WO2024089304A1 - Instalación, procedimiento de fabricación y filtro reductor de alquitranes y compuestos tóxicos del tabaco - Google Patents
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Definitions
- the present invention can be included within the technical field of cigarette filters, in particular combined filters and facilities and procedures for their manufacture. More specifically, the object of the invention refers to an installation, manufacturing process and filter as a final product, where the resulting filter comprises a primary membrane of impermeable or semipermeable material intended to be in intimate contact with one end of a column. tobacco, which is perforated by at least one hole of specific dimensions that provide important advantages, and said primary membrane is sealed inseparably with the classic fibrous membrane of traditional filters.
- Tobacco smoke contains more than 8000 chemical compounds [J.P. Schaller,
- a first aspect of the present invention describes a filter comprising a primary membrane intended to be in intimate contact with a distal end of a column of tobacco, and comprising a disc of impermeable or semipermeable material, of cylindrical shape, which is perforated by at least one hole that passes through it in a direction perpendicular to the cross section of the primary membrane, in such a way that the perforated surface has a free passage section of between 0.2% and 30% of the total the primary membrane section, where the primary membrane is inseparably sealed with a distal end of a fibrous membrane.
- the filter can be elongated and provided with two primary membranes that are inseparably attached to both ends of the fibrous membrane, which in turn comprises a weakened section so that a user can carry out the cut manually or with an instrument for this purpose. end through said weakened section. Therefore, each of these elongated filters would represent two filters ready to be used, for example, in rolling tobacco, each of them in contact with different columns of tobacco. They can also be used in conventional cigarette manufacturing machines.
- a second aspect of the present invention refers to an installation for manufacturing this type of filters, which comprises:
- - a mold comprising a base and a housing piece which in turn comprises one or more through openings defining one or more compartments, - a sheet with an adhesive side intended to come into intimate contact with the distal end of the fibrous membrane, and
- a die-cutting press configured to press the sheet on the upper surface of the housing piece and on the distal ends of the fibrous membranes introduced into the compartments, in such a way that, upon pressing, the sheet is inseparably sealed with the distal end of the fibrous membrane.
- the one or more through openings in an upper surface of the housing piece comprise ribs around the perimeter delimited by the openings, said ribs provided with a cutting edge, of a configuration such that, when the base is placed under the piece housing and a fibrous membrane is introduced into the compartment, the distal end of the fibrous membrane is introduced and positioned flush with the edge of the nerves.
- the installation may be provided with a filter loading part comprising a plurality of feed channels that are concentric to the through openings when the filter loading part It is placed or attached on top of the mold.
- the filter loading piece may have a perimeter configuration similar to or equal to that of the housing piece.
- the filter loading piece can be attachable by means of coupling elements arranged in such a way that when coupling the feed channels are aligned and centered concentrically to the compartments.
- the sheet may have holes with a surface area of between 0.2% and 30% of the total cross section. of the fibrous membrane, said holes made in order to be coincident with the through openings when the sheet is placed on the housing piece, before pressing, in such a way that when pressing the sheet on the distal end of the fibrous membrane, it is They simultaneously manufacture a plurality of filters provided with a primary membrane sealed inseparably with a distal end of a fibrous membrane with a hole passing through it in a direction perpendicular to the cross section of the primary membrane.
- the extraction piece may be provided with spikes on the projections that extend from a distal portion of said projections, where said spikes have a transverse or cutting surface that is between 0.2 % and 30% of the total cross section of the fibrous membrane, in such a way that, simultaneously with the extraction of the fibrous membranes already linked inseparably with the main membranes, the hole is drilled giving rise to the filters described above .
- the spikes may be concentric to the compartments, or may include more than one asymmetrical spike in order to pierce more than one hole with the dimensions described above (between 0.2% and 30% of the total cross section of the membrane. fibrous).
- the installation comprises a conveyor belt provided with a feeding station equipped with the filter loading part to position and introduce the fibrous membranes into the housing part, a press station where the press is arranged.
- the installation may have a purification station equipped with extraction elements that remove the portion of residual sheet on the upper surface of the housing piece after pressing and sealing the sheet on the fibrous membranes.
- a purification station equipped with extraction elements that remove the portion of residual sheet on the upper surface of the housing piece after pressing and sealing the sheet on the fibrous membranes.
- it may also include a hole drilling station or this drilling may be included in an extraction station using the extraction piece.
- a third aspect of the present invention refers to a manufacturing process for any of the filters described above, which comprises the steps of: a.) introducing a plurality of fibrous membranes into compartments of a mold, where said compartments are configured to receive and house each of the fibrous membranes flush, b.) place a sheet with an adhesive side in intimate contact with the distal end of the fibrous membranes that are introduced into the compartments of the mold, c.) press using a press, the sheet that is arranged adjacent to the mold and in intimate contact with the fibrous membranes, thus inseparably sealing the fibrous membrane with contact portions of the sheet that are in contact with the distal end of the fibrous membranes.
- the procedure may comprise an additional step that comprises removing the fibrous membranes sealed to the sheets from the mold, and simultaneously drilling holes in the portion of the sheet that has been sealed to the fibrous membrane, said holes being a section between the 0.2% and 30% of the total cross section of the fibrous membrane, thus removing a plurality of filters with a fibrous sheet sealed inseparably with a main membrane comprising the hole.
- the method may comprise a step in which holes are made in the sheet before pressing.
- the holes may be concentric to the cross section of the fibrous membrane, they may be a non-concentric hole, or they may be more than one arranged asymmetrically with respect to the cross section of the fibrous membrane.
- the procedure also includes the following steps: d.) reintroduce the fibrous membranes in a direction opposite to that of step a.) in the compartments of the mold, where said compartments are configured to receive and house each of the fibrous membranes flush, e.) place a sheet with a adhesive face in intimate contact with the proximal end of the fibrous membranes that are introduced into the compartments of the mold, f.) press, using a press, the sheet that is arranged adjacent to the mold and in intimate contact with the proximal end of the fibrous membranes, thus inseparably sealing the proximal-distal of the fibrous membrane with contact portions of the sheet.
- these can be drilled before pressing or during extraction, in any of the aforementioned embodiments, in this case, drilling both ends or with sheets that already have the holes in the desired location before pressing/sealing.
- Figure 1a Shows a perspective view of a first embodiment of the filter that reduces tar and toxic compounds from tobacco smoke according to a first preferred embodiment of the present invention.
- Figure 1 b. Shows a perspective view of a second embodiment of the filter according to a second embodiment of the present invention.
- Figure 2. Shows a perspective view of a preferred embodiment of the filter manufacturing facility, where the mold, the sheet, the press, the extractor piece, among others, are illustrated.
- Figure 3. Shows a section view of the mold, the press and the extractor piece according to a preferred embodiment of the present invention.
- Figure 1a shows a perspective view of the filter (20) that reduces tar and toxic compounds from tobacco smoke, object of the present invention, which comprises a primary membrane (M1) intended to be in intimate contact with a distal end of a tobacco column (T), and comprising a disc of impermeable or semipermeable material, cylindrical in shape, which is perforated by at least one hole (21) that passes through it in a direction perpendicular to the cross section of the primary membrane (M1) , in such a way that the perforated surface has a free passage section of between 0.2% and 30% of the total section of the primary membrane (M1), where the primary membrane (M1) is inseparably sealed. with a distal end of a fibrous membrane (M3).
- M1 primary membrane
- T distal end of a tobacco column
- M3 fibrous membrane
- Figure 1 b comprises a filter according to the present invention, of the type that further comprises a secondary membrane (M2) inseparably attached to the opposite end of the fibrous membrane (M3) which in turn comprises a weakened section for for a user to make the cut through said weakened section.
- M2 secondary membrane
- M3 fibrous membrane
- the filter (20) of Figure 1 b can also be an intermediate product of the process that will be described later, which includes cutting the fibrous membrane (M3) in half, generating two filters (20) of the type represented in the Figure 1a, said filters (20) ready to be used by the user or smoker, or in conventional cigarette making machines.
- Figure 2 shows a preferred embodiment of the installation (1) for manufacturing any of the filters (20) of Figure 1a or 1 b.
- the installation comprises a conveyor belt (2) provided with a feeding station (15) provided with a filter loading piece (13) to position and introduce the fibrous membranes. (M3) in the housing piece (3), a press station (16) where the press (8) is arranged and a purification station equipped with extraction elements, for example of the clamp type (not shown), which remove the residual portion of sheet (7) on the upper surface (17) of the housing piece (3) (the one that has not been sealed), after pressing and sealing portions of the sheet (7) on the fibrous membranes (M3 ).
- a conveyor belt (2) provided with a feeding station (15) provided with a filter loading piece (13) to position and introduce the fibrous membranes. (M3) in the housing piece (3), a press station (16) where the press (8) is arranged and a purification station equipped with extraction elements, for example of the clamp type (not shown), which remove the residual portion of sheet (7) on the upper surface (17) of the housing piece (3) (the one that has not been sealed), after pressing and sealing portions of the sheet (7) on the fibrous membranes (M
- the object of the invention refers to a mold (4) that comprises a base (11) and a housing piece (3) that comprises one or more through openings (5) that define one or more compartments, a sheet (7) with an adhesive side configured to come into intimate contact with the distal end of the fibrous membrane (M3), and a die-cutting press (8) configured to press the sheet (7) on the upper surface (17) of the housing piece (3) and on the distal ends of the fibrous membranes (M3) introduced into the compartments, in such a way that, when pressed, the sheet (7) is sealed inseparably with the distal end of the fibrous membrane (M3).
- Figure 2 also shows a filter loading part (13) comprising a plurality of feed channels (14) that are concentric to the through openings (5) when the filter loading part (13) is placed or coupled above of the mold (4).
- the sheet (7) is perforated with one or more holes per compartment, therefore it comprises one or more holes per compartment that have already been perforated before pressing, said holes with a surface of between 0.2% and 30% of the total cross section of the fibrous membrane (M3).
- the holes may be configured to coincide with the through openings when the sheet is placed on the housing piece, such that by pressing the sheet on the distal end of the fibrous membrane, a plurality of filters provided with a primary membrane (M1) sealed inseparably with a distal end of a fibrous membrane (M3) with a hole (21) that passes through it in a direction perpendicular to the cross section of the primary membrane (M1).
- it may have more than one hole that may not be concentric, and may be arranged symmetrically or asymmetrically with respect to the transverse surface of the fibrous membrane (M3).
- Figure 3 shows in more detail that, in a preferred embodiment, the one or more through openings (5) in an upper surface (17) of the housing piece (3) comprise ribs (6) provided with a cutting edge (12). , of a configuration such that, when the base (11) is placed under the housing piece (3) and a fibrous membrane (M3) is introduced into the compartment, the distal end of the fibrous membrane (M3) is introduced and positioned flush with the edge (12) of the ribs (6),
- Figure 3 shows a sectional view of a preferred embodiment of the extractor piece (9), which comprises projections (10) with spikes (19) concentric to the projections (10) that extend from a distal portion of said projections (10), where said spikes (19) have a transverse or cutting surface that is between 0.2% and 30% of the total cross section of the fibrous membrane (M1), such that, Simultaneously with the extraction of the fibrous membranes (M3) already inseparably linked to the primary membranes (M1), the hole (21) is drilled, giving rise to the filters (20).
- Cigarettes are conditioned at room temperature and 60% humidity relative, keeping them in a desiccator provided with a saturated solution of sodium nitrite, for at least 48 hours before being smoked.
- the condensable products retained in the trap after the filter are extracted with 2-propanol, ensuring that all the compounds retained in the trap are recovered.
- the extract is then dried with sodium sulfate and reserved for subsequent analysis by GC.
- the determination of the CO and CO2 content in the non-condensable fraction is carried out by GC, using a thermal conductivity detector (GC-TCD) and a CTRI concentric column, in a SHIMADZU GC-14A equipment, using calibration by standards. external.
- the quantification has been carried out by calculating the response factor.
- the compounds present in the condensed fraction are analyzed by GC with a mass spectrometry detector (GC-MS), using an HP-5MS column.
- GC-MS mass spectrometry detector
- the first example shows the result of using a membrane consisting of a circle of filter cardboard 8 mm in diameter with a 1 mm diameter perforation. This primary membrane is located between the tobacco column (T) and the 8 mm diameter, 17 mm long cellulose acetate filter of 3R4F cigarettes.
- Cigarettes have been smoked using filters of the same type as those described in the first embodiment but with holes of different diameters (0.8, 0.9, 1.0 and 1.1 mm). It has been observed that the reductions increase with decreasing orifice diameter, but the pressure loss increases considerably, so it would not be feasible to use a single perforation of less than 0.9 mm in diameter. It has also been tried to increase the number of holes of the same diameter, and it has been proven that the reductions decrease as the number of them increases.
- Modified filters have been prepared for the inclusion of the perforated membrane by two procedures, the first of which has been carried out in a prototype machine that includes a mold where the filter is positioned, a hot iron with a controlled temperature that allows partial fusion of the material of the filter. filter and a tool that allows perforation of the molten layer.
- Another alternative procedure has consisted of the preparation of a concentrated solution of cellulose acetate in acetone, the impregnation of one of the outsides of the filter with said concentrated solution and the subsequent evaporation of the solvent, to generate the impermeable film (membrane). The membrane was subsequently pierced with the tool described above.
Abstract
Instalación (1) y procedimiento de fabricación de un filtro (20) reductor de alquitranes y compuestos tóxicos del humo del tabaco, donde dicho filtro (20) comprende una membrana primaria (M1) destinada a estar en contacto íntimo con un extremo distal de una columna de tabaco (T), y que comprende un disco de material impermeable o semipermeable, de forma cilíndrica, que está perforado por al menos un orificio (21) que lo atraviesa en dirección perpendicular a la sección transversal de la membrana primaria (M1), de tal forma que la superficie perforada presenta una sección libre de paso de entre el 0,2% y el 30% del total de la sección de la membrana primaria (M1), donde la membrana primaria (M1) está sellada de manera inseparable con un extremo distal de una membrana fibrosa (M3).
Description
INSTALACIÓN, PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN Y FILTRO REDUCTOR DE ALQUITRANES Y COMPUESTOS TÓXICOS DEL TABACO
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se puede incluir dentro del campo técnico de filtros para cigarrillos, en particular de filtros combinados y de instalaciones y procedimientos para la fabricación de éstos. De manera más concreta, el objeto de la invención se refiere a una instalación, procedimiento de fabricación y filtro como producto final, donde el filtro resultante comprende una membrana primaria de material impermeable o semipermeable destinada a estar en contacto íntimo con un extremo de una columna de tabaco, que está perforado por al menos un orificio de unas dimensiones concretas que proporcionan importantes ventajas, y dicha membrana primaria está sellada de manera inseparable con la membrana fibrosa clásica de los filtros tradicionales.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El humo del tabaco contiene más de 8000 compuestos químicos [J.P. Schaller,
D. Keller, L. Poget, P. Pratte, E. Kaelin, D. McHugh, G. Cudazzo, D. Smart, A.R. Thcker, L. Gautier, M. Yerly, R. Pires, S. Le Bouhellec, D. Ghoh, Hofer, I. García,
E. Vanscheeuwijck, S. Maeder Evaluation of the Tobacco Heating System 2.2. Part 2: Chemical Composition, Genotoxicity, Cytotoxicity, and Physical Properties of the Aerosol, Regul. Toxicol. Pharmacol., (81 ) (2016), pp. S27-S47, DOI: 10.1016/j.yrtph.2O16.10.001 ] y siguen identificándose más conforme se van concluyendo distintos estudios y se dispone de equipos analíticos más sensibles. Muchos de ellos, del orden de 100 (Federal Register A/ol. 77, No. 64 /Tuesday, April 3, 2012) son considerados tóxicos y/o cancerígenos. Por ello, el consumo de tabaco representa un gran problema de salud pública a nivel mundial, pero también representa un importante negocio, lo que ha generado desde hace muchos años un enorme conflicto de intereses, sociológicos, políticos, económicos y científicos. De este modo, tanto las empresas
tabaqueras, así como como numerosos investigadores están desarrollando interesantes trabajos de investigación encaminados a la reducción de la toxicidad de los humos del tabaco, reducción de las dosis inhaladas por los fumadores, el desarrollo de nuevos productos sustitutivos e incluso las limitaciones legales a los aditivos, emisiones y hasta su uso.
Se ha estudiado intensamente todos los constituyentes de los cigarrillos, desde el papel, los aditivos, el tabaco y los filtros.
Por ejemplo, se ha estudiado el efecto de la permeabilidad del papel (“Effect of potassium inorganic and organic salts on the pyrolysis kinetics of cigarette paper” de Deqing Zao y colaboradores, (Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 102 (2013) 114-123). Se han desarrollado papeles que autoextinguen la combustión (por ejemplo, el descrito en PCT/KR2009/003425).
Se han estudiado modificaciones genéticas del tabaco para reducir la generación de nicotina y alquitranes (WHO study group on tobacco prodcut regulation, Report on the scientific basis of tobacco product regulations: Fifth report of a WHO group study, ISBN 978 922 4 120989 2, 2015), así como el empleo de aditivos o catalizadores capaces de reducir la emisión de productos tóxicos (Reduction of tobacco smoke components yield in commercial cigarette brands by addition of HIISY, NaY and Al -M CM -41 to the cigarette rod, A. Marcilla y colaboradores, Toxicology Reports (Open access), 2 (2015b) 152-164), o nitrosaminas específicas del tabaco (J. Asensio, Tesis doctoral 2020, Pirólisis térmica y catalítica de la nicotina y NNK y NNN, dos nitrosaminas específicas del tabaco).
El efecto que produce la interposición de un orifico en una corriente de vapor es conocido desde hace mucho tiempo. La utilización de este de sistemas para la condensación de alquitranes del humo del tabaco también se conoce desde hace tiempo, así se ha registrado numerosas patentes sobre el tema, que van desde las iniciales de los años 61 del siglo pasado (Tamag Basel AG, Patent Specification 996,891 Date of Application and Filing Complete Specification April
12 1962 No. 14139/62 (Application made in Austria (NO. 2969) April 14, 1961 Filter Suitable for Cigarettes Cigars or Filter Cartridges) que suponían la interposición de una membrana perforada en la corriente del humo y que se situaba entre el filtro convencional y la columna del tabaco, hasta sistemas más o menos sofisticados que incluyen diseños especiales de boquillas para situar después del filtro del cigarrillo convencional. Estos sistemas responden a patentes posteriores, aunque utilizan el mismo principio de la primera patente, es decir, hacer pasar la corriente de humo por un orificio. Así como estos sistemas, basados en el mismo principio físico que la patente inicial, se ha comercializado y existen en el mercado una serie de productos muy similares, basados en los mismos conceptos e incluyendo ligeras vahantes y todos ellos protegidos por su correspondiente patente, no se conoce ningún producto que utilice exactamente lo reflejado en la solicitud arriba mencionada.
Se han estudiado intensamente los filtros, tanto su diseño como los materiales que los componen. El acetato de celulosa es el material que se ha impuesto y su uso es el más extendido. Se han descrito distintas configuraciones que modifican la trayectoria del humo a través del filtro, donde se emplean sustancias activas, adsorbentes capaces de reducir la inhalación de alquitranes, por ejemplo W02008142420 y W02008018617 donde los elementos activos están sobre soportes de materiales granulares.
Se han descrito numerosos diseños especiales como los que incluyen cilindros concéntricos de material adsorbente dentro del filtro de acetato de celulosa; estructuras ventiladas con distintas membranas (DE19924205658); o con ranuras en forma de hélice con adsorbentes, (EA200401360). También se ha estudiado profundamente la hidrodinámica del proceso de filtración y los distintos mecanismos implicados, así se han desarrollado sistemas muy eficaces como el conocido sistema “targard”, protegido por un gran número de patentes (por ejemplo: US3434480).
Todos ellos tienen, además, una característica común que es un elevado coste, ya que se trata de piezas de plástico con un diseño más o menos complejo que
incluye más de una pieza. Sin embargo, no se tiene constancia de ningún sistema comercial del tipo del descrito en la patente de 1961. Este sistema podría ser mucho más económico que los comercializados posteriormente. El motivo de esta falta de presencia en el mercado puede deberse a diversas causas. La principal podría ser la falta de una máquina capaz de fabricar estos filtros que incorporen esas membranas, lo que unido al aumento de la resistencia al fumado que representa este obstáculo en la corriente principal del humo ha impedido que este producto alcance el mercado.
El hecho fundamental que podría explicar la ausencia de un producto de estas características en el mercado puede ser la dificultad de adaptar las máquinas convencionales de fabricación de filtros para su incorporación, que no están pensadas para incorporar este tipo de membranas en los filtros convencionales, ni en los cigarrillos. Esta dificultad se podría superar por los usuarios de tabaco RYO o MYO, que podrían incorporarlas manualmente al elaborar sus cigarrillos, pero, evidentemente esto representa un serio hándicap para su comercialización.
Numerosas patentes han aparecido posteriormente que reivindican el mantenimiento de la resistencia al fumado al aumentar el número de caladas (por ejemplo: la EP 0364256 A1 de 19899 de Liew, Tow Pin de Rothmans Internacional Tobacco (UK) Limited, Cigarette filter rod elements and cigarettes incorporationg such filter rod elements). Sin embargo, ninguna de ellas se ha traducido en un producto comercial y sus costes son elevados.
Un interesante estudio, “The intractable cigarette ‘filter problem” (de B Harris, Tobacco Control, 2011 20 supl 1 , ¡10416) analiza la historia y la problemática de los filtros y se pone de manifiesto la existencia de un conflicto de intereses. Además de las dificultades técnicas en el diseño de los mismos, se abordan las estrategias de los distintos actores, empresas tabaqueras, autoridades, etc., así como el problema de costes en muchos de los diseños más sofisticados. Todas las soluciones adoptadas presentan posibles ventajas e inconvenientes y se concluye la efectividad de los filtros de acetato de celulosa, que son los que se
han impuesto comercialmente, así como la eficacia de la ventilación en los mismos. No obstante, dicho artículo pone de manifiesto que el problema está todavía sin resolver, por lo que es preciso desarrollar nuevas soluciones.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El objeto de la presente invención pretende resolver al menos uno de los inconvenientes del estado de la técnica. Más en particular, un primer aspecto de la presente invención describe un filtro que comprende una membrana primaria destinada a estar en contacto íntimo con un extremo distal de una columna de tabaco, y que comprende un disco de material impermeable o semipermeable, de forma cilindrica, que está perforado por al menos un orificio que lo atraviesa en dirección perpendicular a la sección transversal de la membrana primaria, de tal forma que la superficie perforada presenta una sección libre de paso de entre el 0,2% y el 30% del total de la sección de la membrana primaria, donde la membrana primaria está sellada de manera inseparable con un extremo distal de una membrana fibrosa.
Además, el filtro puede ser alargado y estar dotado de dos membranas primarias que están unidas de manera inseparable a ambos extremos de la membrana fibrosa que comprende a su vez una sección debilitada con objeto de que un usuario realice el corte manualmente o con instrumento para tal fin a través de dicha sección debilitada. Por lo tanto, cada uno de estos filtros alargados representaría dos filtros listos para ser utilizados, por ejemplo, en tabaco de liar, cada uno de ellos en contacto con columnas de tabaco distintas. También pueden ser utilizados en máquinas de fabricación de cigarrillos convencionales.
Un segundo aspecto de la presente invención se refiere a una instalación para fabricar este tipo de filtros, que comprende:
- un molde que comprende una base y una pieza de alojamiento que a su vez comprende una o más aberturas pasantes que definen uno o más compartimentos,
- una lámina con una cara adhesiva destinada a entrar en contacto íntimo con el extremo distal de la membrana fibrosa, y
- una prensa para troquelar configurada para prensar la lámina sobre la superficie superior de la pieza de alojamiento y sobre los extremos distales de las membranas fibrosas introducidas en los compartimentos, de tal manera que, al prensar, la lámina es sellada de manera inseparable con el extremo distal de la membrana fibrosa.
Preferiblemente, las una o más aberturas pasantes en una superficie superior de la pieza de alojamiento comprenden unos nervios alrededor del perímetro delimitado por las aberturas, dichos nervios dotados de un filo, de una configuración tal que, cuando la base es colocada debajo de la pieza de alojamiento y una membrana fibrosa es introducida en el compartimento, el extremo distal de la membrana fibrosa queda introducido y posicionado a ras con el filo de los nervios.
Para la introducción de los filtros dentro de los compartimientos de la pieza de alojamiento del molde, la instalación puede estar provista de una pieza cargadora de filtros que comprende una pluralidad de canales de alimentación que son concéntricos a las aberturas pasantes cuando la pieza cargadora de filtros está colocada o acoplada encima del molde. Nótese que la pieza cargadora de filtros puede tener una configuración perimetral similar o igual a aquella de la pieza de alojamiento.
La pieza cargadora de filtros puede ser acoplable mediante unos elementos de acoplamiento dispuestos de tal forma que al acoplar los canales de alimentación estén alineados y centrados de manera concéntrica a los compartimentos.
Existen múltiples opciones para aplicar el orificio necesario del filtro producto con las dimensiones necesarias y que penetre la membrana primaria que es el resultado final de la lámina adhesiva una vez ésta ha sido troquelada y sellada sobre la membrana fibrosa. Por ejemplo, la lámina puede disponer de orificios con una superficie de entre el 0,2% y el 30% del total de la sección transversal
de la membrana fibrosa, dichos orificios realizados con objeto de ser coincidentes con las aberturas pasantes cuando la lámina es colocada sobre la pieza de alojamiento, antes del prensado, de tal forma que al prensar la lámina sobre el extremo distal de la membrana fibrosa, se fabrican simultáneamente una pluralidad de filtros dotados de una membrana primaria sellada de manera inseparable con un extremo distal de una membrana fibrosa con un orificio que la atraviesa en dirección perpendicular a la sección transversal de la membrana primaria.
En otra realización, a modo de ejemplo, la pieza de extracción puede estar dotada de unos pinchos a los salientes que se prolongan desde una porción distal de dichos salientes, donde dichos pinchos presentan una superficie transversal o de corte que es entre el 0,2% y el 30% del total de la sección transversal de la membrana fibrosa, de tal manera que, simultáneamente a la extracción de las membranas fibrosas ya unidas de manera inseparable con las membranas principales, se perfora el orificio dando lugar a los filtros antes descritos. Los pinchos pueden ser concéntricos a los compartimentos, o pueden incluir más de un pincho asimétrico con objeto de perforar más de un agujero con las dimensiones arriba descritas (entre un 0,2% y un 30% del total de la sección transversal de la membrana fibrosa).
Preferentemente, la instalación comprende una cinta transportadora provista de una estación de alimentación dotada de la pieza cargadora de filtros para posicionar e introducir las membranas fibrosas en la pieza de alojamiento, una estación de prensa donde está dispuesta la prensa.
Además, la instalación puede disponer de una estación de depurado dotada de elementos de extracción que retiran la porción de lámina residual en la superficie superior de la pieza de alojamiento después de prensar y sellar la lámina sobre las membranas fibrosas. Nótese que, puede incluir además una estación de perforado de orificios o este perforado puede estar incluido en una estación de extracción haciendo uso de la pieza de extracción.
Un tercer aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de cualquiera de los filtros arriba descritos, que comprende las etapas de: a.) introducir una pluralidad de membranas fibrosas en unos compartimentos de un molde, donde dichos compartimentos están configurados para recibir y alojar a ras cada una de las membranas fibrosas, b.) colocar una lámina con una cara adhesiva en contacto íntimo con el extremo distal de las membranas fibrosas que están introducidas en los compartimentos del molde, c.) prensar haciendo uso de una prensa, la lámina que está dispuesta contigua al molde y en contacto íntimo con las membranas fibrosas, sellando así de manera inseparable la membrana fibrosa con unas porciones de contacto de la lámina que están en contacto con el extremo distal de las membranas fibrosas.
El procedimiento puede comprender una etapa adicional que comprende retirar del molde las membranas fibrosas selladas a las láminas, y perforar simultáneamente a la extracción unos orificios en la porción de lámina que ha sido sellada a la membrana fibrosa, dichos orificios de una sección de entre el 0,2% y el 30% del total de la sección transversal de la membrana fibrosa, retirando así una pluralidad de filtros con una lámina fibrosa sellada de manera inseparable con una membrana principal que comprende el orificio.
Alternativamente, el procedimiento puede comprender una etapa en la que se realizan orificios en la lámina antes de realizar el prensado. Los orificios pueden ser concéntricos a la sección transversal de la membrana fibrosa, puede ser un orificio no concéntrico, o pueden ser más de uno dispuestos de forma asimétrica respecto de la sección transversal de la membrana fibrosa.
Si se desean fabricar como producto final filtros alargados con una sección intermedia debilitada destinada a ser cortada por el fumador, el procedimiento comprende, además, las siguientes etapas:
d.) reintroducir las membranas fibrosas en una dirección opuesta a aquella del paso a.) en los compartimentos del molde, donde dichos compartimentos están configurados para recibir y alojar a ras cada una de las membranas fibrosas, e.) colocar una lámina con una cara adhesiva en contacto íntimo con el extremo proximal de las membranas fibrosas que están introducidas en los compartimentos del molde, f.) prensar haciendo uso de una prensa, la lámina que está dispuesta contigua al molde y en contacto íntimo con el extremo proximal de las membranas fibrosas, sellando así de manera inseparable el proximal distal de la membrana fibrosa con porciones de contacto de la lámina.
En cuanto a la realización de los orificios de las membranas principales, éstos pueden ser perforados antes del prensado o durante la extracción, en una cualquiera las realizaciones arriba comentadas, en este caso, perforando ambos extremos o con láminas que ya disponen de los orificios en la localización deseada antes del prensado/sellado.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1a.- Muestra una vista en perspectiva de una primera realización del filtro reductor de alquitranes y compuestos tóxicos del humo del tabaco de acuerdo con una primera realización preferente de la presente invención.
Figura 1 b.- Muestra una vista en perspectiva de una segunda realización del filtro de acuerdo con una segunda realización de la presente invención.
Figura 2.- Muestra una vista en perspectiva de una realización preferente de la instalación de fabricación de filtros, donde se ¡lustra el molde, la lámina, la prensa, la pieza extractora, entre otros.
Figura 3.- Muestra una vista en corte del molde, la prensa y la pieza extractora de acuerdo con una realización preferente de la presente invención.
REALIZACIÓN REFERENTE DE LA INVENCIÓN
La figura 1a muestra una vista en perspectiva del filtro (20) reductor de alquitranes y compuestos tóxicos del humo del tabaco, objeto de la presente invención, que comprende una membrana primaria (M1 ) destinada a estar en contacto íntimo con un extremo distal de una columna de tabaco (T), y que comprende un disco de material impermeable o semipermeable, de forma cilindrica, que está perforado por al menos un orificio (21 ) que lo atraviesa en dirección perpendicular a la sección transversal de la membrana primaria (M1 ), de tal forma que la superficie perforada presenta una sección libre de paso de entre el 0,2% y el 30% del total de la sección de la membrana primaria (M1 ), donde la membrana primaria (M1 ) está sellada de manera inseparable con un extremo distal de una membrana fibrosa (M3).
La figura 1 b comprende un filtro de acuerdo con la presente invención, del tipo que comprende, además, una membrana secundaria (M2) unida de manera inseparable al extremo opuesto de la membrana fibrosa (M3) que comprende a su vez una sección debilitada para que un usuario realice el corte a través de dicha sección debilitada.
El filtro (20) de la figura 1 b, puede ser también un producto intermedio del proceso que se describirá más adelante, que comprende realizar el corte de la membrana fibrosa (M3) por la mitad generando dos filtros (20) del tipo representado en la
figura 1a, dichos filtros (20) listos para ser utilizados por el usuario o fumador, o en máquinas de elaboración de cigarrillos convencionales.
La figura 2 muestra una realización preferente de la instalación (1 ) de fabricación de cualquiera de los filtros (20) de la figura 1a o 1 b.
Más en particular, de acuerdo con la realización preferente de la figura 2, la instalación comprende una cinta transportadora (2) provista de una estación de alimentación (15) dotada de una pieza cargadora de filtros (13) para posicionar e introducir las membranas fibrosas (M3) en la pieza de alojamiento (3), una estación de prensa (16) donde está dispuesta la prensa (8) y una estación de depurado dotada de elementos de extracción, por ejemplo del tipo pinza (no mostrados), que retiran la porción de lámina (7) residual en la superficie superior (17) de la pieza de alojamiento (3) (la que no ha sido sellada), después de prensar y sellar porciones de la lámina (7) sobre las membranas fibrosas (M3).
Tal y como muestra la figura 2, el objeto de la invención se refiere a un molde (4) que comprende una base (11 ) y una pieza de alojamiento (3) que comprende una o más aberturas pasantes (5) que definen uno o más compartimentos, una lámina (7) con una cara adhesiva configurada para entrar en contacto íntimo con el extremo distal de la membrana fibrosa (M3), y una prensa (8) para troquelar configurada para prensar la lámina (7) sobre la superficie superior (17) de la pieza de alojamiento (3) y sobre los extremos distales de las membranas fibrosas (M3) introducidas en los compartimentos, de tal manera que, al prensar, la lámina (7) es sellada de manera inseparable con el extremo distal de la membrana fibrosa (M3).
Asimismo, la figura 2 muestra también una pieza cargadora de filtros (13) que comprende una pluralidad de canales de alimentación (14) que son concéntricos a las aberturas pasantes (5) cuando la pieza cargadora de filtros (13) está colocada o acoplada encima del molde (4).
En la realización preferente de la figura 2, la lámina (7) es perforada con uno o más orificios por compartimento, por lo que comprende uno o más orificios por
compartimento que ya han sido perforados antes del prensado, dichos orificios con una superficie de entre el 0,2% y el 30% del total de la sección transversal de la membrana fibrosa (M3). Los orificios pueden estar configurados para ser coincidentes con las aberturas pasantes cuando la lámina es colocada sobre la pieza de alojamiento, de tal forma que al prensar la lámina sobre el extremo distal de la membrana fibrosa, se fabrican simultáneamente una pluralidad de filtros dotados de una membrana primaria (M1 ) sellada de manera inseparable con un extremo distal de una membrana fibrosa (M3) con un orificio (21 ) que la atraviesa en dirección perpendicular a la sección transversal de la membrana primaria (M1 ). Alternativamente, puede disponer de más de un orificio que pueden no ser concéntricos, y pueden estar dispuestos simétrica o asimétricamente respecto de la superficie transversal de la membrana fibrosa (M3).
La figura 3 muestra más detalladamente que, en una realización preferente, las una o más aberturas pasantes (5) en una superficie superior (17) de la pieza de alojamiento (3) comprenden unos nervios (6) dotados de un filo (12), de una configuración tal que, cuando la base (11 ) es colocada debajo de la pieza de alojamiento (3) y una membrana fibrosa (M3) es introducida en el compartimento, el extremo distal de la membrana fibrosa (M3) queda introducido y posicionado a ras con el filo (12) de los nervios (6),
Asimismo, la figura 3 muestra una vista en corte de una realización preferente de la pieza extractora (9), que comprende unos salientes (10) con unos pinchos (19) concéntricos a los salientes (10) que se prolongan desde una porción distal de dichos salientes (10), donde dichos pinchos (19) presentan una superficie transversal o de corte que es entre el 0,2% y el 30% del total de la sección transversal de la membrana fibrosa (M1 ), de tal manera que, simultáneamente a la extracción de las membranas fibrosas (M3) ya unidas de manera inseparable con las membranas primarias (M1 ), se perfora el orificio (21 ) dando lugar a los filtros (20).
EJEMPLOS
Para ilustrar el efecto de estas membranas, así como los posibles métodos de fabricación y uso, se han realizado diversos experimentos de fumado con tabaco 3R4F de la Universidad de Kentucky. Se han utilizado las condiciones de acondicionamiento y fumado descritas en la norma ISO 3308, tanto para los cigarrillos de referencia como para los que utilizan las distintas membranas de los ejemplos. Para preparar los cigarrillos se ha vaciado el tabaco de los cigarrillos 3R4F. Se han utilizado siempre los mismos tubos del 3R4F al que se han incorporado los filtros descritos, bien los propios filtros (se han extraído y se han vuelto a incorporar) o bien los filtros incluyendo la correspondiente membrana (M1 ). Se ha utilizado una máquina de fumar ya de acuerdo con las especificaciones de la norma ISO 3308. Se han analizado los gases obtenidos, así como la composición de la materia condensada en unos filtros Cambridge situados a continuación de los filtros estudiados, que corresponde a los alquitranes que inhalaría el fumador. Se han realizado distintos experimentos con membranas de papel, cartón, plancha de espuma de EVA de 2 mm de espesor, obtenidas todas ellas por troquelado, que se han dispuesto en la posición adecuada en los tubos de los cigarrillos 3R4F, así como con membranas obtenidas por fusión superficial del extremo del filtro en contacto con el tabaco y posterior perforación, por deposición de una película de una disolución de acetato de celulosa en el mismo extremo del filtro y posterior perforación, por pintado con una pintura acrílica y posterior perforación, así como otras realizaciones. Todas ellas han proporcionado los mismos resultados en función del diámetro de los orificios, por lo que sólo se presentan algunos de ellos.
En todos los casos se han fumado 15 cigarrillos siguiendo las especificaciones de la norma ISO 3308 (caladas de 2 s de duración, volumen aspirado 35 mL, frecuencia de caladas 60 s y pérdida de presión en la calada menor de 300 Pa, se fuma hasta 4 mm del filtro). Todas las muestras han generado pérdidas de presión menores a las especificadas.
Los cigarrillos se acondicionan a temperatura ambiente y 60% de humedad
relativa, manteniéndolos en un desecador provisto de una disolución saturada de nitrito sódico, al menos durante 48 h antes de ser fumados.
Los productos condensables retenidos en la trampa posterior al filtro se extraen con 2-propanol, asegurándose que se recuperan todos los compuestos retenidos en la trampa. A continuación, el extracto se seca con sulfato sódico y se reserva para su posterior análisis por GC.
La determinación del contenido en CO y CO2 en la fracción no condensable se lleva a cabo por GC, utilizando un detector de conductividad térmica (GC-TCD) y una columna concéntrica CTRI, en un equipo SHIMADZU GC-14A, utilizando un calibrado mediante patrones externos. La cuantificación ha sido realizada calculando el factor de respuesta.
Los compuestos presentes en la fracción condensada se analizan por GC con detector por espectrometría de masas (GC-MS), utilizando una columna HP-5MS.
Los compuestos se han identificado utilizando la biblioteca Wiley MS.
A continuación, describiremos algunas realizaciones a modo de ejemplo del resultado de la utilización de este tipo de sistemas en experimentos de fumado.
Realización 1
En el primer ejemplo se muestra el resultado de utilizar una membrana consistente en un círculo de cartulina de filtro de 8 mm de diámetro con una perforación de 1 mm de diámetro. Esta membrana primaria está ubicada entre la columna de tabaco (T) y el filtro de acetato de celulosa de 8 mm de diámetro y 17 mm de longitud de los cigarrillos 3R4F.
Se produce una importante condensación de alquitranes inmediatamente después del orificio. El extremo del filtro convencional en contacto con el fumador está considerablemente menos sucio que en el caso de no utilizar la membrana
perforada. La Tabla 1 muestra la nicotina, alquitranes y monóxido de carbono recogidos en la corriente gaseosa y en la materia condensadas en el filtro Cambridge situado aguas abajo del cigarrillo. Así como la de una serie de compuestos mayoritarios en el cromatograma correspondiente a los gases y los productos condensados. La membrana perforada ha generado una reducción del orden del 57 % en nicotina y alquitranes. En el caso del CO y otros compuestos presentes en los gases la reducción obtenida es menor.
Tabla 1. Reducciones obtenidas al utilizar la membrana perforada de cartulina de 8mm de diámetro y un orifico de 1 mm de diámetro y filtro convencional (MF), respecto a la utilización de sólo el filtro convencional (F). (Reducción=100x(masa de producto usando F-masa de producto usando MF)/masa de producto usando F)
Realización 2
Se han fumado cigarrillos utilizando filtros del mismo tipo de los descritos la primera realización pero con orificios de distintos diámetros (0.8, 0.9, 1 ,0 y 1 ,1 mm). Se ha observado que las reducciones aumentan al disminuir el diámetro del orificio, pero la pérdida de presión aumenta considerablemente, por lo que no sería viable utilizar una única perforación de menos de 0.9 mm de diámetro. También se ha probado a aumentar el número de orificios del mismo diámetro, y se ha comprobado que las reducciones disminuyen al aumentar el número de ellos
Tabla 2. Reducciones (%) obtenidas con los filtros con membranas de un orificio de 0.8, 0.9,1 y 1.1 mm.
Realización 3
Se han preparado filtros modificados para la inclusión de la membrana perforada por dos procedimientos el primero de ellos se ha realizado en una máquina prototipo que incluye un molde donde se posiciona el filtro, una plancha caliente de temperatura controlada que permite la fusión parcial del material del filtro y un útil que permite la perforación de la capa fundida. Otro procedimiento alternativo ha consistido en la preparación de una disolución concentrada de acetato de celulosa en acetona, la impregnación de uno de los externos del filtro con dicha disolución concentrada y la posterior evaporación del disolvente, para generar la película (membrana) impermeable. Posteriormente se ha perforado la membrana con el útil descrito anteriormente. Los resultados obtenidos con estos filtros, que incluyen la membrana con un orificio de 1 mm, han sido totalmente análogos a los descritos en la realización 1 . Este sistema presenta la ventaja adicional de que la membrana es inseparable del filtro, lo que supone un aspecto muy importante para el usuario, permite la fabricación en serie de estos filtros y es el principal avance de la presente invención.
Claims
1 Filtro (20) que comprende una membrana primaria (M1 ) destinada a estar en contacto íntimo con un extremo distal de una columna de tabaco (T), y que comprende un disco de material impermeable o semipermeable, de forma cilindrica, que está perforado por al menos un orificio (21 ) que lo atraviesa en dirección perpendicular a la sección transversal de la membrana primaria (M1 ), de tal forma que la superficie perforada presenta una sección libre de paso de entre el 0,2% y el 30% del total de la sección de la membrana primaria (M1 ), donde la membrana primaria (M1 ) está sellada de manera inseparable con un extremo distal de una membrana fibrosa (M3).
2.- El filtro (20) de la reivindicación 1 , en el que dos membranas primarias (M1 ) están unidas de manera inseparable a ambos extremos de la membrana fibrosa (M3) que comprende a su vez una sección debilitada para que un usuario realice el corte a través de dicha sección debilitada.
3.- Instalación de fabricación (1 ) de filtros de una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, que comprende:
- un molde (4) que comprende una base (11 ) y una pieza de alojamiento (3) que comprende una o más aberturas pasantes (5) que definen uno o más compartimentos, donde las una o más aberturas pasantes (5) en una superficie superior (17) de la pieza de alojamiento (3) comprenden unos nervios (6) dotados de un filo (12), de una configuración tal que, cuando la base (11 ) es colocada debajo de la pieza de alojamiento (3) y una membrana fibrosa (M3) es introducida en el compartimento, el extremo distal de la membrana fibrosa (M3) queda introducido y posicionado a ras con el filo (12) de los nervios (6),
- una lámina (7) con una cara adhesiva configurada para entrar en contacto íntimo con el extremo distal de la membrana fibrosa (M3),
- una prensa (8) para troquelar configurada para prensar la lámina (7) sobre la superficie superior (17) de la pieza de alojamiento (3) y sobre los extremos distales de las membranas fibrosas (M3) introducidas en los
compartimentos, de tal manera que, al prensar, la lámina (7) es sellada de manera inseparable con el extremo distal de la membrana fibrosa (M3).
4.- La instalación de la reivindicación 3, que comprende una pieza de extracción (9) dotada de una pluralidad de salientes (10) que, en uso, son introducidos al menos en parte dentro de los compartimentos definidos por las aberturas pasantes (5).
5.- La instalación de la reivindicación 3, que comprende una pieza cargadora de filtros (13) que comprende una pluralidad de canales de alimentación (14) que son concéntricos a las aberturas pasantes (5) cuando la pieza cargadora de filtros (13) está colocada o acoplada encima del molde (4).
6.- La instalación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además, una cinta transportadora (2) provista de una estación de alimentación (15) dotada de una pieza cargadora de filtros (13) para posicionar e introducir las membranas fibrosas (M3) en la pieza de alojamiento (3), una estación de prensa (16) donde está dispuesta la prensa (8).
7.- La instalación de la reivindicación 6, que comprende, además, una estación de depurado dotada de elementos de extracción que retiran la porción de lámina (7) residual en la superficie superior (17) de la pieza de alojamiento (5) después de prensar y sellar la lámina (7) sobre las membranas fibrosas (M3).
8.- La instalación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la lámina comprende orificios con una superficie de entre el 0,2% y el 30% del total de la sección transversal de la membrana fibrosa (M1 ), donde dichos orificios están configurados para ser coincidentes con las aberturas pasantes cuando la lámina es colocada sobre la pieza de alojamiento, de tal forma que al prensar la lámina sobre el extremo distal de la membrana fibrosa (M3), se fabrican simultáneamente una pluralidad de filtros (20) dotados de una membrana primaria (M1 ) sellada de manera inseparable con un extremo
distal de una membrana fibrosa (M3) con un orificio (21 ) que la atraviesa en dirección perpendicular a la sección transversal de la membrana primaria (M1 ).
9.- La instalación de la reivindicación 4, en el que a la pieza de extracción (9) comprende unos pinchos (19) concéntricos a los salientes (10) que se prolongan desde una porción distal de dichos salientes (10), donde dichos pinchos (19) presentan una superficie transversal o de corte que es entre el 0,2% y el 30% del total de la sección transversal de la membrana fibrosa (M3), de tal manera que, simultáneamente a la extracción de las membranas fibrosas (M3) ya unidas de manera inseparable con las membranas primarias (M1 ), se perfora el orificio (21 ) dando lugar a los filtros (20).
10.- Procedimiento de fabricación de los filtros de una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, que comprende las etapas de: a.) introducir una pluralidad de membranas fibrosas (M3) en los compartimentos de un molde (4), donde dichos compartimentos están configurados para recibir y alojar a ras cada una de las membranas fibrosas (M3), b.) colocar una lámina (7) con una cara adhesiva en contacto íntimo con el extremo distal de las membranas fibrosas (M3) que están introducidas en los compartimentos del molde (4), c.) prensar haciendo uso de una prensa (8), la lámina que está dispuesta contigua al molde y en contacto íntimo con las membranas fibrosas (M3), sellando así de manera inseparable la membrana fibrosa (M3) con porciones de contacto de la lámina (7).
11.- El procedimiento de la reivindicación 10, que comprende retirar del molde (4) las membranas fibrosas (M3) selladas a las láminas (7) haciendo uso de una pieza de extracción (9) con unos salientes (10) que comprenden unos pinchos (19), y perforar simultáneamente a la extracción de las mismas unos orificios en la porción de lámina (7) que ha sido sellada a la membrana fibrosa (M3), dichos orificios provistos de una sección de entre el 0,2% y el 30% del total de la sección transversal de la membrana fibrosa (M3), retirando así una pluralidad de filtros
con una lámina fibrosa (M3) sellada de manera inseparable con una membrana primaria (M1 ) que comprende el orificio (21 ).
12.- El procedimiento de la reivindicación 10, que comprende, además, perforar unos orificios en la lámina (7) antes del paso c.), donde dichos orificios son concéntricos a los compartimentos y de una sección de entre el 0,2% y el 30% del total de la sección transversal de la membrana fibrosa (M3).
13.- El procedimiento de la reivindicación 10, que comprende, además: d.) reintroducir las membranas fibrosas (M3) en una dirección opuesta a aquella del paso a.) en los compartimentos del molde (4), donde dichos compartimentos están configurados para recibir y alojar a ras cada una de las membranas fibrosas (M3), e.) colocar una lámina (7) con una cara adhesiva en contacto íntimo con el extremo proximal de las membranas fibrosas (M3) que están introducidas en los compartimentos del molde (3), f.) prensar haciendo uso de una prensa (8), la lámina que está dispuesta contigua al molde y en contacto íntimo con el extremo proximal de las membranas fibrosas (M3), sellando así de manera inseparable el proximal distal de la membrana fibrosa (M3) con porciones de contacto de la lámina (7).
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