NO790820L - Skummede celluloseacetatfiltre med aapen cellestruktur - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av skummet celluloseacetat.. og produkt fremstilt ved fremgangsmåten. Oppfinnelsen vedrører spesielt en fremgangsmåte ved smeltekstrudering for fremstilling av åpencellet skummet celluloseace iatstruktur spesielt for anvendelse som filtreringsele-ment for aerosoler slik som tobakksrøk.

Skummede celluloseacetatsigarettfiltre er tidligere kjente, og slike filtre er beskrevet i US patent nr. 3.574.803. Celluloseacetatskum i henhold til patentet fremstilles ved opp-løsning av inerte gasser under trykk i modnet celluloseacetatopp-løsning ved dens begynnende utfellingspunkt og utfeldning av ce.l-luloseacetat ved reduksjon av trykket på oppløsningen, hvorved der oppnåes et skum i fast form, og skummet vaskes derefter for å fjerne dets innhold av gjenværende eddiksyre og salter. For å oppnå et akseptabelt produkt er det viktig at oppløselige salter og eddiksyre utvaskes fra skummet i fast form, og derfor må alle overflater av skumstrukturen ha maksimal tilgjengelighet for vas-keoperasjoner. Denne fremgangsmåte resulterer i et produkt med et for vann gjennomtrengelig areal på overflaten av den skummede stav og resulterer i et produkt med en cellestruktur som er blot-tet for fiberlignende elementer og har en gjennomsnittlig tetthet på omtrent 0,13 g/cm 3.

Åpencellede strukturer av polyolefiner med overflate-hud er tidligere kjent, slike strukturer er blitt beskrevet i US-patenter nr. 3.939.849 og 4.054.550. Strukturen av skummet i åpencellede polyolefiner er videre kjennetegnet som en nettformet struktur hvori individuelle celler er sammenbundet med fiberlig- . nende elementer. Skum av polyolefiner når anvendt som sigarettfiltre virker alene ved sine fysikalske filtreringsegenskaper, dvs. at det oppfanger mekanisk materialer fra røken. En hoved-

årsak til at sigarettfiltre av celluloseacetiat er blitt universelt akseptert, er konsumentens mottagelighet for smaken som meddeles av tobakkrøken, samt dets evne til kjemisk å kunne binde komponen-ter fra tobakkrøken såvel som dets evne til mekanisk å kunne opp-fange materialer som er konsentrert i røken, f.eks. tjæreproduk-ter. Filtre av celluloseacetat oppviser spesielt en meget høyere selektivitet for fjernelse av fenol og andre enkle fenolforbin-delser fra sigarettrøk enn filtre fremstilt av polyolefiner. Dess-uten blir kapasiteten for celluloseacetatfiltre for fjernelse av fenol øket ved nærvær av etherestre eller mykningsmidler av enkle estre. Imidlertid har kommersielle celluloseacetatsigarettfiltre fremstilt av celluloseacetatstrie høy tetthet (fra ca. 0,14 til 0,15 g/cm 3). Fremstillingen av filterstaver av strie er en kost-bar prosess omfattende fremstilling av strie, åpning av striebunter, nøyaktig lokal anbringelse av mykningsmiddel, omdannelse av de åpnede striebunter til en stav, innhylling og klebning av staven og nøyaktig kutting av denne til passende lengder. I tillegg til den åpenbare komplekse fremstilling av sigarettfiltre av strie kan den lokale anbringelse av mykningsmiddel, og aldring av sta-ver, forårsake intern migrering av mykningsmidlet og derav føl-gende variasjoner i mykningsmidlets evne for å fjerne fenol fra tobakksrøk.

Det er derfor en hensikt med oppfinnelsen å fremskaffe en stav av åpencellet skumstruktur av myknet celluloseacetat med lav tetthet hvori i det minste noen av de individuelle celler "er bundet sammen med fiberlignende elementer.

Det er ytterligere en hensikt med oppfinnelsen å fremskaffe en fremgangsmåte for fremstilling av en stav med åpencellet skumstruktur av myknet celluloseacetat hvori i det minste no-en av de individuelle celler er bundet sammen med fiberlignende elementer.

Disse og andre hensikter med oppfinnelsen vil fremgå

klarere av følgende beskrivelse av oppfinnelsen.

I henhold til oppfinnelsen er der oppdaget at et for-bedret sigarettfilter av åpencellet skummet celluloseacetat med lav tetthet kan oppnåes ved en fremgangsmåte omfattende smelteekstrudering av en blanding av celluloseacetat, esemiddel og kjernedannende middel gjennom en ekstruder utstyrt med en ellip-' tisk eller sirkulær dyse til en temperaturkondisjonert atmosfære. Nærværet av mykningsmiddel er funnet å minske glassovergangstem-peraturen av celluloseacetat og muliggjøre smelteekstrudering av skummet celluloseace iat uten termisk spaltning av polymeren. Ekstruderen er fortrinnsvis en skruekstruder.

Fremgangsmåten må utføres på en slik måte at esemidlet ikke kan unnvike, dvs. strømme i en motsatt retning av ekstruder-retningen. Dersom esemidlet'tillates å unnvike på denne måte, blir fremgangsmåten vanskelig å kontrollere, og sluttproduktet får . en ujevn lineær tetthet og romtetthet.. Unnvikelsen av esemidlet kan forhindres ved hjelp av en trykkgradient, hvorved trykket oppstrøms innføringsstedet for esemidlet er større enn trykket nedstrøms innføringsstedet for esemidlet. Fortrinnsvis opprettholdes trykkgradienten ved hjelp av en sperring som enten er dannet av en fylling i ekstruderens sylinder bestående av smeltet celluloseacetat eller ved hjelp av en mekanisk sperreanordning som danner en del av skruekstruderén. I henhold til dette krever fremgangsmåten at esemidlet skal innføres nedstrøms sperringen. Fremgangsmåten ved ekstruderingen kan derfor inndeles i seks soner. I hver sone opprettholdes nøyaktige temperaturområder. Det skal forståes at soner benevnt som soner to, tre og fire befinner seg innen skruekstruderén.

Den første sone kan klassifiseres som polymer matesone hvori celluloseace iatflak holdes ved en temperatur på fra -20 til 100°C for å forhindre agglomerering under matningen av flakene til ekstruderen.

Den annen sone som ligger innen ekstruderen er en cel-luloseacetatpolymersmeltsone som opprettholdes ved en innførings-temperatur på ikke mindre enn 100°C og en utføringstemperatur på ikke mer enn 240°C.

Den tredje sone som ligger innen ekstruderen, er en høytrykks-, høybearbeidelsessone som opprettholdes over glass-gummioverføringstemperaturen for celluloseacetat.. Den tredje so-ne er utstyrt med sperreanordninger for å forhindre gass fra å unnvike strømningsretnirigen i ekstruderen. Den tredje sone er altså sonen i hvilken esemidlet tilsettes nedstrøms sperreanord-ningene .

Den fjerde sone som er innen ekstruderen, er en blan-dingssone som opprettholdes ved en temperatur som er lavere enn i sone tre.

Den femte sone er ekstruderens dysesone som opprettholdes ved et temperaturområde på fra 180 til 270°C.

Den sjette sone er kondisjoneringssonen som opprettholdes ved en temperatur på fra omtrent 45°C til innen 5°C for glass-gummioverføringstemperaturen for ekstrudatet, hvorved unnvikelse av esemiddel kontrolleres og en egnet huddannelse oppnåes og synkning av skumstrukturen reduseres.

Staven, efter ledning.gjennom kondisjoneringskammeret, ledes gjennom en stavformningsanordning, staven holdes under'tilstrekkelig strekk for forhindring av stavsynkning under strekkingen av staven gjennom stag- og formningsanbrdningen. Strekkingen utføres ved hjelp av en stavstrekkanordning. Stavstrekkeanord-ninger anvendelige ved oppfinnelsen er beskrevet i US patent nr.

3.813.200. Staven kuttes derefter til ønskede filterstavlengder, hvorefter stavene kuttes til ønsket tipplengde og festes til si-garettene ved klebning av sigarettpapir omkring tippen og omkring sigarettens tobakkskolonne. Tippene er stive, dimensjonsstabile, i det vesentlige likeartet myknede syliridre med en i det vesentlig vannugjennomtrengelig hud og med en i det vesentlige jevn tverrsnittstetthet. Filterstaven av myknet, åpencellet, skummet celluloseacetat kan kjennetegnes ved å være i det vesentlige homogent myknet og har en tetthet på mindre enn 0,12 g/cm 3, et trykkfall på fra 20 til 200 mm vannsøyle og en hårdhet før og efter røkningen på i det minste 20 % for en 20 mm lang stav med en omkrets på 24.8 mm, med en nettverksforgrenet cellestruktur hvori i det minste noen av de individuelle celler inneholder for sam-menbinding filamentlignende deler, og fortrinnsvis en hudstruktur som i det vesentlige er vannugjennomtrengelig. Den i det vesentlige homogene fordeling av mykningsmidlet forhindrer migrering av mykningsmidlet som er kjent for å gi en variasjon ved fjernelse

av fenol. Filtret ifølge oppfinnelsen med homogent fordelt mykningsmiddel er derfor i det vesentlige konstant med hensyn til fjernelse av fenol.

Benevnelsen "celluloseacetat" som anvendt i beskrivel-sen, er ment å definere en ester fremstilt av kvalitet-acetyler-ing trepulp med høyere enn 90 vekt% a-cellulose, hvori esterifi seringsgraden uttrykt som acetylverdi, er omtrent 55,0 % som kombinert eddiksyre. Fullt acetylert celluloseacetat inneholder 44,8 % kombinert acetyl eller 62,5 % som kombinert eddiksyre.'Cel-lulosetriacetat hydrolyseres derefter for å danne et celluloseacetat som inneholder omtrent 39,42 % kombinert acetyl eller 55,0 % + 0,35 % som kombinert eddiksyre.

Celluloseacetatflak i henhold til oppfinnelsen har en standard avvikelse i viskositet i 6 %-ige oppløsninger på mindre enn omtrent 8 centipoise. Viskositeten av en 6 %-ig oppløsning av celluloseacetatflak måles ved bestemmelse av tiden for gjen-nomstrømning gjennom et kalibrert viskosimeter av en oppløsning inneholdende 6 vekt% celluloseacetat i en oppløsning fortrinnsvis av 9 5/5 vekt% aceton/vann. Fortrinnsvis har celluloseacetatflak også en standard avvikelse i esterifiseringsgraden, uttrykt som kombinert lavere fettsyre, på mindre enn omtrent 0,20 %, fortrinnsvis mindre enn omtrent 0,15 %.

Bundet sulfatinnhold av celluloseacetat skal holdes ved en minimal verdi på grunn av virkningen av disse sulfater på termisk stabilitet og viskositet ved høyere temperaturer. Sulfatbe-stemmelsen utføres fra en prøve som behandles med varm 0,07 vekt%-ig saltsyre i en dampautoklav for å avspalte bundne sulfat-grupper. Disse, sammen med oppløselige sulfatsalter, utlutes og bestemmes gravimetrisk efter utfeldning med bariumklorid. Resul-tatene angis som vekt% sulfat, SO^. Bundet sulfatinnhold av cel-luloseacetatf lak som anvendt her, skal fortrinnsvis være mindre enn 0,003 vekt%.

En bedre forståelse av oppfinnelsen kan fåes av tegnin^-gene, hvori

Fig. 1 er et flyteskjema for fremgangsmåten for fremstilling av filterelementet ifølge oppfinnelsen; Fig. 2 er en skjematisk skisse av en type skruekstruder for anvendelse ved oppfinnelsen; Fig. 3 er en skjematisk skikks av en annen type skruekstruder for anvendelse ved oppfinnelsen; Fig. 4 er en grafisk fremstilling av trykket i forhold til skrulengden av en dobbel skruekstruder for anvendelse ved oppfinnelsen; Fig. 5 gjengir et mikrofoto forstørret 11 ganger av filterelementet fremstilt ifølge eksempel 1 i henhold til oppfinnelsen; Fig. 6 gjengir et mikrofoto forstørret 10 ganger av et tidligere kjent celluloseacetat-filterelement; Fig. 7 er et mikrofoto forstørret 100 ganger og viser tverrsnittet av en tidligere kjent celluloseacetat-filterstav; Fig. 8 er et mikrofoto forstørret 100 ganger og viser celluloseace ia t-f ilterstaven fremstilt ifølge eksempel 1 i henhold til oppfinnelsen; Fig. 9 er et mikrofoto forstørret 100 ganger av huden av en tidligere kjent celluloseacetat-filterstav; Fig. 10 er et mikrofoto forstørret 1000 ganger av huden av en tidligere kjent celluloseacetat-filterstav; Fig. 11 er et mikrofoto forstørret 100 ganger og viser huden av celluloseacetat-filterstaven fremstilt ifølge eksempel 1 i henhold til oppfinnelsen; Fig. 12 er et mikrofoto forstørret 1000 ganger og viser huden av celluloseacetat-filterstaven fremstilt ifølge eksempel 1 i henhold til oppfinnelsen.

Under henvisning til fig. 1 i tegningene mates cellulo-seacetatf lak, fra 10 til 26 vekt% av et mykningsmiddel, beregnet av den totale vekt av sammensetningen, og 0,5 til 15 vekt% av et kjernedannende middel, beregnet av den totale vekt av sammensetningen, inn i en trommelblander, blandes og derefter tørkes til et fuktighetsinnhold på mindre enn omtrent 0,5 % t^O. Alterna-tivt kan celluloseacetatflakene tørkes før blandingen, tørkningen utføres i begge tilfeller for å forhindre at fuktighet forårsaker agglomerering. Mykningsmidlet er et ikke-toksisk, smaksforenelig og termisk stabilt mykningsmiddel med kokepunkt på minst 180°C, valgt fra gruppen bestående av estere av mettede dibasiske syrer, estere av flerverdige alkoholer, fettsyreestere og sulfonamidharpikser, og mer spesielt et mykningsmiddel valgt fra gruppen bestående av diethyladipat, dicapryladipat, dimethoxyethyladipat, diethoxyethyl, dimethoxyethoxyadipat, triethylcitrat, tris-n-butyl-citrat, acetyltriethylcitrat, glycerolmonoacetat, glyceroldiace-tat, glyceroltriacetat, ]ethoxycarbonyl)methylfthalat, bis(2 meth-oxyethyl)fthalat, diethylenglycoldiacetat, triethylenglycoldiacetat, glyceroltriisopropionat, ethylenglycoldipropionat, diethylen- glycoldipropionat, dimethylsebacat, diethylsuccinat, dibutyltar-trat, isofthalsyre-propylenglycolpolyester og polyalkylenglycol. Det mest foretrukne mykningsmiddel er et mykningsmiddel valgt fra gruppen bestående av glyceroltriacetat, triethylenglycoldiacetat eller blandinger derav. Glyceroltriacetat og triethylenglycoldiacetat kan også anvendes som mykningsmidler sammen med forskjelli-ge mengder av polyethylenglycol.

Egnede kjernedannende midler er fortrinnsvis uorganiske materialer med stort overflateareal, fortrinnsvis 0,28 m 2/g eller større, som forårsaker flere celler i skummet enn uten tilsetning av disse.

Kjernedannende midler er fortrinnsvis valgt fra gruppen bestående av molekylærsikter, titandioxyd, perlitt, diatoméjord, kalksten og talkum. Det må imidlertid forståes at andre ikke-toksiske, termisk stabile, uorganiske materialer med jevn partik-kelstørreise kan anvendes når disse kjernedannende midler ikke gir opphav til uønsket farve i ekstrudatet. Efter blanding og tørking fjernes blandingen fra trommelblanderen og fortrinnsvis siktes for å fjerne overstore partikler og for å oppnå et tilfredsstillende støpepulver.

Støpepulveret mates derefter med konstant hastighet til en ekstruder som fortrinnsvis har følgende karakteristikk: god fremmatning med smalt oppholdstidsfordelingsspektrum, dvs. minimal "back"-blanding; flere sonetemperaturkontroller med god var-meoverføringskontroll for oppvarmning og kjøling; god blanding av komponentene, spesielt for esemidlet med minimal varmeoppbyg-ning; minimal oppholdstid for materialet i skruen, og minimal la-minær strømning av materialet utenfor skruen for forhindring av spaltning nær sylinderveggen. Fortrinnsvis blir skrueomdreinin-gen pr. minutt kontrollert for å tilveiebringe minimum oppholdstid med minimal avspaltning ved bearbeidningen. Fortrinnsvis er ekstruderen også oppdelt i et flertall temperaturkontrollsoner; den første sone er matesonen hvor temperaturen kontrolleres i området frå 20 til 100°C for forhindring av agglomerering av cellu-loseacetatf lak . Den annen temperaturkontrollsone opprettholdes ved en temperatur på fra 100 til 240°C, fortrinnsvis 150 til 200°C. I denne annen sone skal anvendes en ventileringsåpning slik at vann og medbragt luft tillates å unnvike til atmosfæren.

I den tredje sone blir materialet i ekstruderen holdt overfor glass-gummi-overføringstemperaturen. Esemidlet i kvantiteter av fra 2 til 7 vekt%, beregnet av total vekt av komponentene, innfø-res i den tredje sone mens temperaturen holdes innen området fra 200 til 700°C, og fortrinnsvis innen området 240 - 250°C. Cellu-loseacetatsmelten inneholdende et esemiddel, passerer derefter gjennom en fjerde sone som er en blandesone, opprettholdt ved en temperatur som er lavere enn i tredje sone. Esemidlet som innfø-res i den tredje sone, er et oppløsningsmiddel som i det minste delvis oppløser celluloseacetat, og er valgt fra gruppen bestående av ketoner, estere og énverdige alkoholer med kokepunkt ikke høyere enn 120°C. Fortrinnsvis er esemidlet valgt fra gruppen bestående av aceton, methylacetat, ethylacetat, methanol, ethanol, propanol og vann.

For bedre forståelse av skruekstruderens virkemåte hen-vises til omtalen av fig. 2, 3 og 4.

Fig. 2 er en skjematisk illustrasjon av en enkel skru-ekstruderanordning egnet for anvendelse ved oppfinnelsen. I hvilken som helst skruetypeekstruderoperasjon blir et fast materiale gjort bearbeidbart ved friksjonsenergi og ekstern termisk energi, transport gjennom anordningen og utsatt for skjærvirkninger mens den korrekte temperatur i materialet opprettholdes. Ved fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse er det også nøevendig å utta fordampbare materialer og å tilsette et esemiddel og å utvikle tilstrekkelig trykk for å tvinge smeiten gjennom en eliptisk eller sirkulær dyse.

Som det fremgår av fig. 2 som skjematisk illustrerer en enkel skruekstruder som ikke er vist i skala og som har varierende skruedybder, vil deøkede skruedybder som er vist i området ved matetrakten, ventileringsanordningen for fordampbart materiale og anordningen for innføringen av esemidlet, redusere det totale volum av skruen ved disse spesielle steder og følge-lig minske trykket ved dette punkt. Det skal forståes at volum-reduksjonen og tilsvarende trykkreduksjon også kan oppnåes ved variering av skruestigningen såvel som av skruedybden. Det skal også bemerkes i fig. 2 at medført fuktighet eller fordampbare materialer som er tilstede i blandingen fra fødetrakten i skruekstruderén, i det vesentlige reduseres ved ventileringsstedet for fordampbart materiale.

Det er viktig i en enkel skruekstruder som anvendes ved oppfinnelsen at trykkprofilen langs lengden av den enkle skrue er slik at den forhindrer esemiddel fra å strømme bakover og unn-slippe gjennom ventileringsstedet for fordampbart materiale..Det er foretrukket ved utførelse av oppfinnelsen at der anvendes en dobbel skruekstruder for å sikre bedre varmeoverføring, skjær-blanding og bedre kontroll av trykkprofilen samt bedre kontroll av oppholdstidsfordelingen.

En skjematisk illustrasjon av en dobbel skruekstruder-anordning egnet for anvendelse i forbindelse med oppfinnelsen kan sees i fig. 3. For enkel illustrasjon vises en enkel skruekstruder i fig. 3, men det skal forståes at for anvendelse ved oppfinnelsen er det foretrukket en co-roterende, i hverandre inngripende dobbel skruekstruder.

Dobbelte skruekstruderanordninger har vist seg å være å foretrekke fremfor enkeltskruekstruderanordninger ved at doble skruekstruderanordninger minsker enhver tendens for smeiten til å svulme eller å pulsere gjennom ekstruderen på grunn av bedre stabilisering av trykkprofilen langs lengden av den doble skruekstruder. Videre har den i hverandre inngripende doble skru-konstruksjon selvrensende virkning som forhindrer at en del av polymerchargen får en urimelig lang oppholdstid i ekstruderen,daforlenget oppholdstid naturligvis bevirker spaltning av polymeren. Som det vil sees av fig. 3, inneholder hver identisk skruenhet

av den doble skruanordning seksjoner med varierende skrustigning, skrustigningen er minst ved anordningen for ventilering av fordampbart materiale og ved innføringsstedet for esemidlet for å redusere trykket i sonene. De identiske skruenheter av den doble skruekstruder i fig. 3 har også sperreanordninger mellom stedet for ventileringsanordningen for fordampbart materiale og innføringsstedet for esemidlet, sperreanordningen omfatter en skruseksjon med motsatt rettet skrustigning. Sperreanordningen som er dannet med motsatt rettet skrustigning, forhindrer esemidlet som er innført ved dets innføringssted, fra å passere motstrøms og unnvike gjennom ventileringsanordningen for fordampbart materiale.

Som tidligere a,ngitt kan anordningen ifølge oppfinnelsen være oppdelt i seks bestemte tempera,tursoner f hvorav den før- ste er en temperaturkontrollsone ved fødetrakten, og den sjette er en temperaturkontroll for stavkondisjoneringskammeret. Sylin-deren av ekstruderen er oppdelt i temperaturkontrollsoner to, tre og fire, mens ekstruderens dyse omfatter den femte temperaturkontrollsone. I tillegg til dette kan ekstruderens sylinder oppdeles i et flertall trykkontrollsoner slik som vist i fig. 4 som viser en idialisert skisse av trykk i forhold til sylinderlengden. Det høyeste trykk oppnåes mellom ventileringsanordningen for fordampbart materiale og sperreanordningen; relativt lavere trykk hersker mellom innføringsstedet for esemidlet og ekstruderens munnstykke. Mens det spesifikke diagram ifølge fig. 4 er tegnet for ekstruder-anordningen ifølge fig. 3, må det forståes at et lignende trykk-prof il også oppnåes i en enkel skruekstruder som vist i fig. 2; imidlertid, som tidligere angitt, er trykkprofilen i en enkel skruekstruder meget vanskeligere å kontrollere, og derfor er én dobbelekstruder mer foretrukket for utførelse av oppfinnelsen.

Materialet fra ekstruderen passerer til ekstruderens dyse. Dysetemperaturen som omfattes av den femte temperaturkontrollsone, er svært kritisk og må kontrolleres innen +/- 1°C av en på forhånd valgt temperatur mellom 180° °9 270°c for å oppnå ønsket stavdiameter og ønsket filteregenskaper. Smeltekstruder-ingstrinnet efterfølges av transport av materialet til en sjette temperaturkontrollsone som omfatter et kondisjoneringskammer som har innførings- og utføringsåpninger for å tillate staven å passere gjennom dette og anordninger for kontroll av temperaturen i kammeret. I kammeret kontrolleres hudtemperatur og porøsitet for å tillate esemidlet å unnvike. Temperaturer på ca. 4 5°C til innen 5°C fra glass-gummi-overføringstemperaturen av ekstrudatet opprettholdes.

Dersom staven ekstruderes til en kjølig atmosfære, vil den avkjøles for hurtig og falle sammen. Når esemidlet er for-dampet, har den avkjølte stav mistet sin elastisitet. En minimal oppholdstid på omtrent ett sekund i kondisjoneringskammeret er nødvendig for å forhindre minskning av stavdiameteren.

Efter at staven kommer fra kondisjoneringstrinnet, passerer den gjennom en opphetet dimensjoneringsanordning for til-pasning av stavdiameteren og sletting av overflaten av denne. En stav-trekkanordning opprettholder tilstrekkelig strekk i staven for å forhindre at staven synker mens den passerer gjennom dimen-sjonsrøret. En kutteanordriing ved utløpet av stavtrekkanordningen kutter staven til konvensjonelle lengder for bruk.

Følgende spesifikke eksempler angis for å illustrere oppfinnelsen, og må ikke oppfattes som en begrensning av denne.

Eksempel I

Celluloseacetatflak males i en mølle til en partikkel-størrelse mindre enn 3 mm.

En støpepulversammensetning fremstilles derefter ved in-tim blanding av 78,9 vekt% utørret celluloseacetatflak (5 % H20), 16,9 vekt% glyceroltriacetat som mykningsmiddel og 4,2 vekt% perlitt som kjernedannende middel. Denne sammensetning tørkes derefter 14 timer ved 65°C for å redusere fuktighetsinnholdet til mindre enn 0,5 vekt%. Den tørkede sammensetning tillates å avkjø-le til romtemperatur og mates nøyaktig til en dobbel skruekstruder gjennom en kjølet fødetrakt (sone 1). Materialet smeltes (sone 2) og luftet for å fjerne medbragt luft og resterende vann-damp. Smeiten oppvarmes så ytterligere, og 3,75 vekt% aceton som esemiddel tilsettes, beregnet på den totale vekt av sammensetningen (sone 3). Blandingen kjøles så til 229°C (sone 4) før den forlater skruen og ledes inn i utdrivelsesblokken fra hvilken den ble ekstrudert ved en dysetemperatur på 240°C (sone 5) gjennom et 3 mm sirkulært munnstykke inn i et 1 meter langt varmluft-kammer som opprettholdes ved en temperatur på 73°C (sone 6). Den størknede stav trekkes derefter med skumbelagte valser med en hastighet på 17,7 m/s gjennom en formnings- og dimensjoneringsanordning for å sikre rundhet og riktig størrelse og kuttes i seksjoner på 120 mm's lengde.

Det fremstilte produkt viste seg å være en rund stav med 7,73 mm<!>s diameter. Både stavhuden og endenes utseende ble funnet å være av jevn hvit farve med en struktur av små og ensart-ede åpne celler. Tettheten er 0,109 g/cm . Stavene kuttes derefter til 20 mm lange tipper og testes med metoder som er velkjente blant fagfolk med kjennskap til sigarettfiltrering. Innkapslet trykkfall ble målt til 58 mm H20 med en renseeffekt på 33,4 % av totalt partikkelformet materiale. Tippvekten er 0,102 g/20 mm. tipp med en fast før og efter røkningen på 96 % målt med en "FILTR0NA" fasthetstester.

Eksempel II

Fremgangsmåten fra eksempel I ble gjentatt med unntagel-se av at innholdet av triacetin mykningsmiddel og ekstrudertempe-raturbetingelser ble variert som følger:

Skruekstruderbetingelser

Stavekstrudatene med 14,7 og 18 % triacetin ble funnet å være tilfredsstillende i alle henseender. Stavekstrudat med 0 % triacetin ble funnet å være sterkt spaltet uten størrelseskon-troll eller rimelig cellestruktur og er kommersielt uakseptabelt. Stavekstrudater med 2 3 % triacetin ble funnet å være overmyknet, dvs. at cellestrukturen er stor og åpen og kommersielt uaksepta-bel.

Eksempel III

En V-formet trommelblander ble fylt med 69,84 vekt% celluloseacetat og 3,23 vekt% kalksten som kjernedannende middel og ble blandet i 10 minutter mens 6,79 vekt% methylalkohol ble til-satt med en hastighet av 8 ml/minutt fulgt av en tilsetning av 3,23 vekt% aceton og 15,73 vekt% triacetin. Blandingen ble fort-satt ytterligere 30 minutter, og blandingen ble siktet gjennom en 3 1/2 sikt for å eliminere agglomerater. Blandingen ble fylt i en "CS Brabender Model 250" ekstruder med en "20 mm skrue med et lengdeOdiameterforhold på 25:1. Blandingen ble smeltet i en uventilert ekstruder og ekstrudert gjennom et munnstykke med en diameter på 4,6 mm. Efter utdrivelsen ble staven kondisjonert i et varmekabinett utstyrt med dyse og derefter kuttet. Arbeids-betingelsene for utstyret er som følger:

Stavsluttproduktet ble funnet å ha åpencellet struktur, men porestørrelsen er ikke så jevn, og følgelig er produktet ikke så ønskelig som produktet fremstilt med en ventilert skruekstruder slik som i eksempel 1.

Trykkfall som angitt i de foregående eksempler ble målt med følgende metoder: Luft suges gjennom et 20 mm langt fullt innkapslet filter med en jevn hastighet på 1050 cm 3/minutt, og den resulterende trykkforskjell over filteret ble målt ved hjelp av et vannmanometer. Resultatet ble målt i mm vannsøyle.

Sigarettfilterhårdhet som angitt i de tidligere eksempler ble målt med en "FILTRONA" tester (fremstilt av Cigarette Components Limited), ved en test i hvilken staven (f.eks. med en lengde på ca. 120 mm av skummet harpiks) med en gjennomsnittlig diameter (D), f.eks. 7,8 mm, presses mellom to plater anordnet i instrumentet. Staven utsettes for pressing i 15 sekunder med en vekt på 300 g som virker på de motsatte sider av den sylindriske overflate av staven og gjennomsnittlig nedtrykning (A) som er minskningen i stavdiameter, måles. Hårdheten er diameteren av prøven målt med et lodd på 300 g og uttrykt som en prosentdel av den opprinnelige diameter som er som angitt ved følgende formel:

Røkfjernelseseffekt som angitt i de tidligere eksempler bestemmes som følger: 20 veiede sigarettipper forbindes til standard tobakks-kolonner og røkes på en Keith-Newsome Smoking Machine som beskrevet i Tobacco Science 1:51-54(1957). Feller anvendes for oppsam-ling av partikkelformig materiale som passerer gjennom sigarett-filtret. Røkfjernelseseffekt beregnes ved dividering av vektøk-ningen av tippene med den totale vektøkning av tippene og Cambridge-fellene.

Produktet ifølge oppfinnelsen illustreres best ved oversiktsfotoet i fig. 5, og i tverrsnitt i fig. 8. Som det vil fremgå er produktet sylindrisk med velformet hud som ble funnet å være i det vesentlige vannugjennomtrengelig. Innenfor huden er der et sammenbindende ekspandert cellulært skum, i det minste er noen av cellene viderekarakterisert vedtilstedeværelse av fibriller som er bundet til celleveggene, idet den fullstendige struktur har et høyt forhold av membranøse cellevegger til fibriller. Skjønt røkgasser i sigarettrøk beveges gjennom skummet relativt lett, vil en merkbar mengde partikkelformig materiale og konden-serbare damper oppfanges i skummet ad mekanisk vei og ved absorp-sjon. Filteret fremskaffer en stor tilgjengelig overflate for oppfangelse av røkpartikler på grunn av liten cellestørrelse og nærvær av fibriller i det minste i noen av cellene. Røken blir derfor relativt jevnt fordelt gjennom filtrets tverrsnitt.

Fig. 6 viser et typisk eksempel på et oversiktsfoto av en filtertipp av filtret av utfeldt celluloseacetat ifølge US-patent nr. 3.574.803. Filtret synes ikke å være i ekspandert form, og er best kjennetegnet som vist i tverrsnitt i fig. 7, som en sintret struktur inneholdende tomrom. Der finnes ikke tegn til membraner eller mikrofibriller som normalt forbindes med varma smeltede, ekstruderte skumstrukturer.

Forskjelligheter mellom hudstrukturen av filterstaven bestående av utfeldt celluloseacetat ifølge US patent nr. 3.574.803 som vist i fig. 9 og 10, og hudstrukturen av celluloseacetat i filterstavene ifølge oppfinnelsen slik det fremgår av fig. 11 og 12 vises lett. Fig. 9 og 10 som er forstørret henholdsvis 100 og 1000 ganger, åpenbarer store overflatetomrom som gjør staven vanngjennomtrengelig. Fig. 11 og 12 som også er for-størret henholdsvis 100 og 1000 ganger, er fri for overflatetomrom og derfor vannugjennomtrengelige

Claims (21)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en myknet, åpencellet, skummet celluloseacetatfilterstav, karakterisert ved at den omfatter smeltekstrudering av en blanding av celluloseacetat, mykningsmiddel, et esemiddel som i det minste delvis oppløser celluloseacetat og et kjernedannende middel, gjennom et elliptisk eller sirkulært munnstykke, hvorved' nevnte smelte i det vesentlig er fri for medført luft.

2.F remgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at ekstrudatet passerer gjennom en dimensjoneringsinnretning.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at esemidlet i det minste delvis oppløser celluloseacetat og er valgt fra gruppen bestående av ketoner, estere og énverdige alkoholer med. kokepunkt ikke høyere enn 120°C.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at mykningsmidlet er valgt fra gruppen bestående av estere av mettede dicarbonsyrer, estere av flerverdige alkoholer, fettsyreestere og sulfonamidharpikser.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at mykningsmidlet er valgt fra gruppen bestående av glyceroltriacetat, triethylenglycoldiacetat og blandinger derav.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det kjernedannende middel er et uorganisk materiale med et overflateareal på i det minste 0,28 m 2/g.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at mykningsmidlet er nærværende i mengder på fra 10 til 26 vekt%, beregnet på vekten av celluloseacetat, og det kjernedannende middel er nærværende i mengder på fra 0,5 til 15 vekt%, beregnet på vekten av celluloseacetat.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at mykningsmidlet er glyceroltriacetat.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den gjennomføres i seks efter hverandre anordnede temperaturkontrollsoner, hvorved sonene utgjøres av følgende: a) en første sone som benevnes polymer matesone, hvori celluloseacetatflak opprettholdes ved en temperatur på fra -20°C til 100°C for å forhindre agglomeréring av celluloseacetatflak, b) en andre sone som er en celluloseacetatpolymer-smeltesone som opprettholdes ved en innføringstemperatur på i det minste 100°C og en utføringstemperatur ikke høyere énn 240°C, c) en tredje sone som er en høytrykks, høyskjæringssone som opprettholdes ved en temperatur over celluloseacetatets smelte-punkt, og hvori esemidlet innføres, d) en fjerde sone som er en blandesone som opprettholdes ved en temperatur lavere enn i sone tre, e) en femte sone som er utdrivelsesdysesone som opprettholdes ved en temperatur i området fra 180°C til 270°C, f) en sjette sone som er en kondisjoneringssone som opprettholdes ved en temperatur på fra omtrent 45°C til innen 5°C fra glass-gummioverføringstemperaturen av ekstrudatet.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den annen, tredje og fjerde sone inneholdes i en skruekstruder.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at skruekstruderén er en ventilert skruekstruder.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at skruekstruderén har motsatt roterende skruer som griper inn i hverandre og er ventilert.

13. En cigarettfilterstav omfattende et i det vesentlige homogent myknet celluloseacetat med i det vesentlige åpencellet skum, karakterisert ved nærvær av i det minste celler som er sammenbundet med fibriller.

14. Filterstav ifølge krav 13, karakterisert ved at tettheten er mindre enn 0,12 g/cm <3> .

15. Filterstav ifølge krav 13, karakterisert ved at staven har en i det vesentlige vannugjennomtrengelig hudstruktur.

16. Filterstav ifølge krav 13, karakterisert ved at den har en hårdhet målt med en "FILTRONA" tester større enn 85 % før og efter røkningen.

17. Filterstav ifølge krav 13, karakterisert ved at nevnte myknet celluloseester er en celluloseester myknet med et middel valgt fra gruppen bestående av estere av mettede dicarbonsyrer, estere av mettede flerverdige alkoholer, fettsyreestere og sulfonamidharpikser.

18. Produkt ifølge krav 13, karakterisert ved at det myknede celluloseacetat er myknet med et mykningsmiddel valgt fra gruppen bestående av glyceroltriacetat, triethylenglycoldiacetat og blandinger derav.

19. Filterstav ifølge krav 13, karakterisert ved at trykkfallet er fra 20 til 2o0 mm vannsøyle for en stav med en lengde på 20 mm og eh omkrets på 24,8 mm.

20. Filterstav ifølge krav 19, karakterisert ved at staven har røkfjernelseseffekt større enn 20 %.

21. Filterstav ifølge krav 13, karakterisert ved at celluloseacetatet har en acetylverdi på omtrent 55 % og et bundet celluloseinnhold på mindre enn 0,003 vekt%.