CN103781374B - 包含聚交酯纤维的过滤材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包含在吸烟制品的滤嘴或过滤元件中的过滤材料，所述过滤材料包含聚交酯纤维和增塑剂。本发明还涉及包含所述过滤材料的滤嘴或过滤元件及包含其的吸烟制品。

Description

包含聚交酯纤维的过滤材料
领域
本发明涉及在吸烟制品的滤嘴或过滤元件中使用的过滤材料，所述材料包含聚交酯纤维和一种或多种增塑剂。
背景
已经提出了各种各样的纤维材料作为香烟烟气用滤嘴。乙酸纤维素丝束是最常用的过滤材料。然而，与该过滤材料相关的一个缺点是它降解缓慢。虽然在暴露于湿气和/或机械磨损时用过的吸烟制品的大多数组分在相对短的时间内解离成其各个组成部分并降解，但因为乙酸纤维素纤维本身并不有效地溶于水且因此可生物降解性差，所以乙酸纤维素过滤材料降解缓慢。
对于一次性产品，希望使用可生物降解的材料。在生物活性环境中处置掉的可生物降解的聚合物因微生物如细菌、真菌和藻类的酶促作用而降解。它们的聚合物链也可以通过非酶促方法如化学水解而裂解。如在本文中使用的术语“可生物降解”是指该组成使用用于测定塑料材料的需氧生物降解的标准试验方法在受控制的堆肥条件下在一年内降解。
聚(乳酸)或聚交酯(PLA)是有吸引力的可生物降解且生物相容的聚合物。其自可再生资源(例如，玉米、小麦或稻米)得到且其可生物降解、可再循环且可堆肥。另外，PLA展示出优异的可加工性。实际上，与诸如聚(羟基链烷酸酯)(PHA)、聚(ε-己内酯)(PCL)等其他可生物降解的材料相比，PLA具有较好的热可加工性。其可通过注模法、薄膜挤出、吹塑、热成型、纤维纺丝和成膜来加工。然而，由于PLA为疏水性聚合物且不能溶解于水中或者分散在水中，PLA的使用可能受到限制。
希望制造可生物降解的过滤材料，所述可生物降解的过滤材料优选由如下材料制成，其可容易地加工以制造纤维，其可热加工并且其具有良好的机械和物理性质。
CA可用增塑剂处理以在吸烟制品滤嘴中使用。这包括将增塑剂(通常以液体形式)施用到CA纤维的表面，例如通过将液态增塑剂喷雾到CA丝束上。增塑剂通过使邻近纤维在它们的接触点处彼此粘合而起作用，由此提供给过滤棒足够的硬度以便于香烟生产和使用。因此，虽然以此方式加到CA中的材料通常称为增塑剂，但它们实际上充当粘合剂或硬化剂，而不是充当增塑剂。适合该用途的增塑剂包括三乙酸甘油酯(甘油三乙酸酯)、TEC(柠檬酸三乙酯)和PEG400(低分子量的聚乙二醇)。还已知增塑的乙酸纤维素丝束改善见于烟气中的半挥发性化合物(例如，苯酚、邻甲酚、对甲酚和间甲酚)的选择性去除。对于该作用，认为增塑剂必需存在于CA纤维的表面上。遗憾的是，粘合纤维的增塑剂的加入实际上可引起过滤材料的可降解性减小。纤维的粘合的确减慢构成丝束的各个纤维在用过的吸烟制品中的分离，因此维持纤维束并减少其对于将进行任何降解过程的元素的暴露。
因为增塑剂的纤维粘合作用，常规CA滤嘴常包含6-8%的增塑剂。已经发现包含比这更大量的增塑剂对乙酸纤维素丝束具有不利的影响，导致形成孔。
概述
根据本发明的第一方面，提供用于包含在吸烟制品的滤嘴或过滤元件中的过滤材料，所述过滤材料包含聚交酯纤维和至少一种增塑剂。
在本发明的第二方面，提供滤嘴和过滤元件，其包含根据第一方面的过滤材料。
在本发明的第三方面，提供吸烟制品，其包含根据第二方面的滤嘴或过滤元件。
附图简述
图1显示PLA丝束和CA丝束的性能曲线图。
图2提供显示作为压降的函数的PLA滤嘴的过滤效率的图。
图3提供显示对于PLA丝束和CA丝束而言NFDM过滤效率对压降的图。
图4提供显示在PLA滤嘴中作为添加剂使用的三乙酸甘油酯(TA)对在烟气中的酚类化合物的吸附的作用的图。
图5提供显示在PLA滤嘴中作为添加剂使用的柠檬酸三乙酯(TEC)对在烟气中的酚类化合物的吸附的影响的图。
图6提供显示在PLA滤嘴中的不同添加剂对在烟气中的酚类化合物的吸附的影响的图。
发明详述
本发明的实施方案可提供具有良好的机械性质如强度和良好的可加工性、同时还或备选地为可生物降解的和/或在引入吸烟制品的滤嘴或过滤元件中时提供优异的吸附特性的过滤材料。
如在本文中使用的术语“吸烟制品”包括可吸烟的产品，诸如香烟、雪茄和小雪茄，而不管其是基于烟草、烟草衍生物、膨胀烟草、再造烟草还是烟草替代品；且还包括受热不燃烧的产品。
所述过滤材料的纤维可基本上由聚交酯纤维组成。此外或供选地，所述聚交酯纤维可基本上由聚交酯组成。
所述纤维可以与CA纤维由CA生产大致相同的方式由PLA生产。所述CA纤维使用溶液纺丝方法生产，但PLA纤维可使用熔融挤出方法制造。
在本发明中使用的聚交酯(PLA)可通过不同的合成方法制造，诸如通过丙交酯的开环聚合或由乳酸直接缩聚来制造。任何PLA等级都可选择用于本发明中，且所述PLA的分子量可根据所要的性质和用途而改变。优选聚(L-丙交酯)(PLLA)，原因是其对于纤维的制造有益的结晶度。
图1显示PLA丝束和CA丝束的性能曲线图，具有丝束特性3Y40000。图1的性能曲线表明作为在滤嘴中使用的丝束重量的函数的滤嘴压降的变化。所给出的结果是对于132mm长和24.30mm周长的滤棒。该信息允许调节滤嘴的重量以达到所要的压降，其可匹配常规乙酸纤维素滤嘴。该性能曲线还可提供丝束可加工性的极限(最高压降和最低压降)。
图2显示作为压降的函数的PLA滤嘴的过滤效率。S1-4为来自表1的样品。烟气分析在堵塞通风区的情况下在ISO规范(35/2/60)下进行。如在图2中提供的数据所表明，在相同压降下，与常规增塑的乙酸纤维素滤嘴(具有8.6%增塑剂)相比较，仅由PLA纤维制成的滤嘴的吸附特性相对较差。在该图中，基于这些滤嘴的压降(分别为377mm、421mm、486mm、540mm水标，滤棒长度=132mm)试验了使用未增塑的PLA丝束制成的四种滤嘴样品。如在下文更详细地论述，这些样品的压降与PLA的重量有关(参见，表1)。
图3显示对于由PLA丝束和CA丝束制成的滤嘴而言的NFDM过滤效率对压降。滤嘴(具有22mm的长度和24.3mm的周长)由相同规格(3.0Y40000)的丝束制成。烟气分析在堵塞通风区的情况下在ISO规范(35/2/60)下进行。
如上所述，在CA丝束中包含的增塑剂充当粘合剂，导致邻近的纤维变得彼此粘附，由此增加丝束的硬度和结构完整性。相比之下，当将相同的增塑剂加到PLA纤维中时，它们充当真正的增塑剂，提供软化作用，且它们不导致纤维之间的粘合。
然而，已经发现向PLA纤维中加入至少一种增塑剂对丝束的吸附特性具有显著的影响。
如从图4-6中的数据可见，没有增塑剂的PLA丝束对于许多霍夫曼(Hoffmann)分析物，特别是在对于酚类分析物，显示出相对差的吸附。在这些图中的0%量度表明基于PLA的丝束匹配作为对照物使用的常规增塑的CA丝束(在图中称为“CA对照物”)的性能。
很明显，对于一些分析物，通过加入增塑剂，粗略实现CA的吸附作用或者在一些情况下吸附作用更好。在该图显示负百分数图时，吸附作用比CA对照物好。
在一些实施方案中，所述过滤材料包含选自PEG、三乙酸甘油酯和TEC的一种或多种增塑剂。
在所述过滤材料中包含的增塑剂的总量可占总过滤丝束材料的4-15%重量。因此，如果使用单一增塑剂，则其含量可为4-15%重量。如果使用增塑剂的组合，则其组合量应为过滤丝束材料的4-15%重量。
在一些实施方案中，所述过滤材料可提供自穿过所述过滤材料抽取的烟气的半挥发性化合物的增加的选择性去除率。认为使用聚乙二醇、TEC和/或三乙酸甘油酯作为应用到PLA纤维的表面的增塑剂可促进该作用。
在一些实施方案中，所述过滤材料可提供给穿过所述过滤材料的烟气改善的味道特性。在一些实施方案中，使用TEC和/或三乙酸甘油酯作为应用到PLA纤维的表面的增塑剂可促进该作用。
实施例
通过以下特定实施例更详细地说明本发明。应理解这些实施例为说明性实施方案且本发明不受这些实施例中的任一个限制。
所使用的PLA丝束指明为3.0Y40000，其是指PLA单丝旦数为3.0，纤维形状为Y且丝束旦数为40,000。
加工使用KDF2机进行，该KDF2机为用于将丝束转化成滤棒的机器。
下表1显示，对于PLA和CA过滤丝束而言，当引入具有132mm的长度和24.30mm的直径的标准滤棒中时，与丝束重量相比较时压降的变化。不同的样品由相同的PLA丝束通过改变在滤棒中的丝束重量，即通过使充填程度不同以使得不同量的PLA丝束包含在相同尺寸的滤嘴中而制成。
表1：压降(PD)对丝束重量的变化。滤棒长度=132mm，周长=24.30mm
重量(mg) PD (mm WG)
样品1 (S1) 721 377
样品2 (S2) 772 421
样品3 (S3) 803 486
样品4 (S4) 845 540
图2提供显示作为压降的函数的PLA滤嘴的过滤效率的图。烟气分析在堵塞通风区的情况下在ISO吸烟规范(35/2/60)下进行。
图2显示在表1中提到的PLA滤嘴的过滤效率。过滤效率表示滤嘴保留所列举的烟气组分的效率。这通过用没有滤嘴的对照香烟和具有PLA滤嘴的试验香烟吸烟且测量在两种情况下递送的焦油(NFDPM)、烟碱和水的量来测量。结果显示该递送可通过改变滤嘴压降来调节。
图4提供显示在PLA滤嘴中作为添加剂使用的三乙酸甘油酯(TA)对在烟气中的酚类化合物的影响的图。烟气分析在堵塞通风区的情况下在ISO吸烟规范(35/2/60)下进行。结果对于焦油标准化且表示为与CA的百分数差。数据显示在使用具有不同量的TA的PLA的酚类化合物递送之间的比较。将具有增塑的CA滤嘴(pCA对照物)的常规香烟用作基准。结果表示为如下计算的百分数：
(自PLA的递送量-自对照物的递送量)x100/自对照物的递送量
结果显示随着TA的量增加，分析物减少。
图5提供显示在PLA滤嘴中作为添加剂使用的柠檬酸三乙酯(TEC)对在烟气中的酚类化合物的影响的图。烟气分析在堵塞通风区的情况下在ISO吸烟规范(35/2/60)下进行。结果对于焦油标准化且表示为与CA对照物的百分数差。数据以与上文关于图4所陈述的相同方式计算。结果显示向PLA纤维中加入TEC具有增加分析物的选择性吸附的作用。
图6提供显示在PLA滤嘴中的不同添加剂对在烟气中酚类化合物的影响的图。烟气分析在堵塞通风区的情况下在ISO吸烟规范(35/2/60)下进行。结果对于焦油标准化且表示为与CA对照物的百分数差。数据以与上文关于图4所陈述的相同方式计算。结果显示，与加入相同量的三乙酸甘油酯相比，向PLA纤维中加入TEC对分析物的选择性吸附作用具有更大的影响。
因此，本数据允许推断出在PLA滤嘴中使用添加剂可增强某些霍夫曼分析物的选择性去除。
为了阐明各种问题并推进此项技术，本发明的全文举例显示了其中可实施所要求的发明并提供优越的过滤材料的各种实施方案。本发明的优点和特点仅为实施方案的代表性样本，且并非穷举和/或排他的。它们仅仅是为了帮助理解并教导要求保护的特点而提供。应理解，本发明的优点、实施方案、实施例、功能、特点、结构和/或其他方面并不被视为限制如由权利要求书所述的本发明的限定或权利要求的等效物的限定，并且可利用其他实施方案并且可在不脱离本发明的范围和/或精神的情况下进行改进。各种实施方案可合适地包含所公开的元件、组件、特点、部分、步骤、设备等，由所公开的元件、组件、特点、部分、步骤、设备等组成或者基本上由所公开的元件、组件、特点、部分、步骤、设备等组成。另外，本发明包括目前没有要求保护、但将来可能要求保护的其他发明。

Claims (7)

1.用于包含在吸烟制品的滤嘴或过滤元件中的过滤材料，所述过滤材料包含聚交酯纤维和增塑剂，其中所述聚交酯纤维基本上由聚交酯组成，并且其中聚交酯纤维没有被增塑剂彼此粘合。
2.权利要求1的过滤材料，其中所述聚交酯纤维由聚交酯组成。
3.权利要求1或2的过滤材料，其中所述增塑剂选自聚乙二醇、三乙酸甘油酯和TEC。
4.权利要求1或2的过滤材料，其中以占所述过滤材料的4-15%重量的量包含所述增塑剂。
5.权利要求3的过滤材料，其中以占所述过滤材料的4-15%重量的量包含所述增塑剂。
6.滤嘴或过滤元件，其包含权利要求1-5中任一项的过滤材料。
7.吸烟制品，其包含权利要求6的滤嘴或过滤元件。
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