of the quantity of fibers contained in the envelope and the precise adjustment of this quantity makes it possible to reproduce with exactitude the elasticity of the knife in the part consisting of tobacco. Precise adjustment thus makes it possible to obtain a filter the use of which is very advantageous in the usual machines for manufacturing and packaging cigarettes.
The nature of the strand as it results from the degree of welding of the fibers is naturally determined by the values of the heating rate, of the air flow rate and of its speed, all these factors intervening in the degree of welding.
The raw material used in the form of filaments or fibers can consist of any of the many cellulose derivatives, in particular cellulose esters. Cellulose acetate has been shown to be the most advantageous ester. The preferred material can be any of a variety of cellulose acetates, for example, a triacetate or a mixed ester such as an aceto-propionate or an aceto-butyrate. It seems that the most advantageous method of manufacturing the element according to the invention consists in using a cellulose acetate of the textile type, containing 38,
8-39.2% acetyl, although the acetyl content is probably not critical. One can advantageously choose, for example, a cellulose ester with a propionyl content of 0.6 to 1.7%, an acetyl content of 38.0 to 38,
7% and with a hydroxyl content of 3.89 to 4% - The acetate fibers may contain a suitable plasticizer in varying proportions but, of course, the plasticizer should not be toxic or produce any products. toxic decomposition.
Triethyl citrate is a satisfactory plasticizer and the plasticized acetate fibers preferably used contain about 33% by weight of plasticizer. Other suitable plasticizers are tripropionine and n-isopropyl-paratoluenesulfonamide.
Satisfactory filter rods were prepared using a fibrous material formed entirely of textile-type cellulose acetate and containing much less plasticizer, i.e. the minimum amount. When using a mixture of plasticized fibers and unplasticized fibers, it is advantageously possible to spray an additional quantity of plasticizer on the surface of the bundle of fibers before the bundle passes through the condenser tube. As has been said, a very advantageous raw material consists of a mixture of plasticized fibers and unplasticized fibers. In this case, these fibers can be constituted by any of the acetates or mixtures of acetates described above, or mixtures of these acetates with another fibrous material, such as viscose, wool or cotton fibers.
Blends of plasticized and unplasticized fibers have been shown to be the most suitable for shaping and creating bonds. Cotton viscose can be used as non-thermoplastic fibers.
Whether the fibers are in the form of a strand of continuous filaments or a ribbon of carded fibrane, they can be smooth or crimped, but it is the latter form which is preferable. Carded strands of fibrane are somewhat more advantageous than strands of continuous filaments. Good filters have been obtained using the following raw material mixtures.
EMI0005.0001
<B><I>50010</I> </B> <SEP> of <SEP> cellulose <SEP> <SEP> cellulose <SEP> <SEP> fibers spun, <SEP> plasticized, <SEP > crê pées <SEP> and <SEP> cut,
<tb> I
<tb> 50% <SEP> of <SEP> acetate <SEP> fibers <SEP> of <SEP> cellulose <SEP> spun, <SEP> crimped <SEP> and <SEP> cut.
<tb> 15 <SEP>% <SEP> of <SEP> fibers <SEP> of acetate <SEP> of <SEP> cellulose <SEP> spun, <SEP> plasticized, <SEP> creped <SEP> and <SEP> cut,
<tb> II
<tb> 85 <SEP>% <SEP> of <SEP> fibers <SEP> of acetate <SEP> of <SEP> cellulose <SEP> spun, <SEP> crimped <SEP> and <SEP> cut.
<tb> 20 <SEP>% <SEP> of <SEP> fiberglass <SEP> plasticized <SEP> of acetate <SEP> of <SEP> cellulose,
<tb> III
<tb> 80% <SEP> of <SEP> fibrane <SEP> not <SEP> plasticized
<tb> <SEP> cellulose acetate <SEP>.
<tb> Acetate <SEP> of <SEP> cellulose <SEP> spun, <SEP> crimped,
<tb> IV <SEP> cut, <SEP> not <SEP> containing <SEP> not <SEP> of <SEP> fibers
<tb> plasticized. Blends I and II are processed at temperatures of 220 and 230 C, while material IV which does not contain plasticized fiber requires a temperature of 260 C.
In general, blends of cellulose acetate fibers containing 15 to 50% plasticized fibers, and preferably 20%, give good results.
As follows from the foregoing, the fibers can affect a certain number of arrangements capable of passing into the shaping device. Here are some examples: a line formed of completely parallel spun fibers, a line formed of continuous spun fibers and crimped substantially parallel, a fraction of veil coming out of the unraveler or beater formed of cut fibers without any orientation, strands of cards formed of partially oriented staple fibers, rovings in various stages of orientation formed of staple fibers. Thus, although the preferred filter elements comprise fibers substantially aligned longitudinally, said elements can be obtained in one piece and have less complete alignment of the fibers.
The wick, cord or the like can be used in any cylindrical or ribbon form in which materials of this nature normally appear. It is obviously necessary so that it can be reduced to the desired diameter that the bit is not too bulky.
Shaping naturally requires that the cellulose ester fibers be entrained in the condenser tube by a tensile force, and not introduced into this tube by extrusion or upsetting. Thus, the fusion or coalescence of the outer fibers which pass in contact with the heated wall of the tube takes place while these fibers are under tension. Normally, any heated tube whose inlet constitutes a funnel-shaped guide extended by the shaping section is suitable, but it is preferable that the conical section of the tube provides an interior surface which ensures a progressive constriction of the beam. .
The fibers enter naturally through the more open end of the funnel and the bundle tightens, condensing until it is substantially the desired size of the filter when pulled out of the more narrow end. narrow tube. It has been observed that it is generally necessary to reduce the diameter of the bundle a little beyond the desired diameter to compensate for the spring action of the fibers which occurs when the pressure exerted by the tube ceases.
The tube can be heated by any method, such as circulation of a heat exchange fluid, infrared irradiation, dielectric heating, etc. In the case of cellulose acetate of the textile type with an acetyl content of the order of 38 to 41%, the temperature limits of the heating tube can be defined as being approximately between the point of melting or coalescing of the plasticized acetate fiber or of the lowest melting point, as regards the lower limit, and the burning point of the fibers as regards the upper limit.
Normally, heat is adequate if the tube is at a temperature between 200 and 260 C. A mixture of equal parts plasticized and unplasticized fibers, treated at 195 C, results in a crinkled surface, which indicates incomplete coalescence. The same mixture gives at 248 C, a wrinkled surface with formation of fibrous skittles, which indicates that there has been excess heat.
Although the rate of passage through the tube will depend on a number of factors such as fiber composition, temperature of the tube, bundle dimensions and the desired elasticity of the product, the specialist will have no difficulty in determining conditions suitable for producing the desired type of product. It may be mentioned that satisfactory filter rods were prepared at temperatures above those just indicated, from mixtures of plasticized cellulose acetate fibers and unplasticized cellulose acetate fibers at. training speeds between 30 to 60 cm per minute and 12 meters per minute, and more.
When a solvent is applied, either as a mist or as a vapor, to the surface of a bundle, the bundle forming tube can be maintained at room temperature. It is preferable, in certain cases of treatment with a steam, to use a process so as to obtain the penetration of at least a fraction of the steam into the interior of the mass of fibers. It is thus possible, if desired, to combine the treatment with a vapor with the use of a heating gas, which can be air, nitrogen, carbon dioxide or vapor. of water, may contain a certain proportion of solvent or plasticizer vapor.
In either case, heating the fibers in a loose or fluffy state allows the heating fluid to penetrate inside the fiber bundle so that during the subsequent passage of the bundle through In a smaller diameter tube, the welding of the fibers softened by heating or solvent action is to a depth and to a degree which can be determined by a careful choice of conditions. From the fact that an elongated strand of preferentially oriented longitudinally oriented fibers of the textile cellulose acetate type provides a filter element, useful filter elements can be prepared which have a shell of paper or material. forming films by coating such as cellulose acetate or another derivative of cellulose.
In the latter case, the film-forming substance can be applied in the state of a plasticized solution or in a similar state, before or after shaping of the bundle of fibers, by spraying or immersion.
However, it has been found that the most advantageous embodiment consists in forming the envelope by coalescing the fibers of the superficial regions of the bundle. This structure can of course be used with an additional envelope of paper, if desired, especially when the coalescence results in the formation of only a partial or discontinuous film.
Independently of its use as a filter intended to remove tobacco smoke, tars, nicotine and the other constituents which are given off by distillation of tobacco, the element according to the invention is suitable for filtering air, eg for air conditioning systems. It can also be used to filter many other gases or liquids.
Here are some practical examples of fabrication. <I> Example I </I> A continuous elongated bundle of cellulose ester fibers of the textile type containing triethyl citrate, a non-toxic plasticizer and of pleasant flavor, in sufficient mass, is passed through a condenser tube of circular section provided a heating element. The temperature of the tube is maintained at 225 ° C. The compressed fibers passing through the tube are pulled at the speed allowing the surface fibers to melt and adhere to each other, thus forming a thin film providing a strong bond.
The orifice of the tube used is about 8.4mm in diameter so that the formed filter rod is usable to make thread elements for normal cigarettes.
The denier, the size of the filaments and the number of plasticized fibers used determine the density and the pressure drop experienced by the air passing through a defined length of the strand. The tests indicate that filter slurries are obtained which have very satisfactory characteristics with regard to density, pressure drop and filtration capacity.
<I> Example 11 </I> 70% staple fibers of cellulose acetate of the usual unplasticized textile type and 30% staple fibers containing plastic are mixed in a card.
40% triacetin. This mixture of fibers is put in the form of an elongated wick so that the fibers are substantially aligned longitudinally and this wick is passed through a cylindrical condenser tube heated to 250 C.
The wick is thus compressed and shaped into a continuous rod, sealed by the action of heat, which is cut into elements of the desired length to make filter tips for cigarettes by a process comprising the juxtaposition of the cartridges thus obtained with the mass of tobacco constituting cigarettes, these two elements being united by a single sheet of paper and the filtering end of the cigarette being, moreover, surrounded by a cork strip. <I> Example 111 </I> An apparatus comprises a tubular copper coil perforated at many points distributed in the regions of the coil facing inward, resulting in a series of small holes through which the hot air s 'escapes and hits the loose beam that is pulled into the center of the coil.
A glass funnel which could equally well be metallic or made of another material, is associated with the device. The wick passes from the coil into this funnel where compression and welding take place. An electrical resistance disposed outside the funnel rod provides heat to promote the welding of the outer fibers of the bundle. When we do not apply external heat to the funnel rod, we see that the wick drawn along a path where the hot air jets coming out of the coil, then through the funnel intersect, is welded internally, but that its surface is only very lightly welded.
Under the same conditions, if the funnel rod is heated, welding takes place throughout the mass.
In the examples described above, the correct operating conditions of the various devices and methods are judged from the nature of the coil exiting the apparatus and the air flow velocity, rate of heating and the bit rate can be changed, as said, so as to increase ac or decrease the degree of solder. <I> Example IV </I> We try in the apparatus of fig. 1 a bundle of crimped continuous filaments of unplasticized cellulose acetate. At high temperatures, a very large weld is obtained, but also decomposition of the cellulose acetate occurs.
However, this device makes it possible to obtain satisfactory strands by shooting a bundle of poorly plasticized fibers. The use of the cord instead of the wick has the advantage of greater regularity and makes it possible to eliminate several manufacturing operations.
<I> Example V </I> A mixture is prepared consisting, on the one hand, of cellulose acetate fibers of the maximum creping textile type, with a weight of 5 denier per filament, 6.25 cm long and, on the other hand, of staple fibers, of the same length, of plasticized cellulose acetate of textile type weighing 5 denier per filament and containing, as plasticizer, 50 parts of acetyl-triethyl citrate per 100 parts of acetate.
The mixture of fibers is lubricated with a composition comprising 96% polyoxyethylenesorbitan monolaurate and 4% saccharin. The mixture is sent into a thimble from which the web formed then passes through a card, which gives a carded wick of the mixture of plasticized fibers and unplasticized fibers of cellulose acetate. The weight of the wick is approximately 15 g to 16.6 g per meter, which gives a carded product which, after processing, gives a wire sausage weighing approximately 13 to 14.5 g per meter.
A three-fuller unraveler is used to obtain a mass of regular weight. The continuous wick leaving the card is sent into a preheating tube, the diameter of which gradually decreases from 2.54 cm to 1.6 cm over a distance of approximately 40 cm. The tube is heated to 220 C; it serves to heat the wick, which ensures heat penetration which facilitates the reduction of the wick before it reaches the condenser tube. This heating also allows a better and easier adjustment of the temperature of the condenser tube. The heated wick is then pulled into the shaping tube proper, which has a portion of constant section.
This tube is a brass tube about 24 cm in total length which has a conical part about 16 cm long, the diameter of which gradually decreases from 22.2 mm to 8.6 mm, the latter diameter being that of the part of constant section, the length of which is about 8 cm. This last part of the tube is heated to 210 C by immersion heaters which surround it and ensure the transformation of the heated wick into a satisfactory cylindrical rod by fusion of the surface fibers of plasticized acetate and coalescence of the surface region of the mass . into an envelope surrounding the bundle of interior fibers.
It can be seen that the diameter of the strand of fibers obtained is 8.15 to 8.4 mm depending on the weight of the wick and the stretching of the strand at the outlet of the tightening tube. The -boudin then passes through a pipe of approximately 6.25 mm where it is cooled by four jets of compressed air at 2.8 kg / cm2. Immediate cooling. avoids excessive stretching by ensuring the solidification of the molten plasticized fibers. Pulling members placed at the end of the device ensure the dragging of the bundle of fibers to all the treatment stations. These organs are constituted by two grooved belts mounted on mechanically driven pulleys. The grooves are intended to receive the coil exactly.
The continuous fliter rod is then cut into cartridges 66 mm in length by knives mounted at the end of the traction members, and these cartridges are used in a normal mechanical installation for the manufacture of filter element cigarettes. <I> Example </I> UI A filter element is prepared according to the example described above using fine white fibers of cellulose acetate. The fibers are arranged lengthwise so as to form a felted coil, the surface fibers of which are bonded by applying a solvent in jets, which forms an envelope.
A number of filter elements thus prepared were compared with a filter element of known type to compare their physical properties and filtration capacity. The results obtained show that the filter elements according to the invention more effectively retain nicotine and tars without undesirably modifying the moisture content of the smoke which passes through the filter.
As regards the weight of the filtering elements according to the invention, it is understood that the large number of the variables which intervene leads to a very wide range of values. It will be noted, however, that for the heat-bonded strands, of diameter equal to that of conventional cigarettes, formed of a mixture of cellulose acetate fibers of the textile type, some plasticized, the others unplasticized, a weight corresponding to 93 to 112 cartridges of 66 mm in length per 100 g of fibrous material gives the best results for filling cork tips for cigarettes and is best suited to the operating conditions of normal cigarette-making machines.