PL175937B1

PL175937B1 - Filtr papierosowy

Info

Publication number: PL175937B1
Application number: PL94314687A
Authority: PL
Inventors: Calvin R. Woodings
Original assignee: Courtaulds Fibres Holdings Ltd
Priority date: 1993-11-29
Filing date: 1994-11-24
Publication date: 1999-03-31
Also published as: NO962108D0; DE69409397D1; ES2115349T3; FI962234A0; ATE164493T1; CN1136267A; AU678652B2; HU9601433D0; HUT75903A; EP0731651A1; FI962234A; KR100319429B1; HU219575B; WO1995014398A1; JP3515119B2; NO303103B1; EP0731651B1; BR9408171A; JPH09505473A; US5671757A

Abstract

1. Filtr papierosowy, majacy postac korpusu filtru zawierajacego wlóknista bibule, zna- mienny tym, ze bibula korpusu filtru zawiera wlókna liocelulozowe, stanowiace wlókna regenerowanej celulozy. P L 175937 B 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest filtr papierosowy.

Ze stanu techniki są znane filtry papierosowe mające postać korpusu filtru zawierającego włóknistą bibułę. W jednej ze znanych postaci takiego filtru, korpus filtru składa się z pęku ciągłych włókien, zwykle włókien octanu celulozy (octanowych), ułożonych równolegle do długiej osi papierosa. W innej znanej postaci filtru, korpus filtru składa się z pofałdowanej bądź karbowanej bibuły ściśniętej w walec. Bibuła ta podlega procesowi żłobkowania w celu umożliwienia takiego jej pofałdowania bądź karbowania. Takie postacie filtru zawierająjeden element filtrowy i mogąbyć nazywane “pojedynczymi” filtrami. Inną znanąpostacią filtrujest tak zwany filtr “podwójny”, który zawiera dwa elementy filtrowe, na przykład filtr bibułowy wewnątrz i filtr pękowy na zewnątrz korpusu filtru. Inna znana postać to tak zwany filtr “potrójny”, który zawiera trzy elementy filtrowe, na przykład filtr bibułowy i filtr pękowy jako filtr “podwójny”, oddzielone szczeliną powietrzną albo filtrem z węgla aktywowanego.

Jak wiadomo, filtry bibułowe sąbardziej wydajne w usuwaniu substancji smolistych z papierosa niż filtry pękowe. Wysoka wydajność usuwania substancji smolistych jest szczególnie pożądana ze względu na ogólną tendencję do produkowania papierosów o niskiej zawartości substancji smolistych. Celem wynalazku jest opracowanie filtru papierosowego o wysokiej wydajności usuwania substancji smolistych.

Filtr papierosowy, mający postać korpusu filtru zawierającego włóknistą bibułę według wynalazku, charakteryzuje się tym, ze bibuła korpusu filtru zawiera włókna liocelulozowe, stanowiące włókna regenerowanej celulozy, otrzymywane w procesie przędzenia z wykorzystaniem rozpuszczalnika organicznego. Włókna liocelulozowe korzystnie mają postać wytłoczonych włókien roztworu celulozy w N-tlenku aminy trzeciorzędowej, wytłoczonego do wodnej kąpieli koagulacyjnej. Bibuła zawierająca włókna liocelulozowe ma masę ryzy w zakresie 15 do 150 gramów na metr kwadratowy, a zwłaszcza w zakresie 20 do 80 gramów na metr kwadratowy.

175 937

Bibuła składa się wyłącznie w włókien liocelulozowych, względnie z mieszanki włókien liocelulozowych z włóknami roślinnymi i/lub włóknami octanu celulozy, a zwłaszcza z mieszanki włókien liocelulozowych i ścieru drzewnego, a korzystnie zawiera do około 50% wag. ścieru drzewnego.

Korzystnie włókna liocelulozowe zawierająwłókienka częściowo oddzielone od osnowy.

Włókna liocelulozowe są znanymi materiałami, a ich wytwarzanie opisano na przykład w amerykańskim opisie patentowym US-A-4 246 221. Sąone dostępne w handlu od Coutaulds plc. pod nazwą handlową “Tencel”. Wykonuje się je poprzez rozpuszczenie celulozy w rozpuszczalniku i wytłaczanie tak utworzonego roztworu przez dyszę do kąpieli koagulacyjnej, która służy do wytrącania celulozy i wypłukania rozpuszczalnika z włókien. Proces ten może być nazywany przędzeniem z rozpuszczalnika, a włókna liocelulozowe mogąbyć również nazywane włóknami celulozowymi przędzonymi z rozpuszczalnika. Celulozajest zwykle ścierem drzewnym. Rozpuszczalnikiem może być N-tlenek trzeciorzędowej aminy, dogodnie wodny roztwór N-tlenku trzeciorzędowej aminy, w szczególności N-tlenku, N-metylomorfoliny. Jeżeli rozpuszczalnikiem jest N-tlenek trzeciorzędowej aminy, wówczas korzystnie jest, by kąpiel koagulacyjna była kąpielą wodną. Proces przędzenia z rozpuszczalnika należy odróżniać od innych znanych procesów wytwarzania włókien celulozowych, które polegają na tworzeniu i rozkładzie chemicznej pochodnej celulozy, na przykład procesu wiskozowego. Włókna liocelulozowe mogą zawierać matowy pigment, taki jak dwutlenek tytanu i mogąbyć wybielone.

Filtr papierosowy według wynalazku ma wysoką wydajność filtracji substancji smolistych w porównaniu ze znanymi filtrami bibułowymi.

Bibuła do zastosowania w filtrze papierosowym według wynalazku może być wytworzona przy zastosowaniu konwencjonalnej technologii i wyposażenia do produkcji papieru. Masa ryzy bibuły zastosowanej w filtrze według wynalazku może być ogólnie podobna do masy ryzy konwencjonalnych bibuł, stosowanych w znanych filtrach papierosowych i może być ogólnie w zakresie 15 do 150, dogodniej 20 do 80 gramów na metr kwadratowy. Bibuła może składać się zasadniczo z włókien liocelulozowych, albo może również zawierać inne typy włókien, na przykład włókna roślinne, takie jak ścier drzewny i/lub włókna octanowe, dodatkowe do włókien liocelulozowych. Stwierdzono z zaskoczeniem, iż bibuła może zawierać do około 50% wag. ścieru drzewnego bez znaczącego zmniejszenia wydajności usuwania substancji smolistych, choć naturalnie przy wyższej zawartości ścieru drzewnego wydajność ta coraz bardziej spada aż do wydajności usuwania substancji smolistych przez konwencjonalnąbibułę ze ścieru drzewnego. Może być zalecana bibuła, która zawiera przynajmniej 25% wag. włókien liocelulozowych, zwłaszcza zmieszanych z włóknami ścieru drzewnego, a zwłaszcza bibuła zawierająca około 50% wag. włókien liocelulozowych oraz 50% wag. włókien ze ścieru drzewnego. Stwierdzono również, iż dodanie do mieszanki części ścieru drzewnego może wspomagać proces tworzenia bibuły, dając polepszonąjakość bibuły.

Wytrzymałość naprężeniową w kierunku poprzecznym bibuły, stosowanej w filtrze według wynalazku należy dobrać tak, by umożliwić właściwy stopień żłobkowania i tak, by umożliwić fałdowanie bądź karbowanie bibuły. Niskie wytrzymałości naprężeniowe mogą oznaczać, iż powstanie zbyt duże żłobkowanie, a w konsekwencji będzie zbyt duży spadek ciśnienia w filtrze, natomiast wysoka wytrzymałość naprężeniowa może oznaczać, iż powstanie zbyt małe żłobkowanie, a w konsekwencji końcowy wygląd filtru będzie wizulanie niezadowalający'.

Zaleca się, by włókna liocelulozowe w filtrze według wynalazku zawierały włókienka częściowo oddzielone (fibrylowane) od osnowy. Włókna liocelulozowe można fibrylować poprzez poddanie ich mechanicznemu ścieraniu w stanie mokrym, jak na przykład w czasie procesu wytwarzania papieru. Fibrylacja daje częściowe oddzielenie się cienkich włókienek od osnowy włókna, tak, że pojedyncze włókna nabierają wyglądu “włochatego”. Fibrylowane włókna liocelulozowe (liocell) mają zwiększone pole powierzchni w porównaniu z włóknami niefibrylowanymi, co uważa się za korzystne w zapewnianiu wydajnej filtracji.

Bibuła może się składać z mieszanki wysoce sfibrylowanych włókien liocelulozowych z innymi typami włókien, na przykład włóknami roślinnymi takimi jak ścier drzewny i/lub włókna

175 937 octanowe. Wysoce sfibrylowane włókna liocelulozowe można wytworzyć dzięki surowym warunkom oczyszczania. Surowiec papierniczy zawierający takie włókna bardzo powoli odcieka i dlatego jest ogólnie niezadowalający do zastosowania w komercyjnej produkcji bibuły do filtrów celulozowych. Surowiec taki można zmieszać z surowcem, zawierającym inne typy włókien, w tym z surowcem zawierającym nisko sfibrylowane włókna liocelulozowe i zastosować w papiernictwie. Mieszanka surowca wysoce sfibrylowanych włókien liocelulozowych i surowca zawierającego inne typy włókien może być wybrana w celu nadania odpowiedniej równowagi procesowi papierniczemu i odpowiednich właściwości bibuły i filtra. Może okazać się, iż mieszanka wysoce sfibrylowanych włókien liocelulozowych i włókien octanowych zapewni dobre odciekanie w procesie papierniczym, dobrą wytrzymałość bibuły, lepszą wydajność filtracji niż sam octan, spłukiwalne to jest rozpraszalne w wodzie) filtry papierosowe i szybszą biodegradowalność niż filtry wykonane z samych włókien octanowych.

F iltr papierosowy według wynalazku może być filtrem pojedynczym, podwójnym albo potrójnym. Korzystne są filtry podwójne i potrójne, zawierające filtry z pęku włókien octanowych na zewnątrz korpusu filtru oraz filtr z bibuły liocelulozowej wewnątrz korpusu filtru. Filtry takie wykazują dobrą oporność na zewnętrzne plamienie.

F iltry według wynalazku można zastosować w wentylowanych i niewentylowanych papierosach z filtrem z szerokim zakresem rodzajów pręcików z tytoniem. Jedynie w charakterze przykładu, taki pręcik tytoniowy może mieć jedną lub więcej albo wszystkie z poniższych właściwości: Dostarczenie nikotyny substancji smolistych x 10 = 0,05 - 1,0

Gęstość pręcika z tytoniem = 100 - 260 kg m³

Opór zaciągania (zmierzony w pomieszczeniu zamkniętym) = 35 - 70 mm słupa wody

Przepuszczalność bibuły papierosowej dla powietrza: 10- 150 jednostek Coresta

Również jedynie w charakterze przykładu, filtr papierosowy według wynalazku może wykazywać jedną lub więcej albo wszystkie z następujących właściwości:

Dostarczanie nikotyny/substancji smolistych x 10 = 0,05 - 1,5

Dostarczanie substancji smolistych = < 1 - 10 mg.

Opór zaciągania (zmierzony w pomieszczeniu niezamkniętym) = 30-150 mm słupa wody

Wentylacja filtra = 0 - 80%

Liczba zaciągnięć >5

Powyższe parametry zmierzono według standardowych procedur i w jednostkach standardowych.

Dodatkowo, mieszanka tytoniowa może zawierać znaczną część spęczniałego tytoniu i łyka.

Filtry według wynalazku, na przykład zawierające same włókna liocelulozowe albo w mieszance ze ścierem drzewnym, dają znacznie polepszone właściwości zatrzymywania substancji smolistych w szerokim zakresie spadków ciśnienia w porównaniu ze znanymi ze stanu techniki filtrami z octanu celulozy i bibuły (100% ścieru drzewnego). Filtry według wynalazku są użyteczne w wytwarzaniu papierosów z dostarczaniem substancji smolistych 6 mg i mniej, możliwe nawet 1 mg albo mniej. Tak niskie dostarczania substancji smolistych można osiągnąć przy znacznie niższej wentylacji niż jest to konieczne w filtrach znanych ze stanu techniki. Wysokie poziomy wentylacji są ogólnie niepożądane ze względu na odbiór konsumenta. Co więcej, tak niskie dostarczania substancji smolistych można osiągnąć przy dopuszczalnych oporach zaciągania, zwiększając jeszcze pozytywny odbiór konsumenta w stosunku do ulepszeń znanych ze stanu techniki. Wykonano filtry według wynalazku, które mają lepszą wydajność filtrowania przy niskim spadku ciśnienia niż znane ze stanu techniki filtry o tym samym stopniu wentylacji.

Przykłady papierosów z filtrem według wynalazku obejmują papierosy, w których dostarczanie (wydajność) substancji smolistych z pręcika tytoniowego wynosi 25 mg, spadek ciśnienia wynosi 50 mm; przepuszczalność bibuły papierosowej wynosi 60 jednostek Coresta; a wymagane dostarczanie (wydajność) substancji smolistych wynosi 4 mg. Wielkość zatrzymywania i wentyla175 937 cji, które zapewniajątakie dostarczania substancji smolistych można obliczyć z poniższego równania:

Końcowe dostarczanie substancji smolistych = dostarczanie substancji smolistych z pręcika tytoniowego x (100-R)/100 x (100-V)100,

Gdzie R = zatrzymywanie w filtrze w % a V = wentylacja w %. Jeżeli wentylacja wynosi 0%, to obliczono wymagane zatrzymywanie przez filtr wynosi 84%. Uważa się, iż tak wysokiego zatrzymywania nie da się osiągnąć w dopuszczalnych konwencjonalnych papierosach z filtrem. Wykonano papierosy zawierające 20 mm filtru według wynalazku, wykazujące taką wartość zatrzymywania przy dopuszczalnym spadku ciśnienia w papierosie wynoszącym (ok. 144 mm słupa wody).

Jeden ze znanych ze stanu techniki papierosów może zawierać pojedynczy filtr bibułowy, który ma zatrzymywanie substancji smolistych wynoszące 66% i spadek ciśnienia wynoszący 88 mm słupa wody. W celu osiągnięcia wymaganego dostarczania substancji smolistych w ilości 4 mg, wentylacja wynosi 53%, co daje spadek ciśnienia w papierosie wynoszący około 95 mm.

Inny typ znanego ze stanu techniki papierosa może zawierać pojedynczy filtr octanowy (pęk 1,5 deniera), który ma wielkość zatrzymywania substancji smolistych wynoszącą 55% i spadek ciśnienia wynoszący 89 mm słupa wody. W celu osiągnięcia wymaganego dostarczania substancji smolistych 4 mg, wentylacja wynosi 64%, co daje niepożądanie niski spadek ciśnienia w papierosie wynoszący około 87 mm.

Papieros z filtrem według wynalazku może zawierać liocelulozowy filtr bibułowy, który ma wielkość zatrzymywania substancji smolistych wynoszącą 77% i spadek ciśnienia wynoszący 84 mm słupa wody. W celu osiągnięcia wymaganego dostarczania substancji smolistych wynoszącego 4 mg, wentylacjajest dogodnie niska, rzędu 30%, co daje spadek ciśnienia w papierosie około 110 mm.

Można wykonać papierosy o jeszcze niższych poziomach dostarczania substancji smolistych, i innych konstrukcjach, które narzucają się samoistnie projektantowi papierosów.

Zaletą filtru według wynalazku jest to, że umożliwia otrzymywanie papierosów o niskim stopniu dostarczania substancji smolistych i o niskich poziomach wentylacji, co daje zmniejszoną ilość pobocznego dymu. '

Alternatywnie, można wykonać filtr według wynalazku, który będzie mieć mniejszy ciężar niż filtr znany ze stanu techniki, któryjednakmatę samąwydajność filtracji. Umożliwia to otrzymywanie lżejszych papierosów. Co więcej, opór zaciągania takich filtrów według wynalazku może być mniejszy niż opór zaciągania filtrów znanych ze stanu techniki.

Stwierdzono, iż filtry według wynalazku pochłaniają wilgoć z dymu w trakcie palenia papierosa. W konsekwencji, filtr pęcznieje, a spadek ciśnienia na filtrze wzrasta. Uważa się, iż może to powodować stopniowe polepszanie właściwości filtracyjnych w miarę palenia papierosa. Co więcej, uważa się, iż pęcznienie może zapewnić korzyść polegającąna tym, że można wykonać papierosy, które wykazują względnie stały spadek ciśnienia po każdym zaciągnięciu.

Przykład

Wykonano próbki bibuły przy użyciu włókna lioceluzowego 1,7 dtex, 6 mm matowego dostępnego z Courtaulds.

Rozproszenie włókna przeprowadzono w maszynie do rozcierania na miazgę, przy stężeniu surowca około 1,5%. Surowiec uwolniono następnie do skrzyni, gdzie był delikatnie zmieszany przez mieszadło i rozcieńczony do pożądanej konsystencji. Ze skrzyni przepuszczono surowiec w otaczającej temperaturze przez stożkowy rafiner przy prędkości przepływu 350-400 litrów/min. Rafiner miał odstęp prętów 15 mm w celu fibrylowania a nie cięcia włókna. Postęp rafinacji sprawdzano, mierząc odpowiedni parametr “chudość”surowca w °SR (Schopper-Riegler) w odstępach. Po rafinacji, surowiec jeszcze bardziej rozcieńczano poprzez dodanie do niego zwykle około połowy objętości wody i wpompowanie do skrzyni maszyny. Włókno pompowano ze skrzyni maszyny do komory rozcieńczającej, a następnie przez rozpraszacz przepływowy, który zapewniał równomierne rozproszenie włókna w skrzyni wlewowej (która tworzy bibułę na dru6

175 937 cie). Dwa zestawy skrzyń ssących usuwały wodę, po czym bibiłę przepuszczono przez dwie prasy (po jednej z każdej strony), suszarkę bębnową i kalander i zbierano na wałku.

Tabela 1 zawiera informację o warunkach procesu papierniczego.

Tabela 1

Kod odniesienia	A	B
Konsystencja rafinacji %	0,44	0,44
Chudość surowca po rafinacji °SR	36	48

Próbki miały właściwości przedstawione w tabeli 2:

Tabela 2

Kod odniesienia	A	B
Masa ryzy g/m²	28,9	28,4
Wilgotność %	6,8	6,5
Porowatość w jednostkach Coresta	458	215
Wytrzymałość naprężeniowa kg-MD	1,42	1,174
	1,45	1,517
Wytrzymałość naprężeniowa kg-CD	0,595	0,673
	0,651	0,810
Rozciągnięcie % -MD	1,5	1,5
	1,6	1,7
Rozciągnięcie % -CD	1,7	1,9
	1,9	2,0
Spęcznienie mikrony	66,0	63,5
Przepuklenie funty/cal2	7,11	7,11
Wzniesienie mm	55	64

-MD oznacza kierunek maszyny. Wzniesienie jest miarą podniesienia kapilarnego słupa wody. -CD oznacza kierunek poprzeczny

Wykonano pręty filtrowe z próbki A, przeciętej do szerokości 300 mm i zawiniętej w bibułę 27 g/m² (wykonaną ze ścieru drzewnego). Nominalne wymiary pręta stanowiły 108 mm długości x 24,6 mm obwodu. Pręty pocięto na odcinki o długości 20 mm do testowania. Uzyskano wyniki przedstawione w tabeli 3:

Tabela 3

Obwód mm	25,09
SD. - tolerancja obwodu	0,16
Spadek ciśnienia na pręcie mm WG	538
C.V. % - współczynnik zmiany ciśnienia	9,1
MAsa pręta g	1,087
C.V. % - współczynnik zmiany masy	1,9

175 937 cd. tabeli 3

Gęstość filtra g/cm³	0,186
Twardość %	94,12
Spadek ciśnienia na końcówce mm słupa wody	118
C.V. % - współczynnik zmiany ciśnienia	13,1
Zatrzymywanie substancji smolistych w końcówce %	82,3
Zatrzymywanie nikotyny w końcówce %	87,1

Wielkość twardości jest określana poprzez zdolność do zachowania kształtu po przyłożeniu bocznej siły, przy czym wyższe wartości wskazująna większąodpomość na odkształcenie.

Konwencjonalny filtr bibułowy o tych rozmiarach i spadku ciśnienia miałby wielkość zatrzymywania substancji smolistych wynoszą około 74%.

Próbki bibuły pocięto na szerokości 250 mm i wytworzone przy maksymalnym poziomie gofrowania pręty zawinięto w bibułę 27 g/m². Nominalne wymiary pręta wynosiły 108 x 24,6 mm . Pręty pocięto na odcinki o długości 20 mm do testowania. Otrzymano wyniki przedstawione w tabeli 4:

Tabela 4

Kod odniesienia	A	B
Obwód mm	25,05	24,37
S.D - tolerancja obwodu	0,17	0,11
Spadek ciśnienia na pręcie mm słupa wody	346	461
C.V. % - współczynnik zmiany ciśnienia	10,5	6,3
Masa pręta g	0,928	0,979
C.V. % - współczynnik zmiany masy	3,0	1,4
Gęstość filtra g/cm³	0,157	0,176
Twardość %	93,04	94,46
Spadek ciśnienia na końcowe mm słupa wody	72	93
C.V. % - współczynnik zmiany ciśnienia	13,6	7,0
Zatrzymywanie substancji smolistych w końcowe %	77,9	74,6
Zatrzymywanie nikotyny w końcówce %	78,5	75,5

Filtry te wykazywały znacznie wyższe wartości zatrzymywania substancji smolistych niż konwencjonalne filtry pękowe z octanu celulozy czy też konwencjonalne półkrepowane filtry bibułkowe.

175 937

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Filtr papierosowy, mający postać korpusu filtru zawierającego włóknistą bibułę, znamienny tym, że bibuła korpusu filtru zawiera włókna liocelulozowe, stanowiące włókna regenerowanej celulozy.
2. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że włókna liocelulozowe mająpostać wytłoczonych włókien roztworu celulozy w N-tlenku aminy trzeciorzędowej, wytłoczonego do wodnej kąpieli koagulacyjnej.
3. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że bibuła ma masę ryzy w zakresie 15 do 150 gramów na metr kwadratowy.
4. Filtr według zastrz. 3, znamienny tym, że bibuła ma masę ryzy w zakresie 20 do 80 gramów na metr kwadratowy.
5. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że bibuła składa się wyłącznie z włókien liocelulozowych.
6. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że bibuła składa się z mieszanki włókien liocelulozowych z włóknami roślinnymi i/lub włóknami octanu celulozy.
7. Filtr według zastrz. 6, znamienny tym, że bibuła składa się z mieszanki włókien liocelulozowych i ścieru drzewnego, a korzystnie zawiera do około 50% wag. ścieru drzewnego.
8. Filtr według zastrz. 1, albo 2, albo 6, albo 7, znamienny tym, że włókna liocelulozowe zawierają włókienka częściowo oddzielone od osnowy.