EA013577B1 - Фасонные углеродные волокна и их применение - Google Patents

Фасонные углеродные волокна и их применение Download PDF

Info

Publication number
EA013577B1
EA013577B1 EA200800167A EA200800167A EA013577B1 EA 013577 B1 EA013577 B1 EA 013577B1 EA 200800167 A EA200800167 A EA 200800167A EA 200800167 A EA200800167 A EA 200800167A EA 013577 B1 EA013577 B1 EA 013577B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
carbon
precursor
fiber
shaped
template
Prior art date
Application number
EA200800167A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200800167A1 (ru
Inventor
Лисинь Лукэ Сюэ
Шучжун Чжуан
Лицюнь Юй
Джон Б. Пейн III
Original Assignee
Филип Моррис Продактс С.А.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Филип Моррис Продактс С.А. filed Critical Филип Моррис Продактс С.А.
Publication of EA200800167A1 publication Critical patent/EA200800167A1/ru
Publication of EA013577B1 publication Critical patent/EA013577B1/ru

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
    • D01F9/20—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products
    • D01F9/24—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
    • A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter-tips, filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces for cigars or cigarettes
    • A24D3/02—Manufacture of tobacco smoke filters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
    • A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter-tips, filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces for cigars or cigarettes
    • A24D3/04—Tobacco smoke filters characterised by their shape or structure
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
    • A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter-tips, filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces for cigars or cigarettes
    • A24D3/06—Use of materials for tobacco smoke filters
    • A24D3/062—Use of materials for tobacco smoke filters characterised by structural features
    • A24D3/063—Use of materials for tobacco smoke filters characterised by structural features of the fibers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
    • A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter-tips, filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces for cigars or cigarettes
    • A24D3/06—Use of materials for tobacco smoke filters
    • A24D3/16—Use of materials for tobacco smoke filters of inorganic materials
    • A24D3/163—Carbon
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/253—Formation of filaments, threads, or the like with a non-circular cross section; Spinnerette packs therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

Рассматривается углеродное волокно с формой, созданной шаблоном, и способ получения волокна при (а) смешении предшественника 30 с шаблоном волокна 2 6А, (b) формовании смеси в заданную форму, (с) отверждении смеси с образованием композита предшественника, (d) карбонизации композита предшественника и (е) разложении шаблона волокна.

Description

Предпосылки создания изобретения
Углеродные волокна имеют широкий ряд применений. Например, ϋδ 6387479 и ϋδ 6277771 описывают их использование для армирования композитных материалов. Дополнительно ϋδ 6037400 описывает их использование в электроволновой защите. Кроме того, еще ϋδ 6162533 описывает их использование в электродной конструкции. Другие применения также являются хорошо известными, как описано в прототипе. Например, активированные углеродные волокна используются в качестве фильтрационного материала для разделения газов (включая удаление составляющих газовой фазы из сигаретного дыма), каталитической адсорбции, очистки сбросовых потоков или загрязненных паров и устранения неприятного запаха.
Углеродные изделия в настоящее время получаются карбонизацией материалов предшественника, таких как нефтяные пеки, полиакрилонитрил, целлюлоза и фенольные смолы. Например, ϋδ 4917835 на имя Ьеат и др. раскрывает способ получения пористых формованных углеродных материалов на основе фенольных смол. Однако плохие реологические и механические свойства материалов - предшественников углерода ограничивают получение и переработку углеродных волокон в желаемые формы. Кроме того, плохие механические свойства предшественников или получаемых углеродных волокон также ограничивают формование подходящей среды для фильтрационных применений.
Углерод известен для использования в элементах сигаретного фильтра, благодаря его способности фильтровать или удалять составляющие из выдыхаемого дыма. В частности, активированный уголь имеет склонность снижать уровни некоторых компонентов газовой фазы, присутствующих в выдыхаемом дыме, что приводит к изменению органолептических и токсикологических свойств такого дыма.
Примеры сегментов фильтра, содержащих активированный уголь, описаны в ϋδ 2881770 на имя Точеу, ϋδ 3353543 на имя δρΓοχΊΙ и др., ϋδ 3101723 на имя δе1^дтаη и др. и υδ 4481958 на имя Вашет и др. Некоторые коммерчески доступные фильтры имеют частицы или гранулы углерода, такого как активированный уголь, в отдельности или диспергированные в жгуте ацетатцеллюлозного волокна, другие коммерчески доступные фильтры имеют углеродные нити, диспергированные в них, тогда как еще другие коммерчески доступные фильтры имеют так называемые конструкции «заглушка-пространствозаглушка», «фильтр с полостью» или «тройной фильтр». Примерами коммерчески доступных фильтров являются δθδ IV двойной твердый фильтр из древесного угля и тройной твердый фильтр из древесного угля от фирмы ИИтопа 1и1т1па1юпа1, Ь1б., тройной фильтр с полостью от фирмы Ваитдабпет и АСТ от фирмы ИНтопа 1п1т1ла1юпа1, Ь1б. Подробности рассмотрения свойств и состава сигарет и фильтров раскрыты в ϋδ 5404890 и ϋδ 5568819 на имя Оепбу и др., описания которых приводятся в качестве ссылки.
Было бы желательно создать сигаретный фильтр, содержащий углеродные волокна и/или другие материалы, способные абсорбировать и/или адсорбировать компоненты газовой фазы, при создании благоприятной переработки, обработки, абсорбции/адсорбции, разбавления и, в случае сигаретных фильтров, характеристик вытяжки, с тем, чтобы быть подходящими для потребителей. Однако ни один способ, который существует в настоящее время, не обеспечивает такой фильтр. Кроме того, коммерчески доступные активированные угли и молекулярные сита обычно находятся в гранулированной и порошковой формах. Материалы в указанных формах не сохраняют когезию продукта, так как гранулы и зерна имеют тенденцию осаждаться после набивки внутрь сигаретного фильтра. Поэтому также желательно получить волокна из активированного угля с улучшенной целостностью продукта.
Краткое описание изобретения
Согласно варианту данного изобретения разрабатываются углеродное волокно и волокна из активированного угля с желаемыми формами поперечного сечения при создании их форм от предварительно формованных шаблонов.
Кроме того, в соответствии с вариантом изобретения создаются формованные углеродные волокна, которые имеют преимущества в армировании материалов, электрических и других применениях.
Кроме того, еще в соответствии с предпочтительным вариантом изобретения обеспечиваются фасонные волокна из активированного угля с желаемыми формами поперечного сечения, которые создают эффективный сигаретный фильтр с высокой выработкой ОДМ, низким падением давления и улучшенной эффективностью удаления газовой фазы. Предпочтительные фасонные формы включают (но не ограничиваясь этим) многолепестковые формы, такие как трехлепестковая форма и четырехлепестковая форма, ν-образная форма, стилизованная Ι-образная форма или вложенная стилизованная Ι-образная форма, Собразная форма и неправильная форма.
Кроме того, согласно предпочтительному варианту изобретения материал из активированного углеродного волокна формуется с регулируемыми ориентацией волокон и плотностью упаковки, которые являются критическими для достижения исключительных характеристик в различных применениях. Предварительно формованные шаблоны обеспечиваются карбонизующимся материалом и могут быть переработаны в тканые и нетканые формы с желаемой ориентацией волокон и плотностью упаковки. Активированный углеродный фильтрационный материал с регулируемыми ориентацией волокон и плотностью упаковки может быть затем образован при отверждении, карбонизации и активации углеродных волокон или волокон из карбонизующегося предшественника.
Кроме того, в соответствии с предпочтительным вариантом данного изобретения фасонные угле
- 1 013577 родные волокна с регулируемыми формами поперечного сечения обеспечивают сигаретные фильтры, которые являются эффективными в снижении содержания компонентов газовой фазы во вдыхаемом дыме.
Краткое описание чертежей
Новые характеристики и преимущества настоящего изобретения в дополнение к указанным выше будут очевидными для специалистов в данной области техники из прочтения следующего подробного описания в сочетании с прилагающимися чертежами, на которых подобные обозначения относятся к подобным частям, и на которых на фиг. 1 представлен вид сбоку в разрезе сигареты с ее частями, отброшенными для показа внутренних деталей, включая фильтр заглушка-пространство-заглушка с углеродным фильтром согласно настоящему изобретению;
на фиг. 2 представлен вид сбоку в разрезе сигареты с ее частями, отброшенными для показа внутренних деталей, включая фильтр заглушка-пространство с углеродным фильтром согласно настоящему изобретению;
на фиг. 3 представлено поперечное сечение шаблона, покрытого и пропитанного предшественником;
на фиг. 4 представлено поперечное сечение шаблона с предшественником после очистки шаблона;
на фиг. 5 представлено поперечное сечение трехлепесткового шаблона волокна согласно настоящему изобретению;
на фиг. 6 представлено поперечное сечение четырехлепесткового шаблона волокна согласно настоящему изобретению;
на фиг. 7 представлено поперечное сечение ν-образного шаблона волокна согласно настоящему изобретению;
на фиг. 8 представлено поперечное сечение 1-образного шаблона волокна согласно настоящему изобретению;
на фиг. 9 представлено поперечное сечение С-образного шаблона волокна согласно настоящему изобретению;
на фиг. 10 представлено поперечное сечение шаблона волокна неправильной формы согласно настоящему изобретению;
на фиг. 11 представлен вид в перспективе двух из четырех углеродных волокон, которые остаются после карбонизации предшественника и разложения четырехлепесткового шаблона, показанного на фиг. 3 и 4;
на фиг. 12 представлен график, показывающий выработку акролеина в затяжке сигарет 1К4Е и сигарет с фильтрами, выполненными согласно настоящему изобретению; и на фиг. 12 представлен график, показывающий выработку 1,3-бутадиена в затяжке сигарет 1К.4Е и сигарет с фильтрами, выполненными согласно настоящему изобретению.
Подробное описание предпочтительного варианта
Предпочтительный вариант настоящего изобретения теперь будет описан со ссылкой на чертежи.
На фиг. 1 показан фильтр заглушка-пространство-заглушка. Сигарета 10 содержит первую заглушку 12, пространство 14, вторую заглушку 16, табак 18 и бумагу 20. Фильтр заглушка-пространствозаглушка примыкает к табаку 18. Пользователь зажигает конец с бумагой 20 и табаком 18 на конце, противоположном от фильтра. Воздух и дисперсный материал затем вытягиваются к фильтру пользователем. Пространство 14 может быть заполнено материалом 22, таким как углерод, и может иметь пустоты, каналы или отверстия 24.
Возможны другие компоновки фильтра. Например, на фиг. 2 показано устройство фильтра заглушка-пространство. Фильтр является подобным фильтру, показанному на фиг. 1, но сигарета 10 взамен содержит заглушку 12, пространство 14, табак 18 и бумагу 20. Фильтр заглушка-пространство примыкает к табаку 18. Подобно варианту, показанному на фиг. 1, пространство 14 может быть заполнено материалом, таким как углерод 22, и может иметь пустоты, каналы или отверстия 24.
Согласно предпочтительному варианту данного изобретения фасонные углеродные волокна получаются при загрузке материалов предшественника углерода, таких как фенольные смолы, в шаблоны формования волокон, выполненные из материалов с низким выходом углерода, таких как полипропилен, которые содержат продольные каналы, как будет рассмотрено подробно ниже в отношении фиг. 3 и 4; отверждении загруженных предшественников углерода внутри каналов шаблонов с образованием композитных предшественников волокон; карбонизации композитных предшественников волокон в инертной атмосфере или в вакууме; и разложении форморегулирующих шаблонов с образованием фасонных углеродных волокон с регулируемыми формами поперечного сечения, как будет рассмотрено подробно ниже в отношении фиг. 11.
Шаблон волокон 26 может иметь поперечное сечение с формой, включающей (но не ограничиваясь этим) формы, показанные на фиг. 5-10, которые могут быть описаны как трехлепестковая форма, четырехлепестковая форма, ν-образная форма, стилизованная Ι-образная форма или вложенная стилизованная Ι-образная форма, С-образная форма и неправильная форма, соответственно. Шаблоны могут быть
- 2 013577 формованными и полученными с помощью экструзии, прядения или другим способом формования, как описано, например, в И8 5057368 на имя Ьагдтаи и др. Шаблон 26 может быть выполнен из любого полимерного материала и может оставлять только незначительное количество остатка, например, нулевой выход угля, при термическом разложении. Предпочтительным материалом шаблона 26 является полипропилен (НИ). Форма поперечного сечения шаблона 26 обеспечивает продольные каналы 26, которые могут быть непрерывными и которые открыты к поверхности шаблона 26.
Предшественник углерода 30 может содержать твердые частицы, гели, пены, жидкости или их смеси, которые дают углеродные или углеродистые материалы при нагревании при температуре карбонизации в инертной атмосфере или в вакууме. Подходящие материалы указанных классов включают (но не ограничиваясь этим) фенольную смолу, нефтяные пеки, полиакрилонитрил, целлюлозу, производные целлюлозы, поливинилацетат (ПВА) и их смеси. Молекулярные сита, цеолиты и силикаты или другие дополнительные неорганические материалы могут быть включены в смесь для модификации порораспределения конечных углеродистых продуктов. Предложенными фенольными смолами могут быть неотвержденные или частично отвержденные смолы новолачного типа с присутствием отверждающих агентов или резольного (самоотверждающегося) типа, или их смеси. В смеси дисперсная частично отвержденная смола, как описано в И8 4917835 на имя Ьеат и др., может использоваться, как описано, или только для связывания компонентов.
Предшественник 30 смешивается с шаблонами волокон согласно хорошо известной технологии, как описано в И8 6584979 и И8 5772768 на имя Хие и др.
Как показано на фиг. 5-10, шаблоны 26-26Е имеют пустоты или каналы 28. Предшественник 30 загружается в каналы 28 смешением фасонных шаблонов 26-26Е с предшественником 30 в контейнере (не показано). Например, на фиг. 3 показана загрузка четырехлепесткового шаблона 26А предшественником 30. Шаблон сначала помещают, погружают, бросают или протаскивают через контейнер, содержащий предшественник (не показано). Некоторые уровни перемешивания или вращения контейнера могут быть необходимы для достижения гомогенной пропитки каналов, как показано в родственной заявке ϋδ 10/294346, приведенной здесь в качестве ссылки. Массовое отношение предшественника углерода к полипропиленовому шаблону, также называемое показателем загрузки, находится, предпочтительно, (но без ограничения) в интервале 0,25-2. Когда в качестве предшественников углерода используются гели, суспензии или вязкие жидкости, некоторое количество жидкого растворителя, такого как этанол, может использоваться для регулирования вязкости для обеспечения гомогенной пропитки.
Как дополнительно показано на фиг. 3, снаружи канала 28 может быть расположен избыток предшественника 30, который может быть удален с наружной стороны шаблона 26 А любым хорошо известным способом, включая (но не ограничиваясь этим) споласкивание, промывку в растворителе, протирку, дренирование или обдувку. Например, избыток предшественника 30, который остается снаружи каналов 28 или на шаблоне 26, может быть удален протиранием филаментов бумажным полотенцем, прокладкой, тканью или другим подходящим средством, содержащим растворитель, такой как этанол. После указанной операции предшественник 30 остается в канале 28, как показано на фиг. 4.
Условия отверждения могут быть выбраны так, что шаблон 26 сохраняет структурную и/или химическую целостность, тогда как предшественник углерода 30 отверждается внутри шаблона 26 с образованием нетекучей смолы. Условия могут быть выбраны на основе компонентов в предшественнике углерода, особенно, неотвержденных компонентов, используемых в качестве связующего. Как показано, например, в табл. 1, ПП-шаблоны и предшественник углерода на основе фенольной смолы могут быть использованы для осуществления настоящего изобретения. Предшественник может быть отвержден при нагревании в атмосфере при температуре от приблизительно 120 до 160°С в течение приблизительно 1560 мин. Некоторое количество кислоты может быть добавлено к фенольным предшественникам для ускорения отверждения.
На стадии карбонизации отвержденные композитные предшественники волокон могут быть нагреты в инертной среде и/или в вакууме с разложением шаблона и с обеспечением получения из предшественника углерода фасонных углеродных волокон 32, как показано на фиг. 11. Например, карбонизация может быть осуществлена при нагревании предшественника углерода до температуры в интервале приблизительно 600-950°С в течение приблизительно от 30 мин до 4 ч, хотя температура и время могут варьироваться для достижения желаемых результатов в любой конкретной ситуации. На фиг. 11 показаны формованные углеродные волокна 32, которые остаются после разложения шаблона, показанного на фиг. 3 и 4. Формованные углеродные волокна 32 получают свои формы от форм шаблонов 26 и поэтому могут также называться «фасонными углеродными волокнами». Части 34 могут оставаться в зоне между расширениями 26А, которые очистка не удаляет.
В табл. 1 приводятся 7 примеров, выполненных с использованием различных шаблонов и условий переработки с получением различных каналов. В примерах карбонизация может быть осуществлена при нагревании материалов в токе азота или аргона при температуре приблизительно 850°С в течение приблизительно 1-2 ч, где используются предшественник углерода на основе фенольной смолы и ППшаблон. Выходы углерода находятся обычно в интервале 10-40% мас. в зависимости от ПП-содержания композитных предшественников.
- 3 013577
Таблица 1. Углеродные изделия, полученные в соответствии с настоящим изобретением
Пример способа Фасонное волокно Матрица Показатель загрузки Отверждение при 150&С Карбонизация при 850°С Углеродное волокно
ВД/мхм мин. ч Выход, % Форма НД/мкм
1 С-2Зденье/филамент 33-36 0,48 40 2 33 Круглая 43-57
2 Неправильное-16 денье/филамент 15-75 0,60 15 2 23 Неправильная 10-50
4 Трехлелестковое-24 денье/филамент 26-40 0,76 15 2 22 Пентагональная 24-50
5 С-24денье/филамент 34-37 0, 38 30 1 10 Круглая 40-60
б С-24денье/филамент 34-37 0,81 30 1 17 Круглая 40-60
7 ν-24денье/филамент 40-51 1/ 6 15 1 24 Треугольная 35-40
8 ν-24денье/филамент 40-51 1, 6 15 1 23 Треугольная 33-40
Для примеров полипропиленовый шаблон смешивают с предшественником углерода на основе фенольной смолы. Для примеров 7 и 8 Ε1ΘΗ используют в рецептуре фенольного предшественника для снижения вязкости. Используют шаблоны 16-24 денье/филамент (брО, которые содержат каналы с внутренним диаметром или внутренним размером (ВД) приблизительно 10-60 мкм. Шаблоны имеют показатель загрузки в интервале от 0,38 до 1,6. Отверждение имеет место при температуре приблизительно 150°С приблизительно за 15-40 мин. Для сокращения указанного времени отверждения к фенольному предшественнику может быть добавлено некоторое количество кислоты. Карбонизация осуществляется при температуре приблизительно 850°С приблизительно в течение 1-2 ч. Выходы углерода находятся обычно в интервале 10-24 мас.% в зависимости от ПП-содержания композитных предшественников. Углеродные волокна получают свою форму и наружный диаметр или наружный размер (НД) от формы и ВД шаблона, соответственно. Интервал, приведенный для НД и ВД, отражает гибкость шаблона и характеристики различных полостей 28. Например, некоторые из полостей имеют различные размеры в различных направлениях.
Следует отметить относительно табл. 1, что НД части углеродных волокон превышает ВД. Этот результат получается благодаря тому, что материал шаблона является гибким, и, таким образом, предшественник может усилить ВД, который был измерен перед загрузкой, снаружи. Кроме того, некоторое количество предшественника может находиться между расширяющимися частями шаблона, которые не используются в расчете ВД. Например, на фиг. 11 показаны зоны 34, которые не содержатся в ВД четырехлепестковой поверхности, но которые вносят вклад в достигнутый НД.
Фасонные углеродные волокна могут быть активированы с образованием поглощающих материалов с высокой площадью поверхности для фильтрационных применений. Многие способы активации известны в литературе, такие как нагревание СО2 или водяным паром. Активация может быть достигнута при поддержании температуры в интервале приблизительно 800-950°С в течение приблизительно 30 мин. Например, фасонное углеродное волокно из примера 5 в табл. 1 может быть активировано СО2 при температуре приблизительно 950°С в течение приблизительно 30 мин. При 25% выгорания могут быть получены площадь поверхности по методу БЭТ 1557 м2/г и объем микропор (<20 А) 0,6415 см3/г. Эти значения являются сравнимыми со значениями гранул активированного угля на основе кокосового ореха, которые часто используются как поглотители в сигаретных фильтрах.
Модифицированные модели сигарет Ш4Е, содержащие 66 мг и 150 мг активированных фасонных углеродных волокон, получают с конфигурациями, показанными на фиг. 1 и 2, соответственно. Для 66 мг модели заглушка 12 имеет длину 12 мм, углеродное изделие 22 имеет длину 8 мм, и вторая заглушка 16 имеет длину 7 мм. Для 150 мг модели заглушка 12 имеет длину 10 мм и углеродное изделие 22 имеет длину 17 мм. Сигареты выкуриваются в ЕТС-условиях, когда химический состав дыма анализируется методами ИКСФП (ИК-спектроскопии с Фурье-преобразованием) и ГХ-МС (гель-хроматографии-массспектроскопии). Как показано в табл. 2-3 и на фиг. 12 и 13, фильтры, полученные в соответствии с настоящим изобретением, являются эффективными в снижении широкого ряда компонентов газовой фазы дыма при использовании для фильтрации сигаретного дыма.
В табл. 2 стандартная сигарета 1К4Е сравнивается с сигаретой, содержащей углеродное изделие согласно настоящему изобретению, в условиях переработки, описанных в примере 5 из табл. 1. Сигарета Ш4Е представляет собой КеШиску-эталонную сигарету с фильтром, обеспеченным 111е ТоЬассо апб НеаИй Кскеатсй 1п81йи1е, Ишуегайу о£ Кеп1иску для исследовательских целей. В первом ряду табл. 2 представлены характеристики контрольного образца Ш4Е. которые являются относительно типичными характеристиками контрольной сигареты. Во втором и третьем рядах табл. 2 представлены характеристики модифицированных сигарет ТЕ-66-1 и ТЕ-66-2, соответственно, которые были получены в соответствии с настоящим изобретением, причем характеристики представлены как процентное отличие в характеристиках от контрольного образца 1К4Е. Модифицированные образцы ТЕ-66-1 и ТЕ-66-2 являются сигаретами со структурой, показанной на фиг. 1, в которой заглушка 12 составляет 12 мм, заглушка 16
- 4 013577 составляет 7 мм, и углеродное изделие 24 составляет 5 мм в длину по оси. Углеродное изделие имеет массу 66 мг. Однако указанные значения являются только примерными, и могут быть выбраны любые длины и/или массы.
В табл. 2 представлены ОДМ-значения для образца 1К4Р. Для данных образца 1Я4Р дается стандартное отклонение. Значения, представленные для модифицированных образцов ТР-66-1 и ТР-66-2, даются как изменение от 1Я4Р-стандарта. Изменение, которое превышает более чем в три раза стандартное отклонение 1Р4Р контрольного образца, считается значительным. Как показано в табл. 2, содержание ацетальдегида (АА), метанола (МеОН) и изопрена (Ι8ΟΡ) в общем дисперсном материале (ДМ) все снижаются в результате использования настоящего изобретения. Содержание цианида (НСЫ) слегка увеличивается, но незначительно.
Таблица 2. Модифицированные образцы сигарет по сравнению с контрольным образцом сигареты
Образец АА (ОДМ) ΗΟΝ (ОДМ) МеОН (ОДМ) Ι5ΟΡ (ОДМ) ОДМ (мг) Сопротивле ние всасыванию Масса углеродного фильтра (мг)
1К4Е контрольный (ТРМхЮ'3) стандартное отклонение 51,5 9,2 6,2 23,7 8% 4% 98% 8% 13,3 3% 140 5% 0,0
ТГ-66-1 -43% 4% -35% -54% 7,2 162 66
ТГ-66-2 -72% 9% -40% -62% 7,0 159 66
На фиг. 12 и 13 дополнительно показано, как образцы, модифицированные согласно настоящему изобретению, снижают выработку в затяжке акролеина и 1,3-бутадиена. На фиг. 12 показана выработка в затяжке акролеина модифицированных 1Я4Р сигарет по сравнению с образцами ТР-66 и ТР-150. На фиг. 13 показана выработка в затяжке 1,3-бутадиена модифицированных 1К4Р сигарет по сравнению с образцами ТР-66 и ТР-150.
Например, на фиг. 12 показано количество акролеина в выдыхаемом дыме для различных затяжек ЬКЗ-Р Кеп1иску-эталонных сигарет и модифицированных образцов. Акролеин в сигаретном дыме определяется по отношению к одной затяжке. Сигареты выкуриваются с объемом затяжки 35 см3 двухсекундной продолжительности через каждые 60 с. Выработки акролеина в затяжке регистрируются для 8 определений 1К4Р, так же как и модифицированных образцов. Как показано на фиг. 12, первая затяжка составляет от 15 до 20% общей выработки 1Я4Р, но обычно около 0 для модифицированных образцов. Процесс затягивания повторяется более 7 раз в соответствии с хорошо известными и повторяемыми методами с получением графика, показанного на фиг. 12. Подобный метод используется для определения выработки 1,3-бутадиена.
Как показано на фиг. 12 и 13, содержание составляющих газов увеличивается с каждой затяжкой в результате насыщения фильтра. Однако выработка акролеина и 1,3-бутадиена является ниже для образца, созданного с использованием настоящего изобретения. Действительно, выработка акролеина и 1,3бутадиена в образцах является почти нулевой для первых нескольких затяжек.
В табл. 3 дополнительно показаны преимущества настоящего изобретения. В первой колонке представлены характеристики и компоненты, общие для сигарет и сигаретного дыма. Во второй колонке, названной «1Я4Р стандартное отклонение», представлено стандартное отклонение некоторых компонентов газовой фазы, присутствующих в контрольной 1Я4Р-сигарете. В колонках, названных ТР-66 и ТР-150, представлены изменения в уровнях содержания компонента в газе как результат использования фильтров, выполненных в соответствии с настоящим изобретением, и, в частности, примером 5 из таблицы 1.
- 5 013577
Таблица 3. Изменение в компонентах газовой фазы
Адсорбент - прогоны 1Е4Г стандартное отклонение ТГ-66 ТР-150
Углеродное волокно /мг Ν* эталона 66 9627-798 152 9645-17
Компоненты газовой фазы Изменение Изменение
Диоксид углерода 5% Незначительное изменение Незначительное изменение
Пропилен 9¾ Незначительное изменение -60%
Цианид водорода 13% -34% -83%
Этан 6% Незначительное изменение Незначительное изменение
Пропадиен 13% -36% -71%
1,З-Бутадиен 8% -77% -97%
Изопрен 5% -97% -98%
Циклопентадиен 5% -96% -98%
1,З-Циклогексадиен 17% -100% -100%
Метил циклопента диен 9% -100% -99%
Формальдегид 14% -95% -87%
Ацетальдегид 9% -84% -97%
Акролеин 14% -78% -95%
Ацетон 12% -100% -100%
Диацетил 5% -100% -100%
Метилэтилкетон 4% -100% -100%
Изовалериановый альдегид 9% -98% -97%
Бензол 8% -100% -99%
Толуол 7% -100% -99%
Бутиронитрил 8% -] 00% -100%
2-Метилфуран 4% -1 00% -99%
2,5-диметилфуран 5% -100% -99%
Сульфид водорода 7% -67% -89%
Карбонилсульфид 6% Незначительное изменение -38%
Метилмеркаптан 6% -71% -85%
1-метилпиррол 8% -100% -98%
Кетен 11% -100% -93%
Ацетилен 13% -39% -43%
Приведенное выше описание изобретения иллюстрирует и описывает настоящее изобретение. Кроме того, описание показывает и описывает только предпочтительные варианты данного изобретения, но должно быть понятно, что настоящее изобретение способно использовать другие различные комбинации, модификации и условия и способно к изменениям или модификациям в объеме концепции изобретения, как выражено здесь, в соответствии с приведенным выше описанием и/или квалификацией или знанием в области получения фильтров и, в частности, получения сигаретных фильтров.
Варианты, описанные выше, кроме того, предназначены для пояснения известных наилучших вариантов осуществления данного изобретения и обеспечения возможности другим специалистам в данной области техники использовать данное изобретение в таких или других вариантах и с другими модификациями, требуемыми конкретными применениями или использованиями изобретения. Соответственно, описание не предназначено ограничивать изобретение в рассмотренном здесь виде. Также подразумевается, что прилагаемая формула изобретения должна истолковываться как включающая альтернативные варианты.

Claims (16)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Способ образования углеродного волокна, включающий смешение предшественника углерода с шаблоном волокна так, что предшественник углерода образуется в полости, образованной формой шаблона;
    отверждение смеси с образованием композита предшественника со стабильной формой; карбонизацию композита предшественника и разложение шаблона волокна с получением углеродного волокна, образованного полостью шаблона волокна.
  2. 2. Способ по п.1, при котором шаблон волокна содержит полипропилен.
  3. 3. Способ по п.1, при котором карбонизация осуществляется в инертной среде, в вакууме или в их комбинации.
  4. 4. Способ по п.1, при котором стадия карбонизации и стадия разложения проходит одновременно.
  5. 5. Способ по п.1, при котором образованное углеродное волокно имеет форму, приданную шабло ном.
  6. 6. Способ по п.1, при котором предшественником углерода является фенольная смола.
  7. 7. Способ по п.1, в котором углеродное волокно активируется нагреванием в присутствии СО2 или водяного пара.
  8. 8. Способ по п.7, в котором активация проходит при температуре в интервале от приблизительно 800 до приблизительно 950°С в течение приблизительно 30 мин.
  9. 9. Способ по п.1, при котором наружная часть шаблона очищается так, что предшественник преимущественно остается только в полости, образованной в поперечном сечении шаблона.
  10. 10. Способ по п.1, при котором для регулирования вязкости предшественника в процессе смешения используется растворитель.
  11. 11. Фильтр, содержащий фасонное углеродное волокно, имеющее четырехлепестковую форму, трехлепестковую форму, У-образную форму, стилизованную Ι-образную форму, вложенную стилизованную Ι-образную форму или С-образное поперечное сечение.
  12. 12. Сигарета, содержащая фильтр по п.11.
  13. 13. Фасонное углеродное волокно, имеющее четырехлепестковую форму, трехлепестковую форму, У-образную форму, стилизованную Ι-образную форму, вложенную стилизованную Ι-образную форму или С-образное поперечное сечение.
  14. 14. Курительное изделие, содержащее заглушку, углеродный фильтр по п.11 и табачный стержень.
  15. 15. Способ формования углеродного волокна, включающий смешение шаблона волокна, содержащего полипропилен, с предшественником углерода, содержащим фенольную смолу, так что предшественник углерода формуется в полости, образованной формой шаблона;
    очистку периметра шаблона; отверждение смеси при температуре приблизительно 120-160°С в течение приблизительно 15-60 мин с образованием композита предшественника со стабильной формой;
    карбонизацию композита предшественника при температуре в интервале от приблизительно 600 до приблизительно 950°С и разложение шаблона волокна с получением углеродного волокна, образованного полостью шаблона волокна.
  16. 16. Способ по п.15, дополнительно содержащий активацию углеродного волокна нагреванием волокна в присутствии СО2 или водяного пара при температуре в интервале от приблизительно 800 до приблизительно 950°С в течение приблизительно 30 мин.
EA200800167A 2005-06-29 2006-06-28 Фасонные углеродные волокна и их применение EA013577B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/170,225 US20070000507A1 (en) 2005-06-29 2005-06-29 Templated carbon fibers and their application
PCT/IB2006/003289 WO2007026253A2 (en) 2005-06-29 2006-06-28 Templated carbon fibers and their applications

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200800167A1 EA200800167A1 (ru) 2008-04-28
EA013577B1 true EA013577B1 (ru) 2010-06-30

Family

ID=37588045

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200800167A EA013577B1 (ru) 2005-06-29 2006-06-28 Фасонные углеродные волокна и их применение

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20070000507A1 (ru)
EP (1) EP1910592B1 (ru)
JP (1) JP5281889B2 (ru)
KR (1) KR101342808B1 (ru)
EA (1) EA013577B1 (ru)
UA (1) UA94584C2 (ru)
WO (1) WO2007026253A2 (ru)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0019417D0 (en) * 2000-08-09 2000-09-27 Mat & Separations Tech Int Ltd Mesoporous carbons
US8591855B2 (en) * 2000-08-09 2013-11-26 British American Tobacco (Investments) Limited Porous carbons
GB0506278D0 (en) 2005-03-29 2005-05-04 British American Tobacco Co Porous carbon materials and smoking articles and smoke filters therefor incorporating such materials
CA2584947C (en) * 2007-03-12 2012-06-26 C-Tech Industries, Inc. Wastewater treatment and recycling system
US9370353B2 (en) * 2010-09-01 2016-06-21 Abbott Cardiovascular Systems, Inc. Suturing devices and methods
US8790556B2 (en) * 2012-07-25 2014-07-29 Celanese Acetate Llc Process of making tri-arc filaments
KR101628461B1 (ko) * 2014-06-23 2016-06-09 오씨아이 주식회사 탄소섬유 단열재 및 이의 제조방법
RU2715533C1 (ru) * 2016-04-27 2020-02-28 Торэй Индастриз, Инк. Пористое волокно, адсорбирующий материал и колонна очистки
CN106866341B (zh) * 2017-01-20 2019-08-06 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种分离回收发酵尾气中低浓度异戊二烯的方法
CN116332670A (zh) * 2023-03-14 2023-06-27 松山湖材料实验室 多孔碳发热体及其制备方法、多孔碳雾化芯与电子烟

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001080973A1 (en) * 2000-04-20 2001-11-01 Philip Morris Products, Inc. High efficiency cigarette filters having shaped micro cavity fibers impregnated with adsorbent or absorbent materials
US6583075B1 (en) * 1999-12-08 2003-06-24 Fiber Innovation Technology, Inc. Dissociable multicomponent fibers containing a polyacrylonitrile polymer component
WO2003086116A1 (en) * 2002-04-12 2003-10-23 Philip Morris Products, S.A. Activated carbon fiber cigarette filter
JP2004036038A (ja) * 2002-07-03 2004-02-05 Mitsubishi Rayon Co Ltd 炭素繊維前駆体繊維、それを用いる炭素繊維の製造方法及びその炭素繊維から得られるフィラメント状カーボンナノファイバー

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8617831D0 (en) * 1986-07-22 1986-08-28 British Petroleum Co Plc Production of porous shaped articles
US5057368A (en) 1989-12-21 1991-10-15 Allied-Signal Filaments having trilobal or quadrilobal cross-sections
US5509430A (en) * 1993-12-14 1996-04-23 American Filtrona Corporation Bicomponent fibers and tobacco smoke filters formed therefrom
US5510063A (en) * 1994-04-15 1996-04-23 Corning Incorporated Method of making activated carbon honeycombs having varying adsorption capacities
JP3073403B2 (ja) 1994-09-05 2000-08-07 松下電器産業株式会社 クリーム半田印刷装置
US6143412A (en) * 1997-02-10 2000-11-07 President And Fellows Of Harvard College Fabrication of carbon microstructures
JP2001073226A (ja) * 1999-08-30 2001-03-21 Gun Ei Chem Ind Co Ltd 複合繊維、フェノール系極細炭素繊維およびそれらの製造方法
JP2001316945A (ja) * 2000-05-11 2001-11-16 Sumitomo Durez Co Ltd 炭素繊維及び繊維状活性炭
JP3590606B2 (ja) * 2001-11-16 2004-11-17 日本原子力研究所 テンプレートを利用したカーボンナノチューブの作製法
JP2004176236A (ja) * 2002-09-30 2004-06-24 Teijin Ltd 炭素繊維の製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6583075B1 (en) * 1999-12-08 2003-06-24 Fiber Innovation Technology, Inc. Dissociable multicomponent fibers containing a polyacrylonitrile polymer component
WO2001080973A1 (en) * 2000-04-20 2001-11-01 Philip Morris Products, Inc. High efficiency cigarette filters having shaped micro cavity fibers impregnated with adsorbent or absorbent materials
WO2003086116A1 (en) * 2002-04-12 2003-10-23 Philip Morris Products, S.A. Activated carbon fiber cigarette filter
JP2004036038A (ja) * 2002-07-03 2004-02-05 Mitsubishi Rayon Co Ltd 炭素繊維前駆体繊維、それを用いる炭素繊維の製造方法及びその炭素繊維から得られるフィラメント状カーボンナノファイバー

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DATABASE WPI Week 200430, Derwent Publications Ltd., London, GB; AN 2004-320151, XP002427592, & JP 2004 036038 A (MITSUBISHI RAYON CO LTD.) 5 February 2004 (2004-02-05), abstract *

Also Published As

Publication number Publication date
JP5281889B2 (ja) 2013-09-04
EP1910592B1 (en) 2013-08-21
EP1910592A2 (en) 2008-04-16
KR101342808B1 (ko) 2013-12-17
JP2009500528A (ja) 2009-01-08
KR20080019027A (ko) 2008-02-29
WO2007026253A2 (en) 2007-03-08
UA94584C2 (ru) 2011-05-25
EA200800167A1 (ru) 2008-04-28
WO2007026253A3 (en) 2007-07-19
US20070000507A1 (en) 2007-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA013577B1 (ru) Фасонные углеродные волокна и их применение
KR101334430B1 (ko) 형상화된 미세-채널을 가지는 주형을 이용한 탄소 일체형튜브 및 그것의 제조방법
US7370657B2 (en) Activated carbon-containing sorbent
US8227376B2 (en) Carbon beads with multimodal pore size distribution
RU2572168C2 (ru) Фильтр для курительного изделия
US7503960B2 (en) Smoking articles and filters with carbon fiber composite molecular sieve sorbent
CA2838913C (en) Porous carbon and methods of production thereof
US20090038632A1 (en) Porous Carbon Materials and Smoking Articles and Smoke Filters Therefor Incorporating Such Materials
Branton et al. Use of classical adsorption theory to understand the dynamic filtration of volatile toxicants in cigarette smoke by active carbons
US20100006112A1 (en) Filter including randomly-oriented fibers for reduction of particle breakthrough
US8555896B2 (en) Activated carbon from microcrystalline cellulose
EA011784B1 (ru) Поверхностно-модифицированный активированный уголь в курительных изделиях
EA013933B1 (ru) Ароматизированная сигарета
JP2005536221A (ja) タバコ主流煙から気相成分を除去するための官能基化されていない多孔質ポリ芳香族樹脂を含むタバコ・フィルター
US7448392B2 (en) Smoking articles and filters with carbon-coated molecular sieve sorbent

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AZ BY KG MD TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM KZ