CN1137225A - 双组分纤维及由其制成的烟过滤嘴 - Google Patents

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Abstract

制成完全被优选由塑化的醋酸纤维素、乙烯—醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇或乙烯—乙烯基醇共聚物制成的壳(12)包覆的有低成本高强度热塑性材料(优选聚丙烯)芯(14)的壳—芯双组分纤维(10)，优选用熔喷法使平均直径为10μm或更细。生成的过滤嘴仍有传统的醋酸纤维素过滤嘴部件的所希望的味道效果和加工能力，但费用大大下降。因为芯材料是非吸附剂，为了有可比的性能所需增塑剂或添加剂较少，由这样的材料制得的网、粗纱(34)或过滤嘴有更长的贮存寿命。可制成有各种截面的很细的纤维，得到更大的表面积，在熔喷和制造过程中需要较少的空气。当使用聚乙烯醇或乙烯—乙烯基醇共聚物壳时，过滤嘴部件在环境条件下很容易崩解，仅留下许多很细的基本上可忽略的纤维残留物。

Description

双组分纤维及由其制成的烟过滤嘴
本发明涉及独特的双组分聚合物纤维以及由该双组分纤维生产低成本烟过滤嘴的方法，该双组分纤维有低成本、高强度热塑性聚合物(优选聚丙烯)芯和以下材料的可粘接的壳，壳优选塑化的醋酸纤维素、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇或乙烯-乙烯基醇共聚物。
含有这些聚合物材料壳的双组分纤维，特别是当用于烟过滤嘴时有独特的性能和优点，它们有几个对于本发明的商业应用有重要意义的共同特性。对于烟民最重要的是，这些壳层材料中每一种当用于烟过滤嘴时都具有可接受的味道效果。而且，这样的双组分纤维可熔喷成很细的纤维，其直径约10μm或更小，以致提高过滤率。这些双组分纤维的另一工业重要特性是，它们可在一步法中连续生产并同时转变成烟过滤嘴。因此，由本发明的双组分纤维制成的烟过滤嘴当用于香烟和其他吸烟制品时，可提高过滤效率和有可接受的味道效果，同时大大降低成本。
发明背景
在烟过滤嘴部分已研制了许多种纤维材料。但是，由于需要均衡不同的商业要求，用于生产这样的过滤嘴材料的选择受到限制。显然，烟过滤嘴的一个很重要的性能是过滤效率，即从烟中除去所选组分的能力。但是，为了满足其他的商业上重要的因素如抗拉伸性、硬度、味道效果和制造费用等，必须综合考虑过滤效率的范围。
长期以来，醋酸纤维素被认为是在生产烟过滤嘴中所选用的材料，主要因为它能达到商业上可接受的过滤效率(约50％)，而不会明显损害烟草的味道，不会降低抗拉伸性，并有大多数吸烟者所要求的过滤嘴硬度。由醋酸纤维素纤维生产过滤嘴部件时的标准增塑剂、通常为醋酸三乙二醇酯或三醋酸甘油酯是提供商业上所需“味道”的重要组分。在传统的香烟过滤嘴制造中，通常用工艺成熟的技术通过喷洒或芯吸将增塑剂涂到醋酸纤维素纤维上。增塑剂迁移到传统的醋酸纤维素纤维的中心的倾向使增塑剂在纤维表面上的含量下降，使它的增味能力减小以及使塑化的丝束纤维在加工成过滤嘴杆以前的贮存寿命缩短。所以，增塑剂通常在过滤嘴杆制造过程中加到丝束中。
用这种方法塑化的并用纸卷制成杆状形状的醋酸纤维素纤维在纤维的接触点处变得可粘接，在2-4小时内可形成相对自支承的细长的过滤嘴杆。这一过程可通过在形成过滤嘴杆的同时通入高温气体加速。用这一方法制得的过滤嘴杆当一定长度的材料用作烟过滤嘴部件时，它们为烟的通过提供了弯曲的通道。
通过使用小纤维可显著提高过滤效率，在相同重量的纤维的情况下小纤维提供了更高的纤维表面积。商业上仅可得到纤维直径最小为13μm的溶剂纺丝醋酸纤维素纤维。为了制得更细的醋酸纤维素纤维，如10μm或更细，塑化的醋酸纤维素树脂的熔体纺丝是需要的；但是，直接纺制这样细的醋酸纤维素纤维所需的增塑剂含量使生成的纤维强度很差，不能商业应用。较大直径的熔体纺丝醋酸纤维素纤维(需要较少增塑剂)必须经拉伸和卷曲，才能制得用于烟过滤嘴的细纤维。不幸的是，熔体纺丝醋酸纤维素纤维在加工过程中纤维断裂以前只能在相当低的拉伸比下进行拉伸。不能制成和加工成很细的醋酸纤维素纤维在实践中限制了这种材料在生产烟过滤嘴中的过滤效率。
此外，作为商业上一种很重要的因素，与其他聚合物材料如聚烯烃相比，醋酸纤维素是相当昂贵的，例如与商业上可得到的树脂形式聚丙烯相比，大约贵3倍。虽然企图用其他廉价的易加工的聚合物材料如聚丙烯代替醋酸纤维素制造香烟过滤嘴，但是这样的努力在工业上几乎都被放弃了，主要是由于这样的材料对烟的味道性能有不希望有的影响。还有，这样的应用通常还受到不能使纤维很容易粘接以便制得在所需抗拉伸性下过滤嘴有所需的硬度的限制。
与目前市场上可得到的烟过滤嘴、特别是香烟过滤嘴有关的另一问题是，难以处理这些用过的材料。通过在其接触点粘接高度卷曲的醋酸纤维素，可为传统的香烟过滤嘴为烟气通过提供大量空隙。在这样的过滤嘴部体中经粘接的接触点在正常的环境条件下降解缓慢，从而产生大量长寿命的环境上不希望的废弃过滤嘴。
本发明目的
本发明的主要目的是提供独特的双组分聚合物纤维材料，它们有醋酸纤维素的优点，特别是当用来制造烟过滤嘴时，同时又克服了商业上认为这类材料存在的上述许多缺点。
本发明的另一重要目的是提供一种烟过滤嘴，它有传统的醋酸纤维素纤维过滤嘴的优点，同时成本显著降低。
本发明的另一目的是提供一种壳芯双组分纤维材料，特别是用于生产烟过滤嘴部件，它将醋酸纤维素过滤嘴商业上希望的味道、硬度和抗拉伸性与聚合物材料如聚丙烯的低成本、高强度结合在一起。
本发明的另一目的是提供一种由壳芯双组分纤维制成的烟过滤嘴，其中在环境条件下壳将迅速降解，只留下未粘接的细纤维，与过滤嘴部件相比，其量很少，基本上可忽略。
本发明的另一目的是提供一种可用熔喷纤维技术变细的双组分纤维，得到平均直径约10μm或更细的极细纤维。
本发明的另一目的是提供很细的双组分纤维，它们可用于制成有高过滤效率的烟过滤嘴杆，同时又保持过滤嘴杆的结构完整性，从而使成本降低。
本发明的另一目的是提供过滤嘴杆、过滤嘴部件和带过滤嘴的香烟等，它们有由熔喷法制得的双组分纤维制得的过滤嘴部件，它们在商业上有希望的味道性能、过滤效率、抗拉伸性和硬度性能，以及以高效和商业上可接受的方法制造这样的材料的方法。
进一步研究本说明书和附后的权利要求书后，对于熟悉本专业的技术人员来说，本发明另外一些目的和优点将变得很清楚。
发明概述
通过提供这样一种双组分纤维达到本发明的这些目的和其他一些目的，该双组分纤维优选用熔喷法制备，有低成本高强度聚合物材料(特别是聚丙烯)芯和可粘接的聚合物材料壳，壳优选选自塑化的醋酸纤维素(CA)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚乙烯醇(VAL)和乙烯-乙烯基醇共聚物(EVAL)，以及将这样的纤维加工制成相当自支承的细长的过滤嘴杆，再制成各种各样过滤嘴部件，装在过滤嘴香烟等上。
这里使用的术语“双组分”指在纤维结构物的不同部分使用两种不同化学性质的聚合物。虽然其他形式的双组分纤维是可能的，但更普遍的技术在两种聚合物之间产生“并列”关系或“壳芯”关系的双组分纤维。本发明主要涉及生产“壳-芯”双组分纤维，其中可粘接的壳聚合物被纺丝完全包覆在低成本高强度的聚合物材料(如聚丙烯)芯上，优选用“熔喷”纤维法使纤维变细。对于这一结构来说，芯材料可占总纤维量的至少约50％(重)，并可高达约90％(重)，使纤维有高的强度，同时比完全由醋酸纤维制得的纤维有低得多的材料费用。对于更致密的壳材料来说，更高重量百分数的壳材料可能是希望的，例如壳/芯为40/60，以确保为成功的粘接并完全覆盖以及味道效果，同时仍保持芯材料占主要量。甚至较少量的芯材料也可降低纤维和由它用商业上重要的方法制得的烟过滤嘴的成本。
当用于生产烟过滤嘴时，在CA、EVA、VAL或EVAL制成的丝束中并列纤维的壳可通过这里描述的技术在其接触点粘接，形成自支承的过滤嘴杆，提供类似于传统的醋酸纤维素纤维过滤嘴的过滤效率、硬度和抗拉伸性。还有，因为仅表面壳层接触烟，可达到壳层聚合物的高度希望的味道性能，同时可避免芯材料对味道性能不希望有的影响。
虽然双组分纤维是大家熟悉的，但本发明的特定壳一芯组合被认为是独特的，具有意想不到的特性。例如，由于在熔体纺丝CA和使与热塑性材料如聚丙烯制成的复合材料有相容性和变细方面有困难，按本发明用熔喷法制成的这些材料的双组分纤维被认为是新的。同样，虽然EVA和聚烯烃的并列双组分纤维早已提出，主要在生产主要由醋酸纤维素短纤维组成的烟过滤嘴中用作粘合剂，但未认识到使用连续EVA壳芯纤维为这样的过滤嘴产品提供主要组分(或唯一成分)的优点。而且，意想不到的是，有高强度低成本芯(如聚丙烯)和EAL或EVAL壳的双组分纤维可制得相当稳定和自支承的、可渗透空气的粘接杆，它可有效用作烟过滤嘴，另外当在环境条件作用下，它很容易崩解。
用传统的“熔喷”纤维纺丝技术生产的具有这一性质的双组分纤维可在挤出过程中变细，制得超细纤维。虽然直径约11μm的醋酸纤维素纤维是已知的，如上所述，目前商业上可得到的最细醋酸纤维素纤维通常约13μm或更粗。就本发明而言，可制得10μm或细到5μm，甚至约1μm的双组分纤维，并可加到烟过滤嘴杆中。
CA、EVA、VAL或EVAL聚合物壳不仅使生成的烟过滤嘴有商业上要求的烟民们所需的味道性能，而且含有这样的纤维的丝束或网有这些材料预期的极好的粘接性能，因此这样的纤维可在通常工业上使用的高速过滤嘴杆制造设备上加工。而且，当用加热来加速粘接时，在这样的双组分纤维中的聚丙烯芯在丝束的热加工过程中仍保持其强度，很少压扁，并高度膨松。还有，使用聚丙烯芯可避免完全由醋酸纤维素制得的纤维当经受热的潮湿烟作用下崩解的倾向(“热崩解”)，从而避免产生烟旁路。
本发明的双组分纤维可用圆柱形芯和周围的壳制成，但这样的材料也可通过熔喷纤维模头挤塑，产生非圆形截面。例如，已知的技术和设备可用来生产三叶形或“Y”形纤维。同样，也可生产“X”形或其他多分支截面的纤维形状。在所有这些纤维中，壳聚合物应仍完全覆盖聚丙烯芯，以提供上述好处。但是，在最终产品有高的过滤表面积方面，非圆形截面是特别有好处的。
另外，非圆形截面纤维的生产、因此提供了表面积，也提高了在熔喷法中用于使纤维变细的空气的效果，在生成的网中更加膨松。这是一个重要的因素，因为熔喷产品不产生卷曲。非圆形截面通常使在加工双组分纤维中所需的空气量减少，从而进一步使制造成本下降，不仅降低了提供压缩空气的费用，而且还减少了消耗空气的费用。
由于使用本发明的双组分纤维，特别是CA、EVA、VAL或E-VAL聚合物为壳和聚丙烯聚合物为芯的双组分纤维，可用传统的可商购的设备生产烟过滤嘴，可大大节省材料费用，高达70％。而且，当生产很细的熔喷纤维时，可在商业上可接受的压力降下以及在比背景技术的高过滤效率过滤嘴大大节省费用下得到很高过滤效率(高达80-95％或更高)的过滤嘴。有效的是，根据本发明制得的烟过滤嘴的过滤效率至少可与背景技术的过滤嘴相当，由于用低成本的芯材料代替了大部分原用纤维，使费用大幅度下降。用本发明各种纤维组合物制得的过滤嘴的例子以及有关的过滤嘴性能和费用汇于表1、2和3，将在下文讨论。
根据本发明，生产烟过滤嘴中双组分纤维的使用(双组分纤维中壳为VAL或EVAL)有提高生物降解性的另一好处。除了传统的过滤嘴部件外，过滤嘴香烟的其余组分在正常的环境条件下可相对迅速地崩解，留下很少使环境破坏的或占据废物填埋场有效空间的残留物。但是，通常可商购的过滤嘴香烟的高度卷曲的粘接的醋酸纤维素过滤嘴部件难以破坏，从而产生在环境上不希望有的难看的和长寿命的杂物。在水存在下，VAL和EVAL共聚物迅速软化和溶解。所以，根据本发明粘接的接触点形成烟过滤嘴，其中通过用VAL或EVAL壳粘接双组分壳-芯纤维制成的相当自支承的透烟的过滤嘴部件，它在正常环境条件下分解，留下几乎可忽略的很细的纤维。虽然由这样一些材料制成的过滤嘴部件在吸烟过程中可经受住相当少量水汽短时间对它的作用，但使用后粘接接触点与过滤嘴香烟其余部分一起迅速崩解，产生很少在环境上不希望的残留物。甚至使用主要量的本发明双组分纤维与其他纤维材料一起用于生产烟过滤嘴，可得到更迅速生物降解的产品。
虽然完全由双组分纤维(如这里讨论的)制成的烟过滤嘴是独特的和商业上希望的，但是这样的双组分纤维可与少量其他聚合物纤维组合(包括醋酸纤维素均聚物纤维)，用于特殊用途。但是，本发明达到的最大费用节省是通过完全用这里讨论的双组分熔喷纤维制成的烟过滤嘴达到的。
可通过加入固体颗粒或液体添加剂使这样的过滤嘴的各种性能提高。例如，可将细的活性炭颗粒加到这样的双组分纤维的网或粗纱中以后，再将它们收缩制成过滤嘴杆，以便在生成的过滤嘴部件中提供气相过滤特性，正如熟悉本专业的技术人员通常知道的那样。因为传统的醋酸纤维素增塑剂倾向于粘接活性炭或使活性炭失活，本发明由于没有增塑剂或减少了所需增塑剂的用量，其双组分纤维有更高的气相过滤效率。所以，在相同的活性炭加入量下可得到更有效的过滤嘴，或者在相同的效率下可降低过滤嘴的费用。
同样，可将液体香味改进材料或香料喷洒到纤维中，以改变或改进通过由这样的材料制得的过滤嘴部件的烟的香味。例如，通常将薄荷醇加到烟草和/或过滤嘴材料中，以便制得薄荷香型香烟。但是，这样的材料通常被醋酸纤维素纤维吸附，从而使其效率下降。因为聚丙烯芯不吸附，而壳聚合物吸附很少或不吸附，使用本发明的双组分纤维，有可能减少必须达到所需味道效果所加的香料量。
虽然本发明适用于生产有CA、EVA、VAL或EVAL聚合物壳和热塑性聚合物芯的双组分纤维，这些双组分纤维可用于以前使用完全由醋酸纤维素制得的纤维的任何应用场合，但是目前这样的纤维的主要应用是在生产烟过滤嘴中。同样，虽然本发明的烟过滤嘴可能与香烟、雪茄烟或烟斗有关，但这样的过滤嘴的主要商业应用涉及香烟过滤嘴的应用。所以，这些产物将作为本发明广泛应用的例子在这里更详细地描述。
附图的简要说明
当在这里结合附图进行详细说明后，对本发明更好的理解以及本发明的其他目的、特征和优点都将变得十分清楚。其中：
图1为本发明一种“壳-芯”双组分纤维的放大图；
图2为本发明三叶形或“Y”形双组分纤维的放大正视图；
图3为本发明“X”形或十字形双组分纤维的放大正视图；
图4为由本发明的双组分纤维生产烟过滤嘴杆的工艺生产线示意图；
图5为图4生产线中壳-芯熔喷模头部分的放大示意图；
图6为本发明双组分纤维生产的烟过滤嘴杆的放大透视图；
图7为包括本发明过滤嘴部件的香烟的放大透视图；
图8为说明增塑剂对醋酸纤维素树脂流动特性的影响的关系图。
本发明的详细说明
本发明涉及一种双组分壳-芯熔喷纤维，其中芯是低成本高强度热塑性聚合物、优选聚丙烯，而壳优选为醋酸纤维素、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇或乙烯-乙烯基醇共聚物，以及涉及由该双组分纤维制成的烟过滤嘴。
优选的醋酸纤维素为醋酸纤维素树脂碎片，它与标准的增塑剂如三醋酸甘油酯配混。为了制得更小的熔喷双组分纤维，如图8所示，醋酸纤维素树脂必须更高度地塑化以降低其粘度。但是，聚丙烯芯为细纤维提供了结构强度，以确保制成烟过滤嘴的加工性。还有，由于使用与增塑剂适当配混的醋酸纤维素树脂，在制造双组分纤维过程中或当用热粘接技术的烟过滤嘴制造过程中，不需再加增塑剂。优选的是，醋酸纤维素树脂有象现在用于商业生产烟过滤嘴的溶剂纺丝醋酸纤维素大约相同的乙酰化水平，虽然在最终产品没有重大影响的情况下，显著的变化是可能的。
当醋酸纤维素用于壳材料时，优选的增塑剂是醋酸酯如三醋酸甘油酯或二醋酸三乙二醇酯；但是，任何一种醋酸纤维素的增塑剂都可使用。因为聚丙烯芯不吸附增塑剂，大量的增塑剂仍留在双组分聚合物纤维的表面，在制杆过程中仅加热就能使纤维粘接。表面的增塑剂也使纤维对烟有有利的味道影响。聚丙烯芯不吸附增塑剂也使纤维可以纤维丝束、网或粗纱的形式长期贮存，随后用热粘接技术加工成过滤嘴杆。
已发现有良好的加工性的粘接性并对烟味有可接受的影响的替代醋酸纤维素的壳材料包括那些含有醋酸酯和/或许多羟基的聚合物。在这方面的聚合物包括所有由醋酸乙烯醋和一种或多种其他单体如乙烯或丙烯的共聚物制得的聚合物，优选乙烯-醋酸乙烯醋共聚物(EVA)，以及上述聚合物的完全水解或部分水解产物，优选通常含有残留醋酸酯基的聚乙烯醇(VAL)和乙烯-乙烯基醇共聚物(EVAL)。
为了生产小直径双组分纤维，需要低分子量树脂，在某些情况下可加入增塑剂来降低粘度，其关系类似于图8中塑化的醋酸纤维素。以下实施例A和B说明聚合物分子量对EVA/聚丙烯双组分熔喷纤维的纤维尺寸的影响以及EVA聚合物分子量与熔体粘度对生成的纤维尺寸之间的关系。
                        实施例A               实施例B壳聚合物                    EVA                    EVA分子量(MW)                    22,450                 30,600熔体流动速率，g/m             550                    115(ASTM 1238-125℃/0：325Kg)熔体粘度，cps                 325                    660在250°F重量，％                      30                     30芯聚合物                    聚丙烯                 聚丙烯分子量(MW)                    38,400                 88,400熔体流动速率                  550                    550测量的纤维尺寸平均尺寸，μm                 6.7                    10.9
可通过聚合方法改变分子量来改变熔体粘度。还有，也可调节共聚物的共混料。例如，虽然在这里的实施例中EVA使用的20/80重量比的醋酸乙烯酯/乙烯共混料，这一比例可独立地改变。此外，正如指出的，不同含量的增塑剂用于壳聚合物也会改变熔体粘度。熟悉本专业的技术人员可很容易选择适合的参数在本发明的范围内来生产所需尺寸和性能的纤维。
制造用于生产双组分纤维的特定聚合物的方法不是本发明的一部分。在本专业中生产这些聚合物的方法是大家熟悉的，可使用商业上可购得的CA、EVA、VAL或EVAL材料。虽然使用有相同熔体粘度的壳和芯材料不是必须的，因为在双组分熔喷纤维法中每种聚合物分别制备，但选择熔体指数类似于壳聚合物的熔体指数的芯材料如聚丙烯可能是希望的，如果需要，使壳聚合物的粘度改变到类似于芯聚合物的粘度，以确保通过双组分模头熔融挤塑过程中的相容性。对于熟悉本专业的技术人员来说，使用商业上购买的热塑性聚合物和添加剂得到有相容熔体指数的壳-芯组分不是什么问题。
虽然聚丙烯是优选的芯材料，但也可使用其他的热塑性聚合物材料，包括聚酰胺(如尼龙6和尼龙66)和聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯)。但是，由于费用原因，包括低密度聚乙烯和高密度聚乙烯在内的聚烯烃是优选的，并且发现聚丙烯特别适用于提供用熔喷技术生产很细的纤维所需的强度。
虽然在如说明书和附后的权利要求书规定的本发明最宽的范围内，可使用其他壳或芯材料，但优选的壳由塑化的CA、EVA、VAL或EVAL制成，而优选的芯由聚丙烯制成。所以，下文主要提到这些材料。
本发明的双组分纤维图示于图1中的10。当然，为了说明清楚，纤维的尺寸和壳-芯部分的相对比例已作了很大的夸大。纤维10优选由CA、EVA、VAL或EVAL壳12和聚丙烯芯14构成。芯材料占纤维总重的至少50％(重)，优选约80％(重)或更多。
图1所示的双组分纤维的截面为圆形。但是，通过选择壳-芯挤塑模头适合形状的开孔，可得到非圆形截面的纤维，以提高双组分纤维的表面积，提高最终的烟过滤嘴的过滤效率，以及当熔喷技术用于使纤维变细时提高空气使用效率。图2示出三叶形或“Y”形纤维10a，含壳12a和芯14a。同样，图3示出十字形或“X”形双组分纤维10b，含壳12b和14b，说明多分支纤维芯截面是可能的。可看出，在每一情况下，壳完全覆盖芯材料。任何主要部分芯材料覆盖的破坏都会使这里讨论的本发明的许多优点减少或丧失。
图4和5图示说明用于生产本发明的双组分纤维、以及将它加工成过滤嘴杆的优选设备，过滤嘴杆随后可再分成用于生产过滤嘴香烟等的过滤嘴部件。整个加工线用图4的参考数20表示。在所示的实施方案中，双组分纤维本身用加工纤维成烟过滤嘴杆的设备在线制得。这样的安排是采用本发明熔喷技术中采用的，由于对于这一步骤需要小的设备变动。虽然在线加工是独特的，有明显的商业好处，但应当理解，在广义上说，本发明不受这样的限制，本发明的双组分纤维可单独制成并贮存一定的时间。
无论在线或单独制成，双组分纤维本身都可用生产双组分长丝的标准纤维纺丝技术来制得，如参见Powell的专利3176345或3192562或Hills的专利4406850。上述专利有关生产壳芯纤维的双组分纤维的通用技术的内容在这里作为参考全部并入本发明。同样，纤维材料(不管它们是不是双组分纤维)熔喷方法和设备也是大家熟悉的。例如，可提到Buntion的专利3615995和3595245、Schwarz的专利4380570和4731215以及Lohkamp等的专利3825379，这些专利的全部内容在这里作为该技术的背景参考并入本发明。上述参考被认为是大家熟悉的生产双组分纤维的技术和设备以及根据本发明可用于变细的熔喷法的例解说明，而不仅仅限于它们。
总之，一种壳-芯熔喷模头在图5中以25放大示出。将熔融的成壳聚合物26和熔融的成芯聚合物28送入模头25，通过30图示的聚合物分配板的叠板挤塑，它可为上述Hills的专利4406850中所示的类型。
正如前面讨论的，按本发明最宽的概念，双组分纤维不一定需要熔喷。另一方面，纤维可用通常称为“纺粘的”或“射流喷网的”技术收集成网形(未示出)。但是，用熔喷技术将熔融的纤维挤压通过32图示的空气板提供的高速空气螺杆中，使纤维变细和固化，产生直径约10μm或更细的超细双组分纤维。这样的处理产生双组分纤维的无规则分散的缠绕网或粗纱34(见图4)，它是适合于立即加工而不需随后的变细或卷曲加工的形式。
颗粒添加剂如颗粒活性炭层可沉积在丝束34上，如在36处图示的。另一方面，液体添加剂如香料等可喷洒在丝束34上(未示出)。用在38处图示的筛网密封真空收集罐或类似的设备将纤维网或粗纱34与夹带的空气分开以易于进一步加工。
图4中可见的加工线的其余部分是常规的，如在颁发给发明人Richard M.Berger的专利中详细说明和讨论的，虽然为了易于纤维的热粘接，可能需要对个别部件作些修改。示例性的Berger的专利包括4869275、4355995和3637447，在这里这些专利的内容作为参考全部并入本发明。这样的热粘接技术在图4中说明，在那里用熔喷技术制成双组分纤维的网或粗纱34，然后连续通过40处的传统空气喷嘴、42处的开松和在热空气或蒸汽模头44中收集成杆状，在那里塑化的醋酸纤维素的壳或其他适合的壳聚合物被活化，使它们粘接。根据所选的壳材料，其他的加热技术如电介质加热技术可能是适用的或希望的。总之，生成的材料用空气等在模头46中冷却，制成相当稳定和自支承的类杆纤维结构物48。纤维杆48可按传统的方式用纸等50卷制，得到连续卷制的纤维杆52。连续生产的纤维杆52(无论是否卷制)可通过标准的切断机头54，在那里切成预定长度的烟过滤嘴杆，并送入自动包装机中。
通过用任何熟悉的方式分选制得的过滤嘴杆，制成各种各样分离的烟过滤嘴部件，其中之一在图6中60处图示说明。每一过滤嘴部件60有包在包管64中的烟过滤嘴材料的可透空气的细长的主体62。根据本发明，过滤嘴材料62由多个双组分纤维组成，如图1中10所示，在其接触点粘接，产生在使用中烟通过的弯曲空隙通道。
应当理解，根据本发明制成的过滤嘴杆不需要整个是均匀的结构，如这里说明的，而可有内部小囊、外部凹槽、卷曲部分或其他改变，如在上述Berger等的专利中所示，这些都不背离本发明范围。
传统的过滤嘴香烟的各部分在图7中65处图示说明，包括传统的香烟纸68覆盖的烟草杆66，并固定到有一段过滤嘴部件70的过滤嘴上，如在传统的香烟制造设备(未示出)上再分过滤嘴杆制得的过滤嘴部件70。过滤嘴部件70有用包管74卷制的过滤材料主体72，并用传统的方法如标准的外层包装纸76固定。表1、2和3所示的实施例提供了有关本发明的进一步信息。但是，应当理解，这些实施例只是用来说明本发明，在不违背本发明精神的情况下可改变各种材料和加工参数。
                                 表1
实施例            1          2        3        4        5      6壳聚合物          对比  *   EVA      对比  *  EVA      VAL     CA芯聚合物          相同      PP       相同     PP       PP      PP壳/芯比           N/A       30/70    N/A      30/70    40/60   30/70过滤嘴重，g**     0.150     0.132    0.171    0.136    0.167   0.210压力降            2.8       2.7      4.5      4.5      4.4     3.8英寸水压总颗粒物保留率    57        63       69       74       76      67*传统的醋酸纤维素(CA)过滤嘴**27mm过滤嘴EVA：乙烯-醋酸乙烯共聚物VAL：聚乙烯醇PP： 聚丙烯
                          表2
实施例              7           8         9      10壳聚合物           对比*       EVA       EVA     VAL芯聚合物           相同        PP        PP      PP壳/芯比            N/A         30/70     30/70   40/60活性炭，g**        0.066       0.050     0.050   0.033过滤嘴重量，g**    0.127       0.095     0.095   0.145压力降             4.2         4.2       3.4     3.4英寸水压总颗粒物保留率％   63          76        71      73汽相保留率％       52          77        78      50*传统的醋酸纤维素(CA)过滤嘴**20mm过滤嘴EVA：乙烯-醋酸乙烯共聚物VAL：聚乙烯醇PP： 聚丙烯
                             表3
                         原料费用比较实施例           材料            价格      纤维重量         费用
                              $/lb      ％     g/120mm     $/10001(对比)
             醋酸纤维素纤维       1.63     100      0.667       2.392                PP               0.46     70      0.412       0.42
             EVA              0.74     30     0.176      0.29
             合计                      100     0.588       0.713(对比)
             醋酸纤维素纤维       1.63     100      0.762       2.744                PP               0.46     70      0.423       0.43
             EVA              0.74     30     0.182      0.30
             合计                      100     0.605       0.735                PP               0.46     60      0.447       0.453
             VAL              1.75     40     0.298      1.149
             合计                      100     0.745       1.6026                PP               0.46     70      0.63        0.638
             CA树脂           1.86     30     0.27       1.106
             合计                      100     0.90        1.744
                                  表3(续)
实施例          材料              价格            纤维重量         费用
                              $/lb          ％     g/120mm    $/10007(对比)
            醋酸纤维素纤维    1.63         65.5    0.76        2.729
            活性炭            1.74          34.5    0.40       1.533
            合计                           100     1.16        4.2628/9             PP                0.46         46.0    0.40        0.405
            EVA               0.74         19.5    0.17        0.277
            活性炭            1.74          34.5    0.30        1.150
            合计                           100     0.87        1.83210              PP                0.46         48.6    0.52        0.527
            VAL               1.75         32.7    0.35        1.349
            活性炭            1.74          18.7    0.20        0.767
            合计                           100     1.07        2.643
通过表1中对比例与本发明制得的过滤嘴部件的比较，可以看出有可能在商业上可接受的压力降和减少过滤嘴重量情况下提高过滤效率。更重要的是，正如从表3看出的，原料费用显著下降，高达70％。同样，在表2中，当活性炭加到过滤嘴部件中时，固体相和汽相的过滤效率都提高，尽管如表3证明的原料费用显著下降。预计用VAL的费用和功能上的好处也适用于用EVAL壳。
虽然已给出并讨论了优选的实施方案和加工参数，但是应当理解，这些实施例只是说明性的，在不违背本发明精神的情况下可作出各种改变。

Claims (76)

1.连续双组分纤维，它们含有基本上全部被选自醋酸纤维素、醋酸乙烯酯与至少一种另外的单体的共聚物以及所述共聚物全部和部分水解的产物的聚合物材料壳包覆的热塑性聚合物材料芯，其中所述的纤维的平均直径为10μm或更细。
2.根据权利要求1的双组分纤维，其中所述纤维由熔喷所述壳-芯材料的连续挤塑物制成。
3.根据权利要求1的双组分纤维，其中所述的壳材料选自塑化的醋酸纤维素、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇和乙烯-乙烯基醇共聚物。
4.根据权利要求3的双组分纤维，其中所述的壳材料是塑化的醋酸纤维素。
5.根据权利要求4的双组分纤维，其中增塑剂是三醋酸甘油酯。
6.根据权利要求4的双组分纤维，其中所述的芯材料是聚丙烯。
7.根据权利要求3的双组分纤维，其中所述的壳材料是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
8.根据权利要求7的双组分纤维，其中所述的芯材料是聚丙烯。
9.根据权利要求3的双组分纤维，其中所述的壳材料选自聚乙烯醇和乙烯-乙烯基醇共聚物。
10.根据权利要求9的双组分纤维，其中所述的壳材料是聚乙烯醇。
11.根据权利要求10的双组分纤维，其中所述的芯材料是聚丙烯。
12.根据权利要求9的双组分纤维，其中所述的壳材料是乙烯-乙烯基醇共聚物。
13.根据权利要求12的双组分纤维，其中芯材料是聚丙烯。
14.根据权利要求1的双组分纤维，其中热塑性材料是聚烯烃。
15.根据权利要求14的双组分纤维，其中所述的聚烯烃是聚丙烯。
16.根据权利要求1的双组分纤维，其中所述的芯材料占纤维总重的至少50％(重)。
17.根据权利要求1的双组分纤维，其中纤维有非圆形截面。
18.根据权利要求17的双组分纤维，其中所述的纤维有“Y”形截面。
19.根据权利要求17的双组分纤维，其中所述纤维有“X”形截面。
20.一种权利要求1的双组分纤维的无规分散的缠绕网或粗纱。
21.一种权利要求6的双组分纤维的无规分散的缠绕网或粗纱。
22.一种权利要求8的双组分纤维的无规分散的缠绕网或粗纱。
23.一种权利要求11的双组分纤维的无规分散的缠绕网或粗纱。
24.一种权利要求13的双组分纤维的无规分散的缠绕网或粗纱。
25.根据权利要求20的网或粗纱，它还含有载于纤维表面上的添加材料。
26.根据权利要求25的网或粗纱，其中所述的添加材料是颗粒材料。
27.根据权利要求26的网或粗纱，其中所述的添加材料包括活性炭颗粒。
28.根据权利要求25的网或粗纱，其中所述的添加材料是液体。
29.根据权利要求28的网或粗纱，其中所述的添加材料是香料。
30.一种烟过滤装置，含有在接触的空间点相互粘接的连续纤维得到的基本上自支承的圆柱形纤维材料部件，产生了烟油通过的弯曲空隙通道，至少主要部分的所述纤维是双组分纤维，它含有基本上完全被选自醋酸纤维素、醋酸乙烯酯和至少另外一种单体的共聚物以及所述共聚物的全部和部分水解产物的聚合物壳包覆的热塑性材料芯。
31.根据权利要求30的过滤装置，其中所述的壳材料选自醋酸纤维素、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇和乙烯-乙烯基醇共聚物。
32.根据权利要求31的过滤装置，其中所述的壳材料是塑化的醋酸纤维素。
33.根据权利要求32的过滤装置，其中所述的芯材料是聚丙烯。
34.根据权利要求31的过滤装置，其中所述的壳材料是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
35.根据权利要求34的过滤装置，其中所述的芯材料是聚丙烯。
36.根据权利要求31的过滤装置，其中所述的壳材料选自聚乙烯醇和乙烯-乙烯基醇共聚物。
37.根据权利要求37的过滤装置，其中所述的壳材料是聚乙烯醇。
38.根据权利要求37的过滤装置，其中所述的芯材料是聚丙烯。
39.根据权利要求36的过滤装置，其中所述的壳材料是乙烯-乙类烯基醇共聚物。
40.根据权利要求39的过滤装置，其中所述的芯材料是聚丙烯。
41.根据权利要求30的过滤装置，其中所述的纤维材料含平均直径为约10μm或更细的所述双组分纤维的缠绕的网或粗纱。
42.根据权利要求30的过滤装置，它还含有载在所述过滤嘴部件的纤维上的添加剂。
43.根据权利要求42的过滤装置，其中所述的添加剂是活性炭。
44.根据权利要求42的过滤装置，其中所述的添加剂为香料。
45.根据权利要求30的过滤装置，其中所述的过滤嘴部件被纸卷制。
46.一种过滤嘴杆，含有多个彼此头尾相连在一起的权利要求30的过滤嘴部件。
47.一种含有烟草部分和过滤嘴部分的香烟，其中所述的过滤嘴部分有权利要求30的过滤嘴装置。
48.根据权利要求47的香烟，其中所述的壳材料是塑化的醋酸纤维素。
49.根据权利要求48的香烟，其中所述的芯材料是聚丙烯。
50.根据权利要求47的香烟，其中所述的壳材料是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
51.根据权利要求50的香烟，其中所述的芯材料是聚丙烯。
52.根据权利要求47的香烟，其中所述的壳材料选自聚乙烯醇和乙烯-乙烯基醇共聚物。
53.根据权利要求52的香烟，其中所述的材料是聚乙烯醇。
54.根据权利要求53的香烟，其中所述的芯材料是聚丙烯。
55.根据权利要求52的香烟，其中所述的壳材料是乙烯-乙烯基醇共聚物。
56.根据权利要求55的香烟，其中所述的芯材料是聚丙烯。
57.根据权利要求47的香烟，其中所述的烟草部分和所述的过滤嘴部分通过外表包覆物彼此连接。
58.一种制作烟过滤嘴的方法，该方法包括：
a)分别提供熔融成芯的热塑性材料源和熔融成壳的材料源，后者选自醋酸纤维素、醋酸乙烯酯和至少一种另外单体的共聚物以及所述共聚物的全部和部分水解产物；
b)通过组合的壳-芯模头各种各样的开口连续挤塑所述的熔融成芯材料和熔融成壳材料，制得高度缠绕的双组分纤维网，每一纤维都有基本上完全被成壳材料的壳包覆的成芯材料的连续芯；
c)将所述的双组分纤维网收集成杆状；
d)加热所述的收集网使它们在其接触点可粘接；
e)冷却生成的部件，制成有烟通过的弯曲通道的连续杆；
f)将它切成一定长度。
59.根据权利要求58的方法，其中以连续在线方式将双组分纤维制成并加工成所述的杆。
60.根据权利要求58的方法，其中所述的成芯材料是聚烯烃。
61.根据权利要求59的方法，其中所述的聚烯烃是聚丙烯。
62.根据权利要求58的方法，其中所述的成壳材料选自醋酸纤维素、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇以及乙烯-乙烯基醇共聚物。
63.根据权利要求62的方法，其中所述的成壳材料是塑化的醋酸纤维素。
64.根据权利要求63的方法，其中所述的成芯材料是聚丙烯。
65.根据权利要求62的方法，其中所述的成壳材料是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
66.根据权利要求65的方法，其中所述的成芯材料是聚丙烯。
67.根据权利要求62的方法，其中所述的成壳材料选自聚乙烯醇和乙烯-乙烯基醇共聚物。
68.根据权利要求67的方法，其中所述的成壳材料是聚乙烯醇。
69.根据权利要求68的方法，其中所述的成芯材料是聚丙烯。
70.根据权利要求67的方法，其中所述的成壳材料是乙烯-乙烯基醇共聚物。
71.根据权利要求70的方法，其中所述的成芯材料为聚丙烯。
72.根据权利要求58的方法，其中还包括在所述的双组分纤维从壳-芯模头出来时与在压力下的气体接触的步骤，使所述的双组分纤维仍处在熔融状态时变细，从而制得无规分散的缠绕的双组分纤维的网或粗纱。
73.根据权利要求72的方法，其中所述的纤维被充分变细，制得平均直径为约10μm或更细的纤维的网或粗纱。
74.根据权利要求58的方法，其中所述的双组分纤维通过的所述壳-芯模头使所述双组分纤维挤塑的开口是非圆形的，因此制得非圆形截面的双组分纤维。
75.根据权利要求74的方法，其中所述的纤维有“Y”形截面。
76.根据权利要求74的方法，其中所述的纤维有“X”形截面。
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