SU860678A3 - Фильтр - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к пищевойпромлшленности , а именно , к табачным издели м, и предназначено дл  фильтровани  табачного дыма с целью удалени  вредных составл ющих табач него дыма, в частности смолы и нико тина, а также дл  использовани  в к честве фильтрата дл  маски хирурга. Известен фильтр, преимущественно дл  табачных изделий, состо щий из волокнистого эфирцеллншозного мат.ериала ClT . Однако известный фильтр не обеспечивает достаточную эффективность фильтрации дыма. Цель изобретени  - повышение эффективности фильтрации дыма. Поставленна  цель достигаетс  тем, что фильтр, состо щий из эфирцеллюлозного волокнистого материала дополнительно содержит 65-95% штапел ных эфирцеллюлозных волокон, при этом площадь поверхности э(1мрцеллнш ного волокнистого материсша составл ет 5-25 , а количество 5-35%. Причем, эфирцеллюлозный волокнис тый материал выбран из групгал вещест содержащей ацетатцеллюлоЭу, триацет целлюлозу, битуратацетатную целлюло зу, бензоатцеллюлозу или их смеси. Нар ду с этим, фильтр состоит из 10-25% эфирцеллюлозных волокон и 7590% штапельных эфирцеллюлозных волокон . При этом толщина нити штапельного волокна составл ет 1-8 денье, а его длина 3,2-16 мм. Кроме того, площадь поверхности эфирцеллюлозных волокон равна 1225 MVr, диаметр - 0,5-50 мкм, а длина - 1-500 мкм. Помимо этого, эфирцеллюлозные и эфирцеллюлозные штапельные волокна расположены так, что образуют лист, вес квадратного метра.которого равен 20-40 г. . . На фиг. 1 изображено устройство дл  производства эфирцеллюлозного материала , используемого в фильтре; на фиг. 2 - технологическа  схема процесса получени листообразной структуры; на фиг. 3 - устройство дл  сморщивани  листообразного материала и придани  ему цилиндрической формы фильтра в вертикальной проекции; на фиг. 4 - фотографи  эфирцеллюлозного волокнистого материала, увеличенна  в 600 раз; на фиг. 5 - фотографи  листообразного материала, увеличенна  в 100 раз.

Фильтр, преимущественно дл  табачных изделий, состо щий из волокнистого эфирцеллкшозного материала дополнительно содержит 65-95% штапельных эфирцеллюлозных волоко, площадь поверхности эфирцеллкшозного волокнис (гого материала составл ет 5-25 MVr, а количество 5-35% и расположены они таким образом, что образуют лист, вес квадратного метра,которого равен 20-40 г. Эфирцеллкшозные волокна выбраны из группы веществ, содержащей ацетатцеллюлозу, триацетатцеллюлозу, битуратацетатную целлюлозу, .бензоатцеллншозу или их смеси. Толщина нити штапельного волокна составл ет 1-8 денье, а длина 3,2-16 мм. Площадь поверхности эфирцелЛюлозных волокон составл ет 12-25 , равен 0,5-50 мм, а длина 1500 мкм.

Получение высоковолокнистого ацетатного волокна происходит путем подачи ацетатцеллюлозы, растворенной в ацетоне или в уксусной кислоте, при помощи насоса через капилл рную иглу (фиг. 1), расположенную в горловине трубки Вентури, через которую проходит коагулирующа  жидкость, обычно гор ча  или холодна  вода. Высока  скорость потока воды в области горловины служит дл  разбавлени  густого потока из иглы и экстрагировани  добавленного растворител , в результате чего образуетс  эфирцеллюлозный волокнистый материал (фибрет) . 4). Измен   концентрацию растворител , скорость потока воды, температуру воды или добавл   другие растворители в поток водаа, регулируют размер, степень волокнистости и длину фибрета.

По технологической схеме (фиг. 2) шламм фибрета подаетс  из емкости 1 дл  фибрета через битер 2 в складской резервуар 3, где к нему добавл етс  шлам штапельных волокон из ёмкости 4 дл  шламма штапельных волокон . В смесителе 5 полученна  в результате жидка  масса перемешиваетс  с тем, чтобы получить равномерное распределение твердых частиц. Здесь же регулируетс  необходимое количество жидкости. Из смесител , масса передаетс  в головную часть 6 установки 7 Фурдриньера, котора  имеет вод ной слой. Далее продукт проходит через сушилку 8 и затем подаетс  на барабан 9.

В результате получаетс  листообра ный материал (фиг. 5), который поступает на дальн§й1аую обработку при помощи устройства, изображенного на фиг.З. Посредством поддерживающего барабана 10 листообразна  ткань 11, разрезанна  на полосы соответствующе ширины, нгшравл етс  на сжатие при помощи двух, работак цих от привода, сморщивающих катушек 12, устроенных

таким образом, что на листах образуют ,с  складки и углублени , а также неполные разрывы в продольном направлений относительно движени  ткани 11. Неподвижные фильт жл 13 установлены , несколько ниже по отношению к движущемус  листу, чтобы задержать кусочки ткани, которые образуютс  на обеих катушках. Затем сморщенный листовидный материал проходит последний вал 14, ас него на вход раструба 15 установки, производ щей из этого материала фильтр, свернутый в виде стрежн . Сюда же поступает полоса оберточной бумаги 16, поддерживаема  валом 17. собранный в поперечном

5 направлении с продольными сборками листовидный материал, свернутый в виде цилиндра, по вл етс  из раструба 15. Приподнимающийс  край 18 цилиндра снабжаетс  клеем при помощи

0 распределительного устройства 19. Далее склеенный цилиндр проходит через обогреваемое прессовочное устройство 20 и образуетс  фильтр в виде цилиндрического стержн  21, который

„ известным способом можно разрезать на фильтры необходимой длины.

П р и м е р 1. Чтобы приготовить фибрет крутильным способом, который затем используетс  дл  изготовлени  .. листообразного материала,  вл ющегос  предметом насто щего изобретени , образуют пасту, содержащую 7,5% твердых частиц, а также волокнистый , тип ацетатцеллюлозы, имеющий ацетиль мое число примерно 55, а именно, пас-. та имеет следующий состав, вес..; Хлопь  ацетатцеллюлозы 90,5 Ацетон1080

Вода120,0

Сначала смешивают ацетон и воду, 0 а затем добавл ют ацетатные хлопь . Смесь слегка встр хивают до тех пор, пока полностью не растворитс  ацетат-, целлюлоза. Затем добавл ют 20 вес.% индикаторного материала в пересчете на вес твердых частиц в пасте, использу  устройство, пасту помещают в складной резервуар, а затем нагнетают при помощи шестеренчатого насоса через трубопровод в пустотелый Q вал, проход щий через вращающуюс  соединительную муфту вовнутрь шестидюймового (15 см) полого диска, который вращаетс  со скоростью 2900 об/мин (окружна  cKOpocib составл ет 1390 м/мин). Диск погружают в ванну 5 дл  осаждени  пасты, котора  состоит из воды, нагретой до температуЕ л от 75 до 85°С. вращающийс  диск ., имеет три отверсти  диаметром 0,014 дюймов (0,035 см) по своей периферической поверхности. Диск вращаетс  внутри кольцевидной стенки или кольца , который расположен вокруг диска на рассто нии около 3/16 дюймов (0,45 см) от периферической поверхности. Вода поддерживаетс  при температуре от 75 до 85°С и нагнетаетс  в резервуар дл  осаждени ; она проходит через промежуточное, пространство между периферической поверх ностью диска и стенкой со скоростью 6,7 л/мин отверстие. Короткие воздушные волокна, имеющие высокую степень расслоенности, образуютс  при быстром осаждении ацетатцеллюлозы , при сильном срезающем воздейс вии и высокой т ге, которые действу ют на поток пасты, выход щей из отверстий дл  вьщавливани . Далее материал поднимают на пове ность ванны дл  осаждени  и сливают на сборный сетчатый фильтр, где отдел ют от волокнистого материала часть воды и ацетона. Затем, собранный материал подвергают кип чению в течение около 20 мин под давление 1,055кг/см , с тем, чтобы удалить остаточный растворитель и закрепить воздушную структуру. Волокнистый материал далее вновь диспергируют в воде и подают в гомо ггенизатор) типа Гаулин 15 М (Gaul in в котором длина фибрета под давлением 211 кг/см снижаетс  до 500 мкм и менее. Затем, волокнистый материал .фильтруют отсасыванием, чтобы в результате образовалс  брикет, содержащий около 12 вес.% ацетатцеллюлоз ного фибрета и 88 вес.% воды. Фибрет после того, как он извлечен из ванны дл  осаждени  имеет относительно м  кую структуру и. относительно коротку длину волокон. После стадии гомогени зации и термической обработки фибрет уже не  вл етс  м гким, а скорее жестким; кроме того, он несколько разбухает и приобретает воздушную структуру. В общем случае, фибрет им ет неодинаковую форму, причем его длина варьируетс  в диапазоне от 1 до примерно 500 мкм, а диметр от менее 1 до примерно 50 мкм. Фибрет и 1,4 дюймовый штапель с величиной денье на волокно 1,8, 3,0 и 8,0 (поперечное сечение вида У) при помощи лабораторной установки дл  производства нетканного листообразного материала превращаютс  в листообразный материал. Далее фибрет диспергируют с концентрацией 0,5% в смеситель Варинга , а образовавшийс  шлам диспергируют затем в 846 л, содержащий 227 г штапельных волокон. Это шлам нагнетают на латунное решето с числом отверстий на один дюйм 60x40 (наодин см. 30x20), которое движетс  со скоростью 168 см/ми Чтобы удалить воду используют вакуум 20-25 см рт.ст., а затем полученный лист поступает на войлочную ленту, и наконец,в два паровых сушильных бидона , содержащих пар под .давлением в 9 кг и 13,5 кг соответственно. В результате получают листы шириной 30 см и толщиной от 0,0037 до 0,0038 дюймов (от 0,009 до 0,0093 см) и обла дающие свойствами, представленными . в табл. 1. От этих листов отрезают полосы шириной, которые указаны ниже, и пропускают через обогреваемые сморщивающие валы, содержащие 25 зубьев на дюйм (10 зубьев на 1 см) с температурой поверхности приблизительно 120 по стоградусной шкале. Сморщенные полосы собирают в пучок и обертывают бумагой с тем, чтобы получить цилиндрический фильтр длиной 80 мм и 25 мм по окружности. Эти цилиндрические фильтры разрезают на фильтры длиной 20 мм, которые затем стыкуют со столбиками из табака длиной 65 мм дл  измерени  показателей фильтрации (% вещества, удал емого при помощи фильтра) дл  различных специфических веществ (SRE), алкалоидов никотина (NRE) и дегт . Полученные результаты приведены в табл. 2. Листы, содержащие волокна с более низким значением денье на волокно, более предпочтительны по нескольким причинам. Улучшаетс  удерживание фибрета в течение обработки на бумагоделательной установке, кроме того, облегчаетс  процесс получени  сморщенного листа. Снижаютс  такие показатели , как перепад давлени  в фильтре , а также его вес, а в случае,когда величина деньена волокно равна 1,8, значительно улучшаютс  показатели фильтрации. П р и м е р 2. Чтобы приготовить, фибрет способом крут щейс  струи, который используют дл  изготовлени  материала дл  фильтра, снова используетс  состав пасты из примера 1. Использу  жиклер и колпак дл  разбрызгивающей установки, пасту помещают в складной резервуар, а затем нагнетают через расположенное в центре отверстие дл  выдавливани  диаметром 0,40 дюйма (0,6 см) со скоростью 420 г/мин. Воду, при помощи которой осуществл етс  осаждение и разбавление,имеющую температуру от 60 до 65°, нагнетают через три отверсти , которые расположены вокруг отверсти  дл  выдавливани , со скоростью от 9 до 10 л/мин под давлением 12,6 кг/см. Смесь воды и пасты проходит через 0,275 см отверстие, расположенное на рассто нии 0,350 см от отверстий дл  выдавливани , в трубу, заполненную водой, где осаждаетс  фибрет. Далее фибрет- собирают и очищают, затем из него получают бумагу в соответствии с тем же способом, который использовалс  в примере 1, за исключением .того момента, что материал подвергают кип чению при атмосферном давлении, а стади  гомогенизации исключаетс . Примерз. Повтор ютс  все стадии из примера 2 за исключением того, что фибрет, полученный способом , крут щейс  струи, подвергают кип чению при атмосферном давлении, а затем направл етс  в.гомогенизатор Гаулина, П р и м е р 4. Повтор етс  способ из примера. 2 за исключением того, что материал, полученный способом крут щейс  струи, подвергают кип чению под давлением и при 120, а затем гс 1огенизируют при помощи гомогенизатора Гаулина. Образцы материалов, полученных в соответствии со способами из примеров 2,2 и 4, превращают в листообраз ные материалы; результаты приведены ов табл. 3. ., Из результатов, приведенных в табл. 3 можно сделать следующий вы вод: стадии кип чени  под давлением и гомогенизации обеспечивают более тонкий материал, которлй, в свою оч редь, дает более м гкий, ролее легко сморщиваемый лист, который, в свою очередь, обладает лучшими пока зател ми фильтрации табачного дыма при заданном перепаде давлени . Дл  т.ого, чтобы определить вли ние процентного содержани  фибретй; на различные характеристики листообразного материала, полученного . предлагаеным способом, образец фибрета , полученного крутильным способом по примеру 1 и образец фибрета, полученного способом крут щейс  стр по примеру 4, смешивают со штапельным волокном и волокнами целлюлозы с целью получени  листообразного ма териала, содержащего от 5 до 100% фибрета. Полученные данные приведены в табл. 4. Как -можно видеть из табл.4, полу ченные данные показывают, что содер жание фибрета оказывс1ет вли ние на прочность листа, при содержании фиб та менее 30% изменени  в его содерж нии не оказывадот значительного вли  ни  на показатели фильтрации табачного дыма. Если содержание фибрета составл ет 30% и более, то прочност листа  вл етс  излишне высокой, поэтому процесс сморщивани  листа  вл етс  .недостаточным, чтобы получить структуру, пригодную дл  изготовлени  хорошего фильтра. Следовательно, с увеличением про центного содержани  фибрета выше 30 показатели фильтрации табачного дым непрерывно ухудшаютс . Увеличение с держани  фибрета влечет за собой увеличение веса фильтра, что было б Нежелательно с экономической точки зрени . При низком содержании фибре 1та, около 5% показатели фильтрации табачного дыма  вл ютс  высокими; частично по той причине, что используетс  штапельное волокно с низким значением величины денье на волокно, а также частично потому, что при этом получаетс  сморщенный лист хорошего качества. Прочность листа очень низка  и материал в этом случае трудно поддаетс  обработке при получении как самого листа, так и фильтра. Пример 5. Используетс  0,6 см ацетатцеллкшозный штапель со значением денье на волокно, равным 3, вместе с ацетатцеллкшозным фибретом , приготовленным по примеру 4.Из этих волокон приготавливают листообразный материал. Используют лабораторную установку Фурдриньера дл  производства листа шириной 25 см, имеющую решето с числом отверстий.на 1 см 36x40 услови  сушки  вл ютс  такими, что в результате получаетс  несатинированный лист (давление струи на сушильные ролики может составл ть 10 фунтов на кв.дюйМ; - 0,7 кг/см2). Полученный листообразный материал далее используют дл  изготовлени  фильтров дл  сигарет. данные исследований представлены в табл.5. Примере. Чтобы изготовить листообразный материал, используетс  ацетатцеллюлозный штапель вместе с ацетатцеллюлозным «бретом, изготовленным по примеру 4. Концентраци  штапельных волокон и фибрета в исходном шламе снижены до 113 и 32 г на 427 л воды соответственно. Дл  изготовлени  листообразного материала используют лабораторную установку Фурдриньера, имеквдую решето с числом отверстий 36x40 на 1 см, в результате получают лист шириной 25 см. Услови  сушки выбиракггс  такими, чтобы изготавливать несатинированный лист (можно использовать давление струи нг. сушильные ролики 0,7 кг/см ). Результаты, полученные при исследовании материала в соответствии с насто щим примером, приведены.в табл.6. Данные табл. 5 и 6 указывают на тот факт, что существует оптимальный вес листа, идущего на изготовление фильтров, оптимальный вес листообразного материала находитс  в области г; от 26 до 36 г/м. Необходимо также отметить, что оптимальный вес листа будет очень сильно зависеть от других физических параметров листа; Дл  того, чтобы определить эффективность предлагае ых цилиндрических фильтров дл  сигарет,, производимых из листообразного материала, в сравнении с известными цилиндрическими фильтрами, приготавливаетс  следующий листообразный материал. П р и м е р 7. Повтор ет способ из Примера, 6 с использованием достаточного количества фибрета, чтобы приготовить листообразный материал. содержащий 17,3% фибрета, а его вес составл л бы 26,8 г/м. Далее лист сморщиваилг в продольном направлении и из него изготавливают фильтр дл  сигарет. Затем сравнивают характеристики предлагаемого фильтра с известными фильтрами, которые производ тс  промышленностью. Полученные :данные представлены в табл. 7. Как можно видеть из данных, приве денных в табл. 7, сморщенный ацетатный листообразный материгш имеет гораздо более высокие показатели фильт рации табачного дыма по сравнению с другими структурами и/ следовательно  вл етс  более предпочтительным мате риалом. Если, однако,по каким-либо причинс1м, например, в соответствии с вкусом курильщика, необходимо изменить технологию изготовлени  фильтра или снизить его показатели фильтрации , листообразный материал можно разрезать на мелкие кусочки или наколоть иглой, прежде чем изготовить из него фильтр. Дл  этого древесную целлюлозу можно сметвать с целлюлозным фибретом и целлюлозным штапельным волокном и эту смесь использовать дл  изготовлени  предлагаемого листообразного материала. Дл  того, чтобы доказать выаеупс «1нутое снижение показателей 4мльтрации, листообразный материал, приготовленный по примеру 7, накалывают иглой перед приготовлением фильтра и перемешивают с древесной целлюлозой. Получейные результаты представлен в табл. 8.

Наиболее предпочтительной конструкцией дл  регулировани  показателей

Таблица 2 эффективности фильтрации табачного дыма, котора  используетс  дл  изготовлени  предлагаемого листообразного материала,  вл етс  прокладывание сморщенного листообразного материала ацетатцеллюпозной куделью перед стадией изготовлени  цилиндрических льтров . Однако, в предпочтительном варианте используют стадию .сморщивани  слоистой структуры. Если, например, сморщенный листообразный материгш из примера 7 перекладывают ацетатцеллюлозной куделью с величиной денье на волокно, равной 3,3, и одновременно сморщивают (слои по весу составл ют пропорцию 50/50), то фильтр сигареты, вес щий 0,154 г, именщий перепад, давлени  78 мм вод.ст, имеет показатель фильтрации табачного дыма, равный 65,9%. Предлагаемый фильтр позвол ет повысить эффективность фильтрации дыма. Таблица 1

Claims (6)

1,8 7,5118436,60 65,7 64,9

3,09,0167 . 6262,558,8 57,2;

8,0 10,0204 : 70-62,556,7 57,5

Результат интерполирован и экстраполирован из данных, полученных при более ЕКЛСОКИХ и более Низких перепадах давлени .

а 1сока  прочность листа - результат сушки йри более высокой температуре и давлении пара 2, 46 и 3,16 кг/см

Получен на ручной установке дл  производства листа, содержание фибрета оцениваетс  исход  из концентрации 4ибрета в шламме и удерживани  на решетке определенногю вида. Целлюлоза замешена штапельным волокном.Таблица

Таблица

Таблица 5

Ацетатный нетканный

материал накалываетс 

иглой

Измельченн Ый на мелкие кусочки сморщенный нетканный материал .

Нетканный материал из гщетата и древеснай целлюлозы (17,5%). с величиной денье/волокно 1,8

формула изобретени  1. Фильтр, преимущественно дл  табачных изделий, состо щий из эфирцеллншозного волокнистого материала, отлича-юй ийс  тем, что.

Т а С л и ц а 6

Таблица 8

69,5

126

67,0

138

66,0

147

с целью повышени  эффективности фильтрации дыма, фильтр дополнительно содержит 65-9.5% штапельнБис эфирце люлозных волокон, при этом площадь по65 верхности эфирцеллюлозного волокнистого материала составл ет 5-25 , а количество 5-35%.

2.Фильтр по п,1, отличающийс  тем, что эфирцеллюпозный волокнистый материал выбран из группы веществ, содержащей ацетатцеллю-лозу , триацетатцеллюлозу, битурат-ацетатную целлюлозу, бензоатцеллкшозу или их смеси.

ч

3.ФИльтр по ппС1,и2, отличающийс  тем, что он состоит из 10-25% эфирцеллкотозного волокнис .того материала и 75-90% штапельных эфирцеллюлозных волокон.

4.Фильтр по ПП.1, 2 и 3, о т л и чающийс  тем, что толщина

Поста

нити штапельного волокна составл ет 1-8 денье, а его длина 3,2-16 мм.

5.Фильтр по пп.1-4, отличающийс  тем, что площадь поверхности эфирцеллкшозных волокон равна 12-25 , диаметр 0,5-50 мкм, а длина - 1-500 мкм.

6.Фильтр по пп.1-5, отличающийс  тем, что эфирцеллюлозные и эфирцеллюлозные штапельные волокна расположены так, что образуют лист, вес квадратного метра которого равен 20-40 г.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании 131811з, кл. А 24 С 5/50, опублик. 1973.

щтштш.

Коагулирующа  jffudffocmt

3 рир14(лпюаозний 6мо/(ниетыа ffffmffluffjr (ipt/Spem)

If 18 J9 20 11

л tt ill 4f S

10 12 13 It If

(Plft.3