CH372583A - Elément filtrant destiné à filtrer la fumée de tabac et procédé pour sa fabrication - Google Patents

Description

  



     Elément    filtrant destiné à filtrer la fumée de tabac et procédé pour sa fabrication
 La présente invention concerne des éléments filtrants de la fumée de tabac, plus particulièrement destinés aux cigarettes.



   Ces éléments filtrants ont été fréquemment étudiés ces dernières années. En général, la plupart des filtres connus comprennent des tampons ou des masses de courts filaments ou de granules de diverses matières assurant la filtration. Beaucoup de filtres connus sont faits en papier ou en matériaux sembla  bles.    Cependant, ces filtres n'ont pas donné entière satisfaction. Certains d'entre eux ne sont pas suffisamment efficaces et d'autres, en particulier les filtres du type à tampon ou masse, sont critiquables par la forte chute de pression qu'ils entraînent.



   En plus de la capacité de filtration de certains composants de la fumée, un certain nombre d'autres propriétés doivent être prises en considération. Par exemple, un filtre de cigarette doit se présenter   d'une    manière acceptable pour le fumeur. C'est-à-dire qu'il doit être ferme, non seulement initialement, mais ne pas se détremper ni se détacher de la cigarette à l'usage. Il ne doit pas entramer une chute de pression telle que l'effort pour aspirer la fumée à travers le filtre soit préjudiciable au fumeur. Il doit être   d'une    fabrication économique et capable d'être formé sur des machines automatiques et se prêter par lui-même à la production en masse et à grande vitesse exigée dans les fabriques de cigarettes.



   L'élément filtrant faisant l'objet de l'invention, pour filtrer la fumée de tabac, est caractérisé en ce qu'il comprend un faisceau de filaments continus fortement crêpés de polyoléfine, présentant entre 0, 5 et 30 deniers par filament et un crêpage allant jusqu'à 16   ondulations/cm.   



   Le faisceau de filaments peut être enveloppé dans un papier lourd d'une épaisseur de 0, 08 à 0, 15 mm.



   Des filtres de cigarette présentant ces caractères sont relativement fermes et ne se détrempent ni ne s'amollissent à l'usage par suite de l'humidité de la bouche du fumeur ou de la fumée. En outre, par
 suite des propriétés hydrophobes des filaments, ces filtres ne sèchent pas la fumée et n'éliminent pas certaines vapeurs hydrophiles qui contribuent à former l'arôme de la fumée de tabac.



   La matière polyoléfine utilisée de préférence a un poids moléculaire supérieur à 10 000 et inférieur à   1 000    000, ce poids moléculaire étant de   préfé-    rence compris entre 30 000 et 200 000. Le point d'amollissement du polymère polyoléfine utilisé de préférence est compris entre 85 et   160  C.    On préfère utiliser, parmi les diverses polyoléfines préparées industriellement, le polyéthylène et le polypropylène.



  L'élément structurel répété pour le polyéthylène peut être représenté par :
EMI1.1     
 et celui du polypropylène par
EMI1.2     

 On peut utiliser soit un   polyéthylene    de faible densité, c'est-à-dire ayant un point d'amollissement de 90 à   100o    C, soit un polyéthylène de forte densité, dont le point d'amollissement est compris entre 110 et 150  C. 



   Le procédé de fabrication de la matière   polyolé-    fine est connu. C'est dire que la matière polyoléfine désirée peut être fournie par un fabricant de tels produits en lui donnant les caractéristiques rappelées plus haut pour le poids moléculaire et d'autres propiétés. Il faut noter, cependant, que la matière polyoléfine utilisée est une matière résistante à   l'absorp-    tion de l'humidité.



   La matière polyoléfine utilisée est filée en un faisceau de filaments parallèles qui sont ensuite crêpés sur un dispositif de crêpage d'une filasse textile, donnant de préférence un crêpage uniforme. Le nombre de filaments compris dans le faisceau ou une filasse pour faire une tige de filtration satisfaisante pour le découpage subséquent en éléments filtrants dépend du diamètre des filaments individuels dans la filasse et du crêpage donné à celle-ci. Ce nombre peut être de 2000 au moins. En général, avec un crêpage compris entre 4, 7 et 11, 5   ondulations/cm,    on peut utiliser 3500 à 120 000 filaments quand ces derniers présentent de 16 à 0, 5 denier par filaments.



  La table I montre comment le nombre de filaments peut varier quand le diamètre des filaments décroît dans des filasses qui ont été crêpées à raison de 4, 7 à 11, 5 ondulations/cm.



   Table I
 Nombre de filaments dans la tige
Dimension des fibres (circonférence   25,    5 mm)
 0, 5 D/F 50 000-120 000
 1 D/F   35 000-70 000   
 3 D/F   16 000-30 000   
 4 D/F   15 000-25 000   
 8 D/F   6 000-15 000   
 16 D/F 3 500-7 500
 Le procédé de filage des polyoléfines en filaments peut être quelconque. On peut utiliser tout procédé connu dans l'industrie textile pour préparer les filaments, pourvu que ces derniers présentent le denier voulu.



   Comme indiqué plus haut, selon une forme   d'exé-    cution préférée de l'élément filtrant, on donne un crêpage relativement élevé à la filasse de filaments paallèles. La plupart des dispositifs industriels de crêpage pour les filasses textiles sont du type à boîte à étoupe, bien qu'on puisse utiliser le type à engrenages. On préfère un dispositif à boîte à étoupe qui permet facilement d'obtenir un domaine de crêpage allant de 2, 3   ondulations/cm,    par exemple, jusqu'à 16 ondulations/cm, ces ondulations ayant une amplitude comprise entre 2, 5 et 0, 25 mm.



   Par   ondulations/cm,    on entend le nombre   d'on-    dulations mesuré après le crêpage des filaments, sur la distance d'un centimètre. Par amplitude, on entend la hauteur de chaque ondulation.



   Il ressort de ce qui précède que la longueur réelle d'un segment de filasse, qui est exprimée en termes   d'ondulations/cm    et dépend du nombre d'ondulations et de leur amplitude, peut être de 4, 4 à 5, 1 cm sous forme non crêpée pour un segment de 2, 54 cm sous forme crêpée. On donne ainsi une capacité de remplissage considérable à la filasse quand on lui confère un fort crêpage, et les filaments assurent une certaine fermeté au filtre résultant, par suite de ce crêpage lui-même. Cette fermeté est satisfaisante pour la moyenne des fumeurs qui n'aiment pas avoir dans la bouche un bout filtrant mou.



   Les filaments crêpés de polyoléfine obtenus comme décrit ci-dessus et sous forme de filaments continus sont faciles à introduire dans une machine automatique connue de fabrication des filtres. Dans une telle machine, un faisceau de filaments crêpés est formé pour donner une tige filtrante qui est coupée en segments, ces segments étant introduits dans une machine à cigarettes pour appliquer les filtres aux cigarettes.



   Lors de la coupe des tiges filtrantes en segments, dans certaines machines, les tiges peuvent avoir tendance à se tordre, par suite de la mollesse relative et de la nature cireuse des filaments, ce qui entraîne une coupe incomplète et l'obtention de filtres dans lesquels certains filaments sortent aux deux   extrémi-    tés. On préfère, par conséquent, envelopper la tige filtrante, avant la coupe, dans un papier qui est notablement plus épais que le papier à cigarettes conventionnel, afin d'obtenir une tige filtrante plus rigide. Un papier pour filtres de cigarettes habituel présente une épaisseur de 0, 02 à 0, 04 mm. On utilise de préférence un papier ayant une épaisseur comprise entre 0, 08 et 0, 15 mm.

   On peut utiliser un type quelconque d'enveloppe de papier de cette épaisseur, et il est évident que cette dernière peut être obtenue par laminage d'un papier plus épais ou par application d'un revêtement à un papier à cigarettes ordinaire.



   Bien que l'emploi d'un type plus raide ou plus lourd d'enveloppe réponde à la nécessité d'obtenir une tige filtrante rigide, on peut utiliser d'autres méthodes, avec ou sans papier lourd, pour donner au filtre la rigidité voulue. Par exemple, on peut faire passer le faisceau de filaments dans un bloc de formation métallique chauffé. Par le chauffage, les filaments thermoplastiques peuvent être non seulement fondus en surface mais également dans la masse du faisceau où les filaments fortement crêpés sont en contact les uns avec les autres. Par ce procédé, on peut fabriquer des éléments filtrants restant formés d'eux-mêmes sans nécessiter une enveloppe externe ou l'addition d'un plastifiant ou d'un revêtement aux filaments.



   Il apparaît que la matière polyoléfine crêpée à filaments multiples peut être utilisée de différentes manières pour fabriquer les éléments filtrants, soit dans une installation connue dans laquelle l'élément filtrant est enfermé dans une enveloppe de papier ferme, soit d'une autre manière sans utiliser   d'enve-      loppe.    



   Les essais des filtres pour la fumée de tabac comprenant essentiellement des filaments continus crêpés de polyoléfine montrent que ces éléments éliminent une forte quantité de goudron et de nicotine, avec une chute de pression égale ou inférieure à celle que présentent les filtres actuellement connus.



   Exemple I    Elements filtrants de polyethylene   
 Un fil étiré de polyéthylène de 5, 0 deniers par filament est préparé par filage du polyéthylène fondu avec une filière comprenant 50 trous d'un diamètre de 0, 30   mm.    Le fil étiré présente une résistance de 2, 9 g par denier, un allongement de 30 % et un point d'amollissement d'environ   115     C. Il est plié en une filasse (16 000 filaments) et une partie de cette filasse est crêpée sur un dispositif de crêpage de textile à raison de 10   ondulations/cm, toutes dans    une direction perpendiculaire à la longueur des filaments.

   On fait alors bouffer la filasse sur une largeur de 30, 5   cm    et on l'introduit dans une machine à former les tiges filtrantes qui produit de telles tiges enveloppées dans du papier à cigarettes. Les tiges ont une longueur de 90 mm et une circonférence de 25, 5 mm. Après chauffage pendant 10 secondes à   120"C, les    tiges montrent une fermeté satisfaisante et présentent une chute de pression moyenne (résistance à l'aspiration) de 23,   6cm    dans un courant d'air d'un débit de 17, 5   rnl/sec.    Deux des tiges sont coupées à une longueur de 15 mm et ces bouts filtrants sont fixés à des cigarettes de format        king 10        (marque A) qui ont été raccourcies de 15 mm.

   Ces cigarettes munies du filtre sont fumées jusqu'à obtention d'un bout de 35 mm de longueur, sur une machine à fumer automatique d'un type connu, comme décrit par J. A. Harlan et H. R. Hanmer, Ind. and
Eng. Chem. 28, 8360839 (1936). La fumée qui passe à travers le filtre est recueillie et analysée quant à sa teneur en goudron et en nicotine. Les résultats de cet essai et la chute de pression des cigarettes munies de filtres sont donnés dans la table II.



   Exemple II
 Elgments filtrants de polypropylène
 Un fil étiré de polypropylène de 4, 8 deniers par filament est préparé par filage de polypropylène fondu en utilisant une filière de 50 trous d'un diamètre de 0, 30 mm. Le fil étiré présente une résistance de 4, 7 g par denier, un allongement de 35 % et un point d'amollissement d'environ 126  C. Il est plié en une filasse (16700 filaments) et reçoit un crêpage à raison de 11 ondulations/cm. On fait   bouf-    fer la filasse crêpée sur une largeur de 30, 5   cm    et on l'introduit dans une machine à former les tiges filtrantes qui la forme en un faisceau serré et   l'en-    veloppe dans du papier blanc d'une épaisseur de 0, 10 mm.

   Les tiges filtrantes résultantes sont très fermes par suite de la lourde enveloppe de papier et ne demandent aucun traitement thermique. Ces tiges ont une longueur de 90 mm et une circonférence de 25, 7 mm. Leur chute de pression moyenne est de 23, 1 cm. Deux de ces tiges sont coupées en segments de 15 mm de longueur et ces bouts filtrants sont fixés à des cigarettes de format     king    10        (marque A), raccourcies de 15 mm. Ces cigarettes munies de filtres sont fumées jusqu'à l'obtention   d'un    bout de 35 mm, sur une machine à fumer automatique, et la fumée recueillie est analysée quant à sa teneur en nicotine et en goudron. Le résultat de cet essai est donné dans la table II.



   Exemple III    Elements filtrants de polyethylene   
 Une partie de la filasse de polyéthylène (33 000 filaments) de l'exemple I est crêpée à raison de 4, 7   ondulations/cm.    La filasse crêpée est transformée en bouchons, durcie et essayée sous forme de bouts filtrants de 15 mm, comme décrit dans   l'exem-    ple I. La chute de pression et les quantités de nicotine et de goudron obtenues sont indiquées dans la tête   II.    (En tête page 4.)
 Ces résultats montrent que le filtre décrit est efficace. Il est nouveau et économique. Les filaments de polyoléfine étant résistants par eux-mêmes, les filasses composées de ces filaments peuvent résister à une tension considérable pendant la fabrication des filtres, ce qui permet d'obtenir ces derniers à grande vitesse.

Claims (1)

1. REVENDICATION I Elément filtrant destiné à filtrer la fumée de tabac, caractérisé en ce qu'il comprend un faisceau de filaments continus fortement crêpés de polyolé- fine, présentant entre 0, 5 et 30 deniers par filament et un crêpage allant jusqu'à 16 ondulations/cm.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Elément selon la revendication I, caractérisé en ce que les filaments présentent un crêpage compris entre 7, 5 et 16 ondulations/cm.

   2. Elément selon la revendication I, caractérisé en ce que la polyoléfine présente un poids molécu- laire compris entre 30 000 et 200 000 et un point d'amollissement compris entre 85 et 1600C.

   3. Elément selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il comprend de 2000 à 120 000 filaments dans ledit faisceau.

   4. Elément selon les sous, revendications 1 à 3.

   5. Elément selon la revendication I, caractérisé en ce que les filaments sont orientés longitudinalement au faisceau et sont joints chacun aux filaments adjacents en des points de contact répartis au hasard.

   6. Elément selon la revendication I, caractérisé en ce que le faisceau de filaments est enveloppé dans une enveloppe de papier lourd.

   7. Elément selon la sous-revendication 6, caractersé en ce que ladite enveloppe a une épaisseur de 0, 08 à 0, 15 mm.

   8. Elément selon la revendication I, caractérise en ce qu'il comprend une filasse de filaments conti Table II EMI4.1 Type <SEP> de <SEP> Chute <tb> <SEP> cigarettes <SEP> fumÚes <SEP> de <SEP> pression <SEP> Mg <SEP> goudron <SEP> Mg <SEP> nicotine <SEP> % <SEP> goudron <SEP> % <SEP> nicotine <tb> jusquÓ <SEP> 35mm <SEP> moyenne <SEP> dans <SEP> fumÚe <SEP> dans <SEP> fumÚe <SEP> ÚliminÚ <SEP> ÚliminÚe <tb> <SEP> (long.

   <SEP> 85 <SEP> mm) <SEP> (H2O) <SEP> (10 <SEP> cigarettes) <SEP> (10 <SEP> cigarettes) <SEP> par <SEP> le <SEP> filtre <SEP> par <SEP> le <SEP> filtre <tb> <SEP> Marque <SEP> A <tb> <SEP> pas <SEP> de <SEP> filtre <SEP> 8, <SEP> 1 <SEP> 170 <SEP> 26- <tb> <SEP> Marque <SEP> A <tb> <SEP> filtre <SEP> poly <tb> <SEP> éthylène <tb> <SEP> Exemple <SEP> 1 <SEP> 10, <SEP> 4 <SEP> 120 <SEP> 19 <SEP> 29 <SEP> 27 <tb> <SEP> Marque <SEP> A <tb> <SEP> filtre <SEP> poly <tb> <SEP> propylène <tb> <SEP> Exemple <SEP> II <SEP> 10, <SEP> 4 <SEP> 124 <SEP> 19 <SEP> 27 <SEP> 27 <tb> <SEP> Marque <SEP> A <tb> <SEP> filtre <SEP> poly <tb> <SEP> éthylène <tb> <SEP> Exemple <SEP> ni <SEP> 9,

   <SEP> 9 <SEP> 129 <SEP> 20 <SEP> 24 <SEP> 23 <tb> nus fortement crêpes d'une polyoléfine ayant un poids moléculaire compris entre 30 000 et 200 000.

   9. Elément selon la revendication I, caractérise en ce que la polyoléfine présente un poids molécu- laire compris entre 30 000 et 200 000 et un point d'amollissement compris entre 85 et 160 C, et en ce que ledit faisceau comprend de 3500 à 120 000 filaments.

   10. Elément selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il comprend un segment exempt de plastifiant et coupé transversalement dans une filasse comprenant de 3500 à 120 000 filaments d'une poly-a- oléfine, de 16 à 0, 5 denier par filament, les filaments étant orientés longitudinalement à l'élément, présen- tant un crêpage compris entre 7 et 16 ondulations/ cm, et étant joints aux filaments adjacents en des points de contact répartis au hasard.

   REVENDICATION II Procédé de fabrication d'un élément filtrant selon la revendication I, caractérisé en ce qu'on fait bouffer une filasse de filaments continus fortement crêpés de polyoléfine pour rompre l'alignement des ondu lations, on rend compacts lesdits filaments pour former un faisceau serré de forme cylindrique, on enveloppe le faisceau dans un papier lourd, et on coupe le faisceau enveloppé en segments de la longueur requise.