NO146010B - Filter- eller absorpsjonselement av fibermaterial - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår langstrakte legemer av fibermaterial; hovedsakelig, med ikke utelukkende, for anvendelse i oppdelt form som sigarettfiltre.

Sigarettindustrien anvender for det meste filtre av to grunnleggende typer, og dessuten en tredje type som utgjør en kombinasjon av de to førstnevnte.

Den type av sådanne filtre som er mest brukt består av celluloseacetat i form av en fibermasse. Denne fibermasse behandles med et plastifiseringsmiddel, slik som astriacetin, for å frembringe delvis forbindelse mellom fibrene, og pakkes inn i papir (vanligvis kjent som "pluggpakning")

for å gi fiberlegemet sylinderform. Når så et sådant filter skal inngå i en sigarett, benyttes en annen papiromhylning for å holde filterlegemet i kontakt med en fremstilt tobakk-sylinder. Denne annen pakning (vanligvis kjent som "ende-bånd") kan ha et simulert utseende av en korkspiss.

Den annen grunnleggende filterform som er i vanlig bruk har

en kjerne av kreppapir. I denne form benyttes en første innpakning vesentlig for å holde filterelementet i sylinderform. Anvendelse av dobbelt pakning, slik som ved den ferdige sigarett som er beskrevet ovenfor, er derfor u-ungåelig når filter av kreppapir anvendes. Enden av sådanne filtre har en tendens til å få et uheldig utseende i bruk, med ujevne farvenyanser. Videre kan et legeme av kreppapir ha varierende hårdhet i filtret, hvilket gjør det vanskelig å håndtere i maskiner for sigarettfremstilling i rask takt.

Den tredje ovenfor nevnte filterform, som er kjent som et "dobbeltfilter", ble opprinnelig utviklet med det formål

å overvinne visse av ulempene ved de to førstnevnte filtertyper og er sammensatt av et sylindersegment av hver filter-type sammenholdt i aksial forlengelse av hverandre ved hjelp av en papirinnpakning. Da filtret forbindes med sigaretten på sådan måte av bare den del som utgjøres av cellulose-acetat er synlig, vil filterendens utseende forbedres og myknings-

tendesen også overvinnes i en viss grad. Tilvirkningen av sådanne filtre en imidlertid dyrere på grunn av nødvendig-heten av omsorgsfull håndtering av de forskjellige filtersegmenter. Videre kan samme håndteringsvanskeligheter opp-

tre som ved de førstnevnte, grunnleggende filtertyper,

og dette "dobbeltfilter" unngår på ingen måte det ovenfor omtalte problem med dobbelt innpakning. Tvertimot, må en tredje papiromhylning anvendes for å holde de to sylinder-formede filtersegmenter sammen.

For hver av de ovenfor angitte filtertyper kan det opptegnes

en karakteristisk kurve som angir sammenhengen mellom filtreringseffektiviteten for det anvendte partikkelmaterial og filtrets strømningsmotstand. For en gitt motstand oppviser kreppapirfiltret høyere filtreringseffektivitet enn cellulose-acetat. Det nevnte dobbeltfilter faller mellom de to i et forhold som er i samsvar med de respektive andeler av kreppapir og celluloseacetat som filtret inneholder.

På denne bakgrunn av kjent'teknikk har foreliggende oppfinnelse som formål å fremskaffe et filterlegeme som ikke nødvendigvis har behov for en innledende papirinnpakning, og som oppviser en vesentlig forbedret filtreringsevne sammenlignet med celluloseacetat ved samme motstandsverdi. Et sådant filter bør også oppvise en hardhet som er sammenlignbar med hårdheten for celluloseacetat-filtret og er betraktelig bedre enn kreppapirfiltrets hårdhet, samt har et godtagbart ende-utseende. Dette filter bør også være mindre utsatt for ujevn farve-forandring ved enden og bør kunne håndteres med letthet i maskiner for fremstilling av sigaretter.

Dette formål oppnås ved et filter- eller absorpsjonselemet

av fibermaterial og i form av et langstrakt legeme, som i henhold til oppfinnelsen har en kjerne av vilkårlig orienterte fibre og som i ett stykke går over i et ytre sjikt i samme fibermaterial, men med fibrene tettere pakket enn i kjernen, således at det ytre sjikt danner en gjennomtrengelig skorpe med større stivhet og tetthet enn kjernen for avstivning av denne.

I henhold til oppfinnelsen er det således frembragt et fiberlegeme med en kjerne av fibermaterial for den til-siktede filtrering av gasser, mens det fibrøse overflate-sjikt avstiver filterlegemet og gir den innkapslings-

effekt som tjener til å"sammenholde det filtermateriale som dannes av kjernen.

Britisk patentskrift nr.1.584.774 beskriver en fremgangs-måte og et apparat for fremstilling av et langstrakt legeme av fibermaterial fra en vandig dispersjon av fibre av samme art som oppnås ved papirfremstilling. Denne fiberdispersjon, som kan omfatte cellulosefibre eller en blanding av cellulose og syntetiske fibre, sprøytes inn i en perforert bærer utformet som et rør, mens røret på utsiden er utsatt for et vakuum. Suspensjonsmediet fjernes således gjennom rør-veggene, og fibrene bringes til anlegg mot rørets innside for dannelse av et stavformet legeme. De forskjellige komponenter av fibermaterial i henhold til foreliggende oppfinnelse kan således eventuelt fremstilles ved den frem-gangsmåte og det apparat som er beskrevet i det nettopp nevnte patentskrift.

Innkapslingsvirkningen av filtrets skorpe skriver seg fra den overflatesjiktets høyere andel av fibre som er orientert i filtrets lengderetning, og det er funnet at den påkrevde fiberorientering kan oppnås ved regulering av utstrømnings-forholdet (hvilket vil si forholdet mellom hastigheten av henholdsvis fibersuspensjonen og den perforerte bærer, når apparatet i henhold til Britisk patentskrift nr. 1.584.774 anvendes). Det minste anvendbare utstrømningsforhold av-henger av den anvendte fibertype, men for fibre med høyt innhold av alfa-cellulose av den type som benyttes for tilvirkning av sigarettfiltre, ligger dette minste forhold i nærheten av 10:1.

Ved en foretrukket utførelse har filterelementet i henhold til oppfinnelsen som ytterligere særtrekk at det ved deling under påvirkning av en strekkraft i lengderetningen oppviser bruddflater av hovedsakelig konisk form. Fiberlegemet har herunder fortrinnsvis en hovedsakelig ensartet materialstruktur med konisk- eller kileformede strukturenheter som ved sine ytterkanter danner en skorpe av fibermaterial.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå. Fig. 1 viser et lengdesnitt langs midtaksen av et fiberlegeme i' henhold til oppfinnelsen, Fig'. 2 er en perspektivskisse av endestrukturen av et legeme som vist i fig. 1, etter at det er delt opp under påvirkning av en strekkraft,

Fig. 3 viser snitt langs linjene III-III i fig.l,

og

Fig. 4 viser et tverrsnitt langs linjen IV-IV i fig. 1. Figurene 5, 6 og 7 er kontakt-radiografier oppnådd ved betabestråling gjennom omtrent 1,3 mm tykke filterskiver i henhold til oppfinnelsen, med en eksponeringstid på

ca. syv timer.

Figurene 8, 9 og 10 er kurver som for snittskivene i henholdsvis figur 5, 6 og 7 angir relativ materialtetthet målt langs to diametre ved hjelp av en betastråle-avsøker som arbeider i trinn på en millimeter.

Det skal nå først henvises til fig. 1 som viser et lengdesnitt gjennom et fiberlegeme 1 i form av en langstrakt fibrøs struktur 2, som er gjennomskåret for å vise en fibrøs kjernesone 3 og en skorpe 4 av fibermaterial med høyere tetthet enn kjernen 3.

Ved anvendelse, f.eks. som sigarerrfilter, og idet det antas at sigarettrøk passerer gjennom filtret i retning av pilen 5, oppnås en filtrering hovedsakelig ved hjelp av fibrene i kjernesonen 3, mens overflatesjiktet 4 tjener til avstivning av filterlegemet. Sammenlignet med et innpakket filter vil denne utførelse tillate større gjennomtrengelighet for gasser i radial retning til eller fra kjernen.

Fig. 2 viser hvorledes et sådant filterlegeme deler seg

og danner hovedsakelig koniske deleflater, når det utsettes for strekkraft. Det vil bemerkes at den ytre deleflate oppviser en svak konkavitet ved 6 og ender i en midtre fiberluv 7. Den konkave sideflate 6 og luven 7 kan også sees på

det kileformede element 8 som er vist i fig. 3. Dette struktur-element 8 oppviser, også en krumning 9 som ligger an i innfoldet kontakt mot den konvekse overflate 6 og luven 7 på det nærmest liggende strukturelement i filterlegemet, før adskillelsen av struktur-elementene under påvirkning av nevnte strekkraft.

Det foreliggende material synes å oppvise en lignende sjiktdannelse som den som forekommer i papir, som imidlertid ikke kan iakttas direkte med øyet eller fremgår av visuelle laboratorieundersøkelser, men bare kan påvises ved en skilleprosess.

Det vil innsees at ytterområdene av strukturelementet 8 danner soner 10 med høyere tetthet, og som sammen med lignende soner på de øvrige strukturelementer utgjør et over-flates j ikt eller en skorpe 4.

Det filtertverrsnitt som er vist i fig. 4, viser hvorledes overflatesjiktet 4 kapsler inn filterkjernen 3.

Det skal nå henvises til fig. 5, 6 og 7. Det snitt som er vist i fig. 5 er utskåret av et filterlegeme fremstilt av 100% myk sulfatmasse solgt av The Buckey Corporation under varebetegnelsen PV5. De snitt som er vist i fig. 6 og 7 er tatt fra filterlegemer fremstilt av en papirmasse-blanding som består av 55% PV5 og 45% esparto.

Det vil forstås at svertningsgraden på beta-radiografiene er omvendt proporsjonal med gjennomtrenge/ligheten av beta-stråler gjennom snittene. Svertningen er derfor direkte proporsjonal med filtermaterialets tetthet, og det vil klart innsees at det i hvert tilfelle foreligger en skorpe med høyere materialtetthet.

De kurver som er vist i fig. 8, 9 og 10 bekrefter de visuelle inntrykk fra fig. 5, 6 og 7. Disse kurver angir at gjennomtrengeligheten for beta-stråler er betraktelig

..større;'!midtområdene av hvert filtersnitt, hvilket angir

at tettheten av fibermassen i midtområdet er mindre enn langs omkretsen.

Foreliggende filter kan dannes av forskjellige fibermaterialer, men_bør fortrinnsvis ha en viss andel av stive, omfangsrike fibre for dannelse av en strukturmatrise, i kombinasjon med tynnere fibre for økning av filtreringsevnen og filtrets styrke. Forskjellige fyllstoffer kan også tilsettes for å modifisere filtreringsegenskapene.

For de stive tykkere fibre foretrekkes anvendelse av sterkt ekstrahert kjemisk bleket papirmasse av alfa-cellulose med et høyt innhold av sommertre, f.eks. furu. Kommersielt tilgjengelig papirmasse av denne art selges av Buckeye Corporation under varebetegneIsene PV5 og HPZ, selges også av Rayonier Corporation under varenavnet Mersonn.i.er og ultranier.

For de tynne fibre foretrekkes det å anvende 40 - 50%av fibre med høyt spesifikt overflateområde. Eksempler på sådanne fibre er esparto, eucalyptus og bomull. Det er også funnet at det kan være fordelaktig å fjerne visse fraksjoner av fibrene for å oppnå optimalt utbalansert funksjonelle egenskaper for fiberproduktet. Når det gjelder fyllstofftilsatser, er det funnet at tilsats av opp fil 10% kaolin eller kalsiumkarbonat gir en forbedring av filtreringsevnen. Andre mineralfiltre, slik som silisiumholdige avleiringer (diatomaceous eartho) kan

også anvendes for å forbedre filtreringen av dampfase-komponenter. Aktivert karbon kan også inngå i filtret.

I det tilfelle tilsatsstoffer anvendes, kan det imidlertid også være ønskelig å la bindemidler inngå i filtret, slik som f.eks. stivelse eller våtsterke harpikser, som en masse-tilsats for å forhindre støvdannelse i produktet. Vedkommende stivelse kan være av kationisk eller anionisk type, og de anvendte våtsterke harpikser kan f.eks. være polyamin eller polyetylenamin. Stivelse kan alternativt til-føres overflaten etter dannelse av filterlegemet.

Det er også mulig å la en andel av andre hensiktsmessige fibermaterialer inngå i filtret, f.eks. syntetiske fibre slik som polyolefin-fibre som selges under handelsnavnet SWP av Crown Zellerbach Corporation eller under handelsnavnet Pulpex av Solway & Co.

Skjønt de elementer av fibermaterialer som er beskrevet ovenfor er tenkt anvendt som filtre i røke-produkter, kan vedkommende material også ha andre anvendelser, f.eks.

som filtre for andre materialer, eventuelt olje, og vedkommende elementer kan også anvendes som absorberende elementer. Foreliggende produkt behøver heller ikke å ut-føres med sirkelformet tverrsnitt, og det kan således også ha kvadratisk, sekskantet eller en hvilken som helst annen hensiktsmessig tverrsnittform, alt etter de foreliggende fordringer.

Claims (17)

1. Filter- eller absorpsjonselement av fibermaterial og i form av et langstrakt legeme, karakterisert veden kjerne (3) av vilkårlig orienterte fibre og som i ett stykke går over i et ytre sjikt (4) i samme fibermaterial, men med fibrene tettere pakket enn i kjernen, således at det ytre sjikt danner en gjennomtrengelig skorpe (4) med større stivhet og tetthet enn kjernen (3) for avstivning av denne.

2. Element som angitt i krav 1,karakterisert vedat en høyere andel av fibrene i overflatesjiktet (4) enn i kjernen (3) er orientert i elementets lengderetning.

3. Element som angitt i krav 2,karakterisert vedat det ved deling under påvirkning av en strekkraft i lengderetningen oppviser bruddflater av hovedsakelig konisk form.

4. Element som angitt i krav 3, "karakterisert vedat fiberlegemet har en hovedsakelig ensartet materialstruktur med konisk-eller kileformede strukturenheter (8) som ved sine ytterkanter danner en skorpe (4) av fibermaterial.

5. Element som angitt i krav 1-4, karakterisert vedat det i fiberlegemet inngår en andel av stive grove fibre som er tilsatt for å danne en strukturmatrise i kombinasjon med finere fibre, for forbedring av legemets filtreringsegenskaper og styrke.

6. Element som angitt i krav 5, karakterisert vedat de stive grove fibre består av sterkt ekstrahert, kjemisk bleket papirmasse i alfa-cellulose med høyt innhold av sommertre.

7. Element som angitt i krav 6, karakterisert vedat de fine fibre har en stor spesifikk overflate.

8. Element som angitt i 5-7,karakterisert vedat de fine fibre er tatt fra en materialgruppe som omfatter esparto, eucalyptus og bomull.

9. Element som angitt i krav 5-8,karakterisert vedat fibermaterialet inneholder 40 - 50% fine fibre'.

10. Element som angitt i krav 1-9,karakterisert vedat tilsatser fra en materialgruppe bestående av kaolin, kalsiumkarbonat, aktivert karbon og silisiumholdige avleiringer (diatomaceous earth) inngår i fibermaterialet.

11. Element som angitt i krav 10,karakterisert vedat et bindemiddel fra en materialgruppe bestående av stivelse og våtsterke harpikser inngår i fibermaterialet for å forhindre støvdannelse under fremstilling av elementet.

12. Element som angitt i krav 11karakterisert vedat de våtsterke harpikser skriver seg fra en materialgruppe som består av polyamin og polyetylenamin.

13. Element som angitt i krav 1-12,karakterisert vedat elementets overflate behandles med stivelse etter utformingen av fiberlegemet.

14. Element som angitt i krav 1-13,karakterisert vedat det omfatter en andel syntetiske fibre eller annet fibermaterial.

15. Element som angitt i krav 14,karakterisert vedat de syntetiske fibre er polyolefin-fibre.

16. Element som angitt i krav 1-15,karakterisert vedat det er utformet som en stang.

17. Element som angitt i krav 1-16,karakterisert vedat det er utformet for å danne et filter for et røkeprodukt.