HU213544B

HU213544B - Filter mainly for and process for producing of that

Info

Publication number: HU213544B
Application number: HU906025A
Authority: HU
Inventors: John Charlton; Paul Francis Clarke; Ernest Brian Heyes
Original assignee: Cigarette Components Ltd
Priority date: 1989-09-26
Filing date: 1990-09-24
Publication date: 1997-07-28
Also published as: ZA907357B; DD297548A5; IT9021489A0; GB2236239A; CN1052422A; IT9021489A1; DE4030316A1; DK230190A; JPH03119986A; ATA191190A; LV10168B; SE9003038L; SE9003038D0; IT1245844B; PT95420A; LV10168A; JP3229313B2; NL9002054A; FR2652278A1; AU648034B2

Description

A találmány tárgya szürőelem, amely előnyösen, de nem kizárólag cigarettákhoz alkalmazható füstszűrőként, és amely szürőelem hordozóelemet, ragasztóanyagot és szorbens részecskéket tartalmaz. Szorbens részecske lehet például aktivált szén, szilikagél, tajték, alumíniumoxid, ioncserélő anyag stb.

Az ilyen jellegű szűrőelemek gyártásánál számos probléma merül fel. Ez a probléma vonatkozhat egyrészt a gyártási technológia ellenőrzésére és szabályozására, ami a termék minőségét, illetőleg a termékek megfelelő azonosságát illeti, másrészt a gyártógépek fokozott kopására.

Az ismert, főleg cigarettákhoz használt szűrőelemeknél a hordozóelem préselt szálakból, sodratból vagy papírból álló dugószerűen kiképzett elem, amely a szűrő egyik leglényegesebb, és a tömegének legnagyobb részét képező szerkezeti eleme, amely kis mennyiségű, részecskékből álló, szorbens adalékanyagot tartalmaz.

Ilyen szűrőelem van például a HU 176908 sz. szabadalmi leírásban ismertetve, amelyben a szálas, rostos hordozóelem a teljes szűrő legfeljebb 10%-a a szűrés hatékonyságát javítható, részecskékből álló töltőanyagot is tartalmaz. Ennél a megoldásnál is igaz az, hogy a hordozóelem a szürőelemnek döntő eleme, és tömegének igen jelentős 40-50%-át képezi, és mint ilyen befolyással van a szűrésre, hiszen a szorbens részecskék csak kisebbségben lévő adalékanyagok. Hátránya tehát ennek a megoldásnak, hogy a megfelelő adalékanyagok csak igen korlátozott mértékben vihetők be a szűrőelembe. Ha ugyanis növeljük az adalékanyag-részecskék mennyiségét, akkor laza elrendezésük miatt ezen részecskék kiszóródásával is számolni kell, amikor a terméket darabolják és behelyezik a cigarettába. Különösen akkor van ez így, ha részecskékkel ellátott részt összetett szűrőbe vagy más szűrőkkel együtt alkalmazzák. További hátránya ezeknek a szűrőelemeknek, hogy ha a hordozórétegre túl sok részecske van felvive, a lehulló fölös részecskék a gyártógép eltömődését, dugulását eredményezhetik, de a termék külsőleg sem lesz elfogadható minőségű.

Minden olyan megoldás, amelynek segítségével a cigarettáknál alkalmazott szűrőkben nagy szorbens részecsketartalmat kívántak megvalósítani, gyártási és kezelési problémákat okozott. így például a HU 176508 sz. magyar szabadalmi leírás 1. és 4. ábráján jól megfigyelhető, hogy milyen nehézkes az itt alkalmazott megoldásnál is a szorbens részecskék megfelelő rögzítését biztosítani. A leeső szorbens részecskék pedig itt is a gép dugulását okozhatják.

A találmány célja olyan szűrőelem kialakítása, előnyösen, de nem kizárólag füstszűrös cigarettákhoz, amely az ismert megoldásokkal ellentétben lehetővé teszi, hogy a szürőelemben lévő szorbens részecskék aránya a hordozóelemhez képest sokkal nagyobb legyen, mint az ismert megoldásoknál, és így sokkal kedvezőbb szürőhatást lehessen megvalósítani, azaz egy, lényegében csak szorbens részecskékből álló szűrőelemet hozzunk létre.

A találmány felismerése az volt, hogy ha a szorbens részecskéket tapadó réteggel ellátott hordozóelemre vittük fel, amely hordozóelemszál, sokkal kevesebb hordozóelemet kell a megfelelő szilárdságú szürőelem létrehozásához alkalmazni, azaz a szűrőelem nagyobb hányadát fogja a szorbens anyag képezni.

A találmány tárgya tehát szürőelem, főleg cigarettához, amely szálas hordozóelemet, ragasztóanyagot és szorbens részecskéket tartalmaz.

A találmány lényege az, hogy a szűrőelem legalább 70 tömeg%-ában szorbens részecskékből áll a hordozóelemet hosszirányban elrendezett szálak képezik, amelyek hozzájuk tapadóan vannak a szorbens részecskékkel teljes egészében bevonva, és az így bevont hordozóelemek vannak azután rúd vagy cső alakot képező szűrőelemként összefogva.

A találmány szerinti szűrőelem egy előnyös kiviteli alakja 1-15 szálat tartalmaz hordozóelemként.

Előnyös a találmány szerinti szürőelem akkor is, ha a szorbens részecskék aktivált széngranulátumok.

Előnyös továbbá a találmány szerinti szűrőelem, ha a hordozóelemszálak mindegyike 0,025-2 mg/mm szorbens részecskével van ellátva szálanként.

A részecskékből álló szorbens anyag a szálakhoz önmagában ismert módon melegen olvadó ragasztóanyaggal rögzíthető, alkalmazható például magas olvadáspontú polietilénglikol, vagy valamilyen emulziós jellegű ragasztó, például poli-(vinil-acetát) (PVA). Melegen olvadó ragasztóanyagokként alkalmazhatók még a különféle poliészter ragasztók is. Minden fajta szemcsés szorbens anyag alkalmazható önmagában is, vagy keverékben, vagy egy meglévő anyagból álló keverékhez adagolható. Cigaretta esetében az egészségre ártalmas anyagok nem használhatók.

A találmány szerinti szorbens anyaggal borított szálakból álló szűrőelem cső alakúra vagy rúd alakúra alakítható ki. Ez utóbbi esetben egy belső maggal van ellátva. Ilyen mag lehet az önmagában ismert cigarettaszűrő anyag, például szálakból kialakított sodrat, szálköteg vagy akár krepp-papír. Ha a cső nyitott, kialakítható úgy, hogy egy kis permeabilitású része, vagy egy olyan része is van, amely egyáltalán nem áthatolható. Ez biztosítja, hogy a szűrőben lévő nyomásesés egyenletesen teqedjen tovább, ugyanakkor azonban kevés vagy egyáltalán semmiféle szűrőhatása nincs.

A találmány szerinti szűrőelemhez a hüvely füstáteresztő vagy adott esetben füst át nem eresztő anyagból is készíthető, és mindkét esetben lehet perforált is. Ha a szálakon levő részecskékből álló borítás a tapadó- vagy ragasztóanyagot is magába foglalja, vagy tapadóanyaggal, például hőre aktiválódó ragasztóanyaggal van bevonva, úgy a szálaknak az egymáshoz való tapadása, illetőleg kötődése akkor megy végbe, vagy legalábbis akkor kezdődik el, amikor a bevont szálakat egymáshoz szorítjuk, és belőlük rúd alakot formázunk. Az így nyert rúd alakú szürőelem mindenféle külső borítás nélkül is stabil szerkezetű. A tapadóanyagból, illetőleg ragasztóból álló borítás lehet olyan, hogy nem folyamatosan borítja a felületet, például lehet szórással felvitt porborítás, mindenesetre olyannak kell lenni, hogy a paraméterei az alkalmazott szemcsés szorbens anyaghoz ne legye2

HU 213 544 Β nek hasonlóak. Előnyös azonban, hogyha az előre bevont szálakból összeállított szűrőelem rúd alakú és külső hüvellyel is be van borítva.

A találmány tárgya továbbá a találmány szerinti szűrőelem előállítására szolgáló eljárás is, amelynek során a részecskékből álló szorbens anyaggal borított szálakat önmagában ismert szerkezeti elemek alkalmazásával egymáshoz fogjuk és rúd alakúra formázzuk.

A találmány szerinti eljárásnál úgy járunk el, hogy a szorbens részecskékkel lényegében teljes egészében bevont szálakat folyamatosan továbbítva rúd vagy cső alakúvá formázzuk, majd a rúd vagy a cső alakot daraboljuk.

Az eljárás önmagában ismert füstszűrös cigarettákat gyártó berendezések segítségével, annak technológiai sorába illeszkedőn megvalósítható. A külső borítóréteg szintén önmagában ismert berendezés segítségével vihető fel, májd ezt követi az adott hosszúságra történő vágás. Ott, ahol a szűrő cső alakúra van kiképezve, a szálak egy központi mag, illetőleg tüske körül vannak elhelyezve. Ha a cső alakú elemnek egy belső magja is kell legyen, úgy ezt a magot szintén folyamatosan, például egy üreges tüskéből lehet továbbítani akkor, amikor a szemcsés szorbens anyaggal beborított és bevont szálak rúd alakú összefogása történik.

A szálakat ragasztó anyaggal, például úgy lehet bevonni, hogy ismert módon áthúzzuk egy olyan fürdőn, amelyben aktív ragasztóanyag van, ezután pedig a szemcsés szorbens anyagot úgy visszük fel, hogy áthúzzuk egy, például fluid ágyas tartályon, vagy valamilyen módon cirkulációs áramlást megvalósító berendezésen, amelyben a szemcsés szorbens anyag cirkulál. Ezek az elrendezések és eljárási lépések önmagukban ismertek és minden gyártósorba beilleszthetők. A szorbens anyagot tartalmazó tapadó-, ragasztóréteggel ellátott szálak azonban külön eljárásban is előállíthatók, és az ily módon bevont szálakat vezetik azután egy olyan berendezésen át, ahol például megfelelő hőmérsékletre történő melegítéssel aktiválják a tapadó réteget. Azt, hogy a ragasztóréteg, illetőleg tapadóanyag-réteg egyenletes legyen a felületen, ha például a szálakat egy PVA-folyadékot tartalmazó fürdőn vezetik keresztül, úgy biztosítható, hogy a fürdő után egy nyíláson is átvezetik pengék vagy pengesorok között. A szemcsés szorbens anyaggal történő borítás mértéke attól függ, hogy milyen méretű szemcséket alkalmazunk, milyen a szálnak az átmérője, illetőleg milyen az egyes elemeknek az egymáshoz való tapadóképessége.

A találmány szerint azonban előnyösnek találtuk, ha maximum 15 szál van egy-egy ilyen szűrőelemben, például 5, 10 vagy 12. Az adalékanyag egy-egy szálra jutó mennyisége széles körben változhat, lehet például 0,25-2,0 mg/mm, ugyanúgy széles tartományban változhat az egy-egy teljes szűrőelemre jutó adalékanyag mennyisége is. Tipikusan egy 20 mm hosszú szürőelemre 25-200 mg adalékanyag jut.

Azt, hogy a szüröelemben mennyi adalékanyag legyen, természetesen szabályozható, például a szálaknak és/vagy a szálak terhelésének, illetőleg borításának a megválasztásával. Ha a szálakra és/vagy a csíkokra nagyobb terhelést viszünk az adalékanyagból, kialakítható olyan szűrőelem, amely szinte teljes egészében a szemcsés szorbens anyagból áll, és nincsen meg az a hátránya, amely a korábbi megoldások szemcsés szűrőinek volt, illetőleg nem lépnek fel azok a hátrányok sem, amelyek a feldolgozás során jelentkeznek. A találmány szerint kialakított szűrőnél igen kis mennyiségű egyéb anyagra, például másfajta szálra vagy adalékanyag-részecskére van szükség, és előnyösen csupán a szemcsés szorbens anyagból áll, amely a szálakhoz tapad, eltekintve természetesen a külső csomagolástól, és adott esetben a belső magtól, ha ilyen van.

A találmány szerinti szűrőnél a paramétereket igen széles tartományban lehet változtatni, meg lehet állapítani például a tömeghosszarányt, ha a szemcsés szorbens anyagot szálakra visszük fel, figyelembe lehet venni a szorbens anyag szemcseméretét stb. A találmány szerinti megoldásnál a hordozószál előnyös például akkor, ha 100 g/km vagy 50 g/km minőségű. Ha a szemcsés anyag aktivált szén, a részecske mérete 1-0,71 mm avagy egy másik alkalmazási lehetőség a 0,5-0,212 mm-es méret.

A találmánynál alkalmazott szál mindenképpen ártalmatlan anyagból kell legyen, lehet textil, például egy vagy több egyedi szálból álló textil, például cérna vagy szalag vagy fonal, szövött vagy nem szövött szalag. Igen alkalmas a találmány szerinti szürőelem megvalósítására a varrócérna, mivel ennek igen figyelemre méltó az egyenletessége és megbízható, pontos a minősége. A szál jellegének nincs különösebb jelentősége, lehet természetes és/vagy szintetikus szál. Alkalmazható például rajon, nejlon vagy egyéb poliészter anyag, de ugyanilyen jól alkalmazhatók a különféle pamutszálak, különösen a mercerezett pamut, amint ez a varrócérnák gyártásánál is alkalmazva van, és biztosítja a varrócérna jó minőségét.

A szemcsés szorbens anyagok közül némelyik illatosító hatóanyagot is tartalmazhat, vagy keverhető az illatosított és a nem illatosított hatóanyag, illetőleg szemcsés szorbens anyag.

A találmány szerinti szűrőelemnél kedvező lehet az aktivált szén is alkalmazása más szemcsés szorbens anyagokkal együtt. Alkalmazása a gyártásnál nem jelent semmiféle problémát, biztosítható az egyenletes szorbens borítás, és szükség esetén a szálak borításának a pontossága, az anyag mennyiségének a megváltoztatása minden további nélkül megvalósítható. A találmány szerinti szemcsés szorbens anyagnak szűrőként történő alkalmazásánál, amikor is a szorbens anyag a szálakhoz tapad, lényegesen nem befolyásolja a cigarettában a füst áramlását, illetőleg a szűrőhatást. A találmány szerinti szürőelem az illő íüstkomponensekre vonatkozóan rendkívül kedvező eredményeket mutat.

A találmány szerinti szűrő folyamatosan állítható elő, és a gyártás végén célszerű megfelelő hosszúságra levágni. Minden egyes véges hosszúságú darab önmagában használható cigarettaszűrőként, például olyan vékony cigarettáknál, amelyeknek 18 mm-es a kerülete, de alkalmazható úgy is, hogy egyéb szüröelemekkel egy sorban van elhelyezve, mint egy kettős vagy hármas szűrőhatású kompozit szűrő része. A találmány szerinti szűrő előnyösen egyedi szűrőként önmagában használható úgy, hogy

HU 213 544 Β a száj felőli részhez egy önmagában ismert cellulóz-acetát van illesztve szálakból kiképezet csatlakozó részen keresztül.

A találmányt a továbbiakban példákon mutatjuk be részletesebben. Az 1-4. példában poliészter vagy nejlonszál került alkalmazásra, amely 55 g/km (550 dtex) és előzetesen tapadóanyaggal voltak beborítva. Az alkalmazott szemcsés szorbens anyag aktivált széngranulátum volt, amelynek részecskemérete 1,4-0,71 mm. A példákban bemutatott szálak mindegyikét elő- 10 szőr poli(vinil-acetát) fürdőn, mint folyékony tapadóanyagon, majd ezt követően olyan kezelő elrendezésen vezettük keresztül, amely a biztosította a folyékony tapadóanyag egyenletes eloszlását, majd ezt követően a szálakat ismert módon aktivált szén cirkulált áramlásán vezettük keresztül, és így hoztuk létre a megfelelő szemcsés borítást. Az aktív szénnel borított szálakat azután az önmagában ismert csomagoló szerkezeten keresztül vezettük, ahol a szálakat megfelelően összefogtuk, és megfelelő hosszúságú szűrőt lehe- 20 tett belőlük képezni. Az Ecusta Heat Seal (Ecusta Corporation, Pisgah Forest, North Carolina, USA) perforált papírral csomagoltuk. Az 1-4. példák részletesebben az 1. táblázatban láthatók. A nyomásváltozást, úgy mértük, hogy csak az elem vége volt a szabad 25 levegő áramlásnak kitéve, a szabványos légáramlási viszonyok között, és a nyomást Pa-ban mértük.

A 3. és 4. példában megadott szűrőelemnél a gázfázis elnyelését 15 mm hosszú szűrőnél vizsgáltuk, nem pedig 60 mm-es hosszúságúnál. Ezt a 15 mm 30 hosszúságú szűrőt egy önmagában ismert vékony cigarettához illesztettük, és a szabványos cigarettázó berendezés segítségével szabványos körülmények között szívtuk el. A kibocsátott különféle gázfázisú anyagokat pedig kromatográfiás úton mértük. Jóllehet 35 a szűrőnek a külső borítása perforált volt, a mérést azonban úgy végeztük, hogy az oldalirányú áramlást megakadályoztuk. A 2. táblázatban százalékosan adjuk meg a visszamaradó értékeket.

5. példa mm hosszú, 24,13 mm kerületű szűrőt készítettünk az 1-4. példában leírt módon, amikor is 12 poliészter (Trevira 550 dtex) szálat alkalmaztunk, a PVA típusú folyékony ragasztó Borden Plastiflex A401 (Borden Chemicals Ltd., Nort Baddersley, Southampton, U.K.) típusú volt, az aktivált szén granulátum típusa Chem5 viron SC2 (Chemviron Carbon, Oldham, Lancashore, U.K.) és a külső csomagolás az Ecusta porózus kettős csomagoló papírja volt. A szűrőben a szén 13,6 mg/mm volt a szálakon, a nyomásváltozás pedig a 90 mm-es szürőrúdon 373 Pa volt.

6. példa

Háromszoros szűrő megvalósításához az 5. példában előállított 90 mm-es rudat 15 mm-es darabokra vágtuk, és mindegyik végéhez 12 mm hosszú főitekért, illetőleg 15 sodrott cellulóz-acetát szálból készült rudat illesztettünk, ahol a szálnak a den mérete 5 volt, a sodraié pedig 30* 10³ den, és minden egyes 15 mm-es szakasz után egy 12 mm-es cellulóz-acetát szűrőt helyeztünk el. Az egészet Ecusta típusú porózus csomagolópapírral vontuk be, és így hoztunk létre egy összetett szűrőrudat. Ezt az összetett szűrőrudat, amely tehát egymás után elhelyezett 15 mm-es és 12 mm-es hosszú szürődarabokból állt, úgy daraboltuk fel, hogy mindig a 12 mm hosszúságú szűrő közepénél, ez tehát azt jelenti, hogy a találmány szerint kialakított 15 mm hosszúságú szűrődarab a szűrő középső szakaszán helyezkedik el, és a két végén egy-egy 6 mm-es hagyományos cellulóz-acetát szűrőbetét van. A hármas szűrőnek így az összhossza 27 mm, kerülete 24,42 mm, a szén benne 204 mg szűrőnként. A hármas szűrőnek a nyomáscsökkenése 280 Pa, 40,5% a gázvisszatartás, és 25,6% a nikotin-visszatartása. A visszamaradt gázfázisban lévő anyagokat a 2. táblázat mutatja.

Az 5. és 6. példánál porózus csomagolópapírral láttuk el a szűrőelemet, ez azonban nem szükségszerű. A külső borítás készíthető porózus, nem áteresztő vagy adott esetben perforált papírból. Az 5. és 6. példáknál a nyomáscsökkenést és a gázvisszatartást ugyanúgy mértük, ahogy az 1—4. példáknál.

A találmány szerinti termék általában cigaretta 40 füstszűrőként alkalmazható előnyösen, de végül is a használata nem kizárólag ezen a területen lehet előnyös, így adott esetben más célokra és feladatokra is alkalmazható.

1. táblázat

Példa	Száltípus	Szálak száma db	Száraz szén/szál mg/mm	Száraz szén/elem	Rúdhossz mm	Rúdkerület mm	Nyomásváltoz ás a rúdon Pa
mg/mm	totál (g)
1	Polyester	5	1,38	6,9	0,414	60	17,89	900
2	Polyester	7	0,88	6,16	0,37	60	17,84	33,3
3	Polyester	9	0,68	6,12	0,37	60	17,97	30,8
4	Nylon	9	0,99	8,9	0,535	60	18,92	680

HU 213 544 Β

2. táblázat

Gőzfázis

Összetétel	Példa
3	4	5
Metanol	30.3	23.4	68.6
Acetál	28.4	52.2	68.6
Acetonitril	36.4	61.2	79.9
Akrolein	46.7	55.9	79.0
Aceton	49.0	71.8	80.2
Metilacetát	24.2	48.1	70.5
Izoprén	39.4	61.5	78.7
Butadion	54.8	72.6	81.2
Butanon	60.8	80.1	84.6
Benzol	47.6	78.4	76.7
Toluol	58.6	78.2	72.0

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Szűrőelem, főleg cigarettához amely szálas hordozóelemet, ragasztóanyagot és szorbens részecskéket tartalmaz, azzal jellemezve, hogy a szűrőelem legalább 70 tömeg%-ában szorbens részecskékből áll, a hordozóelemet hosszirányban elrendezett szálak képezik, amelyek hozzájuk tapadóan vannak a szorbens részecskékkel teljes egészében bevonva, és az így bevont hordozóelemek vannak azután rúd vagy cső alakot képező szűrőelemként összefogva.
2. Az 1. igénypont szerinti szűrőelem azzal jellemezve, hogy 1-5 szálat tartalmaz hordozóelemként.
3. A 2. igénypont szerinti szűrőelem azzaljellemezve, hogy 5-15 szálat tartalmaz hordozóelemként.
4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti szűrőelem azzal jellemezve, hogy a szorbens részecskék aktivált széngranulátumok.
5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti szűrőelem azzal jellemezve, hogy a hordozóelemszálak mindegyike 0,025-2 mg/mm szorbens részecskével van ellátva szálanként.
6. Eljárás szűrőelem előállítására, főleg cigarettához, amely eljárás során aktív ragasztóanyaggal bevont egyedi szálakat vezetünk folyamatosan, és továbbítjuk ezeket az egyedi szálakra szorbens részecskéket felvivő elrendezéshez azzal jellemezve, hogy a szorbens részecskékkel bevont szálakat folyamatosan továbbítva rúd vagy cső alakúra formázzuk, majd a rúd vagy a cső alakot daraboljuk.
7. A 6. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a szálakat egy belső tüske körül helyezzük el, cső alakú termékké alakítjuk.
8. A 6. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a szálakat egy mag körül helyezzük el.