CN1019264B - 控制香烟烟雾中氰化氢有毒气体成分的过滤元件 - Google Patents

Abstract

采用常规的过滤条制造装置制造经化学处理的香烟过滤元件的方法，其中的过滤元件的基料用含有碳酸氢钠、高锰酸钾及二氧化锰中一种或数种物质的改性剂成分及三乙酸甘油酯溶液处理。改性剂成分可以是脱水山梨糖醇脂肪酸酯的聚氧化烯衍生物、多羟基醇的单酯或多羟基醇的双酯的水分散液，或者是所述分散剂混合物的水分散液。

Description

本发明涉及选择性过滤香烟烟雾用的化学处理过滤元件的制备方法。

纤维基过滤元件是众所周知的，已用于香烟制造业中至少40年。尽管在市面上已试销了各种合成纤维和纤维的混合物，并进行了评价，大部分香烟过滤元件中仍含有醋酸纤维素基纤维。

合成纤维，特别是象聚丙烯之类的聚烯烃纤维，比醋酸纤维素基纤维容易控制成旦数更小的纤维，因而具有更好的过滤功能而同时不会损失卷曲和高速生产所需的强度。然而，这些纤维也有缺点。主要是开松的或松开的纤维束等基料惰性较大，不易被大多数粘合剂/增塑剂或其它亲水型改性剂成分所湿润或软化。

增添化学活性成分以实现香烟烟雾的选择性过滤已引起各种困难，如影响基料特性，分布不均匀，以及过滤元件功能与过滤元件的尺寸稳定性、弹性和硬度之间的相互关系。业已证实，喂入过滤条制造装置中的含聚烯烃纤维的基料（即纤维束和纤维条），在过滤元件的压力降（抽吸阻力）和尺寸稳定性即硬度之间的关系上是相当矛盾的。此外，在经浸渍的聚烯烃或其它合成基料以高速喂入常规的过滤条制造设备中时，也常常难以避免发生堵塞，尤其是在向包覆物料中或其上加入粘合剂、湿润剂、芳香剂、药剂、吸收剂、吸附剂等大量的改性剂成分时更是这样。其部分原因是由于香烟过滤条制造工艺中所用的许多添加剂组合物，缺乏内在的润滑性能。

例如，美国专利3，428，056指出，添加水溶性无机盐能有效地除去香烟烟雾中的氰化氢，但会导致粉末分布的不均匀和过滤效果差。该专 利试图用下列聚烯烃粉末解决上列问题，即这些聚烯烃粉末上已涂上了无机盐，如碳酸钠和碳酸钾，它们被振动到已用三乙酸甘油酯之类粘合剂处理过的醋酸纤维素纤维束上，然后被压紧包卷成过滤条。

本发明的目的在于提供一种用于香烟抽吸物品中适于除去或控制香烟中包括氰化氢的有毒气体成分的过滤元件。

按照本发明的制造经化学处理的香烟过滤元件的方法中，使用以含聚烯烃或醋酸纤维素基料或这两种基料的结合作为包覆物料，并以常规过滤条制造装置制得香烟过滤元件，该过滤元件经碳酸钠等活性改性剂成分和三乙酸甘油酯的水溶液或醇溶液处理，方法的特征在于，改性剂成分中含有碳酸氢钠、碳酸钠、高锰酸钾和二氧化锰中一种或数种物质，非离子溶液、非离子溶液的分散液或还含有作为水相分散剂的脱水山梨糖醇脂肪酸酯、多羟基醇的一酯或二酯的聚氧化烯衍生物，或是含这些分散剂的混合物的分散液，而这种非离子溶液或分散液可以涂到包覆物料的全部基料或部分基料上。

上述的非离子溶液或分散液是指本技术领域中常说的非离子“纺丝溶液”。

所采用的改性剂成分的量最好约为干过滤条重量的2%-10%，而三乙酸甘油酯的量约为干过滤条重量的1%-10%。

在非离子纺丝溶液中，所含的表面活性剂最好为乙氧基化合物，羧酸酯，甘油酯，聚氧化乙烯酯，脱水山梨糖醇酯，乙氧基化脱水山梨糖醇酯，乙氧基化天然脂肪、油和蜡，脂肪酸的乙二醇酯，聚氧乙烯脂肪酸酰胺，聚烯化氧嵌段共聚物，和氧化乙烯-氧化丙烯共聚物。

按照本发明的方法，所用基料可以是过滤条制造装置中通常用作包覆物料的含纤维或原纤化膜的成分，包括（a）纤维束，（b）纤维条，（c）非织造物带或（d）原纤化膜纤维网，它可单独引入或经完全调节或部分调节后插入包覆装置。

本发明中的包覆物料可方便地包含高达四种基料成分，及所需的活性成分，它们最好分别涂到所选基料的一面或两面之上，处理面的方式和数目取决于过滤嘴所要求的过滤效果、口味、感觉、硬度和抽吸性。

包覆物料就地制造（即直接置于包覆装置的上游），还是用前经已生产贮存过，一般是无关紧要的，并且发现，应用同种纤维成分和同一纤度或不同纤维成分和不同纤度的一种或几种非织造织物都是有用的，特别是当并非所有基料都用作规定的活性改性剂成分的载体或吸收表面时更是这样。

当非织造织物用作包覆物料的基料成分时，它一般包含高达约100%，最好为10%-100%（重量）的聚烯烃（单、双或三组分）纤维，它一般是聚丙烯纤维，或可由具有混合纤度长丝的纤维网组成，或由下列纤维相结合而成：（a）聚丙烯/聚乙烯，聚丙烯/聚偏二氯乙烯，聚丙烯/醋酸纤维素，聚丙烯/人造丝，聚丙烯/尼龙，醋酸纤维素/聚乙烯，增塑醋酸纤维素，聚丙烯/纸;或（b）聚丙烯/聚苯乙烯/聚乙烯等，其优选的比例，按纤维重量计约为（a）10%-90%/90%-10%，或（b）10-90%/45%-5%/45%-5%。

可按本技术领域中通常采用的成分，获得作本发明的包覆物料的基料的合适的原纤化膜，这种原纤化膜可单独使用或与其它基料成分一起用作基料成分。

适用于本发明目的的常规过滤条制造装置，根据本领域中一般所述的部件和工艺过程，可包括丝束导管、包覆装置、成形装置、包卷装置和切割装置。然而，如果需要，也可以进行调整，如可就地或事先用喷雾、浸渍、涂刷或其它传统的方法，在滤芯形成之前涂上一种或几种改性剂成分，但这一步骤最好在它经过包覆装置拉伸前进行。聚烯烃基料在涂活性改性剂成分之前，由电晕放电或等离子放电进行予处理。

使用其它实例，还可制得包好的纤维条或其它基料备用，方法是用 从含所需活性成分的贮槽送来的物料连续浸涂或与一根或几根涂刷辊接触，接着经夹持辊、加热干燥辊、烘炉等常规干燥步骤，干燥温度一般约为70-125℃。

一般来说，用本领域的已知技术，可获得旦数范围较宽的纤维非织造材料。这种材料的重量范围最好约为10-50克/米²，带宽约4-12英寸一般能成功地保证它以生产速度通过常规过滤条生产装置的包覆装置。

如上所述，包覆物料可包括高达约4种或更多种基料成分，这些成分的重量、尺寸、粘结性、吸收能力、纤维组分和旦数可相同或不同，可以全部或部分地经调节通过包覆装置。

然而，为了得到更好的结果，已经发现，用一种非织造织物调节的，或夹在两种非织造织物之间的较轻的热粘结织物、丝束、纤维条或原纤化膜具有高度的柔韧性，能使制成的过滤元件适合各方面的市场需要，包括成本、过滤抽吸性和硬度参数等。

包覆物料中加入低熔融纤维（如聚乙烯）和其它聚烯烃纤维，对于获得粘结性能和液体吸收或吸附性能变化范围较大的丝束滤芯是有价值的（虽然不是必须的）。

还可使用一些补充成分，如下列一种或几种物质的溶液、乳液、悬浮液或分散液：一般以多元醇为代表的湿润剂，如甘油、乙二醇;调味剂或香料，如酮糖和多糖类，包括冬青油、薄荷油、薄荷、肉桂油、水果香料等;本领域中的其它添加剂;药物，如薄荷醇、减充血剂等。

对于本发明的目的而言，可使用重量范围为25-90克/米²左右（如果需要，还可更高）的包芯纸将处理过的或未加处理的织物带加以包卷。

下面参考附图，对本发明的具体实施方案作进一步描述。附图1示出经改装的常规香烟过滤条制造装置，它可将按本发明制得的基料制成 过滤元件。图2-4示出本发明方法的进一步修改和改进，从而使调节或部分调节过的一种或几种非织造条带或其它基料，容易通过喷雾或浸渍方法渗进一种或几种活性改性剂成分，并通过使用多种基料使过滤元件的松密度增加，改进耐压性或硬度。

图1示出一单束连续基料，如纤维丝束纤维条，原纤化薄膜或非织造织物带（10），由加料轴（11）或物料包（未示出）喂入并通过与外源（未示出）加料管线（21）相连的喷雾头（20），使基料涂上各种活性改性剂成分（22）。然后用空气干燥装置（未示出）和通过干燥辊（12）将经处理的基料（10）干燥到所需的程度，再用导辊（17）将其导入香烟过滤条制造装置（1）的包覆装置导管（15）和包覆装置（14），装置（1）包括包覆部分（2）、包卷装置和将包好的滤芯或滤条切成过滤元件（16）的切割装置，包覆部分（2）包含（但未示出）基料的成形和保持装置;包卷装置可方便地由支承辊（19）支承的包装料轴（5）供给丝束包，并移动到引入该装置（1）的连续包覆带（3）上。

如上所述的装置包括常规的密封装置，密封包在滤芯（未示出）外的丝束，滤芯由切割装置切成圆柱形过滤元件（16）（长度一般为90毫米），然后密封了的包滤芯丝束由过滤元件卸载管（18）（以不完全的图表示）卸入容器（23）。

图2图示说明分别向包覆物料或基料上涂覆活性剂成分的具体排布，由这种排布，通过相连的加料管线（21A）供料的喷雾头（20A）向不同的基料（10A，10B）上喷涂相同或不同的活性改性剂成分（22A），物料经调节，用空气和加热辊（12A）干燥，然后经过滤条制造装置（1A）的包覆装置（14A），形成上述的过滤元件（16A）。基料（10A和10B）由加料辊（11A）和（11B）或加料包（未示出）加料，并在加热夹持辊（12A）处方便地进行调节，然后由导辊（17A）导入包覆装置（14A），图1-3中每个图上的相同阿拉伯数字表示相同的包覆物料或基料成分。

图3图示说明图1、2的配置的方法的进一步变化，从料轴或料箱（未示出）送出的几种相同或不同类型（10C，10D和10E）的基料，经加热辊（12B）的辊隙送出，中间的基料（10D）的宽度与两边的不同，最好其吸收和吸附保留活性组分（22B）的性能比两边未处理基料（10C和10E）的更高。如图所示，基料（10D）的两面由加料管线（21B）的喷雾头（20B）喷涂上所选的一种或几种活性改性剂成分（22B），基料（10E）最好较宽，并排布成可截留未被纤维带（10D）所保留或捕获的活性改性剂成分的剩余料滴或喷涂方向不合适的物料，然后所有三种基料按上述方式在调节下经过加热夹持辊（12B）进行干燥，再按图1、2的方式由导辊（未示出）导入过滤条制造装置的包覆装置。

图4是本方法又一变化的图示说明，其中一种或几种基料（未示出）可由料包或料箱（24C）分别送出，通过导辊（17C），浸入含活性改性剂成分（22C）的贮槽（25C），然后通过夹持辊（26C），加热炉（27C）、拖动辊（28C）和三级干燥炉（29C），进入上述图1-3方式排布的香烟过滤条制造装置的包覆装置（14C），或装箱备用。

当用连续纤维丝束作基料成分使用时，可按常用的方法准备丝束，即将纤维从一个或几个筒子架抽出并经过流体膨化喷射或变形喷射，然后按上述方式处理。

如前所述，上述方式使用的基料可以是各种合成纤维丝。因而，可能使用聚酯、聚酰胺、丙烯酸酯类，以及聚丙烯或醋酸纤维素材料。丙烯单体与乙烯或其它低级烯烃单体的成丝共聚物的组合，与其它合成成纤材料相比，由于其密度低和优良的纺丝性能，是优选的丝束、丝带和原纤化膜材料。

本发明所用的丝束，其膨松旦数可约为2000-10000。如上所指出的，这种基料可以是来自单个筒子架或丝包的卷曲纤维，或几个筒子架或丝包同时并合和流经一流体喷射而形成的复合料。然而，为了使香烟过滤 咀具有最好的性能，最好至少有一些丝束在进入流体喷射之前，基本上是无捻的和无卷曲的。

下面用实例对本发明作进一步说明。

实例1

（A）将具有“Y”形截面的全同立构聚丙烯切断纤维（每根纤维4.5旦，1.5英寸长），以40±5克/10分的流速梳制成重量约为0.18克/码²的纤维网。将该纤维网转移到连续玻璃纤维带上，用钻石花型热轧光机在140℃/40磅/平方英寸辊压下使之轻度热粘结，得到一种非织造织物，将其冲切成12英寸宽的试验带基料，以下称为TS-1。

（B）将在常规工业纺织条件下得到的2.5旦醋酸纤维素纱（圆形横截面），在0.01克/旦张力下从筒子架上平行退绕，并并合形成纤维束。然后将该纤维束通过70磅/平方英寸（107-110℃）的蒸汽膨化喷射，得到展开的纤维束基料，以下称为TS-2。

将按活性改性剂成分的一般定义配制的组合物A1-A6和上述的活性改性剂成分，作为最后的精整组合物，按实例中所述方式，涂覆到基料TS-1和TS-2上，所用的精整组合物组成如下：

精整组合物    组成

A1    5%（重）    碳酸钠

5%（重）    Atmos（商标）300（＊1）

5%（重）    聚氧乙烯化山梨糖醇

-    的一月桂酸酯（＊2）

85%（重）    水

A2    5%（重）    醋酸钠

5%（重）    Atmos300

5%（重）    吐温20

85%（重）    水

精整组合物    组成

A3    5%（重）    碳酸氢钠

5%（重）    Atmos300

5%（重）    吐温20

85%（重）    水

A4    5%（重）    高锰酸钾

5%（重）    Atmos300

5%（重）    吐温20

85%（重）    水

A5    5%（重）    碳酸氢钠

2.5%（重）    Atmos300

2.5%（重）    吐温20

90%（重）    水

A6    5%（重）    碳酸氢钠

0.25%（重）    Atmos300

0.25%（重）    吐温20

94.5%（重）    水

B1    1%（重）    三乙甘油酸酯

5%（重）    Atmos300

5%（重）    吐温20

89%（重）    水

B2    5%（重）    三乙酸甘油酯

5%（重）    Atmos300

5%（重）    吐温20

85%（重）    水

＊1可从ICI    Americas公司买到此商标的非离子表面活性剂

＊2可从ICI    Americas公司买到，商标名为吐温20。

实例2

A.将从实例1制得的12英寸宽连续非织造的聚丙烯材料带（TS-1），按图4所示的一般方式，边卷边浸入A1精整组合物浴中，通过加热夹持辊，干燥炉，用手卷成标准宽度的过滤条，将其切成27毫米长的过滤元件（0.18克重，周长24.35毫米）作试验用，称为F-1。

B.如从实例1制得的12英寸宽连续非织造材料带（TS-1）用手卷拢，但不经实例2A的浸渍和干燥步骤。将所得过滤条如前述切成27毫米长（0.18克重），作对照试验用，称为FC-1。

C.过滤条测试装置（置于罩内），包括一个带阀的HCN/N₂恒压气源，是可以活动的，通过与塑料过滤条夹相连的玻璃和Tygon管，使它固装于下游边之上，在下游边之上，过滤条夹和一个装有HgCl₂和甲基红指示剂（作HCN比色测定用）的Drager管（从宾夕法尼亚匹兹堡的National Drager公司买来）相连。

D.测试F-1和FC-1非织造带制成的过滤元件对HCN的脱除情况，操作步骤是先将代表性的过滤元件装好，再将HCN/N₂混合气100ppmHCN以50毫升/分流速通过该过滤元件，每次试验通12分钟。试验结果列于后面的表Ⅰ。

实例3

用A2和A3精整组合物作为活性改性剂成分，以相应的组合物作对照，重复实例2的A-D步骤。将样品F-2、F-3、FC-2、FC-3，用Drager管，按实例2所述方式测试，结果列于表Ⅰ。

实例4

用12英寸长卷曲的增塑醋酸纤维素丝束网制成的试验过滤元件，纤维为圆截面，每根纤维为2.5旦，按实例2和3的方式浸入A4精整组合 物，干燥，用手卷拢，切成27毫米长的过滤元件，用前述同样的Drager管作HCN脱除试验。结果列于表Ⅰ的G-1和GC-1。

实例5

将Camel轻质烟草条用纸卷到27毫米长的试验过滤元件上，此过滤元件系每根纤维为4.5旦的聚丙烯纤维（“Y”形截面）的12英寸长卷曲纤维束，经分别浸入A5和A6精整组合物30秒钟、空气干燥和通过标准过滤条制造装置而制成的。将每种5支试验过滤咀香烟放入Borg-waldt吸烟机（八股2秒钟一股烟（35毫升）〕内吸烟，用上述Drager管分析主气流烟气中的HCN。平均结果列于表Ⅰ的C-1和C-2，对照组结果为CC-1和CC-2。

表Ⅰ

样品    流速    改性剂    时间    HCN脱除量

毫升/分    成分    （分）    %

F-1    50    A1    12    100

FC-1＊    50    -    12    0

F-2    50    A2    12    96

FC-2＊    50    -    12    0

F-3    50    A3    12    100

FC-3＊    50    -    12    0

G-1    50    A4    12    100

GC-1＊    50    -    12    0

C-1    35    A5    8    61

CC-1＊    35    -    8    0

C-2    35    A6    8    69

CC-2＊    35    -    8    0

＊对照用

实例6

将实例2B所述的12英寸TS-1非织造带2根，分别浸入B1和B2精整组合物，再按前述方法干燥、手卷、切成27毫米长过滤元件。用实例2所述系统对这些试验过滤咀逐个测试，不同于实例2的地方是Drager管预先填装Cr（V1）催化剂和对，对′-二氨基，间，间′-二甲氧基联苯作为检测残余氧化亚氮（NO）的显色指示剂。试验气体为含100ppm    NO的氮气，流速50毫升/分，接触时间30分。试验结果S-1和S-2及对照试验结果S-1C和S-2C列于表Ⅱ。

实例7

将实例1B得到的2根膨体聚丙烯纤维束基料（TS-2）用图2所述的改型装置喷上A2和B2精整组合物至饱和，然后按实例2所述进行空气和辊筒干燥，将纤维束引入过滤条制造装置的包覆装置。任意选择几根这样得到的27毫米过滤元件（平均重量0.18克），测试其对NO和HCN的脱除情况。结果表明，它可与表Ⅰ中用A2和表2中用B2改性剂的结果相当。

表Ⅱ

样品    流速    改性剂    时间    NO脱除量

毫升/分    %

S-1    50    B1    30    27

S-1C    50    -    30    0

S-2    50    B2    30    39

S-2C    50    -    30    0

Claims (7)

1、一种用于香烟抽吸物品中的适于除去或控制香烟中包括氰化氢有毒气体成分的过滤元件，其特征在于该元件包括：

一种含有聚烯烃纤维或薄膜的材料；和

一种非离子纺丝溶液或分散液以及一种有效量的至少一种选自碳酸钠、高锰酸钾和二氧化锰的活性改性剂成分。

2、根据权利要求1的过滤元件，其特征在于所说的非离子纺丝溶液包括脱水山梨糖醇脂肪酸酯的聚氧化烯衍生物。

3、根据权利要求1的过滤元件，其特征在于所说的非离子纺丝溶液包括多羟基醇的单脂肪酸酯。

4、根据权利要求1的过滤元件，其特征在于所说有纺丝溶液包括多羟基醇的二脂肪酸酯。

5、根据权利要求1的过滤元件，其特征在于所说的材料选自开松纤维束、纤维条、非织造物带、或原纤化膜纤维网。

6、根据权利要求1的过滤元件，其特征在于所说的材料是在使用所说溶液或分散液之前，由电晕放电或等离子放电预处理的。

7、根据权利要求1的过滤元件，其特征在于所说的薄膜材料是原纤化膜与至少一种其他基料结合的，所说基料是选自开松纤维束、纤维条、非织造物带。

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