CZ2005670A3

CZ2005670A3 - Cigaretový filtr a zpusob jeho výroby

Info

Publication number: CZ2005670A3
Application number: CZ20050670A
Authority: CZ
Inventors: Jirsák@Oldrich; Sanetrník@Filip; Novák@Ondrej; Pokorný@Pavel; Mareš@Ladislav
Original assignee: Elmarco, S. R. O.
Priority date: 2005-10-24
Filing date: 2005-10-24
Publication date: 2007-05-30
Also published as: US20080283071A1; CN101296628A; EP1973430A1; JP2009512455A; EA200800933A1; WO2007048359A1; CZ298892B6; CA2624770A1; AU2006308344A1; KR20080059566A

Abstract

Cigaretový filtr obsahuje mikrovlákna (21), pricemž též obsahuje od 0,5 do 10 % hmotnostních polymerních nanovláken (22), která jsou usporádána mezi mikrovlákny (21). Pri zpusobu výroby cigaretového filtru obsahujících mikrovlákna (21) se k povrchu útvaru urceného k výrobe cigaretového filtru (2) tvoreného alespon z 90 % hmotnostních mikrovlákny (21) privedou nanovlákna (22) nebo útržky (23) plošné nanovlákenné textilie a uloží se na povrchu a/nebo v objemu útvaru v množství od 0,5 do 10 % hmotnostních.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká cigaretového filtru obsahujícího mikrovlákna a způsobu jeho výroby.

Dosavadní stav techniky

Funkcí cigaretových filtrů je zachycování zdraví škodlivých složek cigaretového kouře, zejména organických látek, vznikajících při nedokonalém spalování tabáku a cigaretového papíru. Filtry se vyrábějí nejčastěji z filtračních, respektive krepovaných papírů nebo vlákenných kabelů nebo soustav v podstatě rovnoběžných přízi nebo nití, přičemž všechna provedení jsou vytvořena z mikrovláken z materiálu s minimálním vlivem na „chuť“ cigarety, což je například acetát celulózy. Zároveň je nutné, aby materiál a konstrukce kabelu i ostatních částí filtru nezpůsoboval výrazné zvýšení tlakového spádu mezi oběma konci filtru, což by mělo z pohledu konzumenta podstatný a negativní vliv.

Všeobecnou snahou je zvyšování účinnosti odlučování zdraví škodlivých složek cigaretového kouře a tím snižování zdravotních rizik souvisejících zejména s aktivním kouřením. Jednou z možností zvýšení účinnosti odlučování je změna sorpčních vlastností cigaretového filtru, která vede k podstatné změně jeho konstrukce a k výrobě dělených cigaretových filtrů. Jedná se o filtry tvořené několika úseky kabelu acetátu celulózy nebo filtračního papíru, mezi nimiž je umístěn sorpční element, obsahující látku vykazující výhodné sorpční vlastnosti, jako například granulované aktivní uhlí. Díky této změně v konstrukci cigaretových filtrů však tyto vykazuji poměrně velkou tlakovou ztrátu a navíc stoupají i nároky a náklady na výrobu takovýchto cigaretových filtrů.

Z WO 2005/009150, případně z analogického US 2005/139223 je znám cigaretový filtr vytvořený výhradně z nanovláken. Takový filtr má velmi velký měrný povrch a z toho vyplývající dobré sorpční a filtrační vlastnosti. Nevýhodou však je vysoká cena, která brání uplatnění filtru v praxi. I když je v

I···*» <·· · · • * · »··· · ··· «· ·► ·· přihlášce popisována nízká tlaková ztráta cigaretového filtru, nelze na základě znalostí vlastností nanovlákenných textilií s tímto tvrzením souhlasit a lze naopak předpokládat, že tlaková ztráta cigaretového filtru tvořeného nanovlákny bude vysoká. WO 2005/009150 dále popisuje cigaretový filtr, jehož část je tvořena nanovlákny, a to buď část délky filtru nebo část průměru filtru. Tato opatření však sníží výše uvedené nevýhody pouze částečně.

Cílem vynálezu je odstranit nevýhody stavu techniky a vytvořit cigaretový filtr s vysokými sorpčními a filtračními vlastnostmi a přitom co nejméně zvýšit jeho cenu.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo cigaretovým filtrem obsahujícím mlkrovlákna podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje od 0,5 do 10 % hmotnostních polymemích nanovláken, která jsou uspořádána mezi mikrovlákny, přičemž je podle nároku 2 výhodné, jsou-li nanovlákna mezi mikrovlákny v celém objemu cigaretového filtru uspořádána rovnoměrně. Nanovlákna uspořádaná mezi mikrovlákny podstatně zvyšují měrný povrch filtru a přitom v důsledku svého malého podílu na celkové hmotnosti filtru a uspořádání nanovláken mezi mikrovlákny minimálně zvyšují tlakovou ztrátu filtru.

Nejvýhodnější obsah nanovláken v cigaretovém filtru je v rozmezí 0,5 až 3,0 % hmotnostních.

Mikrovtákna jsou uspořádána do lineárních nebo plošných útvarů, přičemž prostory vznikající mezi těmito útvary, respektive mezi útvary obsahujícími mikrovlákna jako hlavní složku v množství alespoň 90 %, respektive mezí mikrovlákny jsou podle nároku 4 vyplněny lineárními nebo plošnými textilními útvary tvořenými nanovlákny. V jiném výhodném případě, jsou textilní útvary tvořené nanovlákny uspořádány přímo na povrchu textilních útvarů tvořených mikrovlákny, přičemž charakteristický rozměr textilních útvarů tvořených nanovlákny nepřesahuje 5 mm.

Výhodou spojení lineárních a plošných útvarů tvořených mikrovlákny a nanovlákny je, že filtrační materiál, již při relativně malém obsahu nanovláken, ·»··· » « * ·«*·>* » *·· 9 ··« »· «· »·« obvykle se pohybujícím v jednotkách hmotnostních procent, vykazuje poměrně velký měrný povrch a zároveň si díky vysokému obsahu mikrovláken udržuje téměř stejný tlakový spád, jako cigaretové filtry tvořené výhradně mikrovlákny.

Podle nároku 7 je zejména z výrobních důvodů, a to oddělení výroby 5 nanovlákenné textilie a vlastního filtru, výhodné, jestliže textilní útvary tvořené nanovlákny jsou útržky plošné nanovlákenné textilie o rozměrech do 5 x 5 mm.

V jednom z výhodných provedení cigaretového filtru podle vynálezu jsou nanovlákna, případně útržky plošné nanovlákenné textilie naneseny na povrch krepovaného papíru obsahujícího mikrovlákna v množství alespoň 90 % hmotnostních., který je následně svinut do tvaru válce tvořícího cigaretový filtr..

Ve výhodném provedeni cigaretového filtru podle nároků 9 a 10 jsou nanovlákna nebo útržky plošného textilního útvaru tvořeného nanovlákny naneseny na povrchu a/nebo uvnitř plošného nebo lineárního textilního útvaru tvořeného mikrovlákny, z něhož je dále vytvořeno těleso cigaretového filtru, přičemž lineárním textilním útvarem tvořeným nanovlákny je s výhodou mikrovlákenný kabel, mikrovlákenná nit nebo mikrovlákenná příze.

Výhodný způsob výroby cigaretové filtru podle vynálezu je způsob, kdy se k povrchu útvaru určeného k výrobě cigaretového filtru tvořeného alespoň z 90 % mikrovlákny přivedou nanovlákna nebo útržky plošného textilního útvaru tvořeného nanovlákny, které se uloží na jeho povrch nebo do jeho struktury v množství od 0,5 do 10 % hmotnostních, načež se útvar s nanovlákny svine nebo jinak vytvaruje do tvaru válce tvořícího cigaretový filtr.

U tohoto způsobu je výhodné, když množství nanovláken je v rozmezí od 0,5 do 3,0 % hmotnostních.

Jiným výhodným způsobem je uložení nanovláken nebo útržků plošné nanovlákenné textilie na povrch krepovaného papíru, který se následně svine, čímž se vytvoří cigaretový filtr.

Jiným výhodným způsobem výroby cigaretového filtru podle vynálezu je uložení nanovláken nebo útržků plošné nanovlákenné textilie na povrchu a/nebo v objemu plošného textilního útvaru, který se následně vytvaruje do válce tvořícího cigaretový filtr.

» · * • · · · ·

Jiným výhodným způsobem výroby cigaretového filtru podle vynálezu je uložení nanovláken nebo útržků plošné nanovlákenné textilie na povrchu a/nebo v objemu lineárního textilního útvaru.

Přehled obrázků na výkrese

Příklady provedení cigaretového filtru podle vynálezu jsou schematicky znázorněny na přiložených výkresech, kde značí obr. 1 cigaretu s filtrem, obr, 2 podélný rez cigaretovým filtrem z mikrovlákenného kabelu s nanovlákny mezi mikrovlákny, obr. 3 podélný rez cigaretovým filtrem z mikrovlákenného kabelu s útržky nanovlákenné textilie mezí mikrovlákny, obr. 4 podélný řez cigaretovým filtrem z mikrovlákenných nití nebo mikrovlákenných přízí, mezi nimiž jsou nanovlákna, obr. 5 podélný řez cigaretovým filtrem z mikrovlákenných nití nebo mikrovlákenných přízí, mezi nimiž jsou útržky nanovlákenné textilie, obr. 6 cigaretový filtr z krepovaného papíru, obr. 7 podélný řez cigaretovým filtrem z krepovaného papíru obsahujícího mikrovlákna, na jehož povrchu jsou nanovlákna a obr. 8 podélný řez cigaretovým filtrem z krepovaného papíru, mezi jehož vrstvami jsou útržky nanovlákenné textilie.

Příklady provedení vynálezu

U cigarety 1 znázorněné na obr. 1 je cigaretový filtr 2 tvořen válcovým tělesem jehož jedno čelo je připojeno k tabákové válcové části 3 cigarety a druhé je volné. Ze stavu techniky je známo, že válcové těleso cigaretového filtru je tvořeno vlákenným kabelem nebo soustavou vlákenných kabelů s v podstatě rovnoběžnými vlákny, popřípadě soustavou v podstatě rovnoběžných nití nebo přízí, přičemž vlákna, příze či niti jsou uloženy rovnoběžně se směrem proudění spalin filtrem a jsou tvořeny vlákny, jejichž průměr se pohybuje v rozmezí od 1 do 40 mikrometrů, a proto budou dále nazývána mikrovlákny 21_. Podle vynálezu jsou mezi těmito mikrovlákny 21 uspořádána nanovlákna 22 v množství do 10 % hmotnostních. Při tom je výhodné Jsou-li nanovlákna 22 mezi mikrovlákny 21 uspořádána v celém objemu cigaretového filtru 2 rovnoměrně.

Cigaretový filtr 2 podle výše popsaného provedení má mnohem větší měrný povrch a tedy i filtrační a sorpční vlastnosti, než je tomu u klasického * 4 · · • 444*4

4

4 4 4 4 cigaretového filtru, který je tvořen pouze mikrovlákny, neboť například směs obsahující 99 hmotnostních procent mikrovláken 21 o průměru 20 mikrometrů a 1 hmotnostní procento nanovláken 22 o průměru 0,2 mikrometru (200 nm) má dvojnásobný měrný povrch, než je tomu při použití samotných mikrovláken 21, zároveň však díky možnosti regulace velikosti pórů při výrobě filtru 2, umožňuje dosažení poměrně malé tlakové ztráty, která pří použití tohoto materiálu dosahuje hodnot menších než 5% z celkového tlakového spádu.

Cigaretové filtry tvořené směsí mikrovláken a nanovláken lišící se poměrem jednotlivých složek, jejich vzájemným uspořádáním a vlastním vytvořením budou popsány dále.

Cigaretový filtr 2 podle obr. 2 je vytvořen z mikrovlákenného kabelu, u něhož jsou mezi mikrovlákny 21 uspořádána nanovlákna 22. V neznázorněném přikladu provedení může být mikrovlákenný kabel tvořen soustavou mikrovlákenných kabílků a nanovlákna 22 jsou uspořádána jak mezi mikrovlákny 21 jednotlivých kabílků tak mezi kabílky.

Při výrobě cigaretového filtru podle výše popsaného příkladu provedení je mikrovlákenný kabel běžně používaný pro výrobu cigaretových filtrů v rozbaleném stavu, to znamená ve tvaru stuhy, veden kontinuálně pracujícím zařízením pro výrobu nanovláken, například elektrostatickým zvlákňovacím zařízením, v němž tvoří podkladový materiál, na který se ukládají vyráběná nanovlákna, přičemž obsah nanovláken v takto vznikajícím filtračním materiálu, který je dále známým způsobem zpracován na cigaretový filtr, se s výhodou pohybuje v rozmezí 0,5 - 3,0 hmotnostních procent.

Cigaretový filtr 2 podle obr. 3 je opět vytvořen z mikrovlákenného kabelu, u něhož jsou mezi mikrovlákny 21 uspořádány útržky 23 plošné nanovlákenné textilie o rozměrech do 5 x 5 mm. V neznázorněném příkladu provedení mohou být vytvořeny i z lineárního nanovlákenného textilního materiálu, přičemž jejich maximální rozměr se pohybuje do 5 mm.

Při výrobě cigaretového filtru podle tohoto příkladu provedení se na mikrovlákenný kabel v rozbaleném stavu přivedou pomocí proudu vzduchu útržky 23 plošné nanovlákenné textilie, které se zachytí mezi mikrovlákny 21_ kabelu a například v důsledku podtlaku v prostoru za rozbaleným • · • · · ··«··· * * · · * • · · · · · · ···· · ····· ·· · mikrovlákenným kabelem se útržky 23 dostanou mezi mikrovlákna 21 uvnitř rozbaleného kabelu, který se následně obvyklým způsobem zformuje do válcového tvaru a vytvoří tak cigaretový filtr podle obr. 3. Obsah nanovláken 22 ve výsledném cigaretovém filtru se pohybuje v rozmezí 0,2 - 2,5 hmotnostních procent.

V příkladech provedení podle obr. 4 a 5 je cigaretový filtr vytvořen z mikrovlákenných nití 24 nebo mikrovlákenných přízí, mezi nimiž jsou u provedení podle obr. 4 uspořádána nanovlákna 22 a u provedení podle obr. 5 jsou mezi mikrovlákennými nitěmi 24 nebo přízemi uspořádány útržky 23 plošné nanovlákenné textilie.

Při výrobě cigaretového filtru podle obr. 4 se soustava mikrovlákenných nití 24 nebo přízí vyrovná do rovinného útvaru, v němž se mikrovlákenné niti 24 nebo příze nacházejí vedle sebe, s výhodou těsně vedle sebe, v jedné nebo více vrstvách. Tento rovinný útvar prochází elektrostatickým zvlákňovacím zařízením, přičemž tvoří podkladový materiál, na který se známým způsobem ukládají nanovlákna 22. Následně se soustava mikrovlákenných nití 24 nebo přízí s nanesenými nanovlákny 22 upraví známým způsobem do válcového tvaru a vytvoří tak cigaretový filtr.

Pří výrobě cigaretového filtru podle obr. 5 se soustava mikrovlákenných nití 24 nebo přízí vyrovná do rovinného útvaru, v němž se mikrovlákenné niti 24 nebo příze nacházejí vedle sebe, s výhodou těsně vedle sebe, v jedné nebo více vrstvách, načež se na tento rovinný útvar proudem vzduchu přivádějí útržky 23 plošné nanovlákenné textilie o rozměrech do 5 x 5 mm. Následně se soustava mikrovlákenných nití 24 nebo přízí s útržky 23 nanovláken uspořádanými mezi mikrovlákennými nitěmi 24 nebo přízemi upraví známým způsobem do válcového tvaru a vytvoří tak cigaretový filtr 2.

V provedení podle obr. 6, 7 a 8 je cigaretový filtr vytvořen z krepovaného papíru 25, který je alespoň z 90 % hmotnostních tvořen mikrovlákny, U provedení podle obr. 7 jsou na povrchu krepovaného papíru 25 nanesena nanovlákna 22, přičemž vytvářejí vrstvu, jejíž tloušťka může být proměnlivá nebo nepravidelná. U provedení podle obr. 8 jsou na povrchu krepovaného papíru naneseny útržky 23 plošné nanovlákenné textilie. Obsah nanovláken se v obou případech pohybuje v rozmezí 0,8-3,5 hmotnostních procent.

• 4 *

4 4 4 4 4 .'» .<·« «««· 4 4 4.444 4

4 4 4 4 4 4

4444 4 444 44 44

Při výrobě cigaretového filtru podle obr. 7 krepovaný papír 25 před svým svinutím do tvaru válce přivádí podkladový materiál do elektrostatického zvlákňovacího zařízení, kde se na něj známým způsobem ukládají nanovlákna 22 a vytvářejí vrstvu. Následně se krepovaný papír 25 s nanesenou vrstvou nanoviáken 22 svine do tvaru válce tvořícího cigaretový filtr 2.

Při výrobě cigaretového filtru podle obr. 8 se na krepovaný papír 25 v rozvinutém stavu přivádějí proudem vzduchu útržky 23 plošné nanovlákenné textilie o rozměrech do 5 x 5 mm. Následně se krepovaný papír 25 s útržky 23 známým způsobem svine do tvaru válce tvořícího cigaretový filtr Z

Množství nanoviáken 22, které obsahuje cigaretový filtr 2 podle vynálezu může být i vyšší, než je popisováno v uvedených příkladech provedení, avšak s ohledem na ekonomiku výroby cigaretových filtrů a cigaret vůbec je maximální množství polymerních nanoviáken 22 v cigaretovém filtru 2 od 0,5 do 10 % hmotnostních. Menši množství nanoviáken 22 než 0,5 % hmotnostních přináší jen malé zlepšení filtračních a sorpčních vlastností cigaretového filtru a množství nanoviáken 22 větší než 10 % hmotnostních neúměrně zvyšuje cenu filtru. S ohledem na filtrační a sorpčni vlastnosti cigaretového filtru 2 a cenovou dostupnost je nejvýhodnější obsahu nanoviáken 22 v cigaretovém filtru 2 v rozmezí od 0,5 do 3,0 procent hmotnostních.

Vynález se neomezuje pouze na popsaná provedení cigaretových filtrů a způsobu jejich výroby, ale zahrnuje i jejich kombinace a další provedení cigaretových filtrů, které obsahují směs mikrovláken a nanoviáken, přičemž množství nanoviáken ve směsi je od 0,5 do 10 % hmotnostních.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Cigaretový filtr obsahující mikrovlákna, vyznačující se tím, že obsahuje od 0,5 do 10 % hmotnostních polymerních nanovláken (22), která

5 jsou uspořádána mezi mikrovlákny (21).
2. Cigaretový filtr podle nároku 1, vyznačující se tím, že nanovlákna (22) jsou mezi mikrovlákny (21) v celém objemu cigaretového filtru (2) uspořádána rovnoměrné.
3. Cigaretový filtr podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že obsah 10 nanovláken (22) v cigaretovém filtru (2) je v rozmezí 0,5 až 3,0 % hmotnostních.
4. Cigaretový filtr podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že nanovlákna (22) jsou uspořádána ve formě plošných a/nebo lineárních textilních útvarů, které jsou uloženy mezi mikrovlákny (21), respektive mezi útvary tvořenými mikrovlákny nebo útvary, které mikrovlákna

15 (21) obsahují jako hlavní složku v množství alespoň 90 % hmotnostních.
5. Cigaretový filtr podle nároku 4, vyznačující se tím, že nanovlákna (22) a/nebo textilní útvary tvořené nanovlákny jsou uloženy na povrchu útvarů tvořených mikrovlákny (21) nebo mikrovlákna (21) obsahujících.
6. Cigaretový filtr podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že textilní 20 útvary tvořené nanovlákny (22) jsou plošné a/nebo lineární textilní útvary o charakteristickém rozměru do 5 mm.
7. Cigaretový filtr podle nároku 6, vyznačující se tím, že textilní útvary tvořené nanovlákny (22) jsou útržky (23) plošné nanovlákenné textilie o rozměrech do 5 x 5 mm.

25
8. Cigaretový filtr podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že nanovlákna (22) nebo útržky plošné nanovlákenné textilie jsou naneseny na povrchu krepovaného papíru (25) obsahujícího mikrovlákna v množství alespoň 90 % hmotnostních.
9. Cigaretový filtr podle libovolného z nároků 1 až 7, vyznačující se tím,

30 že nanovlákna (22) nebo útržky (24) plošné nanovlákenné textilie jsou naneseny na povrchu a/nebo uvnitř plošného textilního útvaru tvořeného «1· mikrovlákny (21), z něhož je cigaretový filtr (2) vytvořen.
10. Cigaretový filtr podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že nanovlákna (22) nebo útržky (24) jsou naneseny na povrchu a/nebo uvnitř lineárního textilního útvaru tvořeného mikrovlákny (21), z

5 něhož je cigaretový filtr (2) vytvořen.
11. Cigaretový filtr podle nároku 10, vyznačující se tím, že lineárním textilním útvarem je mikrovlákenný kabel.
12. Cigaretový filtr podle nároku 10, vyznačující se tím, že lineárním textilním útvarem je mikrovlákenná nit (24) nebo mikrovlákenná příze.

10 13. Způsob výroby cigaretového filtru obsahujícího mikrovlákna, vyznačující se tím, že k povrchu útvaru určeného k výrobě cigaretového filtru (2) tvořeného alespoň z 90 % hmotnostních mikrovlákny (21) se přivedou nanovlákna (22) nebo útržky (23) plošné nanovlákenné textilie a uloží se na povrchu a/nebo v objemu útvaru v množství od 0,5 do 10 % hmotnostních.
15 14. Způsob podle nároku 13, vyznačující se tím, že množství nanovláken je v rozmezí od 0,5 do 3 % hmotnostních.

15. Způsob podle nároku 13 nebo 14, vyznačující se tím, že útvarem určeným pro výrobu cigaretového filtru (2) je krepovaný papír (25), na jehož povrch se nanáší nanovlákna (22) nebo útržky (23) plošné nanovlákenné textilie

20 a který se následně svine do tvaru válce tvořícího cigaretový filtr (2).
16. Způsob podle nároku 13 nebo 14, vyznačující se tím, že útvarem určeným pro výrobu cigaretového filtru je plošný textilní útvar tvořený mikrovlákny (21), přičemž nanovlákna (22) nebo útržky (23) plošné nanovlákenné textilie se ukládají na povrchu a/nebo v objemu plošného

25 textilního útvaru, který se následně vytvaruje do válce tvořícího cigaretový filtr (2).
17. Způsob podle nároku 13 nebo 14, vyznačující se tím, že útvarem určeným pro výrobu cigaretového filtru je lineární textilní útvar tvořený mikrovlákny (21), přičemž nanovlákna (22) nebo útržky (23) plošné

30 nanovlákenné textilie se ukládají na povrchu a/nebo v objemu lineárního textilního útvaru.