CH677063A5

CH677063A5 -

Info

Publication number: CH677063A5
Application number: CH1968/88A
Authority: CH
Inventors: John Anthony Luke; William John Stone
Original assignee: British American Tobacco Co
Priority date: 1987-05-28
Filing date: 1988-05-24
Publication date: 1991-04-15
Also published as: GB2205102A; MX168986B; DE3817889A1; BE1002913A5; FI882457A; AU1659688A; AR245876A1; FR2615752B1; ZW6988A1; MY102752A; AU611906B2; ZA883697B; GB2205102B; ATA138888A; CA1293098C; FR2615752A1; AT397757B; MW1488A1; GB8812699D0; DK287988D0

Description

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Description Description

L'invention faisant l'objet de la présente demande concerne la fabrication d'éléments filtrants notamment pour la fumée du tabac. The invention which is the subject of the present application relates to the manufacture of filter elements in particular for tobacco smoke.

La méthode de fabrication la plus répandue des éléments filtrants des cigarettes consiste à amener en continu vers l'unité d'alimentation d'une machine à fabriquer des tiges des filaments d'acétate de cellulose traités par un plastifiant et une bande de papier à envelopper» Une bande sans fin traverse l'unité d'alimentation et sert à transporter les filaments et le papier à envelopper vers la machine à fabriquer les tiges filtrantes, où le papier vient s'enrouler autour dés filaments pour subir ensuite une soudure par recouvrement, permettant ainsi de constituer une tige continue d'une section transversale circulaire. En aval de cette machine, les tiges filtrantes sont coupées en segments dont la longueur est un multiple de la longueur des éléments filtrants individuels, habituellement 6. Ces segments sont ensuite coupés pour constituer des éléments individuels utilisés pour fabriquer des cigarettes à bout-filtre, Une méthode similaire, quoique moins courante, est utilisée pour la fabrication de filtres en papier; ici, du papier crêpé est utilisé à la place des filaments d'acétate de cellulose. The most common method of manufacturing filter elements for cigarettes is to continuously feed to the feeding unit of a rod making machine cellulose acetate filaments treated with a plasticizer and a strip of wrapping paper »An endless band passes through the feeding unit and is used to transport the filaments and the paper to be wrapped towards the machine to make the filter rods, where the paper is wound around filaments to then undergo a welding by covering, thus making it possible to constitute a continuous rod of a circular cross section. Downstream of this machine, the filter rods are cut into segments, the length of which is a multiple of the length of the individual filter elements, usually 6. These segments are then cut to form individual elements used to make filter-tipped cigarettes, A similar method, although less common, is used for the manufacture of paper filters; here, crepe paper is used in place of the cellulose acetate filaments.

On a également proposé des méthodes pour fabriquer des tiges filtrantes par l'extrusion de matériaux thermoplastiques expansés. De tels articles ont été décrits dans le brevet UK No 451 683 (Sharman) et les brevets UK 1 271 274, 1 341 400, 1 442 631, 1 456 908 et 1 482216 (Monsanto Chemicals Limited ou Monsanto Limited) et dans le brevet US No 4 180 536 (Celanese Corporation). Methods have also been proposed for making filter rods by extruding expanded thermoplastic materials. Such articles have been described in UK Patent No. 451,683 (Sharman) and UK Patents 1,271,274, 1,341,400, 1,442,631, 1,456,908 and 1,482,216 (Monsanto Chemicals Limited or Monsanto Limited) and in the patent US No. 4,180,536 (Celanese Corporation).

Le brevet UK No 694 436 (Mayer-Neviile) mentionne en outre un élément filtrant pour cigarette formé par l'enroulement en cylindre d'une bande de mousse de latex. Des éléments filtrants similaires sont décrits dans le brevet UK No 799 781 (Cogepa). UK Patent No. 694,436 (Mayer-Neviile) further mentions a filter element for cigarettes formed by winding a strip of latex foam into a cylinder. Similar filter elements are described in UK Patent No. 799,781 (Cogepa).

Les brevets UK No 1 122661 et 1 279 803 (Monsanto Chemicals Limited) décrivent des éléments filtrants pour cigarettes faits en un matériau thermo-plastique extrudé et expansé, ayant subi un étirage pour conférer une orientation unidirectionnelle au matériau suivi d'un traitement visant à détruire la structure expansée et produire une structure tridimensionnelle d'éléments de fibres interconnectés. UK Pat. Nos. 1,122,661 and 1,279,803 (Monsanto Chemicals Limited) describe filter elements for cigarettes made of an extruded and expanded thermo-plastic material, having been stretched to impart a unidirectional orientation to the material followed by a treatment aimed at destroying the expanded structure and producing a three-dimensional structure of interconnected fiber elements.

Le brevet UK No 993 602 (Du Pont) enseigne une méthode de fabrication de tiges filtrantes pour cigarettes où du polyoxyméthylène est extrudé en forme de ruban expansé, le ruban étant déchiqueté par l'effet d'un' brosse métallique et les fragments obtenus enveloppés dans une enveloppe de papier. Le brevet UK No 1 183 498 déposé par les auteurs de la présente découverte enseigne la pulvérisation de matériaux synthétiques expansés, par exemple au moyen d'un broyeur à marteaux et l'emballage du matériau partîcuiaire obtenu dans du papier pour constituer une tige filtrante. La classe de matériaux expansés décrits dans le brevet UK No 1 205 766 (National Patent Development Corporation) constituerait un bon milieu filtrant pour la fumée de tabac, surtout lorsque ces matériaux sont sous forme par- UK Patent No 993 602 (Du Pont) teaches a method of manufacturing filter rods for cigarettes where polyoxymethylene is extruded in the form of expanded tape, the tape being shredded by the effect of a wire brush and the fragments obtained wrapped in a paper envelope. UK Patent No. 1,183,498 filed by the authors of this discovery teaches the spraying of expanded synthetic materials, for example by means of a hammer mill and the packaging of the particulate material obtained in paper to form a filter rod. The class of expanded materials described in UK Patent No. 1,205,766 (National Patent Development Corporation) would provide a good filtering medium for tobacco smoke, especially when these materials are in the form

ticulaire. Dans le brevet UK No 1 194 492 (Strickman Foundation), la granulation de polyuré-thane expansé rigide fournit un matériau filtrant pour la fumée du tabac. ticular. In UK Patent No. 1,194,492 (Strickman Foundation), the granulation of rigid expanded polyurethane provides a filter material for tobacco smoke.

Le brevet US No 3 800 808 (Brown & Williamson Tobacco Corporation) propose de fabriquer un matériau filtrant à cigarettes en enrobant un amidon avec un ester cellulosique, comme par exemple de l'acétate de cellulose, en faisant gonfler l'amtdon et enfin en enlevant l'amidon par hydrolyse enzymati-que et/ou chimique, ou en solubilisant l'amidon. Le produit obtenu est coupé en fragments, et ces fragments sont utilisés pour constituer le matériau filtrant des tiges filtrantes. US Patent No. 3,800,808 (Brown & Williamson Tobacco Corporation) proposes to manufacture a filtering material for cigarettes by coating a starch with a cellulose ester, such as for example cellulose acetate, by swelling the amtdon and finally by removing the starch by enzymatic and / or chemical hydrolysis, or by dissolving the starch. The product obtained is cut into fragments, and these fragments are used to constitute the filtering material of the filter rods.

Bien que de nombreuses propositions faisant l'objet de brevets aient été faites pour utiliser les matériaux expansés comme filtres ou dans des filtres de cigarettes, ces propositions n'ont pas trouvé d'utilisation pratique dans l'industrie du tabac. Although many patent proposals have been made to use expanded materials as filters or in cigarette filters, these proposals have not found practical use in the tobacco industry.

Un objet de la présente invention est de fournir une méthode permettant la fabrication de tiges filtrantes dans des conditions commerciales acceptables, ladite méthode est pratique et simple. Un autre objet de la présente invention est de fournir une méthode faisant appel à des matériaux facilement disponibles et bon marché pour faire des tiges filtrantes commercialement acceptables. An object of the present invention is to provide a method for the manufacture of filter rods under acceptable commercial conditions, said method is practical and simple. Another object of the present invention is to provide a method using readily available and inexpensive materials to make commercially acceptable filter rods.

La présente invention fournit une méthode de fabrication de matériau filtrant, où un extrudat expansé est produit en alimentant une extrudeuse avec un matériau plastique partîcuiaire, un agent d'expansion polysaccharidique et de l'eau, les conditions de température et de pression dans ladite extrudeuse étant telles que l'extrudat sortant de la filière d'ex-trusion ait une section transversale supérieure à celle de l'orifice de sortie de ladite filière d'extru-sion. The present invention provides a method of making filter material, where an expanded extrudate is produced by supplying an extruder with a particular plastic material, a polysaccharide blowing agent and water, the temperature and pressure conditions in said extruder being such that the extrudate leaving the extrusion die has a cross section greater than that of the outlet orifice of said extrusion die.

Le matériau plastique peut avantageusement être le polypropylène, l'acétate de cellulose ou le poiy-éthylène. Le matériau plastique peut également être un polyester, de la viscose ou du nylon. Lorsqu'on utilise l'acétate de cellulose, celui-ci peut provenir de déchets de la fabrication de filtres de cigarettes. L'extrudeuse peut être alimentée avec deux matériaux plastiques ou davantage. The plastic material can advantageously be polypropylene, cellulose acetate or polyethylene. The plastic material can also be polyester, viscose or nylon. When using cellulose acetate, it can come from waste from the manufacture of cigarette filters. The extruder can be fed with two or more plastic materials.

Le Polysaccharide utilisé comme agent d'expansion peut être un amidon naturel tel que, par exemple l'amidon de maïs ou un amidon modifié. Comme autre Polysaccharide, on peut utiliser la cellulose, ce terme englobant les celluloses de qualité alimentaires ou les celluloses modifiées, comme par exemple la méthylcellulose. The Polysaccharide used as blowing agent can be a natural starch such as, for example, corn starch or a modified starch. As another polysaccharide, cellulose can be used, this term encompassing food grade celluloses or modified celluloses, such as for example methylcellulose.

D'autres matériaux, tels que par exemple de la craie, peuvent être introduits dans l'extrudeuse avec le matériau plastique et l'amidon. Other materials, such as for example chalk, can be introduced into the extruder with the plastic material and starch.

Parmi les autres matériaux introduits dans l'extrudeuse, on peut citer les liants, dont la proportion ne dépasse pas normalement 5%, Les liants cellulosiques, tels que par exemple l'hydroxypropylcellulose, la carboxymethylcellulose ou la sodium carboxymé-thylcellulose sont particulièrement utiles. Outre les liants ci-dessus ou à leur place, on peut utiliser des liants naturels ou modifiés tels que par exemple la pectine, les sels de pectine ou la gomme de guar. Among the other materials introduced into the extruder, mention may be made of binders, the proportion of which does not normally exceed 5%. Cellulose binders, such as, for example, hydroxypropylcellulose, carboxymethylcellulose or sodium carboxymethylcellulose are particularly useful. In addition to the above binders or in their place, natural or modified binders can be used such as for example pectin, pectin salts or guar gum.

Les matériaux alimentant l'extrudeuse peuvent The materials feeding the extruder can

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comporter un un plusieurs agents de nucléation, tels que par exemple le carbonate de calcium ou l'acétate de calcium, un humectant tel que par exempie le glycérol, le propylène glycol ou le sorbito! et un lubrifiant tel que par exemple une huile minérale de qualité pharmaceutique. include one or more nucleating agents, such as for example calcium carbonate or calcium acetate, a humectant such as for example glycerol, propylene glycol or sorbito! and a lubricant such as for example a pharmaceutical grade mineral oil.

La raison de l'introduction de l'eau dans l'extrudeuse est de donner une structure expansée à l'extrudat. Dans l'extrudeuse, tes matériaux traités sont soumis à des conditions de température (par exemple de 100°C à 250°C) et de pression telles qu'à la sortie immédiate de la filière de l'extrudeuse l'eau -ou au moins une partie de celle-ci - se transforme immédiatement en vapeur, ce qui provoque la formation de cellules dans l'extrudat et, par conséquent, un gonflement de l'extrudat. L'eau peut être injectée dans l'extrudeuse par des ouvertures aménagées dans le cylindre de l'extrudeuse et/ou amenée par sa trémie d'alimentation. The reason for introducing water into the extruder is to give an expanded structure to the extrudate. In the extruder, your treated materials are subjected to temperature (for example 100 ° C to 250 ° C) and pressure conditions such as at the immediate exit from the extruder die water -or at least part of it - immediately turns into vapor, causing cells to form in the extrudate and, therefore, swelling of the extrudate. Water can be injected into the extruder through openings in the cylinder of the extruder and / or brought in through its feed hopper.

Il est avantageux que le matériau plastique, le Polysaccharide ainsi que, le cas échéant les autres matériaux, soient mélangés ensemble avant d'être introduits dans l'extrudeuse. It is advantageous for the plastic material, the polysaccharide and, where appropriate, the other materials, to be mixed together before being introduced into the extruder.

Pour ce qui est des proportions des matériaux mis en œuvre, le matériau plastique peut être utilisé dans une proportion calculée par rapport au poids total sec allant de 5 à 95% et le Polysaccharide de 95 à 5%. L'eau peut constituer de 1 à 20% en poids de la composition totale alimentant l'extrudeuse, c'est-à-dire les matériaux plus l'eau. As regards the proportions of the materials used, the plastic material can be used in a proportion calculated relative to the total dry weight ranging from 5 to 95% and the Polysaccharide from 95 to 5%. Water can constitute from 1 to 20% by weight of the total composition supplying the extruder, that is to say the materials plus water.

Le poids spécifique de l'extrudat peut se situer dans la gamme allant de 20 mg/cc à 500 mg/cc. The specific gravity of the extrudate can be in the range from 20 mg / cc to 500 mg / cc.

L'extrudeuse utilisée pour mettre en œuvre le procédé de l'invention peut avantageusement être une extrudeuse chauffée à deux vis. The extruder used to implement the method of the invention may advantageously be a heated extruder with two screws.

H est avantageux que la filière de l'extrudeuse comprenne un orifice de sortie en forme de fente, ce qui permet d'avoir l'extrudat sous la forme d'une bande ou d'un ruban plat. L'orifice de sortie de la filière peut également être conçu pour que l'extrudat en sortant se présente vu en coupe comme un tube ou presque comme un tube, ce dernier étant ensuite ouvert pour constituer une bande ou un ruban plat. Dans d'autres formes d'exécution, la filière peut être conçue pour l'extrusion d'un fil ou pour l'extrusion simultanée d'un ensemble de fils. It is advantageous for the extruder die to include a slit-shaped outlet orifice, which makes it possible to have the extrudate in the form of a strip or a flat ribbon. The die outlet orifice can also be designed so that the extrudate leaving it is seen in section like a tube or almost like a tube, the latter then being opened to form a strip or a flat ribbon. In other embodiments, the die can be designed for the extrusion of a wire or for the simultaneous extrusion of a set of wires.

Il est avantageux que l'extrudat, lorsqu'il se présente par exemple sous la forme d'une bande ou d'un ruban, soit étiré en aval de l'extrudeuse, ce qui augmente sa dimension dans la direction de l'extrusion et diminue son épaisseur. It is advantageous for the extrudate, when it is for example in the form of a strip or a ribbon, to be stretched downstream of the extruder, which increases its dimension in the direction of extrusion and decreases its thickness.

Lorsque l'extrudat est constitué par exemple par une bande, un ruban ou un ensemble de fils, il peut être amené directement à l'unité d'alimentation de la machine à fabriquer les filtres où il devient une tige entourée d'une enveloppe, ce processus étant similaire à celui utilisé dans la fabrication normale des filtres en papier pour cigarettes. Au lieu d'être utilisé sous la forme d'une tige, la bande, ruban ou fil(s) peut également être déchiqueté en fragments de façon à avoir un matériau partîcuiaire ayant à peu près les mêmes caractéristiques dimensionnelles que celles du tabac. Ceux-ci sont ensuite amenés vers une machine à faire des cigarettes pour y être enveloppés avec le matériau pour bouts-filtres et former ainsi des tiges filtrantes au lieu de tiges de cigarettes. Il est avantageux de refroidir l'extrudat par des moyens de refroidissement avant de l'utiliser selon l'un ou l'autre des procédés ci-dessus. When the extrudate is constituted for example by a strip, a ribbon or a set of wires, it can be brought directly to the supply unit of the machine for manufacturing the filters where it becomes a rod surrounded by an envelope, this process being similar to that used in the normal manufacture of paper filters for cigarettes. Instead of being used in the form of a rod, the strip, ribbon or wire (s) can also be shredded into fragments so as to have a particular material having roughly the same dimensional characteristics as those of tobacco. These are then brought to a cigarette making machine to be wrapped there with the filter tip material and thus form filter rods instead of cigarette rods. It is advantageous to cool the extrudate by cooling means before using it according to one or the other of the above methods.

Le matériau arrivant à la machine à fabriquer les filtres ou les cigarettes peut être traité avec un agent liant. Ainsi par exemple, lorsque le matériau plastique arrivant à l'extrudeuse est constitué d'acétate de cellulose, on peut utiliser le triacétate de glycérol comme agent liant. Par contre, lorsque le matériau plastique contient du polypropylène, l'agent liant peut être un copolymère de Péthylène et de l'acétate de vinyle. The material arriving at the machine for making filters or cigarettes can be treated with a binding agent. For example, when the plastic material arriving at the extruder consists of cellulose acetate, glycerol triacetate can be used as a binding agent. On the other hand, when the plastic material contains polypropylene, the binding agent can be a copolymer of ethylene and vinyl acetate.

Lorsque l'extrudat possède une structure cellulaire interne ouverte, il peut prendre la forme d'une tige continue ayant la même circonférence que le bout-filtre. Dans ce cas, l'extrudat peut passer dans un moyen de calibrage, par exemple dans un moyen de calibrage tubulaire, pour assurer à la tige une circonférence constante et régulière. La tige formée est ensuite coupée à des longueurs correspondant par exemple à six fois la longueur des bouts-filtres. When the extrudate has an open internal cell structure, it may take the form of a continuous rod having the same circumference as the filter tip. In this case, the extrudate can pass through a calibration means, for example through a tubular calibration means, to ensure the rod has a constant and regular circumference. The rod formed is then cut to lengths corresponding, for example, to six times the length of the filter tips.

Des exemples de la présente invention sont donnés ci-après. Examples of the present invention are given below.

EXEMPLE 1 EXAMPLE 1

Un mélange sec contenant 50% de granules de polypropylène et 50% de fibres alimentaires Pfizer a servi à l'alimentation d'une extrudeuse chauffée à deux vis Baker Perkins à la vitesse de 9,5 kg/ heure. L'extrudeuse fonctionnait avec une vitesse de rotation de 110 tours/min et la température de la filière était de 126°C. L'eau était amenée au cylindre de l'extrudeuse avec un débit de 1 litre par heure. A dry mixture containing 50% of polypropylene granules and 50% of Pfizer dietary fiber was used to feed a Baker Perkins heated twin screw extruder at the speed of 9.5 kg / hour. The extruder operated with a rotational speed of 110 rpm and the die temperature was 126 ° C. Water was brought to the extruder cylinder at a rate of 1 liter per hour.

L'extrudat obtenu était une tige blanche, duveteuse, molle mais conservant sa forme dont la densité était 0,032 g/cc. The extrudate obtained was a white, fluffy, soft but retaining its shape, the density of which was 0.032 g / cc.

EXEMPLE II EXAMPLE II

Un mélange sec contenant 50% de granules de polypropoylène et 50% de granules de méthylcellu-lose produites par la Celanese Corporation sous la référence M450 a servi à l'alimentation de l'extrudeuse utilisée dans l'Exemple I à la vitesse de 16,0 kg/heure. Les conditions opératoires étaient: vitesse de rotation 130 tours/minute, température de l'ouverture de sortie de la filière 140°C, alimentation en eau deux litres par heure. A dry mixture containing 50% of polypropoylene granules and 50% of methylcellulose granules produced by the Celanese Corporation under the reference M450 was used to feed the extruder used in Example I at the speed of 16, 0 kg / hour. The operating conditions were: rotation speed 130 revolutions / minute, temperature of the die outlet opening 140 ° C., water supply two liters per hour.

L'extrudat obtenu était une tige blanche, poreuse, ferme, conservant sa forme dont la densité était 0,053 g/cc. The extrudate obtained was a white, porous, firm rod, retaining its shape, the density of which was 0.053 g / cc.

Les tiges extrudées dans les Exemples 1 et 2 pouvaient être déchiquetées pour fournir des fragments ayant la taille du tabac alimentant une machine à fabriquer les cigarettes pour l'obtention d'une tige filtrante enveloppée. The rods extruded in Examples 1 and 2 could be shredded to provide tobacco-sized fragments feeding a cigarette making machine to obtain a wrapped filter rod.

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1. A method of manufacturing an expanded filter material, characterized in that an extruder is fed with a particulate plastic material, a

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Polysaccharide and water, the extruder operating under temperature and pressure conditions such that the extrudate leaving the die of the extruder has a cross section greater than that of the outlet orifice of said die.

2 »Method according to claim 1, characterized in that the plastic material comprises one or more compounds belonging to the group formed by polypropylene, cellulose acetate and polyethylene.

3. Method according to claim 1, characterized in that said plastic material comprises one or more compounds belonging to the group formed by polyester, viscose and nylon.

4. Method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the Polysaccharide comprises a starch or a modified starch.

5. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that said polysaccharide comprises a cellulose or a modified cellulose.

6. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the extruder is additionally supplied with a binder.

7. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the extruder is additionally supplied with one or more nucleating agents, a humectant and a lubricant.

8. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that said extrudate is subjected to a downstream stretching in order to increase its dimension in the direction of the extruder and to decrease its thickness.

9. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that said extrudate is supplied directly to the supply of a machine for manufacturing filters.

10. Method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that said extrudate is shredded and that the particulate material thus produced is used to feed a machine for making cigarettes.

11. Method according to claim 10, characterized in that said particular material is treated with a binder

12. Method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that said extrudate takes the form of a continuous rod with open cell structure, said rod being cut into segments the length of which is a multiple of the length of an individual filter element.

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