FI114896B - Savukesuodattimia - Google Patents

Description

114896

Savukesuodattimia Käsiteltävänä oleva keksintö koskee savukkeissa käytettäviä paperisuodattimia.

5 Kuituja sisältävät suodattimet savukkeita varten ovat hyvin tunnettuja. Eräässä tunnetussa rakennemuodossaan suodattimen runko-osa koostuu touvin muodossa olevista jatkuvista filamenteista, tavallisesti selluloosa-asetaatti (asetaatti)filamenteista, jotka ovat yhdensuuntaisia savuk-10 keen pituusakselin kanssa. Toisessa tunnetussa rakennemuodossaan suodattimen runko-osa koostuu laskostetusta tai poimutetusta paperista, joka on puristettu lieriöksi. Paperi uritetaan laskostusta tai poimutusta varten. Tällaisia yhden ainoan suodatinelementin sisältäviä rakennemuotoja 15 voidaan kutsua "mono"suodattimiksi. Toisena tunnettuna ra-kennemuotona on ns. "kaksois"suodatin, joka sisältää kaksi suodatinelementtiä, esim. savukkeen sisäosassa olevan pape-risuodattimen ja ulko-osassa olevan touvisuodattimen. Tunnettu rakennemuoto on lisäksi ns. "kolmois"suodatin, joka 20 sisältää kolme suodatinelementtiä, esim. paperisuodattimen ja touvisuodattimen kuten "kaksois"rakenteessa ja niiden välissä ilmaraon tai aktiivihiilisuodattimen.

Tiedetään, että paperisuodattimet poistavat yleisesti ottaen tervaa tupakansavusta tehokkaammin kuin tou-25 visuodattimet. Suuri tervanpoistokyky on erityisen toivottavaa pyrittäessä jatkuvasti vähätervaisiin savukkeisiin. Käsiteltävänä olevan keksinnön eräänä tehtävänä on tarjota savukkeeseen kiinnitettävä, tervaa tehokkaasti poistava imukesuodatin. Keksinnön lisätehtävänä on tarjota erilaisia 30 savukerakenteita, joista erittyy vähän tervaa.

Käsiteltävänä olevan keksinnön mukaisesti tarjotaan savukesuodatin, joka tunnetaan siitä, että suodattimen runko-osa käsittää paperin, joka sisältää lyocell-kuituja tai koostuu olennaisesti niistä. Keksintö tarjoaa lisäksi täl-35 laisen suodattimen sisältävän savukkeen.

2 114896

Lyocell-kuidut ovat tunnettuja materiaaleja ja niiden valmistus on selitetty esim. US-patenttijulkaisussa 4 246 221. Ne ovat kaupallisesti saatavissa yhtymästä Cour-taulds plc tavaramerkinnällä "Tencel". Ne valmistetaan liu-5 ottamalla selluloosa liuotteeseen ja ekstrudoimalla näin muodostunut liuos suulakkeen kautta saostuskylpyyn, jonka tehtävänä on saostaa selluloosa ja pestä liuote kuiduista. Tätä menetelmää voidaan kutsua liuoskehruuksi ja lyocell-kuituja voidaan myös kutsua liuoskehrätyiksi selluloosa-10 kuiduiksi. Selluloosana on tavallisesti puumassa. Liuottee-na voi olla tertiaarinen amiini-N-oksidi, edullisesti ve-dellinen tertiaarinen amiini-N-oksidi, erityisesti N-me-tyylimorfoliini-N-oksidi. Jos liuotteena on tertiaarinen amiini-N-oksidi, saostuskylpynä on edullisesti vesihaude. 15 Liuoskehruumenetelmä on erotettava muista tunnetuista menetelmistä selluloosakuitujen valmistamiseksi, jotka pohjautuvat selluloosan kemiallisen johdannaisen muodostumiseen ja hajoamiseen esimerkkinä viskoosimenetelmä. Lyocell-kuidut hajoavat helposti luonnossa. Lyocell-kuidut voivat si-20 sältää mattapigmenttiä kuten titaanidioksidia ja ne voidaan valkaista.

Keksinnön mukaisen savukesuodattimen suodatuskyky on suuri ja yhtä hyvä kuin tunnettujen paperisuodattimien.

Keksinnön mukaisessa savukesuodattimessa käytettävä 25 paperi voidaan valmistaa tavanomaisen paperinvalmistustekniikan ja -laitteiston avulla. Keksinnön mukaisessa suodat-timessa käytettävän paperin neliömassa voi yleisesti ottaen olla sama kuin tunnetuissa paperisuodattimissa tavanomaisesti käytetyn paperin ja voi yleensä olla alueella 15 -30 150, edullisesti 20 - 80 grammaa per neliömetri. Paperi voi koostua olennaisesti lyocell-kuiduista tai se voi sisältää muita kuitutyyppeja, esim. kasvikuituja kuten puumassa-ja/tai asetaattikuituja lyocell-kuitujen lisäksi. Yllättäen on havaittu, että paperi voi sisältää noin 50 painoprosent-35 tiin saakka puumassaa tervanpoistokyvyn pienentymättä merkitsevästi, joskin tätä suuremmat osuudet pyrkivät tieten- 3 114896 kin kasvavassa määrin lähentämään tätä kykyä tavanomaisen puumassapaperin tervanpoistokykyä. Edullinen on paperi, joka käsittää vähintään 25 painoprosenttia lyocell-kuituja, erityisesti seoksena puumassakuitujen kanssa. Edullinen on 5 lisäksi paperi, joka sisältää noin 50 painoprosenttia lyocell-kuituja ja puumassakuituja. On myös havaittu, että määrätyn puumassaosuuden lisääminen seokseen voi edistää paperinmuodostusprosessia ja parantaa siten paperin laatua.

Keksinnön mukaisessa suodattimessa käytettävän palo perin vetolujuus poikkisuunnassa (CD) on valittava siten, että paperi voidaan urittaa oikealla tavalla laskostusta tai poimutusta varten. Pieni CD-vetolujuus voi merkitä sitä, että urittuminen on liian voimakasta ja paineen aleneminen suodattimessa on tästä syystä liian suuri ja suuri 15 CD-vetolujuus voi merkitä sitä, että urittuminen on liian vähäistä ja suodattimen ulkonäkö ei ole tämän takia tyydyttyvä .

Keksinnön mukaisen suodattimen lyocell-kuidut ovat edullisesti fibrilloituneita. Lyocell-kuidut voidaan fib-20 rilloida hiertämällä kosteita kuituja mekaanisesti esim. paperinvalmistusprosessin aikana. Fibrillointi aiheuttaa ohueiden kuitujen ("fibrillien") osittaista irtoamista kuidun perusosasta siten, että yksittäiset kuidut näyttävät "karvaisilta". Fibrilloituneiden lyocell-kuitujen pinta-ala 25 on kasvanut fibrilloitumattomiin kuituihin verrattuna ja uskotaan, että tämä on eduksi, koska suodatuskyky paranee.

Paperi voi koostua voimakkaasti fibrilloituneiden lyocell-kuitujen ja muiden kuitutyyppien, esim. kasvikuitujen kuten puumassa- ja/tai asetaattikuitujen seoksesta.

30 Voimakkaasti fibrilloituneita lyocell-kuituja voidaan valmistaa voimakkaissa jauhatusolosuhteissa. Tällaisia kuituja sisältävä paperisulppu kuivuu hyvin hitaasti ja siitä ei voida tästä syystä yleensä valmistaa kaupallisesti paperia savukesuodattimia varten. Tällaiseen sulppuun voidaan se-35 koittaa muun tyyppisiä kuituja sisältävää sulppua, mm. sulppua, joka sisältää vähän fibrilloituneita lyocell- 4 114896 kuituja, ja käyttää seosta paperinvalmistuksessa. Seos, joka koostuu voimakkaasti fibrilloituneista lyocell-kuiduista muodostuvasta sulpusta ja muun tyyppisiä kuituja sisältävästä sulpusta, voidaan valita siten, että saavutetaan pa-5 perinvalmistuksen, paperin ja suodatusominaisuuksien asianmukainen tasapaino. Voidaan havaita, että voimakkaasti fib-rilloituneiden lyocell-kuitujen ja asetaattikuitujen seoksella saavutetaan hyvä vedenpoisto paperinvalmistuksen aikana, hyvä paperinlujuus, parempi suodatuskyky kuin pelkäl-10 la asetaatilla, huuhtoutuvia (eli veteen hajoavia) savu-kesuodattimia ja nopeampi hajoaminen luonnossa kuin pelkästään asetaattikuiduista valmistetuilla suodattimilla.

Keksinnön mukainen suodatin voi olla mono-, kaksois- tai kolmoissuodatin. Edullisia ovat kaksois- ja kol-15 moissuodattimet, jotka käsittävät savukkeen ulko-osassa olevan asetaattitouvisuodattimen ja savukkeen sisäosassa lyocell-paperisuodattimen. Tällaiset suodattimet kestävät hyvin ulkoista tahrautumista.

Keksinnön mukaisia suodatinelementtejä ja suodatti-20 mia voidaan käyttää ventiloiduissa ja ventiloimattomissa suodatinsavukkeissa lukuisten tupakkapötköjen yhteydessä. Pelkästään esimerkin vuoksi tupakkapötköllä voi olla yksi tai kaikki seuraavista ominaisuuksista:

Nikotiinin tuotto/terva x 10 = 0,05 - 1,0 25 Tupakkapötkön tiheys = 100 - 260 kg/m3

Imuvastus (mitattu suljettuna) =35-70 mm vesipatsasta Savukepaperin ilmanläpäisevyys = 10 - 150 Coresta-yksikköä.

Myös pelkästään esimerkin vuoksi keksinnön mukaisella suodatinsavukkeella, jossa käytetään joko yllä esi-30 merkkinä mainittua tupakkapötköä tai ominaisuuksiltaan toisenlaista tupakkapötköä, voi olla yksi tai kaikki seuraavista ominaisuuksista:

Nikotiinin tuotto/terva x 10 = 0,05 - 1,5 Tervan tuotto = alle 1 - 10 mg 35 Imuvastus (mitattu sulkemattomana) = 30 - 150 mm vesipatsasta 5 114896

Suodatinventilaatio = 0 - 80 %

Puhallusten lukumäärä = yhtä kuin tai yli 5.

Yllä esitetyt parametrit on mitattu standardimenetelmillä ja ilmaistu standardiyksikköinä. Vp tarkoittaa ve-5 sipatsasta.

Tupakkaseos voi lisäksi sisältää paisutettua tupakkaa ja tupakanvarsia merkitsevinä osuuksina.

Keksinnön mukaisilla suodattimilla, esim. seoksilla, jotka sisältävät pelkästään lyocell-kuituja tai lyo-10 cell-kuituja seoksena puumassakuitujen kanssa, voidaan tuntuvasti parantaa tervanpidätysominaisuuksia laajalla pai-neenalentumisalueella verrattuna tekniikan tason selluloo-sa-asetaatista ja paperista (100 % puumassaa) muodostuviin suodattimiin. Keksinnön mukaiset suodattimet ovat käyttö-15 kelpoisia valmistettaessa savukkeita, jotka tuottavat tervaa 6 mg tai vähemmän, todennäköisesti jopa niinkin vähän kuin 1 mg tai vähemmän. Nämä pienet tervantuottoarvot ovat saavutettavissa merkitsevästi pienemmällä ventilaatiolla kuin on välttämätöntä käytettäessä tekniikan tason suodat-20 timia. Voimakas ventilaatio ei yleensä miellytä kuluttajaa.

Nämä pienet tervantuottoarvot voidaan lisäksi saavuttaa siten, että imuvastus säilyy kohtuullisena, ja tämä lisää edelleen kuluttajan myönteisyyttä tekniikan tason savukkeisiin verrattuna. Käsiteltävänä olevan keksinnön mukaisesti 25 on valmistettu suodattimia, joiden suodatuskyky on parempi ja paineen alenemine on pienempi kuin tekniikan tason suodattimien ventilaatioasteen ollessa sama.

Keksinnön mukaisesti valmistettujen savukkeiden esimerkkejä ovat savukkeet, joiden rakenne on seuraava: tu-30 pakkapötkön tuottaman tervan määrä (tervan tuotto) 25 mg, paineen aleneminen 50 mm, savukepaperin läpäisevyys 60 Co-resta-yksikköä, vaadittava tervantuottomäärä (tervan tuotto) 4 mg. Pidätys ja ventilaatio, joilla voidaan aikaansaada nämä tervantuottomäärät, voidaan laskea yhtälöstä 35 Tervan kokonaistuotto = tupakkapötkön tuottama määrä x (100 - R)/100 x (100 - V)/100, 6 114896 jossa R = suodattimen pidättämä määrä prosentteina ja V = ventilaatio prosentteina. Jos ventilaatio on 0 %, laskettu vaadittava suodattimen pidättämä määrä on 84 %. Näin suuren pidätyksen saavuttamista ei pidetä mahdollisena saavuttaa 5 käyttökelpoisella, tavanomaisella suodatinsavukkeella. On valmistettu keksinnön mukaisella 20 mm:n suodattimena varustettuja savukkeita, joilla voidaan saavuttaa tällainen pidätysarvo savukkeen paineen alenemisen pysyessä hyväksyttävänä (noin 144 mm vp).

10 Eräs tekniikan tason savuketyyppi on varustettu pa- perimonosuodattimella, jonka tervanpidätys on 66 % ja paineen aleneminen 88 mm vp. Jotta voitaisiin saavuttaa vaadittava tervantuotto 4 mg, ventilaatio on 53 % ja tämä merkitsee savukkeessa paineen alenemista noin 95 mm.

15 Toinen tekniikan tason savuketyyppi on varustettu monoasetaattisuodattimella (1,5 denierin touvi), jonka tervanpidätys on 55 % ja paineen aleneminen 89 mm vp. Jotta voitaisiin saavuttaa vaadittava tervantuotto 4 mg, ventilaatio on 64 % ja tämä merkitsee savukkeessa paineen ei-20 toivotun pientä alenemista noin 87 mm.

Keksinnön mukainen savuke voi olla varustettu lyo-cell-paperisuodattimella, jonka tervanpidätys on 77 % ja paineen aleneminen 84 mm vp. Jotta voitaisiin saavuttaa vaadittava tervantuotto 4 mg, ventilaatio on halutulla ta-25 valla pieni eli 30 %, jolloin paineen aleneminen savukkeessa on noin 110 mm.

Voidaan helposti valmistaa savukkeita, joiden tervantuotto on vieläkin pienempi. Savukkeiden suunnittelijalle ovat muutkin savukerakenteet ilmeisiä kuin tässä patent-30 tihakemuksessa esitetyt esimerkit. Keksinnön eräänä etuna on, että voidaan valmistaa savukkeita, joiden tervantuotto on pieni ja ventilaatio on vähäistä. Tämä voi vähentää si-vuvirtasavua.

Vaihtoehtoisesti voidaan keksinnön mukaisesti kons-35 truoida suodatin, joka on kevyempi kuin tunnetun tyyppiset, saman suodatuskyvyn omaavat suodattimet. Tämä mahdollistaa 7 114896 kevyempien savukkeiden konstruoimisen. Tällaisten keksinnön suodattimien imuvastus voi lisäksi olla pienempi kuin vastaavien tekniikan tason suodattimien imuvastus. On havaittu, että keksinnön mukaiset suodattimet absorboivat koste-5 utta savusta savukkeen polton aikana. Absorboinnin vaikutuksesta suodatin turpoaa ja paineen aleneminen savukkeessa kasvaa. Uskotaan, että tämä voi määrätyllä tavalla parantaa suodatusominaisuuksia savukkeen polton aikana. Uskotaan lisäksi, että tämä turpoaminen voi merkitä määrättyä etua si-10 ten, että voidaan valmistaa savukkeita, joissa paineen aleneminen säilyy suhteellisen vakiona puhalluksesta toiseen.

Seuraava esimerkki valaisee keksintöä;

Esimerkki

Valmistettiin paperinäytteitä 6 mm pitkistä 1,7 15 dtex lyocell-mattakuiduista, valmistaja Courtaulds plc tavaramerkillä "Tencel".

Kuidut dispergoitiin sulputtimessa siten, että sul-pun sakeudeksi tuli noin 1,5 %. Sulppu sai sitten purkautua altaaseen, jossa sitä sekoitettiin hitaasti lapasekoitti-20 mella ja laimennettiin haluttuun sakeuteen. Sulppu syötettiin altaasta ympäristölämpötilassa kartiojauhimen läpi virtausnopeudella 350 - 400 litraa minuutissa. Jauhimen tankoväli oli 15 mm, joten kuidut pikemminkin fibrilloitui-vat kuin leikkautuivat. Jauhautumisen edistymistä seurat-25 tiin mittaamalla määrävälein sulpun freenessluku (Schopper-Riegler). Jauhatuksen jälkeen sulppua laimennettiin edelleen lisäämällä tyypillisesti noin puolet sulpun tilavuudesta vettä ja pumppaamalla konekyyppiin. Kuidut pumpattiin konekyypistä laimennuslaatikkoon ja sitten virtauksen jako-30 laitteen kautta, joka varmistaa kuitujen tasaisen jakautumisen perälaatikossa (joka muodostaa paperin viiralle). Vettä poistettiin kahdella imulaatikkosarjalla, paperi syötettiin sitten kahden puristimen läpi (yksi kummallakin puolella), kuivatussylinterin ja kalanterin läpi ja otet-35 tiin rullalle. Taulukkoon 1 on koottu tietoja paperinval-mistusolosuhteista:

Taulukko 1 8 114896

Viitekoodi A B

Jauhatus sakeus % 0,44 0,44 5

Jauhetun sulpun freeness- luku °SR 36 48 Näytteiden ominaisuudet ilmenevät taulukosta 2: 10

Taulukko 2

Viitekoodi A B

Neliömassa g/nr 28,9 28,4 15 Kosteus % 6,8 6,5

Huokoisuus Coresta 458 215

Vetolujuus konesuunnassa kg 1,42 1,174 1,45 1,517

Vetolujuus poikkisuunnas- 20 sa kg 0,595 0,673 0,651 0,810

Venymä konesuunnassa % 1,5 1,5 1,6 1,7

Venymä poikkisuunnassa % 1,7 1,9 25 1,9 2,0

Bulkki mikronia 66,0 63,5

Puhkaisulujuus kPa 49 49 psi 7,11 7,11 30 Nousu mm 55 64

Nousu on mitta veden kapillaarivoimasta johtuvalle kohoamiselle.

Näytteestä A valmistettiin suodatinpötköjä leik-35 kaarnalla 300 mm leveäksi kaistaleeksi ja käärimällä ympärille 27 g/m' paperia (valmistettu puumassasta). Pötkön 9 114896 nimellismitat olivat pituus 108 mm x ympärysmitta 24,6 mm. Pötköt leikattiin testausta varten 20 mm pitkiksi imukap-paleiksi. Saatiin taulukosta 3 ilmenevät tulokset: 5 Taulukko 3

Ympärysmitta mm 25,09

Keskihajonta 0,16

Paineen aleneminen pötkössä mm vp 538 10 Variaatiokerroin % 9,1 Pötkön paino g 1,087

Variaatiokerroin % 1,9

Suodattimen tiheys g/cm3 0,186

Kovuus % 94,12 15 Paineen aleneminen imukappaleessa mm vp 118

Variaatiokerroin % 13,1

Tervan pidättyminen imukappaleessa % 82,3

Nikotiinin pidättyminen imukappaleessa % 87,1 20 Kovuus on mitta muodon säilymiselle sivusuuntaisen voiman vaikuttaessa savukkeeseen, jolloin suuremmat arvot merkitsevät suurempaa puristuksen kestävyyttä.

Voidaan olettaa, että tervanpidätys tavanomaisessa, mainitun koon ja paineen alenemisen omaavassa pape-25 risuodattimessa on noin 74 %.

Paperinäytteet leikattiin 250 mm:n levyisiksi ja tupakkapötköt valmistettiin maksimipakotuksella ja käärittiin 27 g/m2 paperilla. Pötkön nimellismitat olivat 108 x 24,6 mm. Pötköt leikattiin testausta varten 20 mm pitkiksi 30 imukappaleiksi. Saatiin taulukosta 4 ilmenevät tulokset:

Taulukko 3 10 114896

Ympärysmitta mm 25,09

Keskihajonta 0,16 5 Paineen aleneminen pötkössä mm vp 538

Variaatiokerroin % 9,1 Pötkön paino g 1,087

Variaatiokerroin % 1,9

Suodattimen tiheys g/cm3 0,186 10 Kovuus % 94,12

Paineen aleneminen imukappaleessa mm vp 118

Variaatiokerroin % 13,1

Tervan pidättyminen imukappaleessa % 82,3

Nikotiinin pidättyminen imukappaleessa % 87,1 15

Kovuus on mitta muodon säilymiselle sivusuuntaisen voiman vaikuttaessa savukkeeseen, jolloin suuremmat arvot merkitsevät suurempaa puristuksen kestävyyttä.

Voidaan olettaa, että tervanpidätys tavanomaises-20 sa, mainitun koon ja paineen alenemisen omaavassa pape-risuodattimessa on noin 74 %.

Paperinäytteet leikattiin 250 mm:n levyisiksi ja tupakkapötköt valmistettiin maksimipakotuksella ja käärittiin 27 g/m2 paperilla. Pötkön nimellismitat olivat 108 x 25 24,6 mm. Pötköt leikattiin testausta varten 20 mm pitkiksi imukappaleiksi. Saatiin taulukosta 4 ilmenevät tulokset:

Taulukko 4 11 114896

Viitekoodi A B

Ympärysmitta mm 25,05 24,37 5 Keskihajonta 0,17 0,11

Paineen aleneminen pötkössä mm vp 346 461

Variaatiokerroin 10,5 6,3 Pötkön paino g 0,928 0,979 10 Variaatiokerroin 3,0 1,4

Suodattimen tiheys g/cm3 0,157 0,176

Kovuus % 93,04 94,46

Paineen aleneminen imukap- paleessa mm vp 72 93 15 Korrelaatiokerroin 13,6 7,0

Tervan pidättyminen imukap- paleessa % 77,9 74,6

Nikotiinin pidättyminen imu- kappaleessa % 78,5 75,5 20 Näiden suodattimien tervanpidätysarvot olivat huomattavasti suurempia kuin selluloosa-asetaattitouvisuodat-timien tai tavanomaisten puolikreppipehmopaperisuodatti-mien.

Claims (9)

1. Savukesuodatin, tunnettu siitä, että suodattimen runko-osa käsittää paperin, joka sisältää lyo- 5 cell-kuituja tai koostuu olennaisesti niistä.

1 1 4896

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen savukesuodatin, tunnettu siitä, että lyocell-kuidut valmistetaan menetelmän avulla, jossa ekstrudoidaan selluloosan liuos tertiaarisessa amiini-N-oksidissa vedelliseen saostuskyl- 10 pyyn.

3. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen savukesuodatin, tunnettu siitä, että paperin ne-liömassa on alueella 15 - 150 grammaa per neliömetri.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen savukesuodatin, 15 tunnettu siitä, että paperin neliömassa on alueella 20 - 80 grammaa per neliömetri.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen savukesuodatin, tunnettu siitä, että paperi koostuu olennaisesti lyocell-kuiduista.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen savukesuodatin, tunnettu siitä, että paperi koostuu lyocell-kuitujen ja kasvikuitujen ja/tai selluloosa-ase-taattikuitujen seoksesta.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen savukesuodatin, 25 tunnettu siitä, että paperi koostuu lyocell-kui- tujen ja puumassan seoksesta ja sisältää noin 50 painoprosenttiin saakka puumassaa.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen savukesuodatin, tunnettu siitä, että lyocell-kui- 30 dut ovat fibrilloituneita.

9. Savuke, tunnettu siitä, että se on varustettu jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisella suodattimena. 114896