WO2013036164A2 - Сегмент сигаретного фильтра - Google Patents

Сегмент сигаретного фильтра Download PDF

Info

Publication number
WO2013036164A2
WO2013036164A2 PCT/RU2012/000724 RU2012000724W WO2013036164A2 WO 2013036164 A2 WO2013036164 A2 WO 2013036164A2 RU 2012000724 W RU2012000724 W RU 2012000724W WO 2013036164 A2 WO2013036164 A2 WO 2013036164A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
filter
layer
cigarette
cigarette filter
nanofibers
Prior art date
Application number
PCT/RU2012/000724
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2013036164A3 (ru
Inventor
Андрей Трофимович МАТВЕЕВ
Иван Михайлович АФАНАСОВ
Дмитрий Валерьевич ПЕРМИНОВ
Ирина Васильевна КИРИЛЛОВА
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Эфтэк"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Эфтэк" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Эфтэк"
Publication of WO2013036164A2 publication Critical patent/WO2013036164A2/ru
Publication of WO2013036164A3 publication Critical patent/WO2013036164A3/ru

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
    • A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter-tips, filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces for cigars or cigarettes
    • A24D3/04—Tobacco smoke filters characterised by their shape or structure
    • A24D3/048—Tobacco smoke filters characterised by their shape or structure containing additives
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
    • A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter-tips, filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces for cigars or cigarettes
    • A24D3/06—Use of materials for tobacco smoke filters
    • A24D3/062—Use of materials for tobacco smoke filters characterised by structural features
    • A24D3/063—Use of materials for tobacco smoke filters characterised by structural features of the fibers

Definitions

  • the claimed technical solution relates to filters, and in particular to a segment of a cigarette filter intended for use in cigarettes with the aim of filtering tobacco smoke from harmful components.
  • a traditional cigarette filter is a device made of a porous material (e.g. paper, cotton, cork) attached to the end of a cigar or cigarette to absorb moisture, tar, nicotine and various impurities.
  • the filter may also be a special holder in which a cigar or cigarette (mouthpiece) is inserted.
  • a cellulose acetate cigarette filter containing 5-10% glycerol triacetate as a plasticizer. Filters based on it slightly reduce the intake of suspended smoke particles into the smoker's body. Acrolein, phenols and highly carcinogenic nitrosamines are selectively removed by such filters. Their effectiveness can be increased by decreasing the diameter of the filaments (fibers), increasing the length of the filter, or adding certain substances to the fibers, for example, activated carbon, which is widely known for its ability to remove some components of the gas phase from smoke.
  • Activated carbon cellulose acetate filters can remove up to 40% of carbon and nitrogen oxides, 80% of hydrogen cyanide and 70% of acrolein and benzene from cigarette smoke. However, such filters retain suspended particles worse than pure acetate filters. it leads to the fact that in most cases almost as many tar and nicotine enter the body of a smoked cigarette with a filter as he would get from cigarettes without a filter.
  • a tobacco filter has been developed (RF patent 94024343, IPC A 24 D 3/14, 1996 (publ.)), which consists of at least two sections located in series along the path of tobacco smoke: the outer one, located on the side of the smoker and made of cellulose-containing or acetate fiber, and the middle, located on the side of the tobacco, filled with an adsorbing agent (14-28 mg) of porous carbon fibers (may have a tissue structure) with a carbon amount of at least 95% and a specific surface area of 700 to 1500 m 2 / g, which increases the absorption capacity be a filter relative to nicotine, tar, carbon monoxide.
  • a product filter is known, which is made of several alternating layers, the first of which limiting the length of the tobacco composition is made of a porous sorbent of tobacco soot, the second layer is made of a microporous sorbent of volatile fractions and phases containing carbon black residues with the inclusion of a nicotine vapor-gas part (phase) and the third layer, limiting the length of the tobacco product, is made of a material including nanofibers, nanotubes and nanoclusters, and is designed to sorb fine and ultrafine fractions of the soot and nicot phases ina.
  • part and the entire filter is made in the form of separate three tablets, forming these three layers of the filter, while the surfaces of the tablets along the generatrix and at the ends are made microrough for a denser and stronger fit between themselves and when interacting with the shell of the product.
  • the first layer of the sorbent contains the cured sublimation products 20 ⁇ réelle, 14Si and 12 ⁇
  • the second one contains the same materials with the addition of 20-32 ⁇ and 60 ⁇
  • the third one is made of nanofibers, nanotubes and nanoclusters of these materials and with a particle size of 50-300 nm to 50-100 microns with a porosity between particles of 40-60% in the form of micro-nanopores of stachostatic nature (the location of micro-nanoparticles and pores between them).
  • the disadvantage of the above filter is the presence of nanotubes and nanoclusters with a size of less than 100 nm. It is considered an established fact that the ingress of such objects into the human body can lead to health problems. At least, the question of the effect of nanotubes and nanoclusters on human health is being actively studied at the present time and, therefore, the use of products containing these nano-objects requires additional testing.
  • Another disadvantage of the above filter can be considered a high resistance to gas flow, i.e. puff resistance. Although this value is not specified in patent N ° 66662, nevertheless, based on the filter porosity indicated therein, one can expect a significant pressure drop created by this filter during smoking.
  • the objective of the proposed technical solution is to reduce the resistance of the filter element to the gas flow while maintaining or increasing its filtering ability for relation to tar and nicotine, as well as increasing the safety for consumer health by eliminating the possibility of nanotubes and nanoclusters entering the consumer's body.
  • a cigarette filter segment containing a porous gas-permeable base with a layer of polymer nanofibers with an average fiber diameter of 100 to 200 nm, a surface density of the layer from 0.02 to 0.2 g / m, and air flow resistance of not more than 20 Pa at an air flow rate of 0.2 ⁇ 0.03 m / s.
  • the polymer nanofiber layer is deposited by electroforming from solutions of polymers selected from the series: cellulose, cellulose acetate, polyamide, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, styrene-butadiene-styrene copolymer, polylactide, polyethylene terephthylene tetrafluoride.
  • polymers selected from the series: cellulose, cellulose acetate, polyamide, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, styrene-butadiene-styrene copolymer, polylactide, polyethylene terephthylene tetrafluoride.
  • filter paper or non-woven spunbond type material is used as the porous gas permeable base.
  • the base material should create as little additional resistance to the air flow, but at the same time it must have a mechanical strength sufficient for its use in tape drive systems.
  • the electroforming of the layer of polymer nanofibers was carried out at the industrial installation NS-1600 and laboratory installation NS-200 M production of "Elmarco" (Czech Republic). These installations allow the use of rolled base materials with a width of up to 1600 mm and up to 450 mm, respectively.
  • the parameters of the electroforming process for both plants were identical.
  • the standard parameters of the electroforming process were as follows: electrical voltage 60-95 kV, the distance between the electrodes 16-20 cm.
  • the diameter of the polymer nanofibers was determined using a NeoScope JCM 5000 scanning electron microscope manufactured by Jeol using the Image Scope program. Preliminarily, the nanofiber material was coated with a platinum layer on a JFC-1600 manufactured by Jeol.
  • the surface density of the layer of polymer nanofibers was determined by increasing the weight per unit area of the substrate material after applying a layer of nanofibers. For weighing we used Ohaus Explorer Pro scales with an accuracy of 0.0001 g.
  • filter paper for air filtration of the BFV-105P brand (GOST 20358-78), paper for air filtration of the VFB-550AB and VFB-750AB brands manufactured by NLP Filter Materials CJSC, as well as spanbonds of the Polispan Medi brand of the SS-50 and SS-80 brands manufactured by POLIMATIZ CJSC (STO 96891647-002-2009).
  • Table 1 Physico-mechanical properties of filter paper and spunbond used as a base material.
  • filter segments in the form of disks were cut out from the obtained two-layer material.
  • the segment was connected to a Java Original cigarette in two ways.
  • the filter segment described in the utility model was placed so that the layer of nanofibers was facing the fragment of the original filter already placed in the cigarette; b 5) covered with the remaining fragment of the initial filter with a length of 4 mm
  • the length of cut filter fragments with a length of 4 mm was selected solely on the basis of ease of handling and reliability of fixation of all elements.
  • Control sample i.e. a sample of the original Java cigarette without an additional segment, had the following characteristics:
  • the diameter of the cigarette is 7.82 mm (determined in accordance with GOST R 51974-2002);
  • puff resistance cigarettes - 101 mm. water Art., filter - 76 mm. water Art. (determined in accordance with GOST R ISO 6565-2002); content in tobacco smoke: nicotine - 0.430 mg / sig (determined in accordance with GOST R 51974-2002); resins - 6,570 mg / sig (determined in accordance with GOST R 51976-2002); carbon monoxide - 6.06 mg / sig (determined in accordance with GOST R 51358-2008).
  • Example 1 A segment of a cigarette filter with cellulose acetate nanofibres.
  • Electroforming was carried out at the Elmarco NS-1600 continuous industrial plant.
  • the molding solution is a solution of cellulose acetate (15 ⁇ 1% wt.) In an acetic mixture acids and water (70/30).
  • Substrate material - filter paper VFB-750AB in rolls 1000 mm wide.
  • the voltage at the electrodes is 80-95 kV for forming nanofibers with an average diameter of 150 nm and 65-75 kV for forming nanofibres with an average diameter of 250 nm.
  • the distance between the electrodes 20 cm - for forming nanofibers with an average diameter of 150 nm and 16 cm - for forming nanofibres with an average diameter of 250 nm.
  • the substrate drawing speed was set in accordance with the technical regulations for the NS-1600 installation to obtain the required surface density of nanofibers of the corresponding diameter.
  • the rolls of material with deposited layers of nanofibers were dried at 90 ° C. In all the examples described below, the drying temperature was about 0.7 T KIP (° C) of the boiling point T bales (° C) of the solvent used.
  • the parameters of the layer of nanofibers were measured: their average diameter and surface density were determined. If the values of these parameters deviated from the required values by more than the value of the standard error of the measurements, the parameters of the electroforming process were adjusted.
  • the concentration of the molding solution was corrected (in this case, the concentration range is indicated), the voltage between the electrodes (the interval in which the variation was carried out), as well as the broaching speed of the substrate material, are indicated.
  • 40 filter segments in the form of disks with a diameter of 7.78 mm were cut out of the obtained filter material.
  • the filter segments were connected to the filters of 40 cigarettes "Java Original” according to one of the methods described above and cigarettes were tested with modified filter on a Borgwaldt rm20 / cs automatic smoking machine.
  • the obtained data on the filtering ability of filters containing the claimed filter segments are shown in table 2.
  • Example 2 Installation of electroforming NS-1600; polymer - polyamide-6 (9 ⁇ 1% weight); solvent - a mixture of formic and acetic acids (1/2); the substrate material is a roll of filter paper VFB-750AB 1000 mm wide. The remaining parameters are the same as in example 1. The data obtained are shown in table 2.
  • Example 3 Installation of electroforming NS-1600; polymer - a copolymer of tetrafluoroethylene with vinylidene fluoride (fluoroplast-42) (7 ⁇ 1% weight); solvent - DMF; the substrate material is a roll of filter paper VFB-550 with a width of 1000 mm.
  • the remaining parameters are the same as in example 1.
  • the data obtained are shown in table 2.
  • Example 4 Installation of electroforming NS-1600; polymer - polyethylene enterephthalate (7 ⁇ 1% weight); the solvent is cyclohexanone; substrate material - spunbond rolls SS-50 and SS-80 manufactured by ZAO POLIMATIZ 1600 mm wide. The remaining parameters are the same as in example 1. The data obtained are shown in table 2.
  • Example 5 Installation of electroforming NS-1600; polymer - polyvinyl chloride (6 ⁇ 1% weight); solvent - DMF; substrate material - spunbond rolls SS-50 and SS-80 manufactured by ZAO POLIMATIZ 1600 mm wide. The remaining parameters are the same as in example 1. The data obtained are shown in table 2.
  • Example 6 Installation of electroforming NS-1600; polymer - polyethylene oxide (7 ⁇ 1% weight); solvent - a mixture of ethyl alcohol and water (90/10); backing material - rolls of filter paper VFB-750AB and VFB-550AB with a width of 1000 mm, respectively.
  • the remaining parameters are the same as in example 1.
  • the data obtained are shown in table 2.
  • Example 7 Installation electroforming NS-200 M; polymer - polyvinyl alcohol (9 ⁇ 1% weight); solvent - a mixture of ethyl alcohol and water (90/10); the substrate material is a roll of filter paper BFV-105P and VFB-750AB width of 430 and 450 mm, respectively.
  • the remaining parameters are the same as in example 1.
  • the data obtained are shown in table 2.
  • Example 8 Installation electroforming NS-200 M; polymer - polylactide (7 ⁇ 1% weight); the solvent is tetrahydrofuran; substrate material - SS-50 spunbond rolls manufactured by POLIMATIZ 400 mm wide. The remaining parameters are the same as in example 1. The data obtained are shown in table 2.
  • Example 9 Installation electroforming NS-200 M; polymer - cellulose (surgical cotton wool) (2.5 ⁇ 0.5% weight); the solvent is ⁇ , ⁇ -dimethylacetamide / LiCl (92/8); substrate material - SS-50 spunbond rolls manufactured by POLIMATIZ 400 mm wide. The remaining parameters are the same as in example 1. The data obtained are shown in table 2.
  • Example 10 Installation electroforming NS-200 M; polymer - styrene-butadiene-styrene triblock polymer (9 ⁇ 1% weight); the solvent is a mixture of tetrahydrofuran and dimethylformamide (75/25); substrate material - SS-80 spunbond rolls manufactured by POLIMATIZ 400 mm wide. The remaining parameters are the same as in example 1.
  • Table 2 Data on the filtering ability of cigarette filter segments containing nanofibres of various polymers having different diameters and different surface densities. measurements were carried out at environmental parameters corresponding to GOST R ISO 3402-2002. Dan averaged over 40 samples for each example.
  • the data in Table 2 were obtained for a disk-shaped cigarette segment with a diameter equal to the diameter of the cigarette filter to which it was connected.
  • the cigarette filter segment may have other shapes, in particular, a disk with a hole in the middle, which can be used to connect the segment to a cigarette.
  • the segment may be in the form of a square or an equilateral triangle, which fit into a circle with a diameter equal to the diameter of the filter of the cigarette with which it is connected. This form of the segment allows to reduce the waste of materials due to the rational cutting down of segments from sheet blanks. In all these cases, the data shown in table 2 are adjusted in the direction of decreasing the filtering ability in proportion to the decrease in the area of the filtering surface of the cigarette filter segment.
  • the increase in drag resistance did not depend on the type of polymer material, but correlated with the surface density of the nanofiber layer and was approximately 10 Pa at a surface density of 0.20 g / cm, 5 Pa - at a surface density of 0.10 g / cm and less 1 Pa - at a surface density of 0.02 g / cm.
  • the data presented in table 2 indicate that the filtering ability of the cigarette filter segments containing a layer of nanofibers does not depend on the substrate material, little depends on the material of the nanofibers, but is determined by their diameter and surface density. It should be noted that the electroforming of nanofibers with a diameter of less than 100 nm is a technologically more complex process, because at the same time, the interval of all technological parameters of the electroforming process (voltage, viscosity and the conductivity of the molding solution, etc.) is greatly narrowed. Therefore, the optimal lower value of the diameter of the nanofibers can be considered 100 nm.
  • nanofiber filter segments with an average diameter of 250 nm than for segments with 150 nm diameter fibers at the same surface density This result is observed on nanofibers made of three different types of polymers (examples 1-3 in table 2), which suggests that it is not associated with the type of polymer, but is apparently associated with an increase in the porosity of the layer of nanofibers.
  • the optimal average fiber diameter corresponds to an interval of 100-200 nm.
  • a layer of nanofibers with an average diameter of 150 nm and a surface density of 0.02 g / cm retains nicotine by an average of 30% and resin by 35%. This significantly reduces the content of substances harmful to humans, therefore, it is impractical to reduce the surface density of less than 0.02 g / cm.
  • a layer of nanofibers with an average diameter of 150 nm and a surface density of 0.2 g / cm 2 almost completely inhibits nicotine, which leads to a decrease in consumer properties of cigarettes.
  • polymer nanofibers ranges from 0.02 g / cm to 0.2 g / cm.
  • the claimed technical solution can be used in cigarettes to filter tobacco smoke from harmful components.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Cigarettes, Filters, And Manufacturing Of Filters (AREA)
  • Paper (AREA)

Abstract

Заявленное техническое решение относится к фильтрам, а именно к сегменту сигаретного фильтра, предназначенного для использования в сигаретах с целью фильтрации табачного дыма от вредных компонентов. Сегмент сигаретного фильтра содержит пористую газопроницаемую основу, с нанесенным слоем полимерных нановолокон. Средний диаметром волокна от 100 до 200 нм, поверхностная плотность слоя от 0,02 до 0,2 г/м2, сопротивление потоку воздуха не более 20 Па при скорости воздушного потока 0,2 + 03 м/с.

Description

Сегмент сигаретного фильтра Область техники
Заявляемое техническое решение относится к фильтрам, а именно к сегменту сигаретного фильтра, предназначенного для использования в сигаретах с целью фильтрации табачного дыма от вредных компонентов.
Предшествующий уровень техники
Традиционный сигаретный фильтр - это устройство из пористого материала (например, бумаги, ваты, пробки), приложенное к концу сигары или сигареты для абсорбции влаги, смолы, никотина и различных примесей. Фильтр также может представлять собой специальный держатель, в который вставляют сигару или сигарету (мундштук).
Наиболее популярным в табачной промышленности является сигаретный фильтр из ацетата целлюлозы, содержащий 5-10% триацетата глицерина в качестве пластификатора. Фильтры на его основе несколько уменьшают поступление в организм курильщика взвешенных частиц дыма. Акролеин, фенолы и высоко канцерогенные нитрозамины удаляются такими фильтрами выборочно. Их эффективность можно увеличить, уменьшая диаметр нитей (волокон), увеличивая длину фильтра или добавляя к волокнам определенные вещества, например, активированный уголь, который широко известен способностью удалять, некоторые компоненты газовой фазы из дыма. Фильтры из ацетата целлюлозы с активированным углем, могут удалять из дыма сигарет до 40% оксидов углерода и азота, 80% цианида водорода и 70% акролеина и бензола. Однако такие фильтры хуже задерживают взвешенные частицы, чем чисто ацетатные фильтры. Это приводит к тому, что в большинстве случаев в организм курящего сигареты с фильтром попадает практически столько же смол и никотина, сколько он получал бы из сигарет без фильтра.
В настоящий момент продолжаются разработки новых сигаретных фильтров, путем применения полимерных волокон и различных добавок.
Разработан табачный фильтр (патент РФ 94024343, МПК А 24 D 3/14, 1996 (опубл.)), который состоит, по меньшей мере, из двух последовательно расположенных по ходу табачного дыма секций: наружной, расположенной со стороны курильщика и выполненной из целлюлозосодержащего или ацетатного волокна, и средней, расположенной со стороны табака, заполненной адсорбирующим средством (14-28 мг) из пористых углеродных волокон (могут иметь тканевую структуру) с количеством углерода не менее 95% и удельной поверхностью от 700 до 1500 м2/г, что повышает поглотительную способность фильтра по отношению к никотину, смолам, монооксиду углерода.
Известен фильтр изделия, который выполнен из нескольких, чередующихся слоев, первый из которых, ограничивающий длину табачной композиции, выполнен из пористого сорбента табачной сажи, второй слой выполнен из микропористого сорбента летучих фракций и фаз, содержащих остатки сажи с включением никотиновой парогазовой части (фазы), а третий слой, ограничивающий длину табачного изделия, выполнен из материала, включающего нановолокна, нанотрубки и нанокластеры, и предназначенного для сорбирования тонких и сверхтонких фракций фаз сажи и никотина.
В данном изделии часть и весь фильтр выполнен в виде отдельных трех таблеток, формирующих указанные три слоя фильтра, при этом поверхности таблеток по образующей и на торцах выполнены микрошероховатыми для более плотного и прочного прилегания между собой и при взаимодействии с оболочкой изделия.
В этом изделии первый слой сорбента содержит отвержденные продукты возгонки 20Са, 14Si и 12С, второй - те же материалы с добавлением 20-32С и 60С, а третий - выполнен из нановолокон, нанотрубок и нанокластеров из указанных материалов и с размером частиц от 50-300 нм до 50-100 мкм с пористостью между частицами 40- 60% в виде микро-нанопор стахостического характера (расположением микро-наночастиц и пор между ними). (RU полезная модель патент W°66662, 20071 13223/22, 09.04.2007)
Недостатком вышеописанного фильтра является наличие нанотрубок и нанокластеров размером менее 100 нм. Считается установленным фактом, что попадание таких объектов в организм человека может привести к нарушению здоровья. По крайней мере, вопрос о влиянии нанотрубок и нанокластеров на здоровье человека активно изучается в настоящее время и, поэтому использование изделий, содержащих эти нанообъекты, требует дополнительного тестирования. Другим недостатком вышеописанного фильтра можно считать большое сопротивление газовому потоку, т.е. сопротивление затяжке. Хотя эта величина не конкретизирована в патенте N°66662, тем не менее, исходя из указанной там пористости фильтра, можно ожидать существенного перепада давления, создаваемого этим фильтром при курении.
Раскрытие технического решения
Задачей предложенного технического решения является снижение сопротивления фильтрующего элемента газовому потоку при сохранении или повышении его фильтрующей способности по з отношению к смоле и никотину, а так же повышение безопасности для здоровья потребителя за счет устранения возможности попадания нановотрубок и нанокластеров в организм потребителя.
Поставленная задача решается сегментом сигаретного фильтра, содержащим пористую газопроницаемую основу, с нанесенным слоем полимерных нановолокон со средним диаметром волокна от 100 до 200 нм, поверхностной плотностью слоя от 0,02 до 0,2 г/м , и сопротивлением потоку воздуха не более 20 Па при скорости воздушного потока 0,2 ± 0,03 м/с.
Предпочтительно, чтобы слой полимерных нановолокон был нанесен методом электроформования из растворов полимеров выбранных из ряда: целлюлоза, ацетат целлюлозы, полиамид, поливинилхлорид, поливиниловый спирт, полиэтиленоксид, стирол- бутадиен-стирольный сополимер, полилактид, полиэтилентерефталат, сополимер тетрафторэтилена с винилиденфторидом.
Предпочтительно, чтобы в качестве пористой газопроницаемой основы были использованы фильтровальная бумага, или нетканый материал типа спанбонд.
Материал основы должен создавать как можно меньшее дополнительное сопротивление потоку воздуха, но при этом должен иметь механическую прочность достаточную для его использования на установках лентопротяжки.
Лучший вариант осуществления
В дальнейшем описание технического решения поясняется примерами конкретного выполнения.
Электроформование слоя нановолокон полимеров проводилось на промышленной установке NS- 1600 и лабораторной установке NS-200 М производства «Elmarco» (Чешская Республика). Эти установки позволяют использовать рулонные материалы основы шириной до 1600 мм и до 450 мм соответственно. Параметры процесса электроформования для обеих установок были идентичны. Стандартные параметры процесса электроформования были следующие: электрическое напряжение 60-95 кВ, расстояние между электродами 16- 20 см.
Диаметр полимерных нановолокон определялся на сканирующем электронном микроскопе NeoScope JCM 5000 производства «Jeol» с использованием программы «Image Scope». Предварительно нановолокнистый материал покрывали слоем платины на установке JFC- 1600 производства «Jeol».
Поверхностная плотность слоя полимерных нановолокон определялась по увеличению веса единицы площади подложечного материала после нанесения на него слоя нановолокон. Для взвешиваний использовались весы Ohaus Explorer Pro с точностью 0,0001 г.
В качестве материала основы, на который происходило осаждение слоя полимерных нановолокон, использовалась фильтровальная бумага для фильтрации воздуха марки БФВ-105П (ГОСТ 20358-78), бумаги для фильтрации воздуха марок ВФБ-550АБ и ВФБ-750АБ производства ЗАО НЛП «Фильтровальные материалы», а также спанбонды марки «Полиспан Меди» марок СС-50 и СС-80 производства ЗАО «ПОЛИМАТИЗ» (СТО 96891647-002-2009).
Основные свойства этих материалов приведены в таблице 1. Таблица 1. Физико-механические свойства фильтровальной бумаги и спанбонда, используемых в качестве материала основы.
Figure imgf000007_0001
После осаждения слоя полимерных нановолокон на основу из полученного двухслойного материала вырубались сегменты фильтра в виде дисков.
Для проведения испытаний сегмент соединяли с сигаретой «Ява оригинальная» двумя способами. Первый способ - сегмент расположен внутри сигаретного фильтра:
1) вынимали исходный стандартный сигаретный фильтр из сигарет «Ява Оригинальная»;
2) отрезали от него часть длиной 4 мм;
3) помещали оставшуюся часть фильтра длиной обратно в сигарету;
4) помещали описываемый в полезной модели сегмент фильтра так, чтобы слой нановолокон был обращен к уже помещенному в сигарету фрагменту исходного фильтра; б 5) закрывали оставшимся фрагментом исходного фильтра длиной 4 мм.
Длина отрезаемых фрагментов фильтра длиной 4 мм выбрана исключительно исходя из удобства манипулирования и надежности фиксации всех элементов.
Второй способ - сегмент расположен снаружи сигаретного фильтра:
1) описываемый в полезной модели сегмент прикладывали к фильтру сигареты стороной, на которой расположен слой нановолокон;
2) сегмент фиксировали вместе с сигаретой при помощи бумажной трубки длиной 15 мм, которая плотно надевалась на сигаретный фильтр и с одной стороны которой имелась внутренняя кромка, которая прижимала сегмент к фильтру сигареты при надевании трубки на сигаретный фильтр.
Последующие испытания показали, что фильтрующая способность модифицированного фильтра не зависела от способа соединения заявляемого сегмента с образцовым фильтром сигарет «Ява оригинальная».
В каждом из ниже описываемых примеров было изготовлено по 40 сегментов сигаретного фильтра и соответственно испытано по 40 образцов модифицированных сигаретных фильтров, содержащих новые фильтрующие сегменты. В каждом примере 10 образцов изготавливались в соответствии с первым способом соединения нового сегмента сигаретного фильтра с образцовым фильтром, а 30 образцов изготавливались в соответствии со вторым способом соединения. Разницы в фильтрующей способности образцов от способа соединения выявлено не было. В таблице 2 приведены данные, усредненные по 40 образцам для каждого примера. После соединения сегмента с сигаретой проводилось тестирование этих сигарет на 20-позиционной роторной курительной машине- автомате Borgwaldt rm20/cs при следующих условиях:
объем затяжки 35 мл, скорость воздушного потока 0,20±0,03 м/с, время затяжки 2 с,
время паузы 1 с, параметры окружающей среды (давление, температура и влажность) - в соответствии с ГОСТ Р ИСО 3402-2002.
Контрольный образец, т.е. образец сигареты «Ява оригинальная» без дополнительного сегмента, имел следующие характеристики:
длина: сигареты - 79,0 мм, фильтра - 18,0 мм, курительной части -
61 ,0 мм (определялись в соответствии с ГОСТ 3935-2000);
диаметр сигареты - 7,82 мм (определялся в соответствии с ГОСТ Р 51974-2002);
масса: сигареты - 0,860 г, табачного жгута - 0,729 г, табака нетто - 0,685 г, фильтра - 0,131 г (определялись в соответствии с ГОСТ Р 51974- 2002);
сопротивление затяжке: сигареты - 101 мм. вод. ст., фильтра - 76 мм. вод. ст. (определялись в соответствии с ГОСТ Р ИСО 6565-2002); содержание в табачном дыме: никотина - 0,430 мг/сиг (определялось в соответствии с ГОСТ Р 51974-2002); смолы - 6,570 мг/сиг (определялось в соответствии с ГОСТ Р 51976-2002); монооксида углерода - 6,06 мг/сиг (определялось в соответствии с ГОСТ Р 51358- 2008).
Пример 1. Сегмент сигаретного фильтра с нановолокнами из ацетата целлюлозы.
Электроформование проводилось на промышленной установке непрерывного действия NS-1600 компании «Elmarco». Формовочный раствор - раствор ацетата целлюлозы (15±1 % вес.) в смеси уксусной кислоты и воды (70/30). Материал подложки - фильтровальная бумага ВФБ-750АБ в рулонах шириной 1000 мм. Напряжение на электродах - 80-95 кВ - для формования нановолокон со средним диаметром 150 нм и 65-75 кВ - для формования нановолокон со средним диаметром 250 нм. Расстояние между электродами: 20 см - для формования нановолокон со средним диаметром 150 нм и 16 см - для формования нановолокон со средним диаметром 250 нм. Скорость протяжки подложечного материала задавалась в соответствии с техническим регламентом для установки NS-1600 для получения необходимой поверхностной плотности нановолокон, соответствующего диаметра. Для удаления остатков растворителя после осаждения нановолокон рулоны материала с нанесенными слоями нановолокон высушивали при 90°С. Во всех нижеописанных примерах температура сушки составляла около 0,7ТКИП (°С) от температуры кипения Ткип (°С) используемого растворителя. После этого проводились измерения параметров слоя нановолокон: определялся их средний диаметр и поверхностная плотность. В случае если значения этих параметров отклонялись от требуемых значений более чем на величину среднеквадратичной ошибки измерений, проводилась корректировка параметров процесса электроформования. В частности, корректировались концентрация формовочного раствора (в этом случае указан интервал концентраций), электрическое напряжение между электродами (указан интервал, в котором проводилось варьирование), а также скорость протяжки подложечного материала. После получения слоя нановолокон с требуемыми свойствами из полученного фильтровального материала вырубалось 40 фильтрующих сегментов в виде дисков диаметром 7,78 мм. Далее, сегменты фильтра соединялись с фильтрами 40 сигарет «Ява Оригинальная» по одному из описанных выше способов и проводилось тестирование сигарет с модифицированным фильтром на курительной машине-автомате Borgwaldt rm20/cs. Полученные данные по фильтрующей способности фильтров, содержащих заявляемые сегменты фильтров, приведены в таблице 2.
Пример 2. Установка электроформования NS-1600; полимер - полиамид-6 (9±1 % вес); растворитель - смесь муравьиной и уксусной кислот (1/2); материал подложки - рулон фильтровальной бумаги ВФБ- 750АБ шириной 1000 мм. Остальные параметры такие же, как в примере 1. Полученные данные приведены в таблице 2.
Пример 3. Установка электроформования NS-1600; полимер - сополимер тетрафторэтилена с винилиденфторидом (фторопласт-42) (7±1% вес); растворитель - ДМФА; материал подложки - рулон фильтровальной бумаги ВФБ-550 шириной 1000 мм. Остальные параметры такие же, как в примере 1. Полученные данные приведены в таблице 2.
Пример 4. Установка электроформования NS-1600; полимер - полиэтил ентерефталат (7±1 % вес); растворитель - циклогексанон; материал подложки - рулоны спанбонда СС-50 и СС-80 производства ЗАО «ПОЛИМАТИЗ» шириной 1600 мм. Остальные параметры такие же, как в примере 1. Полученные данные приведены в таблице 2.
Пример 5. Установка электроформования NS-1600; полимер - поливинилхлорид (6±1 % вес); растворитель - ДМФА; материал подложки - рулоны спанбонда СС-50 и СС-80 производства ЗАО «ПОЛИМАТИЗ» шириной 1600 мм. Остальные параметры такие же, как в примере 1. Полученные данные приведены в таблице 2.
Пример 6. Установка электроформования NS-1600; полимер - полиэтиленоксид (7±1 % вес); растворитель - смесь этилового спирта и воды (90/10); материал подложки - рулоны фильтровальной бумаги ВФБ-750АБ и ВФБ-550АБ шириной по 1000 мм соответственно. Остальные параметры такие же, как в примере 1. Полученные данные приведены в таблице 2.
Пример 7. Установка электроформования NS-200 М; полимер - поливиниловый спирт (9±1% вес); растворитель - смесь этилового спирта и воды (90/10); материал подложки - рулон фильтровальной бумаги БФВ-105П и ВФБ-750АБ шириной 430 и 450 мм соответственно. Остальные параметры такие же, как в примере 1. Полученные данные приведены в таблице 2.
Пример 8. Установка электроформования NS-200 М; полимер - полилактид (7±1 % вес); растворитель - тетрагидрофуран; материал подложки - рулоны спанбонда СС-50 производства ЗАО «ПОЛИМАТИЗ» шириной 400 мм. Остальные параметры такие же, как в примере 1. Полученные данные приведены в таблице 2.
Пример 9. Установка электроформования NS-200 М; полимер - целлюлоза (хирургическая вата) (2,5±0,5% вес); растворитель - Ν,Ν- диметилацетамид/LiCl (92/8); материал подложки - рулоны спанбонда СС-50 производства ЗАО «ПОЛИМАТИЗ» шириной 400 мм. Остальные параметры такие же, как в примере 1. Полученные данные приведены в таблице 2.
Пример 10. Установка электроформования NS-200 М; полимер - стирол-бутадиен-стирольный триблок полимер (9±1% вес); растворитель - смесь тетрагидрофурана и диметилформамида (75/25); материал подложки - рулоны спанбонда СС-80 производства ЗАО «ПОЛИМАТИЗ» шириной 400 мм. Остальные параметры такие же, как в примере 1.
Полученные данные приведены в таблице 2. Табли ца 2. Данные по фил ьтрующей способности сегментов сигаретного фил ьтра, содержа нановолокна различных полимеров, имеющих разный диаметр и разную поверхностную плотность. измерения проводились при параметрах окружающей среды, соответствующих ГОСТ Р ИСО 3402-2002. Дан усреднены по 40 образцам для каждого примера.
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000014_0001
Figure imgf000015_0001
Данные в таблице 2 получены для сигаретного сегмента, имеющего форму диска, с диаметром равным диаметру фильтра сигареты, с которой он соединялся. Следует отметить, что сегмент сигаретного фильтра может иметь и другие формы, в частности, диска с отверстием посередине, которое может использоваться для соединения сегмента с сигаретой. Также сегмент может иметь форму квадрата или равностороннего треугольника, которые вписываются в круг с диаметром, равным диаметру фильтра сигареты, с которой он соединяется. Такая форма сегмента позволяет сократить отходы материалов за счет рациональной вырубки сегментов из листовой заготовки. Во всех этих случаях данные, приведенные в таблице 2, корректируются в сторону уменьшения фильтрующей способности пропорционально уменьшению площади фильтрующей поверхности сегмента сигаретного фильтра.
Следует отметить, что повышение сопротивления затяжке не зависело от типа полимерного материала, но соотносилось с поверхностной плотностью слоя нановолокон и составляло приблизительно 10 Па при поверхностной плотности 0,20 г/см , 5 Па - при поверхностной плотности 0,10 г/см и менее 1 Па - при поверхностной плотности 0,02 г/см .
Приведенные в таблице 2 данные указывают, что фильтрующая способность сегментов сигаретного фильтра, содержащего слой нановолокон, не зависит от материала подложки, мало зависит от материала нановолокон, но определяется их диаметром и поверхностной плотностью. Следует отметить, что электроформование нановолокон с диаметром менее 100 нм является технологически более сложным процессом, т.к. при этом интервал всех технологических параметров процесса электроформования (электрическое напряжение, вязкость и электропроводность формовочного раствора и т.п.) сильно сужается. Поэтому оптимальным нижним значением диаметра нановолокон можно считать 100 нм. Фильтрующая способность по отношению к смоле и никотину у сегментов фильтра из нановолокна со средним диаметром 250 нм хуже, чем у сегментов с волокнами диаметром 150 нм при одинаковой поверхностной плотности. Этот результат наблюдается на нановолокнах, изготовленных из трех разных типов полимеров (примеры 1-3 в таблице 2), что позволяет предположить, что он не связан с типом полимера, а связан, по-видимому, с увеличением пористости слоя нановолокон. Таким образом, оптимальный средний диаметр волокон соответствует интервалу 100-200 нм.
Слой нановолокон со средним диаметром 150 нм и поверхностной плотностью 0,02 г/см задерживает никотин в среднем на 30% и смолу на 35%. Это существенно снижает содержание вредных для человека веществ, поэтому уменьшать поверхностную плотность менее 0,02 г/см нецелесообразно. Слой нановолокон со средним диаметром 150 нм и поверхностной плотностью 0,2 г/см2, практически полностью задерживает никотин, что ведет к снижению потребительских свойств сигарет. Таким образом, оптимальная поверхностная плотность слоя
2
полимерных нановолокон составляет от 0,02 г/см до 0,2 г/см .
Область применения
Заявленное техническое решение может быть использовано в сигаретах с целью фильтрации табачного дыма от вредных компонентов.

Claims

ФОРМУЛА
1. Сегмент сигаретного фильтра, содержащий пористую газопроницаемую основу, с нанесенным слоем полимерных нановолокон со средним диаметром волокна от 100 до 200 нм,
5 поверхностной плотностью слоя от 0,02 до 0,2 г/м , и сопротивлением потоку воздуха не более 20 Па при скорости воздушного потока 0,2 ± 0,03 м/с.
2. Сегмент сигаретного фильтра по п.1 , отличающийся тем, что слой полимерных нановолокон нанесен методом электроформования из ю растворов полимеров выбранных из ряда: целлюлоза, ацетат целлюлозы, полиамид, поливинилхлорид, поливиниловый спирт, полиэтиленоксид, стирол-бутадиен-стирольный сополимер, полилактид, полиэтилентерефталат, сополимер тетрафторэтилена с вини лид енфтори дом .
15 3. Сегмент сигаретного фильтра по п.1 , отличающийся тем, что в качестве пористой газопроницаемой основы использованы фильтровальная бумага, или нетканый материал типа спанбонд.
20
25
PCT/RU2012/000724 2011-09-05 2012-09-04 Сегмент сигаретного фильтра WO2013036164A2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011136559 2011-09-05
RU2011136559 2011-09-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2013036164A2 true WO2013036164A2 (ru) 2013-03-14
WO2013036164A3 WO2013036164A3 (ru) 2013-05-02

Family

ID=47832740

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2012/000724 WO2013036164A2 (ru) 2011-09-05 2012-09-04 Сегмент сигаретного фильтра

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2013036164A2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140352708A1 (en) * 2013-05-30 2014-12-04 Seng C. Tan Filters for Cigarettes, Pipes, and Cigars and Related Products

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2336790C2 (ru) * 2004-05-10 2008-10-27 Браун Энд Вилльямсон Холдингз, Инк. Селективная фильтрация сигаретного дыма с использованием производных хитозана
EA200970176A1 (ru) * 2006-08-03 2009-08-28 Филип Моррис Продактс С.А. Курительные изделия с улучшенной доставкой добавок, включенных в микроволокна и нановолокна, полученные электропрядением, и соответствующие способы
RU2380993C2 (ru) * 2004-10-06 2010-02-10 Родиа Ацетов Гмбх Табачный фильтр или фильтрующий элемент, содержащий добавки

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2336790C2 (ru) * 2004-05-10 2008-10-27 Браун Энд Вилльямсон Холдингз, Инк. Селективная фильтрация сигаретного дыма с использованием производных хитозана
RU2380993C2 (ru) * 2004-10-06 2010-02-10 Родиа Ацетов Гмбх Табачный фильтр или фильтрующий элемент, содержащий добавки
EA200970176A1 (ru) * 2006-08-03 2009-08-28 Филип Моррис Продактс С.А. Курительные изделия с улучшенной доставкой добавок, включенных в микроволокна и нановолокна, полученные электропрядением, и соответствующие способы

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140352708A1 (en) * 2013-05-30 2014-12-04 Seng C. Tan Filters for Cigarettes, Pipes, and Cigars and Related Products

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013036164A3 (ru) 2013-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2739544C1 (ru) Фильтр курительного изделия и способ его изготовления
JP6790095B2 (ja) グラフェン吸着材、その製造方法とその適用、及びタバコフィルターとタバコ
JP4195721B2 (ja) 添加剤を含有するタバコ煙フィルターまたはフィルターエレメント
JP5449198B2 (ja) シガレット用フィルタ
JPS62118874A (ja) 紙巻タバコフイルタ−構造中の微孔質材料
US20230232891A1 (en) Coated plug wrap to enhance filter hardness
JP5606544B2 (ja) メンソール添着活性炭、シガレット用フィルタおよびフィルタ付シガレット
TW201531242A (zh) 濾嘴香菸、香菸用濾嘴，及香菸用濾嘴用的捲繞紙
RU111989U1 (ru) Сегмент сигаретного фильтра
AU2015208909C1 (en) Filter materials and filters made therefrom
KR100275038B1 (ko) 이중구조필터가 부착된 시가렛
US2815761A (en) Fibrous tobacco smoke filter
US3032445A (en) Tobacco smoke filters
WO2001030184A1 (fr) Filtre de cigarette
WO2013036164A2 (ru) Сегмент сигаретного фильтра
KR20220110533A (ko) 폴리하이드록시알카노에이트 중합체 또는 공중합체의 높은 함량을 갖는 필터를 포함하는 에어로졸 발생 요소
JPH0664983A (ja) タバコ用フィルタ及びその製造方法
JPH11308987A (ja) 禁煙用パイプ及びその製造方法
KR20230076061A (ko) 가열식 궐련
WO2015150718A1 (en) Filter materials and filters made therefrom
JP3752289B2 (ja) たばこ煙用フィルター
JP6682428B2 (ja) 煙成分の選択的な除去のための官能性を持たせた材料
KR20220109417A (ko) 신규한 여과 재료를 갖는 에어로졸 발생 물품 필터
JPS6219832B2 (ru)
JPS589670B2 (ja) アセテ−トフイルタ−

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12830731

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2