ES2854826T3 - Filtro de papel recubierto - Google Patents

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Stephen Sears
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Abstract

Un material de filtro configurado para su uso como parte de un artículo para fumar, que comprende: un material de hoja de sustrato biodegradable que comprende una composición de papel; una composición de recubrimiento, comprendiendo la composición de recubrimiento al menos uno entre acetato de celulosa y acetato de celulosa plastificado, dispuesta sobre al menos una superficie del material de sustrato biodegradable; y una pluralidad de fibras recubiertas recubiertas con la composición de recubrimiento y que sobresalen más allá de la al menos una superficie del material de sustrato biodegradable, en la que la pluralidad de fibras recubiertas comprende al menos una fibra fibrilada generada sobre una superficie del material de sustrato biodegradable por fibrilación del material del sustrato.

Description

DESCRIPCIÓN
Filtro de papel recubierto
Campo técnico
La presente invención se refiere a productos elaborados o derivados del tabaco, o que incorporan tabaco de otro modo, y están destinados al consumo humano. Más particularmente, la invención se refiere a composiciones de filtro, incluidas composiciones de papel, para artículos para fumar tales como cigarrillos.
Antecedentes
El documento US 3.013.891 describe un método para distribuir uniformemente partículas finamente divididas depositadas de manera no uniforme como un recubrimiento sobre la superficie pegajosa de un filamento alargado, que comprende agitar el filamento para redistribuir las partículas conglomeradas y no adheridas sobre la superficie pegajosa no recubierta de dicho filamento, simultáneamente mover físicamente dicho filamento hasta dicha redistribución de partículas, con lo que el filamento se reviste sustancialmente de manera uniforme con las partículas, moviendo luego dicho filamento sustancialmente vertical para eliminar cualquier partícula no adherida por gravedad y desviando las partículas no adheridas lejos del filamento.
El documento US 3.339.560 describe un elemento de filtro de un tubo cilíndrico de película que tiene unidas adhesivamente a la superficie interior del mismo una pluralidad de fibras sintéticas que tienen una longitud media mayor que el radio de dicho tubo.
El documento US 4.189.511 describe un producto intermedio adaptado para su uso en la fabricación de filtros de cigarrillo mejorados que comprende una banda de filamentos de poliolefina y una película seca fracturable por flexión de acetato de celulosa, revistiendo dicha película una superficie de dicha banda.
El documento GB 1.042.547 describe un elemento de filtro que comprende un tubo hecho de una tira de película de un material polimérico y fibras cortas hechas de un material polimérico adherido a la superficie interna del tubo y que se extiende radialmente hacia adentro del mismo.
Los artículos para fumar populares, como los cigarrillos, tienen una estructura sustancialmente cilíndrica en forma de barra e incluyen una carga, rollo o columna de material fumable, como tabaco triturado (por ejemplo, en forma de picadura), rodeada por una envoltura de papel, formando así la llamada "barra fumable" o "barra de tabaco". Normalmente, un cigarrillo tiene un elemento de filtro cilíndrico alineado en una relación de extremo a extremo con la barra de tabaco. Normalmente, un elemento de filtro comprende una estopa de acetato de celulosa plastificada circunscrita por un material de papel conocido como "envoltura del filtro". Normalmente, el elemento de filtro está unido a un extremo de la barra de tabaco utilizando un material de envoltura circunscrito conocido como "papel de boquilla". También se ha vuelto deseable perforar el material de boquilla y la envoltura del filtro, con el fin de proporcionar la dilución del humo de la corriente principal aspirado con el aire ambiente. Las descripciones de cigarrillos y los diversos componentes de los mismos se describen en Tobacco Production, Chemistry and Technology, Davis et al. (Eds.) (1999).
Un fumador emplea un cigarrillo encendiendo un extremo del mismo y quemando la barra de tabaco. A continuación, el fumador recibe el humo de la corriente principal en su boca aspirando por el extremo opuesto (por ejemplo, el extremo del filtro) del cigarrillo, hasta que la barra de tabaco se consume parcial o completamente, después de lo cual se desecha la porción restante del cigarrillo.
La parte desechada de la barra del cigarrillo típicamente está compuesta principalmente por el elemento del filtro, aunque puede incluir la mayor parte o la totalidad de una barra de tabaco. En general, los filtros de cigarrillos incluyen haces de fibras de acetato de celulosa reticulados con disolvente envueltas en dos capas de papel. La primera capa de papel, a menudo denominada envoltura del filtro, mantiene unido el haz de fibras en forma de barra y puede incluir una línea de pegamento para anclar el haz de fibras al papel de envoltura del filtro; la segunda capa, a menudo denominada boquilla, está completamente adherida a la envoltura del filtro y une el tubo del filtro con el material de envoltura que rodea la barra de tabaco del cigarrillo. Los filtros de cigarrillos pueden tardar en degradarse o dispersarse en algunos entornos. Esto generalmente se atribuye a la naturaleza estrechamente ligada del diseño del filtro que está configurado para proporcionar un efecto de filtrado específico, pero que puede aislar la mayor parte del filtro de ciertos efectos ambientales al desecharlo.
El polímero más comúnmente utilizado en la fabricación de filtros de cigarrillos es el acetato de celulosa que tiene un grado de sustitución de acetato de aproximadamente 2,5 grupos acetato por grupo unitario de anhidroglucosa. Durante la fabricación, el polímero de acetato se extruye típicamente como una estopa de fibra y se mezcla con uno o más plastificantes (por ejemplo, triacetina, polietilenglicol, glicerina). Los procedimientos con estopa de acetato de celulosa se describen, por ejemplo, en las Patentes Estadounidenses N° 2.953.838 de Crawford et al. y 2.794.239 de Crawford et al. Después de ensamblar la estopa en el material listo para filtrar, los plastificantes ablandan la fibra y permiten que las uniones entre fibras se formen y endurezcan un filtro hasta la dureza/consistencia deseada. Los productos químicos de la superficie del acetato de celulosa y el plastificante proporciona un sabor al humo que es ampliamente deseado y aceptado por los fumadores. Esto puede deberse en parte a su conocida capacidad para reducir los compuestos fenólicos naturales del humo del tabaco. Otros diseños/formulaciones de filtros pueden proporcionar un sabor a humo diferente. Hasta la fecha, los filtros de estopa de acetato sin celulosa no han sido aceptados generalmente ni han tenido éxito comercial.
Se han usado varios enfoques en la técnica para promover una tasa aumentada de degradación de los elementos de filtro en varios entornos de eliminación. Por ejemplo, la Solicitud de Patente Estadounidense N° de serie 12/917.171, presentada el 1 de noviembre de 2010; 12/963.275, presentada el 8 de diciembre de 2010; y 12/827.618, presentada el 30 de junio de 2010, proponen filtros y otras estructuras para su uso con productos de tabaco que incluyen polímeros biodegradables como el ácido poliláctico.
Puede ser deseable proporcionar materiales de filtro de cigarrillos degradables que también eliminen uno o más componentes del aerosol de la corriente principal.
Breve resumen
Un material de sustrato de papel biodegradable se reviste con acetato de celulosa y/o acetato de celulosa plastificado para su uso en un material de filtro configurado para su aplicación en un filtro de un artículo para fumar. Un filtro fabricado según este diseño también incluye fibra no biodegradable o fibra que se degrada a diferentes velocidades y/o en diferentes condiciones. Los modos de realización de las composiciones de filtro de cigarrillos presentadas aquí proporcionan materiales de filtro configurados para ser biodegradables en varios entornos de eliminación comunes que incluyen, por ejemplo, vertederos, compostaje privado e industrial, superficies al aire libre, ubicaciones acuáticas aeróbicas y/o anaeróbicas. Además, los presentes modos de realización proporcionan superficies de material de filtro modificadas para incluir grupos acetato y plastificantes convencionales para proporcionar el sabor a humo comúnmente deseado por los fumadores de artículos para fumar con filtro, tales como cigarrillos. Los modos de realización preferidos proporcionan tanto biodegradabilidad como sabor deseable, combinación que generalmente parece eludir algunas tecnologías de filtro existentes.
Los modos de realización descritos en este documento se refieren a un artículo para fumar y métodos asociados, y en particular, un artículo para fumar en forma de barra (por ejemplo, un cigarrillo). El artículo para fumar incluye un extremo de encendido (es decir, un extremo anterior) y un extremo de la boca (es decir, un extremo posterior). Una pieza de boquilla está situada en el extremo de la boca del artículo para fumar, y la boquilla permite colocar el artículo para fumar en la boca del fumador para aspirarlo. La boquilla tiene la forma de un elemento filtrante que comprende un material de filtro. El material de filtro incorpora una cantidad eficaz de un material biodegradable (u otro material polimérico degradable) configurado para aumentar la tasa de degradación del material de filtro al desecharlo. Este puede incluir un material biodegradable no fibroso incorporado dentro del material biodegradable. El material degradable descrito en este documento puede acelerar y mejorar aún más la degradación al permitir la formación de huecos dentro de un filtro formado a partir del material del filtro a medida que el material degradable se descompone, aumentando así el área superficial disponible dentro del material del filtro para el contacto con el medioambiente y/o con microorganismos en el mismo.
Un material de filtro y/o un filtro usado en un artículo para fumar incluye al menos un segmento de un material de sustrato de papel biodegradable y un recubrimiento de acetato de celulosa y/o un recubrimiento de acetato de celulosa plastificado dispuesto sobre el material de sustrato biodegradable. El recubrimiento de acetato de celulosa y/o acetato de celulosa plastificado se dispone sobre superficies del material de sustrato biodegradable. En un aspecto de la invención, un material de filtro configurado para su uso como parte de un artículo para fumar comprende un material de hoja de sustrato biodegradable que comprende una composición de papel, una composición de recubrimiento que comprende al menos uno entre acetato de celulosa y acetato de celulosa plastificado, dispuesta sobre al menos una superficie del material de sustrato biodegradable y una pluralidad de fibras recubiertas, recubiertas con la composición de recubrimiento y que sobresalen más allá de la al menos una superficie del material de sustrato biodegradable, donde la pluralidad de fibras recubiertas comprende al menos una fibra fibrilada generada en una superficie del material de sustrato biodegradable por fibrilación del material de sustrato.
En otro aspecto de la invención, un método para fabricar el material de filtro del primer aspecto comprende recubrir la al menos una superficie del material de sustrato biodegradable que comprende una composición de papel con la composición de recubrimiento, dicha composición de recubrimiento comprende al menos uno entre acetato de celulosa y acetato de celulosa plastificado, y fibrilar el material de sustrato biodegradable recubierto para generar una pluralidad de fibras.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un modo de realización de un artículo para fumar.
La figura 2 ilustra las tasas de degradación de fibras celulósicas naturales ilustrativas, fibras termoplásticas y mezclas de las mismas.
La figura 3 es una vista posterior de un segmento de filtro a base de papel ilustrativo.
La figura 4 es una vista longitudinal del segmento de filtro de la figura 3.
Descripción detallada
Los modos de realización se describen con referencia a los dibujos en los que elementos similares se denominan generalmente con números similares. La relación y el funcionamiento de los diversos elementos de los modos de realización pueden entenderse mejor con referencia a la siguiente descripción detallada. Sin embargo, los modos de realización no se limitan a los ilustrados en los dibujos. Debe entenderse que los dibujos no están necesariamente a escala y, en ciertos casos, pueden haberse omitido detalles que no son necesarios para comprender los modos de realización de la presente invención, tales como, por ejemplo, la fabricación y el montaje convencionales. Como se usa en esta memoria descriptiva y en las reivindicaciones, las formas singulares "un" y "el" incluyen referentes plurales a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Como se usa en este documento, "fibra" pretende incluir fibras continuas y no continuas o discontinuas (incluidas, por ejemplo, fibras monofilamento, fibra/estopa fibrosa, fibras trenzadas, fibras hiladas, fibras enrolladas, fibras monocomponente, fibras bicomponente, fibras multicomponente, etc.), y cada referencia a cualquier tipo de fibra debe considerarse genérica excepto en aquellos casos en los que un experto en la técnica reconocería que el contexto está técnicamente limitado a un solo tipo de fibra.
Como se muestra en la figura 1, un artículo para fumar 100 se puede realizar como un cigarrillo. El cigarrillo 100 puede incluir una barra 102 generalmente cilíndrica de una carga o rollo de material de relleno fumable contenido en un material de envoltura 106 que lo circunscribe. La barra 102 se denomina convencionalmente “barra de tabaco”. Los extremos de la barra de tabaco 102 pueden estar abiertos para exponer el material de relleno fumable. El cigarrillo 100 puede incluir una banda 122 (por ejemplo, un recubrimiento impreso que incluye un agente formador de película, como almidón, etilcelulosa o alginato de sodio) aplicado sobre el material de envoltura 106, y esa banda circunscribe la barra del cigarrillo en una dirección transversal al eje longitudinal del cigarrillo. Es decir, la banda 122 proporciona una región en dirección transversal con respecto al eje longitudinal del cigarrillo. La banda 122 puede estar impresa en la superficie interior del material de envoltura (es decir, frente al material de relleno fumable), o menos preferiblemente, en la superficie exterior del material de envoltura. Aunque el cigarrillo puede poseer un material de envoltura que tiene una banda opcional, el cigarrillo también puede poseer un material de envoltura que tiene adicionalmente bandas espaciadas opcionales numeradas dos, tres o más, cuyas bandas pueden configurarse para inhibir la propensión y/o la capacidad de ignición del cigarrillo para permanecer encendido si no está en uso activo.
Puede disponerse un elemento de filtro 126 en el extremo de la boca 120 de la barra de tabaco 102, y el extremo de encendido 118 se coloca en el extremo opuesto. El elemento de filtro 126 puede estar alineado axialmente en una relación de extremo a extremo con la barra de tabaco 102 y preferiblemente limitándola. El elemento de filtro 126 puede tener una forma generalmente cilíndrica, y su diámetro puede ser sustancialmente el mismo que el diámetro de la barra de tabaco. Los extremos proximal y distal 126a, 126b (respectivamente) del elemento de filtro 126 pueden permitir el paso de aire y humo a su través.
Los modos de realización de filtros en la presente divulgación incluyen sustratos de una composición de papel biodegradable. Otros materiales adecuados para formar un sustrato para un material de filtro que no es según la invención pueden incluir, por ejemplo, polímeros biodegradables. Estos otros materiales adecuados también se describen en la Solicitud de Patente Estadounidense N° de serie 12/827.839, presentada el 30 de junio de 2010 y la Solicitud de Patente Estadounidense N° de serie 12/963.275, presentada el 8 de diciembre de 2010. El material de sustrato se reviste con acetato de celulosa y/o acetato de celulosa plastificado. Además, el material de sustrato recubierto se fibrila generando una pluralidad de fibras recubiertas recubiertas con la composición de recubrimiento y que sobresalen más allá de la al menos una superficie del material de sustrato biodegradable. El material de papel recubierto y fibrilado se puede fruncir usando métodos conocidos para formar un filtro adecuado para su uso en un artículo para fumar.
Las composiciones de papel preferidas incluirán un alto grado de biodegradabilidad. Las composiciones son fibrilables o formadoras de fibras y/o pueden ser capaces de fruncirse para formar filtros de cigarrillos (incluso durante la fabricación con equipos de fabricación de filtros estándar o modificados conocidos en la técnica). Las elaboraciones incluirán productos químicos superficiales de recubrimientos, incluyendo productos químicos basados en acetato de celulosa y/o acetato de celulosa plastificado, que pueden proporcionar un perfil de sabor para los fumadores que es sustancialmente similar o incluso idéntico al asociado con las configuraciones de filtro tradicionales.
Como se muestra en la figura 2, los materiales de filtro según los diversos modos de realización de la presente divulgación pueden exhibir tasas de degradación, incluida la biodegradación, incrementadas con respecto a los materiales de filtro tradicionales. En particular, los materiales de filtro según los diversos modos de realización de la presente divulgación pueden exhibir tasas de degradación incrementadas con respecto a los materiales de filtro tradicionales basados en estopa de acetato de celulosa. Además, los materiales de filtro según los diversos modos de realización de la presente divulgación pueden exhibir tasas de degradación incrementadas con respecto a las fibras celulósicas naturales tales como, por ejemplo, fibras de algodón. La Patente Estadounidense N° 5.783.505 de Ducket et al. describe composiciones biodegradables y compostables que incluyen mezclas de fibras celulósicas naturales y fibras biodegradables termoplásticas. La combinación de una fibra celulósica natural (por ejemplo, algodón) con una fibra termoplástica (por ejemplo, acetato de celulosa) puede producir un efecto sinérgico en términos de biodegradabilidad y compostabilidad. Tal efecto se puede evidenciar por una mayor tasa de evolución de dióxido de carbono de una mezcla 50/50 algodón/AC en relación con la del algodón solo, como se muestra en la figura 2. Se pueden lograr efectos sinérgicos similares combinando acetato de celulosa y/o acetato de celulosa plastificado con una composición de papel u otro material de sustrato biodegradable para su uso en un filtro de un artículo para fumar.
El sustrato de la composición de papel puede incluir al menos un material celulósico y al menos una carga inorgánica. Además, el papel puede incluir otros aditivos o ingredientes empleados en la industria papelera. Los materiales celulósicos ilustrativos pueden incluir, por ejemplo, fibras de lino, pulpa de madera dura (preferiblemente sin blanquear), pulpa de madera blanda (preferiblemente sin blanquear), fibras de algodón, partes de tabaco (por ejemplo, láminas de tabaco y trozos de tallo) y similares. Los materiales de carga inorgánicos ilustrativos pueden incluir, por ejemplo, partículas de tamiz molecular, partículas de carbonato de calcio aglomeradas, partículas de carbonato de calcio, fibras de sulfato de calcio, gel de hidróxido de magnesio precipitado, partículas de arcilla y similares. Un ejemplo de una composición de papel adecuada se describe en la Patente Estadounidense N° 5.568.819 de Gentry et al.
Los materiales que componen el papel pueden incorporarse al papel durante la fabricación utilizando el procedimiento de fabricación del papel. También se pueden incorporar al papel componentes tales como agentes de encolado y humedad. Normalmente, la cantidad de agente de encolado incorporada en el papel puede ser inferior a aproximadamente 5 por ciento en peso y, a menudo, de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 3 por ciento en peso. El contenido de humedad del papel puede oscilar entre aproximadamente 5 y aproximadamente 15 por ciento en peso y, a menudo, aproximadamente 8 a aproximadamente 12 por ciento en peso. También se pueden incorporar al papel agentes aromatizantes y otros agentes modificadores del humo (por ejemplo, extractos de tabaco, extractos de tabaco tratados térmicamente, menta verde, vainillina, anetol y mentol). Los extractos de tabaco ilustrativos pueden ser extractos secados por pulverización tales como los descritos en la Patente Estadounidense N° 5.060.669 de White et al. Ciertas composiciones de papel pueden carecer de cargas inorgánicas (por ejemplo, partículas de carbonato de calcio) y pueden carecer de fibras termoplásticas (por ejemplo, fibras de polietileno, polipropileno o poliéster).
Las propiedades físicas del sustrato de papel pueden variar. El grosor del papel típicamente puede oscilar entre aproximadamente 0,08 mm y aproximadamente 0,2 mm, a menudo entre aproximadamente 0,13 mm y aproximadamente 0,18 mm. El gramaje básico del papel normalmente puede oscilar entre aproximadamente 35 g/m2 y aproximadamente 60 g/m2, a menudo de alrededor de 45 g/m2 hasta aproximadamente 55 g/m2. La resistencia a la tracción del papel puede ser preferiblemente de al menos aproximadamente 800 g/pulgada(315,0 g/cm), típicamente de aproximadamente 1100 g/pulgada (433,1 g/cm) a aproximadamente 2300 g/pulgada (905,5 g/cm), aunque se pueden emplear papeles que tengan mayores resistencias a la tracción. La porosidad (es decir, la porosidad inherente) del papel preferiblemente puede ser bastante alta, pero típicamente puede oscilar entre aproximadamente 50 y aproximadamente 300 unidades CORESTA, a menudo entre aproximadamente 70 y aproximadamente 200 unidades CORESTA. El papel puede perforarse electrostáticamente para proporcionar una permeabilidad neta relativamente alta. Normalmente, los papeles que tienen porosidades excesivamente bajas pueden tener una tendencia a proporcionar eficiencias de eliminación relativamente bajas de los componentes en fase gaseosa del humo de la corriente principal.
Se aplica un polímero de acetato de celulosa soluble en agua o una dispersión basada en acetato de celulosa insoluble en agua (que incluye acetato de celulosa plastificado) al sustrato biodegradable o degradable de otro modo descrito en el presente documento. Dicho de otra manera, una composición de recubrimiento para aplicación a un material de sustrato biodegradable puede incluir un polímero de acetato de celulosa soluble en agua o dispersiones de acetato de celulosa insolubles en agua. Las disoluciones o dispersiones de acetato de celulosa no acuosas tales como, por ejemplo, las que contienen alcoholes también pueden aplicarse a un sustrato biodegradable como se describe en este documento. Un recubrimiento preferido para recubrir composiciones de papel para ser usadas en filtros de cigarrillos según modos de realización de la presente invención puede tener un grado de sustitución de acetilo de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 1,2 por grupo unitario de anhidroglucosa del polímero de acetato de celulosa. Los polímeros de acetato de celulosa preferidos adecuados para recubrimientos de papel se describen en la Patente Estadounidense N° 4.983.730 de Domeshek et al., donde tales composiciones comprenden un 85-98% en peso de un polímero de acetato de celulosa soluble en agua de bajo peso molecular que tiene una viscosidad en solución de 5-50 cps y de un 2-15% en peso de un polímero de acetato soluble en agua de peso molecular más alto con una viscosidad en solución de más de 100. Específicamente, estos polímeros pueden formar películas transparentes, fuertes y flexibles que se pueden secar fácilmente a temperatura ambiente. Se sabe en la técnica que los polímeros de acetato de celulosa que tienen estas características son solubles en agua y funcionan muy bien como agentes formadores de película. Véase, por ejemplo Wheatley (2007) en ”Water Soluble Cellulose Acetate: A Versatile Polymer for Film Coating”, Drug Development and Industrial Pharmacy 33: 281-90. Se pueden emplear otros polímeros solubles en agua que contienen funciones acetato, tales como acetato ftalato de celulosa y acetato melitato de celulosa. Para estos polímeros, la solubilidad en agua puede depender del grado de sustitución de ftalato o melitato, el pH, así como el peso molecular.
Las dispersiones de polímero de acetato de celulosa insolubles en agua pueden incluir, por ejemplo, acetato ftalato de celulosa, acetato succinato de celulosa, acetato butirato de celulosa y/o polímeros de acetato melitato de celulosa que pueden formularse como dispersiones acuosas. Una de tales dispersiones está disponible comercialmente como dispersión de acetato ftalato de celulosa Aquacoat® CPD (disponible de FMC Biopolymer). El acetato de celulosa plastificado generalmente puede tener propiedades termoplásticas y se puede aplicar mejor al papel subyacente, sustratos poliméricos u otros mediante cualquier procedimiento de recubrimiento conocido o desarrollado para composiciones con sus propiedades físicas. Por ejemplo, el acetato de celulosa plastificado puede imprimirse, recubrirse o aplicarse de otro modo sobre sustratos de papel para formar los materiales de papel recubiertos descritos en este documento. Puede coextruirse con uno o más sustratos poliméricos biodegradables.
Durante un método de fabricación de un papel recubierto, se pueden usar un polímero de acetato de celulosa soluble en agua o dispersiones de acetato de celulosa insolubles en agua como acabado/recubrimiento que se puede aplicar a un sustrato biodegradable. También se pueden usar soluciones o dispersiones de acetato de celulosa no acuosas como acabado/recubrimiento para un sustrato biodegradable. Por ejemplo, se pueden usar soluciones o dispersiones que contienen alcoholes. La frase "solución o dispersión" debe entenderse claramente como que incluye cualquier mezcla acuosa o no acuosa donde el acetato de celulosa es soluble (una solución), donde es generalmente o sustancialmente insoluble (una dispersión), y cualquier combinación de las mismas (por ejemplo, para mezclas acuosas que contienen acetato(s) de celulosa tanto solubles en agua como insolubles en agua). Por ejemplo, una composición de acetato de celulosa puede seleccionarse o adaptarse de las composiciones descritas en la Patente Estadounidense N° 4.983.730 to Domeshek et al. La concentración de polímero en esta solución acuosa puede ser de aproximadamente 0,5% a aproximadamente 50% en peso. Esta solución puede permitir la aplicación y la formación de una película de acetato de celulosa sobre, por ejemplo, la superficie del sustrato de la composición de papel.
En un modo de realización no según la invención, pueden depositarse fibras de acetato de celulosa sobre al menos una superficie del papel recubierto por flocado o pueden depositarse otras fibras biodegradables recubiertas con acetato de celulosa sobre al menos una superficie del papel recubierto. El papel recubierto con acetato de celulosa resultante y/o el papel recubierto con acetato de celulosa y flocado puede tener productos químicos superficiales similares a los de las estopas de fibras de acetato de celulosa utilizadas actualmente, pero pueden ser significativamente más biodegradables. El recubrimiento de acetato de celulosa también puede permitir que se apliquen estopas plastificantes convencionales para generar la dureza de filtro deseada. Las superficies de un filtro formado a partir de ellas pueden tener un producto químico de superficie similar al de un filtro de estopa de fibra de acetato de celulosa tradicional, y pueden proporcionar una interacción similar con el aerosol de la corriente principal que, más preferiblemente, no puede afectar negativamente la percepción del sabor por el fumador mientras fuma un cigarrillo que incorpora un modo de realización de filtro como se describe en este documento.
En un método de fabricación de composiciones de papel recubierto para su uso en filtros, al menos una superficie de una composición de papel u otro material de papel, como los conocidos en la técnica o desarrollados para su uso en filtros de artículos para fumar, puede recubrirse con una solución de acetato de celulosa (como se describe anteriormente). Cabe señalar que se puede usar una dispersión de acetato de celulosa en lugar de y/o además de una solución de acetato de celulosa. Preferiblemente, se pueden recubrir múltiples superficies (por ejemplo, tanto una superficie frontal como una superficie posterior) de una hoja de una composición de papel con una solución de acetato de celulosa. La solución se puede aplicar al sustrato de papel de una de las diferentes formas conocidas en la técnica. Por ejemplo, el tratamiento puede realizarse sumergiendo, pulverizando y/o imprimiendo (por ejemplo, por impresión calcográfica) el acetato de celulosa y/o el acetato de celulosa plastificado sobre el sustrato.
Particularmente, cuando el sustrato es un material de papel biodegradable configurado para su uso en un filtro, puede ser deseable aplicar el acetato de celulosa plastificado mediante un procedimiento de impresión calcográfica y/o un procedimiento de fusión en caliente (como se conoce en la técnica la aplicación de generalmente materiales termoplásticos sobre papel u otros sustratos). La solución se puede secar después de la aplicación al sustrato de papel. Después del secado, el papel recubierto puede plastificarse con un agente plastificante convencional u otro como, por ejemplo, triacetina. Alternativamente, el plastificante puede añadirse junto con la solución de acetato de celulosa y luego secarse. Este método puede usarse con los polímeros biodegradables formadores de fibras tratados en este documento. El filtro resultante incluirá un material biodegradable recubierto de acetato de celulosa. La mayor parte de la superficie puede ser similar a los filtros de acetato de celulosa tradicionales.
En un método de fabricación de composiciones de papel recubierto, según la invención, un sustrato de composición de papel puede tratarse con una solución de acetato de celulosa con un procedimiento de recubrimiento estándar, luego someterse a fibrilación para formar fibras recubiertas de acetato de celulosa que se extienden desde al menos una superficie del papel. En otras palabras, el material de sustrato biodegradable recubierto puede fibrilarse para generar una pluralidad de fibras que sobresalen de una superficie del mismo. El papel recubierto puede fibrilarse por cualquier medio conocido. Por ejemplo, generalmente se puede realizar la fibrilación mecánica convencional con un tambor o rodillo giratorio que tiene elementos de corte tales como agujas o dientes en contacto con el papel en movimiento. Los dientes pueden penetrar total o parcialmente en la superficie del papel para impartirle una superficie fibrilada. Se conocen otros tratamientos mecánicos similares y pueden incluir, por ejemplo, torsión, cepillado (como con un rodillo de púas), frotamiento (por ejemplo, con almohadillas de cuero) y flexión. Las fibras que pueden obtenerse mediante tales procedimientos convencionales de fibrilación son típicamente de tamaño macroscópico, generalmente de 70 micrómetros a varios cientos de micrómetros de sección transversal. Alternativamente, el papel recubierto puede fibrilarse impartiéndole suficiente energía fluida para producir una superficie fibrilada, por ejemplo, poniendo en contacto una parte de al menos una superficie del papel con un fluido a alta presión. Métodos de fibrilación ilustrativos se describen en la Patente Estadounidense 6.646.019 de Perez et al. Un papel recubierto puede fibrilarse más eficazmente que un material de sustrato de papel no recubierto correspondiente. La fibrilación puede potenciarse eficazmente mediante la presencia de una película de acetato de celulosa sobre una superficie del papel.
En cada una de estas y otras aplicaciones o modos de realización, el acetato de celulosa se puede utilizar como acetato de celulosa plastificado. Es decir, el acetato de celulosa puede haber sido plastificado con triacetina u otro agente plastificante antes de aplicarse al papel, fibras, fibra polimérica u otro sustrato biodegradable configurado para su uso dentro de los principios de la presente descripción. Para sustratos fibrilables o que forman fibras, particularmente sustratos basados en polímeros, puede ser preferible formar las fibras antes de aplicar acetato de celulosa plastificado.
Un material de filtro de la presente invención incluye al menos una hoja de composición de papel que incluye un recubrimiento de acetato de celulosa. La hoja se puede formar usando procedimientos conocidos. Por ejemplo, la hoja puede formarse mediante procedimientos de fabricación de papel o tejido. En un aspecto, un método para fabricar una hoja recubierta puede incluir las etapas de: recubrir al menos una superficie de la hoja con una solución o dispersión de acetato de celulosa (y/o recubrir al menos una superficie de la hoja con acetato de celulosa plastificado); y secar la hoja.
Se puede utilizar una solución de acetato de celulosa como una solución acuosa y/o no acuosa de acetato de celulosa, donde el acetato de celulosa tiene un grado de sustitución de acetilo de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 1,2. La solución de acetato de celulosa se puede utilizar como una solución acuosa de acetato de celulosa soluble en agua, donde tales composiciones comprenden un 85-98% en peso de un polímero de acetato de celulosa soluble en agua de bajo peso molecular que tiene una viscosidad en solución de 5-50 cps y 2-15% en peso de un polímero de acetato soluble en agua de mayor peso molecular con una viscosidad en solución superior a 100 cps. Si el acabado formador de película es una dispersión acuosa basada en acetato de celulosa tal como acetato ftalato de celulosa o acetato melitato de celulosa, puede usarse una cantidad apropiada de la dispersión para formar una película uniforme sobre la superficie de la hoja.
En otro modo de realización, no según la invención, un papel recubierto producido por los métodos descritos anteriormente puede recubrirse con acetato de celulosa y/o ser flocado con fibras de acetato de celulosa convencionales y/u otras fibras biodegradables. Alternativamente, o además, la hoja biodegradable puede recubrirse con acetato de celulosa y/o ser flocada con fibras de acetato de celulosa plastificadas convencionales y/u otras fibras biodegradables. Las otras fibras biodegradables se pueden recubrir con acetato de celulosa y/o acetato de celulosa plastificado. En cualquiera de estos ejemplos, el acetato de celulosa plastificado se puede sustituir por acetato de celulosa y el acetato de celulosa se puede sustituir por acetato de celulosa plastificado. El flocado puede ser el método/estructura para recubrir con acetato de celulosa y/o acetato de celulosa plastificado. Las otras fibras biodegradables se pueden formar a partir de, por ejemplo, almidón, materiales fibrosos orgánicos derivados de plantas celulósicos u otros (por ejemplo, algodón, lana, cedro, cáñamo, bambú, kapok o lino), celulosa regenerada, alcohol polivinílico, poliésteres alifáticos , poliuretanos alifáticos, polihidroxialcanoatos, polianhídridos, succinato de polibutileno, succinato adipato de polibutileno, poliesteramida y copolímeros y mezclas de los mismos. Los poliésteres alifáticos ilustrativos pueden incluir, por ejemplo, ácido poliglicólico (PGA), ácido poliláctico (PLA) (por ejemplo, poli(ácido L-láctico) o poli(ácido DL-láctico)), polihidroxibutirato (PHB), polihidroxivalerato (PHV), policaprolactona (PCL) y copolímeros de los mismos.
El flocado se puede lograr mediante cualquier método conocido, incluyendo, por ejemplo, el flocado electrostático. Puede aplicarse un adhesivo a la hoja biodegradable recubierta antes o durante el flocado para retener las fibras sobre la hoja. Alternativamente, la película de acetato de celulosa de la hoja biodegradable recubierta puede servir como adhesivo para retener las fibras. Un filtro formado de esta manera puede tener un perfil de biodegradabilidad diferente al de un filtro en el que se reviste al menos una fibra biodegradable, se reviste una pluralidad de fibras biodegradables o se revisten sustancialmente todas las fibras biodegradables u otros materiales de sustrato, pero puede proporcionar un perfil de sabor deseable. Tales configuraciones pueden proporcionar una dispersabilidad mejorada de las fibras de acetato de celulosa, lo que puede mejorar su capacidad de degradarse y puede disminuir o incluso minimizar la congestión y/o acumulación del acetato de celulosa asociado con los filtros de acetato de celulosa existentes.
Un material de filtro formado por estos u otros métodos puede ensamblarse en un filtro configurado para su uso en un artículo para fumar, incluyendo que puede tratarse con uno o más agentes plastificantes. Un material de filtro configurado para su uso como parte de un artículo para fumar puede incluir una composición de papel y/o una pluralidad de fibras, al menos una de las cuales puede incluir un material biodegradable, donde se puede proporcionar acetato de celulosa y/o acetato de celulosa plastificado sobre al menos una composición de papel y/o fibra. Cada uno de los materiales de filtro y combinaciones de los mismos puede ensamblarse en un filtro 126 del tipo conocido y ser utilizado en artículos para fumar tales como, por ejemplo, el cigarrillo 100 mostrado en la figura 1. Otras configuraciones de artículos para fumar tales como, por ejemplo, los cigarrillos, puritos y/u otros artículos para fumar de la marca Eclipse® pueden incorporar materiales de filtro y filtros de la presente invención.
Durante el uso, el fumador enciende típicamente el extremo de encendido 118 del cigarrillo 100 usando una cerilla o un encendedor, después de lo cual el material fumable 102 comienza a arder. El extremo de la boca 120 del cigarrillo 100 se coloca en los labios del fumador. Los productos de la descomposición térmica (por ejemplo, componentes del humo del tabaco) generados por el material fumable 102 en combustión se aspiran a través del cigarrillo 100, a través del elemento de filtro 126 y dentro de la boca del fumador. Después del uso del cigarrillo 100, el elemento de filtro 126 y cualquier porción residual de la barra de tabaco 102 pueden descartarse.
Las dimensiones de un cigarrillo 100 representativo pueden variar. Los cigarrillos preferidos tienen forma de barra y pueden tener diámetros de aproximadamente 7,5 mm (por ejemplo, circunferencias de aproximadamente 20 mm a aproximadamente 27 mm, a menudo de aproximadamente 22,5 mm a aproximadamente 25 mm); y puede tener longitudes totales de aproximadamente 70 mm a aproximadamente 120 mm, a menudo de aproximadamente 80 mm a aproximadamente 100 mm. La longitud del elemento de filtro 30 puede variar. Los elementos de filtro típicos pueden tener longitudes totales de aproximadamente 15 mm a aproximadamente 40 mm, a menudo de aproximadamente 20 mm a aproximadamente 35 mm. Para un elemento de filtro de segmento doble típico, el segmento de filtro del extremo de la boca o posterior a menudo puede tener una longitud de aproximadamente 10 mm a aproximadamente 20 mm; y el segmento de filtro del extremo de la barra de tabaco o anterior a menudo puede tener una longitud de aproximadamente 10 mm a aproximadamente 20 mm.
Pueden emplearse varios tipos de componentes de cigarrillos, incluidos tipos de tabaco, mezclas de tabaco, materiales de cobertura y de envoltura, densidades de empaquetado de mezclas y tipos de materiales de envoltura de papel para barras de tabaco. Véanse, por ejemplo, los diversos tipos representativos de componentes de cigarrillos, así como los distintos diseños, formatos, configuraciones y características de cigarrillos, que se describen en Johnson, ”Development of Cigarette Components to Meet Industry Needs”, 52nd T.S.R.C. (Septiembre, 1998); las Patentes Estadounidenses N° 5.101.839 de Jakob et al.; 5.159.944 de Arzonico et al.; 5.220.930 de Gentry y 6.779.530 de Kraker; 7.237.559 de Ashcraft et al.; 7.234.471 de Fitzgerald et al.; y 7.565.818 de Thomas et al.; y las Publicaciones de Patente Estadounidenses N° 2005/0066986 de Nestor et al.; 2007/0056600 de Coleman, III et al.; y 2007/0246055 de Oglesby. La barra fumable completa puede estar compuesta de material fumable (por ejemplo, relleno de picadura de tabaco) y una capa de material de envoltura exterior circunscrita.
El material de filtro puede variar y puede ser cualquier material del tipo que pueda emplearse para proporcionar un filtro del humo de tabaco para cigarrillos. Puede usarse material de filtro de cigarrillo tradicional, tal como papel fruncido, papel carbón, estopa de acetato de celulosa, banda de acetato de celulosa fruncida, estopa de polipropileno, banda de acetato de celulosa fruncida, hebras de tabaco reconstituido o similares. Un material de filtro que puede proporcionar una barra de filtro adecuada es la estopa de acetato de celulosa que tiene 3 denier por filamento y 40.000 denier en total. Como otro ejemplo, la estopa de acetato de celulosa que tiene 3 denier por filamento y 35.000 denier total puede proporcionar una barra de filtro adecuada. Como otro ejemplo, la estopa de acetato de celulosa que tiene 8 denier por filamento y 40.000 denier en total puede proporcionar una barra de filtro adecuada. Para obtener más ejemplos, véanse los tipos de materiales de filtro establecidos en las Patentes Estadounidenses N° 3.424.172 de Neurath; 4.811.745 de Cohen et al.; 4.925.602 de Hill et al.; 5.225.277 de Takegawa et al. y 5.271.419 de Arzonico et al.
Normalmente, se puede aplicar un plastificante como triacetina o carbowax a la estopa filamentosa en cantidades tradicionales usando técnicas conocidas. En un modo de realización, el componente plastificante del material de filtro puede incluir triacetina y carbowax en una proporción en peso de 1:1. La cantidad total de plastificante generalmente puede ser de aproximadamente 4 a aproximadamente 20 por ciento en peso, preferiblemente de aproximadamente 6 a aproximadamente 12 por ciento en peso. Otros materiales o aditivos adecuados usados en relación con la construcción del elemento de filtro serán fácilmente evidentes para los expertos en la técnica del diseño y fabricación de filtros de cigarrillos. Véase, por ejemplo, la Patente Estadounidense N° 5.387.285 de Rivers.
La estopa filamentosa, como el acetato de celulosa, puede procesarse usando una unidad de procesamiento de estopa de filtro convencional, como una E-60 disponible comercialmente suministrada por Arjay Equipment Corp., Winston-Salem, NC Otros tipos de equipos de procesamiento de estopa disponibles comercialmente, conocidos por los expertos en la técnica, se puede utilizar de manera similar.
Los elementos de filtro descritos en este documento pueden incluir una pluralidad de segmentos que se extienden longitudinalmente. Cada segmento puede tener propiedades variables y puede incluir varios materiales capaces de filtrar o adsorber materia particulada y/o compuestos en fase vapor. Normalmente, un elemento de filtro de la invención puede incluir de 1 a 6 segmentos y, con frecuencia, puede incluir de 2 a 4 segmentos. Uno o más de los segmentos pueden incluir uno o más de los componentes biodegradables y/o degradables descritos de otra forma en este documento, y pueden estar recubiertos con acetato de celulosa.
La biodegradabilidad se puede medir, por ejemplo, colocando una muestra en condiciones ambientales que se espera que conduzcan a la descomposición, como colocando una muestra en agua, una solución que contenga microbios, un material de abono o suelo. El grado de degradación puede caracterizarse por la pérdida de peso de la muestra durante un período dado de exposición a las condiciones ambientales. Las tasas de degradación preferidas para algunos modos de realización de elementos de filtro de la invención pueden incluir una pérdida de peso de al menos aproximadamente 20% después del entierro en el suelo durante 60 días o una pérdida de peso de al menos aproximadamente 30% después de 15 días de exposición a un compostador municipal típico. Sin embargo, las tasas de biodegradación pueden variar ampliamente según el tipo de partículas degradables utilizadas, la composición restante del elemento de filtro y las condiciones ambientales asociadas con la prueba de degradación. Las Patentes Estadounidenses N° 5.970.988 de Buchanan et al. y 6.571.802 de Yamashita proporcionan condiciones de prueba ilustrativas para las pruebas de degradación.
El procedimiento para fabricar elementos de filtro según la invención puede variar, pero un procedimiento para fabricar elementos de filtro de acetato de celulosa típicamente puede comenzar con la formación de fibras de celulosa. El primer paso en la formación de fibras de acetato de celulosa convencional es esterificar un material de celulosa. La celulosa es un polímero formado por unidades repetidas de anhidroglucosa. Cada unidad de monómero tiene tres grupos hidroxilo disponibles para la sustitución de éster (por ejemplo, sustitución de acetato). Los ásteres de celulosa se pueden formar haciendo reaccionar la celulosa con un anhídrido de ácido. Para producir acetato de celulosa, el anhídrido de ácido es anhídrido acético. La pulpa de celulosa de fibras de madera o algodón se puede mezclar típicamente con anhídrido acético y ácido acético en presencia de un catalizador ácido tal como ácido sulfúrico. El procedimiento de esterificación de celulosa a menudo puede resultar en una conversión esencialmente completa de los grupos hidroxilo disponibles en grupos éster (por ejemplo, un promedio de aproximadamente 2,9 grupos éster por unidad de anhidroglucosa). Después de la esterificación, el polímero típicamente puede hidrolizarse para reducir el grado de sustitución (GS) de aproximadamente 2 a aproximadamente 2,5 grupos éster por unidad de anhidroglucosa. El producto resultante típicamente se puede producir en forma de escamas que se pueden usar en el procesamiento posterior.
Para formar un material fibroso, las escamas de acetato de celulosa normalmente se pueden disolver en un disolvente (por ejemplo, acetona, metanol, cloruro de metileno o mezclas de los mismos) para formar una solución viscosa. La concentración de acetato de celulosa en la solución puede ser típicamente de aproximadamente 15 a aproximadamente 35 por ciento en peso. Si se desea, se pueden añadir a la solución aditivos tales como agentes blanqueadores (por ejemplo, dióxido de titanio). El líquido resultante a veces se denomina "dope" líquido. El dope de acetato de celulosa puede hilarse en filamentos usando una técnica de hilado en solución, que implica extruir el dope líquido a través de una hilera. Los filamentos pueden pasar a través de una cámara de curado/secado para solidificar los filamentos antes recogerlos. Las fibras recogidas se pueden combinar en una banda de estopa, engarzar y secar. Las relaciones de engarzado convencionales pueden estar en el intervalo de 1,2 a 1,8. Las fibras se pueden empaquetar típicamente en balas que son adecuadas para su uso posterior en procedimientos de formación de elementos de filtro.
El procedimiento de formación del elemento de filtro real típicamente puede implicar retirar mecánicamente la estopa de acetato de celulosa de la bala y separar las fibras en una banda similar a una cinta. La banda de estopa se puede someter a un procedimiento de incremento rápido (“blooming’) en el que la banda de estopa se separa en fibras individuales. El incremento rápido se puede lograr, por ejemplo, aplicando diferentes tensiones a las secciones adyacentes de la banda de estopa o aplicando presión neumática. La banda de estopa sometida al procedimiento de incremento rápido puede pasar entonces a través de una zona de relajación para permitir que las fibras se contraigan, seguido del paso a una estación de unión. La estación de unión típicamente puede aplicar un plastificante tal como triacetina a las fibras sometidas al procedimiento de incremento rápido para ablandar las fibras y permitir que las fibras adyacentes se fusionen entre sí. El procedimiento de unión puede formar una masa homogénea de fibras con rigidez aumentada. Luego, la estopa unida se puede envolver en una envoltura del filtro y cortar en barras de filtro. Los procedimientos de estopa de acetato de celulosa se describen, por ejemplo, en las Patentes Estadounidenses N° 2.953.838 de Crawford et al. y 2.794.239 de Crawford et al.
Los elementos de filtro con base de papel pueden diferir de los elementos de filtro de acetato de celulosa en varios aspectos. Por ejemplo, los elementos de filtro con base de papel pueden exhibir una mayor eficiencia de filtración de nicotina y/o eficiencia de eliminación de agua con respecto a los elementos de filtro de acetato de celulosa. Los elementos de filtro con base de papel también pueden exhibir una mayor eficiencia de filtración de partículas en comparación con los elementos de filtro de acetato de celulosa. La investigación sugiere que un elemento de filtro de papel puede eliminar significativamente más partículas, especialmente partículas con diámetros superiores a aproximadamente 115 nm, del humo de la corriente principal que un elemento de filtro de acetato de celulosa. Varios parámetros del filtro de papel, como, por ejemplo, el tamaño de la fibra, la orientación de la fibra y la porosidad total del filtro, pueden afectar las eficiencias de eliminación de partículas (p. ej., la eficiencia de eliminación efectiva de una sola fibra) de un filtro de papel por varios mecanismos de eliminación que incluyen, por ejemplo, la difusión, intercepción e impactación. Los elementos de filtro con base de papel también pueden exhibir una eficiencia de eliminación de compuestos fenólicos semivolátiles reducida con respecto a los elementos de filtro de acetato de celulosa. Los artículos para fumar que tienen elementos de filtro con base de papel pueden proporcionar un perfil de sabor del humo diferente al de los que tienen elementos de filtro de acetato de celulosa. Los diferentes perfiles de sabor pueden estar relacionados, por ejemplo, con mayores eficiencias de filtración de partículas y/o nicotina, mayores eficiencias de eliminación de agua y/o menores eficiencias de eliminación de compuestos semivolátiles de los elementos de filtro con base de papel con respecto a los elementos de filtro de acetato de celulosa. Los diferentes perfiles de sabor también pueden estar relacionados con, por ejemplo, la presencia de grandes huecos en los elementos de filtro con base de papel, la ausencia de triacetina u otro plastificante en los elementos de filtro con base de papel y/o las diferencias en productos químicos de superficie de los elementos de filtro con base de papel en relación con los elementos de filtro de acetato de celulosa.
Un procedimiento para fabricar elementos de filtro con base de papel puede comenzar típicamente frunciendo una hoja de la composición de papel. El papel puede estar fruncido; gofrado y fruncido; corrugado y fruncido; o gofrado, corrugado y fruncido para formar el segmento de filtro. Típicamente, para un elemento de filtro que tiene una circunferencia de aproximadamente 22 mm a aproximadamente 25 mm, el papel que se puede fruncir para formar un segmento de filtro puede tener un ancho de aproximadamente 3,5 pulgadas (8,9 cm) a aproximadamente 11 pulgadas (27,9 cm), y normalmente de aproximadamente 5 pulgadas (12,7 cm) a aproximadamente 8,5 pulgadas (21,6 cm). Los segmentos de filtro de papel fruncidos se pueden proporcionar de diversas formas, que incluyen (i) usar el aparato descrito en la Patente Estadounidense 4.807.809 de Pryor, et al.; (ii) usar el aparato generalmente como describen Keith, et al., en la Patente Estadounidense N° 4.283.186 en la col. 4, línea 50 hasta col. 5, línea 6; y (iii) usar una unidad de fabricación de barras disponible como CU-10, CU-20 o CU-20S de Decoufle s.a.r.b., junto con un aparato de fabricación de barras KDF-2 de Hauni-Werke Korber & Co., K.G.
Pueden proporcionarse segmentos de filtro frunciendo simultáneamente dos tipos de bandas de papel, para proporcionar un segmento que tenga dos tipos de papeles fruncidos. Aunque no es tan deseable, se pueden proporcionar segmentos de filtro frunciendo simultáneamente una banda de papel y una banda de material termoplástico (por ejemplo, como se describe en las Patentes Estadounidenses 5.076.295 de Saintsing et al. y 5.105.835 de Drewett et al.), para proporcionar un segmento que tenga dos tipos de bandas fruncidas. Los segmentos de filtro pueden ser de tubo del filtro combinado con otro u otros segmentos de filtro (por ejemplo, con un segmento de banda de polipropileno fruncida, banda de acetato de celulosa fruncida, banda de poliéster fruncida o estopa de acetato de celulosa) usando técnicas conocidas de combinación de tubo del filtro.
El papel se puede fruncir para formar segmentos de filtro 326 (por ejemplo, como se muestra en la vista posterior y en la vista de sección longitudinal de las figuras 3 y 4, respectivamente) de modo que el área vacía en la sección transversal de ese segmento típicamente puede variar de aproximadamente 5 a aproximadamente 30 por ciento, generalmente de aproximadamente 8 a aproximadamente 25 por ciento, y a menudo de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 por ciento. El área vacía de la sección transversal (es decir, el área proporcionada por los conductos cuando el segmento del filtro se ve de frente) típicamente se puede determinar usando una técnica de análisis de imágenes mediante un analizador de imágenes IBAS 2000 disponible de Carl Ziess, Inc.
En un aspecto, el papel fruncido puede estar corrugado. Las corrugaciones pueden extenderse a lo largo de la longitud del papel que se puede fruncir para proporcionar el segmento de filtro. El patrón de corrugación puede variar y puede tener una configuración ondulada, de onda cuadrada o de diente de sierra, cuando se mira de frente. Por ejemplo, el papel puede estar corrugado para que tenga una forma ondulada cuando se mira desde el extremo, de modo que la distancia entre cada pico del patrón de corrugación puede ser de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 2 mm. Como otro ejemplo, el papel puede estar corrugado de modo que la distancia entre cada pico del patrón de corrugación puede ser de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 1 mm, la profundidad del patrón de corrugación puede ser de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 1 mm y el patrón de corrugación puede ser de modo que cada pico puede estar ligeramente aplanado y cada valle puede estar ligeramente aplanado.
La manera en que el papel se puede gofrar o corrugar puede variar. En determinadas circunstancias, puede ser deseable humedecer el papel antes del momento en que se pueda gofrar o corrugar. Por ejemplo, una banda de papel que tiene un contenido de humedad de aproximadamente 10 por ciento en peso puede rociarse con agua o ponerse en contacto de otro modo con agua para lograr un contenido de humedad de aproximadamente 30 a aproximadamente 50 por ciento en peso. A continuación, el papel humedecido se puede gofrar o corrugar en presencia de calor aplicado (por ejemplo, a aproximadamente 120°C). A continuación, el papel humedecido se puede secar por convección o usando técnicas de secado por microondas hasta un contenido de humedad de aproximadamente 10 por ciento en peso. La banda de papel seca, gofrada y/o corrugada se puede fruncir entonces en una barra continua. La barra continua se puede dividir en barras de filtro de la longitud deseada.
Un segmento de filtro, tal como el segmento de filtro 326 mostrado en las figuras 3 y 4, puede proporcionarse usando un papel fruncido y puede incluir una pluralidad de canales o conductos 324 que se extienden longitudinalmente. A menudo, los canales o conductos 324 pueden extenderse por toda la longitud del segmento de filtro. El papel recubierto se puede fruncir de tal manera que las partículas de aerosol del humo de la corriente principal puedan pasar a través de los conductos que se extienden longitudinalmente y tiendan a no interactuar físicamente (por ejemplo, por impacto) con varios componentes constituyentes del papel (por ejemplo, la composición del papel y/o la composición de recubrimiento) hasta un grado significativo, mientras que los componentes en fase gaseosa del humo de la corriente principal pueden exhibir una tendencia a interactuar física y químicamente con esos componentes del papel en un grado significativo. Dado que los conductos o canales de aire pueden formarse frunciendo una banda de papel, los canales individuales de la pluralidad de canales pueden tener diferentes formas y tamaños. El número de canales o conductos 324 que pueden extenderse longitudinalmente a través del segmento de filtro 326 puede variar. Normalmente, los papeles gofrados o corrugados que pueden fruncirse proporcionan un mayor número de canales que se extienden longitudinalmente que los papeles que simplemente pueden fruncirse sin primero gofrarse o corrugarse.
Por ejemplo, una barra que tiene una circunferencia de aproximadamente 23 mm a aproximadamente 25 mm que puede proporcionarse frunciendo un papel corrugado (por ejemplo, un papel que tiene un ancho de aproximadamente 5,5 pulgadas (14 cm) que puede estar corrugado), el número de conductos que se extienden longitudinalmente típicamente puede variar de aproximadamente 100 a aproximadamente 200, a menudo de aproximadamente 120 a aproximadamente 180, y con frecuencia de aproximadamente 130 a aproximadamente 160. Normalmente, el área de cada uno de dichos conductos cuando el segmento de filtro se ve de frente puede oscilar entre aproximadamente 0,05 y aproximadamente 0,3 mm2, a menudo de aproximadamente 0,06 a aproximadamente 0,2 mm2, y con frecuencia de aproximadamente 0,07 a aproximadamente 0,17 mm2. Para una barra que tiene una circunferencia de aproximadamente 23 mm a aproximadamente 25 mm que puede proporcionarse frunciendo un papel (por ejemplo, un papel que tiene un ancho de aproximadamente 8,5 pulgadas (21,6 cm)), el número de conductos que se extienden longitudinalmente típicamente puede variar de aproximadamente 45 a aproximadamente 100, a menudo de aproximadamente 50 a aproximadamente 95, y frecuentemente de aproximadamente 60 a aproximadamente 80. Normalmente, el área de cada uno de dichos conductos cuando el segmento de filtro se ve de frente puede variar de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 0,2 mm2, a menudo de aproximadamente 0,02 a aproximadamente 0,1 mm2, y con frecuencia de aproximadamente 0,03 a aproximadamente 0,07 mm2.
En determinados modos de realización, el papel se puede fruncir en toda la región transversal del segmento de filtro. De esta forma, el papel y los conductos de aire proporcionados al fruncir el papel pueden llenar toda la región transversal del segmento de filtro. Además, el segmento de filtro puede carecer de cualquier conducto de área transversal extremadamente grande. Preferiblemente, el segmento de filtro puede carecer de conductos de aire que tengan un área de más de aproximadamente 1 mm2, y lo más preferiblemente puede carecer de cualquier conducto que tenga un área de más de aproximadamente 2 mm2, cuando el segmento de filtro se ve de frente.
Los procedimientos para fabricar filtros según la presente invención pueden ser sustancialmente similares a los procedimientos descritos anteriormente con respecto a los filtros tradicionales de papel o de estopa de acetato de celulosa. Cada uno de los materiales biodegradables descritos en el presente documento puede procesarse de una manera conocida en la técnica para formar filtros (por ejemplo, papeles fruncidos, fibras de estopa, fibras derivadas de películas fibriladoras, telas no tejidas formadas por procedimientos de soplado en estado fundido y por vía húmeda). Como se describió anteriormente, las fibras se revisten con acetato de celulosa durante o después de la formación. Alternativamente, o además, las fibras y/o las composiciones de papel pueden tratarse durante el ensamblaje en la construcción de filtros (ya sea en forma individual, barras de múltiples filtros u otros formatos de construcción conocidos en la técnica).
En un modo de realización que no es según la invención, un sustrato de composición de papel puede recubrirse con acetato de celulosa y/o flocarse con fibras de acetato de celulosa u otras fibras biodegradables recubiertas con acetato de celulosa como se describe en este documento y fruncirse para formar segmentos de filtro usando técnicas conocidas o desarrolladas. y usadas en el futuro. Un filtro resultante puede tener químicas de superficie más parecidas a las de los filtros de estopa de acetato de celulosa tradicionales y características de biodegradabilidad más parecidas a las de los filtros de papel tradicionales. Las características de biodegradabilidad pueden mejorarse aún más por los efectos sinérgicos de combinaciones de composiciones de papel y acetato de celulosa. Las fibras que se pueden disponer sobre las superficies del papel recubierto pueden extenderse axialmente desde las superficies del papel hacia los canales o conductos que se extienden longitudinalmente de un segmento de filtro. Las extensiones de fibra pueden proporcionar una mayor interacción mecánica y/o química con respecto a un filtro de papel tradicional entre los diversos componentes del aerosol de la corriente principal y los diversos componentes del segmento de filtro durante el uso de un artículo para fumar que incorpora el filtro. En otras palabras, las fibras flocadas pueden depositarse sobre la superficie del material de sustrato biodegradable y configurarse para extenderse axialmente dentro de los canales o conductos longitudinales para entrar en contacto con el aerosol de la corriente principal que fluye a su través. Las fibras flocadas pueden extenderse en una dirección transversal al eje longitudinal del segmento de filtro o en cualquier otra dirección con respecto al eje longitudinal del segmento de filtro. De este modo se puede lograr un perfil de sabor que se parezca más al de los filtros de acetato de celulosa tradicionales que a los filtros de papel tradicionales. Algunos fumadores pueden encontrar esto deseable.
En un modo de realización de la presente divulgación, un sustrato de composición de papel i se reviste y se fibrila como se describe en este documento y se frunce para formar segmentos de filtro usando técnicas conocidas o desarrolladas. Un filtro resultante puede tener porciones de papel fibrilado y/o de película de acetato de celulosa que se extienden axialmente desde las superficies del papel hacia los canales o conductos que se extienden longitudinalmente de los segmentos de filtro. Dicho de otra manera, las fibras fibriladas (por ejemplo, fibras de material de papel y fibras de material de papel recubierto) que pueden generarse fibrilando el material de sustrato biodegradable pueden sobresalir más allá de la superficie del material de sustrato biodegradable axialmente dentro de los canales o conductos longitudinales que puede proporcionar un aumento de interacción mecánica y/o química con el aerosol de la corriente principal como se describe en el presente documento. Las fibras fibriladas pueden extenderse en una dirección transversal al eje longitudinal del segmento de filtro o en cualquier otra dirección con respecto al eje longitudinal del segmento de filtro.
Los componentes de los elementos de filtro o segmentos para los elementos de filtro de los cigarrillos con filtro multisegmento normalmente se pueden proporcionar a partir de barras de filtro producidas utilizando tipos tradicionales de unidades formadoras de barras, como las disponibles como KDF-2 y KDF-3E de Hauni-Werke Korber & Co., KG. Normalmente, el material de filtro, como la estopa de filtro, puede proporcionarse usando una unidad de procesamiento de estopa. Una unidad de procesamiento de estopa ilustrativa ha estado disponible comercialmente como E-60 suministrada por Arjay Equipment Corp., Winston-Salem, NC. Otras unidades de procesamiento de estopa ilustrativas han estado disponibles comercialmente como AF-2, AF-3 y AF-4 de Hauni-Werke Korber & Co. KG. Además, las formas y métodos representativos para operar las unidades de suministro de material de filtro y las unidades de fabricación de filtros se describen en las Patentes Estadounidenses N° 4.281.671 de Byrne; 4.862.905 de Green, Jr. et al.; 5.060.664 de Siems et al.; 5.387.285 de Rivers; y 7.074.170 de Lanier, Jr. et al. Otros tipos de tecnologías para suministrar materiales de filtro a una unidad de formación de barras de filtro se describen en las Patentes Estadounidenses N° 4.807.809 de Pryor et al. y 5.025.814 de Raker.
Las barras de filtro de cigarrillos, incluidas las fabricadas según los modos de realización descritos en el presente documento, pueden usarse para proporcionar barras de filtro de múltiples segmentos. La producción de barras de filtro de múltiples segmentos se puede llevar a cabo utilizando los tipos de unidades formadoras de barras que se han empleado tradicionalmente para proporcionar componentes de filtro de cigarrillos de múltiples segmentos. Las barras de filtro de cigarrillos de múltiples segmentos se pueden fabricar usando un dispositivo de fabricación de barras de filtro de cigarrillos disponible bajo la marca Mulfi de Hauni-Werke Korber & Co. KG de Hamburgo, Alemania. Los tipos representativos de diseños y componentes de filtros, incluidos los tipos representativos de filtros de cigarrillos segmentados, se describen en las Patentes Estadounidenses N° 4.920.990 de Lawrence et al.; 5.012.829 de Thesing et al.; 5.025.814 de Raker; 5.074.320 de Jones, Jr. et al.; 5.105.838 de White et al.; 5.271.419 de Arzonico et al.; 5.360.023 de Blakley et al.; 5.396.909 de Gentry et al.; 5.718.250 de Banerjee et al.; 6.761.174 de Jupe et al.; 7.836.895 de Dube et al.; 7.240.678 de Crooks et al.; y 7.568.485 de Zhang; las Publicaciones de Solicitud de Patente Estadounidense N° 2006/0090769 de Woodson et al.; 2006/0144412 de Mishra et al.; 2006/0157070 de Belcastro et al.; y 2007/0056600 de Coleman, III et al.; y las Publicaciones PCT N° WO 03/009711 de Kim y WO 03/047836 de Xue et al.
Los elementos de filtro de múltiples segmentos se pueden proporcionar típicamente a partir de las denominadas barras de filtro de "six-up", barras de filtro de "four-up" y barras de filtro de "two-up" que tienen el formato general y la configuración convencionalmente utilizada para la fabricación de cigarrillos con filtro y pueden manipularse utilizando dispositivos de manipulación de barras de cigarrillos de tipo convencional o adecuadamente modificados, tales como dispositivos de boquilla disponibles como Lab MAX, MAX, MAX S o MAX 80 de Hauni-Werke Korber & Co. Kg . Véanse, por ejemplo, los tipos de dispositivos descritos en las Patentes Estadounidenses N° 3.308.600 de Erdmann et al.; 4.281.670 de Heitmann et al.; 4.280.187 de Reuland et al.; 4.850.301 de Greene, Jr. et al.; 6.229.115 de Vos et al.; 7.434.585 de Holmes; y 7.296.578 de Read, Jr.; y la Publicación de Solicitud de Patente Estadounidense N° 2006/0169295 de Draghetti.
Los elementos de filtro de la presente invención pueden incorporarse dentro de los tipos de cigarrillos descritos en las Patentes Estadounidenses N° 4.756.318 de Clearman et al.; 4.714.082 de Banerjee et al.; 4.771.795 de White et al.; 4.793.365 de Sensabaugh et al.; 4.989.619 de Clearman et al.; 4.917.128 de Clearman et al.; 4.961.438 de Korte; 4.966.171 de Serrano et al.; 4.969.476 de Bale et al.; 4.991.606 de Serrano et al.; 5.020.548 de Farrier et al.; 5.027.836 de Shannon et al.; 5.033.483 de Clearman et al.; 5.040.551 de Schlatter et al.; 5.050.621 de Creighton et al.; 5.052.413 de Baker et al.; 5.065.776 de Lawson; 5.076.296 de Nystrom et al.; 5.076.297 de Farrier et al.; 5.099.861 de Clearman et al.; 5.105.835 de Drewett et al.; 5.105.837 de Barnes et al.; 5.115.820 de Hauser et al.; 5.148.821 de Best et al.; 5.159.940 de Hayward et al.; 5.178.167 de Riggs et al.; 5.183.062 de Clearman et al.; 5.211.684 de Shannon et al.; 5.240.014 de Deevi et al.; 5.240.016 de Nichols et al.; 5.345.955 de Clearman et al.; 5.396.911 de Casey, III et al.; 5.551.451 de Riggs et al.; 5.595.577 de Bensalem et al.; 5.727.571 de Meiring et al.; 5.819.751 de Barnes et al.; 6.089.857 de Matsuura et al.; 6.095.152 a Beven et al; y 6.578.584 de Beven. Además, los elementos de filtro de la presente invención pueden incorporarse dentro de los tipos de cigarrillos que se han comercializado bajo las marcas "Premier" y "Eclipse" por R. J. Reynolds Tobacco Company. Véanse, por ejemplo, los tipos de cigarrillos descritos en "Chemical and Biological Studies on New Cigarette Prototypes that Heat Instead of Burn Tobacco, R. J. Reynolds Tobacco Company Monograph (1988) e Inhalation Toxicology, 12:5, p. 1-58 (2000).
Durante la fabricación de filtros de cigarrillos típicos, comúnmente se pueden usar dos tipos de adhesivos para asegurar la envoltura del filtro y/o el papel de boquilla alrededor del material del filtro, y/o dentro del filtro mismo: (1) un adhesivo de fusión en caliente para pegar los bordes de la envoltura del filtro, y (2) un adhesivo con base de dispersión acuosa para pegar el papel de boquilla. Aunque la forma física de estos adhesivos puede ser diferente, ambos tipos típicamente pueden incluir etileno acetato de vinilo como ingrediente polimérico principal. El etileno acetato de vinilo generalmente no puede considerarse un polímero fácilmente biodegradable. Al formular filtros de cigarrillos para una degradabilidad acelerada (p. ej. mediante el empleo de las estructuras descritas en este documento o la formación de un filtro a partir de papeles y/o polímeros que han demostrado una biodegradabilidad acelerada), puede ser deseable que el adhesivo que mantiene el material de filtro unido dentro de las dos capas de papel también sea biodegradable. Algunos adhesivos biodegradables pueden usarse en filtros de cigarrillos como termofusibles y como dispersiones acuosas. Los polímeros biodegradables que se pueden usar directamente como termofusibles o después de mezclarlos con plastificantes y agentes de pegajosidad de uso común están disponibles comercialmente. Los polímeros biodegradables que se pueden aplicar como dispersiones acuosas se pueden usar como pegamento de boquilla después de convertirlos en dispersiones mediante uno o más entre varios métodos . Los polímeros biodegradables disponibles comercialmente y los métodos para convertir polímeros biodegradables en dispersiones se describen en la Solicitud de Patente Estadounidense N° de serie 12/963.275, presentada el 8 de diciembre de 2010.
Las barras de cigarrillos se pueden fabricar típicamente usando una máquina para fabricar cigarrillos, tal como una máquina para fabricar barras de cigarrillos automatizada convencional. Las máquinas de fabricación de barras de cigarrillos ilustrativas y los componentes y operaciones de las mismas se describen en la Solicitud de Patente Estadounidense N° de serie 12/963.275, presentada el 8 de diciembre de 2010. Las máquinas automáticas para fabricar cigarrillos pueden proporcionar una barra de cigarrillo continua formada o una barra fumable que puede subdividirse en barras fumables formadas de las longitudes deseadas.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un material de filtro configurado para su uso como parte de un artículo para fumar, que comprende:
    un material de hoja de sustrato biodegradable que comprende una composición de papel;
    una composición de recubrimiento, comprendiendo la composición de recubrimiento al menos uno entre acetato de celulosa y acetato de celulosa plastificado, dispuesta sobre al menos una superficie del material de sustrato biodegradable; y
    una pluralidad de fibras recubiertas recubiertas con la composición de recubrimiento y que sobresalen más allá de la al menos una superficie del material de sustrato biodegradable, en la que la pluralidad de fibras recubiertas comprende al menos una fibra fibrilada generada sobre una superficie del material de sustrato biodegradable por fibrilación del material del sustrato.
    2. Un método para fabricar el material de filtro según la reivindicación 1, comprendiendo el método:
    recubrir la al menos una superficie del material de sustrato biodegradable que comprende una composición de papel con la composición de recubrimiento, dicha composición de recubrimiento comprende al menos uno entre acetato de celulosa y acetato de celulosa plastificado; y
    fibrilar el material de sustrato biodegradable recubierto para generar la pluralidad de fibras.
    3. Un elemento de filtro configurado para su uso como parte de un artículo para fumar, que comprende:
    el material de filtro según la reivindicación 1.
    4. El elemento de filtro según la reivindicación 3, en el que el elemento de filtro está configurado como un papel fruncido que tiene al menos un conducto longitudinal que se extiende longitudinalmente en el mismo, y al menos una de la pluralidad de fibras está configurada para extenderse axialmente dentro del al menos un conducto longitudinal para poner en contacto el aerosol de la corriente principal dispuesto en el mismo.
    5. Un artículo para fumar que comprende el elemento de filtro según la reivindicación 3 ó 4.
    6. Un artículo para fumar que comprende el material de filtro según la reivindicación 1.
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