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ayant pour objet :"PROCEDE POUR LA PRODUOTION DE FIURRE POUR
CIGARETTES ".-
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La pressais- invention est relative à de* bandes non tissé * que l'on peut faire passer dans un jet de fluide turbulent, de façon à former des filtre$ pour cigarettes de faible dansité et de grande efficacité.
La technique des filtre$ pour cigarettes s'est ra- pidement étendue au coure des dernières -années. Cette tech- nique cet complexe,en raison des nombreux facteurs esthéti- que$ et pratiques importante qui doivent âtre respectés dans un filtre pour cigarette, pour que celui-ci scit commeroia- lement acceptable.
Ainsi, le filtre doit retenir efficacement les Matières en particule , saut éliminer une trop grande partie des constituante désirée au point de vue du goût* Par ailleurs$ le filtre ne doit pas nécessiter une chute de pres- lion excessive, pour permettre un passage acceptable de va- peur de fumée;
n'il n'en est pas ainsi, le fumeur peut âtre amené à devoir tirer excessivement sur la cigarette
Dans le passé, il était de pratique courante de fa- briquer des filtrée de cigarettes à partir de faisceaux de libres ou à partir de feuilles de papier crêpe qui sont sa pillées froissées ou enroulées de manière à former l'élément de filtre.
Le brevet belge n 568 524 décrit des "plexifilaments' en polyéthyléne linéaire pouvant être utilisés comme fittre pour la fumée de tabac dans Ion cigarettes, les piexifilaments utilisés dans ces filtre sont des faisceaux composés d'un
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réseau tridimensionnel de fibrilles et de pellicules extrê- mement fins, qui présentent une grande surface. Bien que ce produit possède une efficacité de filtration remarquable, il cet difficile à transformer en filtres pour cigarettes.
Tout d'abord, dans le procédé selon le brevet belge susdit, le faisceau est filé à des vitesses tellement élevées qu'il ne peut pas être enroulé de la manière habituelle. Si le faisceau est recueilli sous forme d'un gâteau, on éprouve des difficul- tés considérables pour re-enrouler ce faisseau, à cause de la tendance qu'il a de ooller à lui-même et de s'emmêler. Au surplus, l'obtention de faisceaux de filaments possédant les dimensions voulues pour la pré paration/de filtres exige beau- coup de soin.
Un produit en forme de feuille non tissée, flexible et cohérente peut être obtenu, en recueillant le produit du brevet belge n 568 524 sur une courroie mobile, de façon que le toron ou faisceau chevauche sur lui-môme de manière dé sor- donnée. Cette feuille est cependant trop fragile que pour pouvoir 8tre traitée dans une mschine à fabriquer des cigare; tes en continu. Par ailleurs, si la feuille est calandrée et si des filtres pour cigarettes en sont découpés, on constate que la chute de pression dans ces filtres est excessive, lors- qu'une quantité suffisante de matière est utilisée pour obte- nir une filtration adéquate.
La présente invention a pour objet une matière plexifilamenteuse se présentant sous une forme telle qu'elle peut être utilisée dans un procédé de fabrication de filtres pour cigarettes.
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L'invention a également peur objet un procédé pour transformer une matière plexifilamonteuse en un filtra pour fumée de tabac, sans que se produise un enchevêtrement ou une formation de mâchée au cours du traitement.
Ces objectifs sont atteinte, en préparant une matiè- re plexifilementeuse sous forme d'une bande continue et mince ayant un denier compris entre 10 000 et 50 000 et une densité et comprise entre 0,15 et 0,75 g/cm3./en faisant passer la bande à travers un jet de fluide turbulent on forme de fonte, de façon à former un faisceau de filaments volumineux possédant une section transversale correspondant à 5 à 100 fois celle de la bande de départ.
Dans les dessins oi-annexés, - la figure 1 est un schéma montrant la préparation d'une bande par filature, formation d'une feuille, calandrage et découpage; - la figure 2 montre la manière dont la bande est rendue volumineuse et l'appareil utilisé à cette fin, et - la figure 3 est une coupe transversale d'une ban- de plexifilamenteuse à un agrandissement d'environ 4 X, les filaments étant partiellement séparés l'un de l'autre
La bande plexifllamenteuse utilisée conformément à la présante invention ont constituée de faisceaux plexifila menteux qui sont formée par un réseau tridimensionnel d'éléments du type pellicule-fibrille.
Ces éléments sont extrêmement min- ces, leur épaisseur étant infér9ieure à 4 microns. Dans les pro- duits préférés, les éléments du type pellicule-fibrille ont une épaisseur inférieure à 2 microns. Ces éléments sont au moins Cinq. foin plus larges qu'épais, leur largeur réelle étant comprise entre environ 1 micron et environ 1000 microns.
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On préfère que plus de la moitié de)' fibrilles
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Aient une longueur inférieure & lt5 cm (.nt:1 les point* d'at- tache)* Les pointa diattaôhe qui sont disposés 8patla1.ment danc plusieurs plana dans le sens de la largtur, de la lon- gueur et do l'épaieseur du faisceau forment la structure tri- dimensionnelle
L'orientation principalement longitudinale des
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fibrilles de tous Ion faisceaux plexir11amtnteux ressort Q1&1- rement du fait que tous 40. faisceaux sont beaucoup plut ré- aistante au ddoliîrement ou à la rupture transversale qu'à une division longitudinale, L'alin4néra1 du éléments fibreux dans une direction parallèle à lt'#du filament est aiadmont dîooernable à l'otil nu pour la plup*5?t des pro- duits plexit11amcnteux.
Les faisceaux plexifilamenteux suivant l'invention sont en polymère cristallisé. On a constate, non sono surpri- se, que lorsque la matière pelliculaire contenue dans le fais- ceau filé est constitue par un polymère cristallisé cette matière est sensiblement orientée, ainsi qu'on peut le menu-
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rer par diffraction électronique, c'o.t-à-d1ro que les angles d'orientation de diffraction électronique de cette matière
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sont inférieurs à 9000# On suppose quo la résistance élevée du faisceau plexîfîlamenteux filé est en relation étroite avao l'or1ontotion arlotallîne dans le ruban poll1oul1re et avec l'arrangement atmoturel des fibrilles aux-même* dans le faisceau.
Dans les produits orientée cristallisée préférés suivant l'invention, les fibrilles- pellicules ont
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des angles de diffraction électronique inférieures à 55*â L'orientation des criatalliaes dans les fibrilles pellioula1- res correspond à la direction générale de l'axe de ces
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fibrille
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oonfomdmont présents invention, lee t,il1'IUX 1,x1tilam.nt.ux sont d'abord assemblée tous forme d'une fouille lâche, dans laquelle les réseaux don fibrille et su- perposent en formant des motifs ohevttuohanto' qui <'4t<nd<nt
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dans plusieurs directions.
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O.tt,u111. peut être obtenue à la main ou par voit mécanique Dans un procédé de pose directe particulièrement préféré onfalt passer une solution d'un polymère organique synthétique or1ato.lli8nblo, nous pression et à une température bien supérieure au point d'ébulJition du solvant, à travers y un orificet en sorte que le solvant s'évapore inetaniiiônent et qu'il ce forme un faisceau constitué d'un réseau de fibril- les pelliculaires z trois dimensions- Le faisceau heurte# au moment ou il Be forme, un ddtlootour qui l'étalé sous forma
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d'une nappe ayant une largeur plusieurs fois supérieure à
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celle dufa1eoeau originel. La nappe est dirigée immédiatement
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vers une courroie mobile, sans que le faisceau soit retenu entre le déflecteur et cette courroie.
Le déflecteur peut
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être constitua par n'importe quelle surface plnno, telle
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qu'uno plaque métallique montée de façon à frire un certain angle avec le courant de polymère sortant de 1' orifice susdit,
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à une distance tout au plus égale à 1,27 cm do l'orifice d'ox- truniont La t1ur. 1 montre le courant de polymère 1 sortant de l'orifice 2 de l'autoclave 3 et heurtant la plaque dufleo- trio. 4. La nappe 5 qui quitte la plaqut ddflootrice 4 ont
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recueillie sur la courroie mobile 6, soue forme d'une feuille
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7.
La matière contenue dans l'autoclave pousâde une tompoui- tion adéquate pour permettre son extrusion# comme décrit dans le brevet belge précité t. faisceau plexit1lament.ux
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continu peut évidemment être coupa en tronçons appropriée
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avant d'être posé sur la courroie mobile. le produit lâche obtenu peut être traité de diverses maniérée. Il peut $tre comprimé dans une direction perpendiculaire au plan de la nappe à l'aide de plaques ou de rouleaux de compression coo- pérant l'un avec ltautre. Ainsi, à la figure 1, la feuille 7 non comprimée, qui est déposée sur la courroie mobile 6, est calandres par des rouleaux 8, de façon à former une feuille comprimée 9.
Une pression est appliquée de maniée uniforme par les rouleaux de oalandrage. Lorsqu'elle quitte
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ceu rouleaux; la feuille peut être amenée dirtotosiant à un dispositif de découpage 10, qui la découpe en bandes possé- demi la largeur voulue. La feuille plu:itilar1uJ\tllu" découpée dans bandas eat utilisée sous sa forme légèrement 0,0'4 "om" dans laquelle elle possède une densité d'environ 0,034 g/oa?i mais on préfère l'utiliser sous des formée calandréte plus denses ayant une densité comprise entre 0,15 et 0#75 g/om3t L'épaisseur maximale de la feuille est cependant de 0,5 cm.
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Dans une forme d'exécution préférée, la feuille a une épals. saur infèrîeure h 0,125 oai.
Cependant, lorsqu'il s'agit de préparer des filtre* pour cigarette , on préfère que la feuille originelle soit
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composée de plexifilamenta formée > * - de fibrilles pelli... culaïres ayant une épaisseur inférieure à 4 microns*
Dans la mise en oeuvre de la présente inventiez, des feuilles plexifilamenteuses ayant des poids compris entre
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environ 0,25 once/yard2 et 10 onoes/yard2 et, de préférence, entre 1 et ? onoes/urd2 sont découpées en bandes ou rubans possédant une largeur uniforme, à l'aide d'un dispositif de découpage.
Ainsi, une feuille d'une largeur de 101,6 cm peut
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ttre découpée en une fois en 40 bandes d'une largeur de 2154
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ces bandes pouvant être enroulées, de manière continua, sur des bobines distinctes, sn utilisant une machine de découpage du type vendu par la société Hobba manufacturing Co., compor. tant une série de disques de découpage parallèles.
Ces bandes peuvent être enroulées sur des bobines ressemblant à celles utilisées pour les pellicules cinématographiques. Ou bien, plusieurs bandes distinctes peuvent être enroulées sur la même cylindre Après découpage, les bandes peuvent avoir une largeur comprise entre environ 0,76 cm et 25,4 cm.
Cependant, les bandes ont, de préférence, une largeur comprise entra
1,25 et 5 om environ, car elles peuvent alors être aisément transformées en filtrée pour cigarettes, après expansion dans un jet d'air, sans pliage, ni enroulement,
Une des formes préférées des fouilles cet celle d'une feuille modérément douce, qui a été gaufrée à l'aide d'un rouleau gaufré.Cette feuille porte dea lignée, des points ou d'autre. motifs denses imprimés.
la feuille gaufrée obtenue est transparente aux endroits denses (c'est-à-dire aux endroits qui correspondent à la partie en relief d'un rouleau de oalandrage gaufrée tandis qu'elle est par ailleurs opaque. la bande peut être gaufrée soit par un procédé dans lequel on opère à température ambiante, soit par un procédé dans lequel on opère à chaud. Les bandes gaufrées conviennent particulièrement pour uniformiser le produit, car apros expan- sion on obtient alors un faisceayu de filaments pelucheux sans noeuds ni boules, même lorsque des pressions de fluide très élevées sont utilisées pour rendre le produit volumineux.
La bande qui doit être utilisée pour l'élément de filtre peut être . formés en découpant une feuille possédant une grande largeur, par exemple d'environ 101 cm. Ou bien, elle peut être
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formée directement août forme d'un ruban étroit, aîmplozont par projection rapide sur une courroie ae trouvant relativement
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près de la filière.
Il est cependant essentiel que la feuille
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ou la bande soit ottlandree à l'aide d'un rouleau lisse ou gaufra, avant expansion dans un jet; si un tel calandrage n'a pas lieu, le produit est trop frugile que pour pouvoir Otre traité do manière continua. leu bandée plexitîlamonteunes utilisables pour fa- briquer de# filtres pour cigarettes sont çonstitudou de poly- mères synthétiques or1atalli'Ó8, tel* que des polyhydrooar- bures ooramo le polyc1thylbn. linéaire et le polypropvlbne Il-! néaire, don polyétliero tels que le polyoxyméthylènep des poly- amidon tels que le polyhexam6th'ylne adipamidepet do* polyst- tara, tels que le tér6vhtalatt de poly6thylilne, O'p.ndut, il est préférable de constituer les bandes de plexifilamonte composée de fibrilles pelliculaires en un polyhydvooarbure orienté oriatallia6t en particulier en polyéthylène linéaire.
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Conformément à la présente invention, les bandes
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plexif1amentQulo8 sont transformées en un faisceau volumi- neux, un les faisant passer à travers un jet 11, ooaae montré à la figure 2, possédant un passage 12 en forât de fente.
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Dans sa partie la plus étroite, ce passage présent une épais-
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our et une largeur ne dépassant pas deux toit l'épaisseur et la largeur de la bande, Le courant d'air ? agissant contre la bande fait avec le plan de cello-ci un angle compris entre 10 et 4504 La pression d'air dans le tuyau d'alimentation 13 est comprise entre 2,1 et 6p3 |g/om2 D'autres type% do dîopo- si tif. a d1 expansion par jet de fluide peuvent également être utilisé** Le ruban plexifïlamenteux est introduit dans le jet
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d'air à des vitesse$ comprises entre 5 et 150 yards/minute ou même davantage* La vitesse de la bande dans le jet cet contrôlée
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par deux rouleaux entrainée positivement.
Au sortir du jet# la bande et prisonte noua forma d'uaiaisoeau volumineux, dont la section trnn.v.r.alo peut avoir atteint le centuple de col- le de la bande. On constate, non sans surprise, que la sec- tion transversale a augmenta dans un mesure aussi considéra-
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blet xttms changement appréciable de longueur et stuis que les @ fibrilles se .oient brisés dans une moeurs appréciable* le faisceau pelucheux obtenu par le traitement susdit a une den-
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sité comprise entre OtOO1 et 0112 6/om3t tandis qu'il a une surface dliu moins 2 m2 par gramme* Le faisceau volumineux est éloigné du jet sensible- ment 4 la môme viteobe 20 e ot,
de préférence* - 5 1>) que celle à laquelle il a étd introduit dans le jet. Tant dans le cas ot la vitoume d'loignea<)9tt est plue rapide que dano le cas ott cette vitanne est plus lente que la vites.. d'alimenta... tion, on obtient un produit volumineux,
Le faisceau vplumineux sortant du jet peut être ame- né directement dana la goulotte colleotrioe d'une machine à
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fabriquer des cigarettes.
En appliquant un prooddd combiné d'expansion et de fabrication de filtres, le faisceau peut
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4'tre utilisé noue sa forât la plus pelucheuse* Etant donné qu'il n'est pas ndotenaire de transporter la bande sous forme volumineuse, il n'y a aucun danger d'altération du caractère volumineux, qui est essentiel pour une filtration uniforme et une chute de pression uniforme.
Dans Ce procédé combiné, le faisceau est réduit on dimensions, lors de son passage dans a goulotte et il acquiert la forme d'un filtre pour cigarette.
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Le filtre a ordinairement le m4me diamètre que la partie res- tante contenant du tabac de la cigarette. la densité du fil- tre peut être modifiée, selon le degré de filtration désiré*
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Cependant, cette densité doit 8"\,.1.8 comprise entre 0,018 gramme
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OTtaif8.,ié Une solution à 14" de polydtbylbno :
U.n4&1. r. po..4. dant un indice de fusion de 0,6 a été pt4p.48, Ou utilisant du comme solvant La solution a été ,
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préparée dans un autoclave à 18500 et bous une pression auto* gène de 44e8 ka/om2s ta solution a été admise à passa dans une ooupapa à aiguille réglable, dans laquelle dlle a subi une faible chute de pression, pour ttre amende ensuite dans un tuyau présentant un coude en 1# ce tuyau étant raccordé à une filière . La solution a passé dans la filière n direction horizontale. Cette filière possédait un orifice de section
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circulaire, présentant un diamètre de OP8 mm et un passage d'une longueur de 1,6 mm.
Le solvant ,test évaporé immédiatement à la sortie de la filière, en aorte que l'on a obtenu un faisceau forte- ment fibrille. Ce faisceau sortant horizontalement de la fi- lière a été amené à heurter une plaque défleotrioe faisant
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un angle de 700 avec l'axe du faisceau, après quoi o.l1- a été dirigé vers le bas sur une courroie mobile. La plaque défleotrioe était animée d'un mouvement oscillant, dé façon à former une feuille uniforme sur la courroie mobile.
La courroie, qui se déplaçait à une vitesse de 25 pieds par mi
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nute, a amené la feuille dans 1' Intervalle de pinoage de du rouleaux qui ont légèrement compressé la feuille à s.mp4rat ambiante ) la force agissant entre les rouleaux étant d'envi:
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4,' kg/2,5 cm de largeur des rouleaux..
La feuille obtenue après compression par les. rou- leaux possédait une densité apparente d'environ OP252 g/ce' Cette touille se présentait sous forât d'une fouille opaqu blanche et douce ayant une largeur d'environ 60 cm et une
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épaisseur de 0,0435 cm.
ette feuille était constitués entié- ramant de filaments continua de matière fortement fibrilles La feuille a été découpée, dans le sens de sa longueur, en 26 ruban. distincts ayant chacun une largeur de 2,25 on par passage dans un dispositif de chauffage à disques multiples.
Les rubans ou bandes individuels obtenue ont été enroulée simultanément sur des bobines distinctes, Le denier des ban- des était d'environ 22 000 et leur densité apparente de 0,252 g/cm2. Lorsque les filaments ont été retirée de la bande et examinés au microscope, on a constaté qu'ils étaient consti- tués de fibrilles pelliculaires formant un réseau à trois di- mensions. Sensiblement toutes les extrémités des fibrilles se trouvaient aux bords du ruban, où le découpage a ou lieu.
La bande a été amende dans un jet du type montré à la figure 2, les dimensions de la fente rectangulaire en son point le plus étroit étant de 2,5 cm x 0,0635 om. La pression d'air dans le tuyau d'alimentation était de 5.25 kg/om2. La vitesse d'alimentation de la bande était de 12 pieds par minu- te et la vitesse d'évacuation du produit expansé également de 12 pieds par minute.
Le produit pelucheux obtenu après expansion avait une section transversale sensiblement carrée, sa largeur étant d'environ 1,7 om de même que son épaisseur* La densité du produit pelucheux était d'environ 0,009 g/cm3. le filament pelucheux obtenu a été amené directement dans une machine à fabriquer des cigarettes, dans laquelle ce filament a été recueilli et comprimé légérement, en passant dans un conduit de section légèrement conique.
Le filament a été ensuite amené dans un dispositif d'enveloppement, dans le- quel une enveloppe en papier a été placée sur le filament
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et collée sur celui-ci. L'élément de filtre continu enveloppé continu avai tun diamètre d'environ 0,74 cm.
Cet élément a été amené ensuite dans un dispositif de découpage, qui l'a découpé en tronçons de 3,0 cm. oes tronçons ont été finalement découpée en deux à l'aide d'un autre dispositif de découpage, de facon 4 former des filtrée dune longueur de 1,5 cm. conve- nant pour être utilisé dans des cigarettes. L'élément de fil- tre obtenu contenait 0,030 g de matière plexifilamenteuse.
La densité de 1 élément de filtre, à l'exclusion de l'envelop- pe, était par conséquent d'environ 0,042 g/cm3.
EXEMPLE 11,
On a filé du polyéthylène linéaire de la manière décrite dans l'exemple 1 et on a recueilli ce produit nous tome d'une feuille, qui a été légèrement compriée, en appli- quant, au moyen de rouleaux, une pression d'environ 4,5 kg/ 2,5 cm de longueur des rouleaux. La feuille obtenue a été ensuite gaufrée par pansage entre deux roulasux, dont l'un était recouvert de toile ou de canevas La forée aryenne exer- cée au cours de cette seconde opération de compression était d'environ 9 kg/2,5 cm de largeur des rouleaux.
On a ainsi ob- tenu une feuille blanche présentant des pointe traneparnnta, aux endroits ou la pression était la plus élevée au cours du calandrage. La feuille possédait une texture très semblable @ à celle du canevas, des pointa transparente et minces se pré- sentant aux endroits ou les fila de chaîne et de trame se croisaient dans le tissu utilisé pour gaufrer la feuille* La feuille gaufrée avait encore le toucher doux de celle de l'exem- ple 1. Après gaufrage, la feuille avait une épaisseur de 0,446 cm. Cette feuille a été découpée en bandes d'une largeur de 2,25 cm.
Cette bande avait un denier d'environ 24 000 et une densité de 0,265 g/cm3.
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la bande gaufra a été rendue volumineuse par le procéda déorit dans l'exemple 1. On a ainsi obtenu un filament pelucheux ayant une épaisseur de 1,3 cm et une largeur de 2,0 on* La densité de ce filament était de 0,10 g/cm3.
Le filament volumineux a été amené directement dans une machine à fabriquer des cigarettes comme dans l'exemple 1. pour y être utilisée, en vue de former des filtres présentant les dimensions voulu. pour les cigarettes* Les éléments de filtre obtenus avaient un diamètre de 0,74 cm et une longueur de 1,5 cm. La densité de ce* élément, de filtre, à l'exclusion de l'enveloppe, était de 0,047 g/cm3.
Les éléments de filtrée préparée dans les exemples 1 et 11 ont été testés, afin de mesurer la chute de pression
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se présentant à des débit. de 1050 om3/minute dans des 018&- rettes. les élément$ de filtre ont également été testés ' de manière indépendante, sans tabac, lies deux filtrée en poly- éthylène ont été comparés . à un filtre constitua de fibres rondes en acétate de cellulose possédant un denier de 6 par filament. Le tableau 1 donne les résultats de ces casais.
L'essai de Cambridge, pour mesurer le goudron que laisse passer le filtra, est décrit par Wartman, W.B., Jr, et al.,
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Analytîoal chomé Q, Ho 10, 170-1709 (1959).
Goudron
TABLEAU I. ayant passé Longueur Poids travers Type du du Filtre cigarette le
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de filtra filtre m filtra a. seul , entière ....filtre....,
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<tb> plexifilamonte <SEP> non
<tb> gaufrés <SEP> 15 <SEP> 29.5 <SEP> 76,2 <SEP> 1.27 <SEP> 20,5
<tb>
<tb> plexifilamonts <SEP> groupe <SEP> 15 <SEP> 33,6 <SEP> 76,2 <SEP> 129,5 <SEP> 24,9
<tb>
<tb> filaments
<tb> ronde
<tb>
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d'acétatt 13 91,0 83,8 124,5 27,1
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Les filtres plexifilamenteux en polyéthyléne. bien que 'beaucoup plus légers que les filtres en acétate, se sont révélés presque équivalente à ceux-ci, en ce qui concerne la chute de pression.
Par contre, ils se sont révèles de loin supérieurs aux filtrée en acétate, en os qui concerne leur aptitude à absorber les goudrons. En résumé, on peut conclure que, même en n'utilisant qu'un tiers environ de matière dans le filtre, une filtration plus efficace a été obtenue avec le faisceau plexifilamenteux tandis qu'aucune altération n'a été constatée en oe qui concerne les caractéristiques esthé- tiques désirables et que la chute do pression était faible.
La bande plexifilementeuse suivant la présente inven- tion permet, dans le domaine de la farication des filtres pour cigarettes, la fabrication de filtres possédant une gran- de efficacité de filtration. Un des avantages de l'invention réside dans le fait que l'efficacité de filtration peut être contrôlée à volonté, en contrôlant le poids et le volume de matière utilisée dans le filtre.
Les matières en forme de bande offrent également l'avantage important de pouvoir être renduesvolumieuses jusqu'à dos volumes spécifiques très élevés, sans formation de grands canaux ou trous dans la structure du filtre; en conséquence, l'efficacité de la filtration est trés élevée après l'opération d'expansion et un filtre pour cigarette d'aspect agréable est obtenu.
Un autre avantage importait réside dune la facilité de transport qui est obtenue, lors qu'on utilise la bande comprimée, celle-ci étant rendue volumineuse à l'endroit où se fait la fabrication des ciga- rettes, La bande est exempte de bouts libres et est, par con- séquent, largement supérieure à des matières discontinues
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qui tendent à boucher Ion orifices débitant les/jets de fluide.
Il est évident que l'invention n'est pas limitée aux détails décrits plus haut et que de nombreuses modifica- tions peuvent être apportées à ces détails,eans sortir du
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catre de l'invention, tol qu'il est défini dcmo les rovundi- cations suivantes
REVENDICATIONS.
1.- Procédé d'obtention d'un filtre, caractérisé
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en ce nu'on pr6pare unu feuille de matière vlexil'11axnentaUQt), en ce qu'on comprime cette feuille, en oe qu'on découpe cette feuille en bandes, en ce qu'on amené une bande on un endroit où elle est frappée par un courant gazeux dans sa direction d'avancement et sous un angle compris entru 10 et 45 .par rapport au plan de la bande, de façon que celle-ci Doit expan- sée et que !!la densité doit ruduite, et en ce qu'on recueille la bande expansée.
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having for object: "PROCEDURE FOR THE PRODUCTION OF FIURRE FOR
CIGARETTES ".-
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The invention relates to * nonwoven bands * which can be passed through a jet of turbulent fluid, so as to form cigarette filters of low density and high efficiency.
The technique of filter $ for cigarettes has spread rapidly in recent years. This technique is complex, because of the many important aesthetic and practical factors that must be observed in a cigarette filter in order for it to function as commercially acceptable.
Thus, the filter must effectively retain the particulate matter, in order to eliminate too much of the constituents desired from the point of view of taste * In addition, the filter must not require an excessive pressure drop, to allow an acceptable passage vapor of smoke;
if this is not the case, the smoker may have to pull excessively on the cigarette
In the past, it has been common practice to make filtered cigarettes from loose bundles or from sheets of crepe paper which are crumpled or rolled up to form the filter element.
Belgian Patent No. 568 524 describes linear polyethylene plexifilaments which can be used as a filter for tobacco smoke in cigarettes, the piexifilaments used in these filters are bundles composed of a
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three-dimensional network of extremely fine fibrils and films, which have a large surface area. Although this product has remarkable filtration efficiency, it is difficult to convert into cigarette filters.
First of all, in the process according to the aforesaid Belgian patent, the bundle is spun at such high speeds that it cannot be wound up in the usual way. If the bundle is collected in the form of a cake, considerable difficulty is experienced in rewinding this bundle, owing to the tendency it has to roll up on itself and become tangled. Furthermore, obtaining filament bundles of the desired size for the preparation / filters requires great care.
A flexible and cohesive nonwoven sheet-like product can be obtained by collecting the product of Belgian Patent No. 568,524 on a moving belt so that the strand or bundle overlaps on itself in a distorted manner. This sheet is, however, too fragile to be able to be processed in a cigar making machine; your continuously. On the other hand, if the sheet is calendered and filters for cigarettes are cut therefrom, it will be found that the pressure drop in these filters is excessive, when a sufficient amount of material is used to achieve adequate filtration.
The present invention relates to a plexifilamentous material which is in a form such that it can be used in a process for manufacturing filters for cigarettes.
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The invention also relates to a method for converting a plexifilamontous material into a filter for tobacco smoke, without entanglement or chewing occurring during processing.
These objectives are achieved by preparing a plexifile material in the form of a continuous and thin strip having a denier of between 10,000 and 50,000 and a density of between 0.15 and 0.75 g / cm3. by passing the strip through a jet of turbulent fluid, it forms a cast iron so as to form a bundle of bulky filaments having a cross section corresponding to 5 to 100 times that of the starting strip.
In the accompanying drawings, - Figure 1 is a diagram showing the preparation of a web by spinning, forming a sheet, calendering and cutting; - Figure 2 shows how the tape is made bulky and the apparatus used for this purpose, and - Figure 3 is a cross section of a plexifilament tape at an enlargement of about 4X, the filaments being partially separated from each other
The plexifllamentous tape used according to the present invention consists of lying plexifila bundles which are formed by a three-dimensional network of elements of the film-fibril type.
These elements are extremely thin, their thickness being less than 4 microns. In preferred products, the film-fibril type elements are less than 2 microns thick. These elements are at least Five. hay that is wider than it is thick, its actual width ranging from about 1 micron to about 1000 microns.
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It is preferred that more than half of) 'fibrils
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Have a length less than <5 cm (.nt: 1 the points * of attachment) * The pointa diattaôhe which are arranged 8patla1.ment in several plana in the direction of the width, the length and the beams of the beam form the three-dimensional structure
The mainly longitudinal orientation of the
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fibrils of all the plexir11amtntous bundles arise from the fact that all 40. bundles are much more resistant to deflection or transverse rupture than to longitudinal division, the alin4ner1 of the fibrous elements in a direction parallel to the #of the filament is easily edible by the naked eye for most plexiglass products.
The plexifilamentous bundles according to the invention are made of crystalline polymer. It has been observed, not surprisingly, that when the film material contained in the spun bundle is constituted by a crystallized polymer, this material is substantially oriented, as can be observed.
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rer by electron diffraction, i.e. the angles of orientation of electron diffraction of this material
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are less than 9000 # It is assumed that the high strength of the spun plexiflamentous bundle is closely related to the arlotalline or1ontotion in the pollutant ribbon and with the atmospheric arrangement of the fibrils within the bundle.
In the preferred crystallized oriented products according to the invention, the fibrils-films have
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electron diffraction angles less than 55 * â The orientation of criatalliaes in the pellioular fibrils corresponds to the general direction of the axis of these
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fibril
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oonfomdmont present invention, lee t, il1'IUX 1, x1tilam.nt.ux are first assembled all in the form of a loose excavation, in which the networks don fibrillate and superimpose, forming ohevttuohanto 'patterns which <' 4t <nd <nt
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in several directions.
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O.tt, u111. can be obtained by hand or by mechanical means In a particularly preferred direct laying process onfalt pass a solution of a synthetic organic polymer or1ato.lli8nblo, under pressure and at a temperature well above the boiling point of the solvent, through There is an orificet so that the solvent evaporates inetaniiiônent and that it forms a beam made up of a network of fibril films z three dimensions- The beam hits # at the moment it forms, a ddtlootour which it spread under forma
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of a web having a width several times greater than
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that of the original fa1eoeau. The tablecloth is directed immediately
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towards a walking belt, without the harness being retained between the deflector and this belt.
The deflector can
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be constituted by any plnno surface, such
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a metal plate mounted so as to fry at an angle with the polymer stream leaving the aforementioned orifice,
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at a distance at most equal to 1.27 cm from the opening of the torus. 1 shows the polymer stream 1 exiting port 2 of autoclave 3 and impinging on the foilotrio plate. 4. The tablecloth 5 which leaves the deflower plate 4 have
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collected on the moving belt 6, in the form of a leaf
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7.
The material contained in the autoclave undergoes adequate compression to allow its extrusion as described in the aforementioned Belgian patent t. plexit1lament.ux bundle
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continuous can obviously be cut into appropriate sections
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before you sit on the walking belt. the loose product obtained can be treated in various ways. It can be compressed in a direction perpendicular to the plane of the web by means of compression plates or rollers cooperating with one another. Thus, in Figure 1, the uncompressed sheet 7, which is deposited on the moving belt 6, is calendered by rollers 8, so as to form a compressed sheet 9.
Pressure is applied uniformly by the spreading rollers. When she leaves
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ceu rollers; the sheet can be fed by the side to a cutting device 10, which cuts it into strips of the desired width. The sheet plus: itilar1uJ \ tllu "cut from bandas is used in its slightly 0.04" om "form in which it has a density of about 0.034 g / oa? I but it is preferred to use it in calendered forms. denser having a density between 0.15 and 0 # 75 g / om3t The maximum sheet thickness is however 0.5 cm.
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In a preferred embodiment, the sheet has an epals. will be less than 0.125 oai.
However, when it comes to preparing cigarette filters *, it is preferred that the original sheet be
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composed of plexifilamenta formed> * - of pelli ... culaïres fibrils having a thickness less than 4 microns *
In the implementation of the present invention, plexifilamentous sheets having weights between
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about 0.25 ounces / yard2 and 10 ounces / yard2 and preferably between 1 and? onoes / urd2 are cut into strips or ribbons having a uniform width, using a cutting device.
Thus, a sheet with a width of 101.6 cm can
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be cut at once into 40 strips with a width of 2154
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these strips can be wound continuously on separate reels, sn using a cutting machine of the type sold by the company Hobba Manufacturing Co., compor. both a series of parallel cutting discs.
These tapes can be wound on reels similar to those used for motion picture films. Or, several separate strips can be wound on the same cylinder. After cutting, the strips can be between about 0.76 cm and 25.4 cm wide.
However, the bands preferably have a width of between
1.25 and 5 om approximately, because they can then be easily transformed into filtered cigarettes, after expansion in an air jet, without folding or winding,
One of the preferred forms of excavation is that of a moderately soft sheet, which has been embossed using an embossed roller. This sheet has lineage, dots or the like. dense printed patterns.
the resulting embossed sheet is transparent at the dense places (i.e. at the places which correspond to the raised part of an embossed roll of oalandrage while it is otherwise opaque. the strip can be embossed either by a process in which the operation is carried out at room temperature, or by a process in which the operation is carried out hot. The embossed bands are particularly suitable for uniformizing the product, because after expansion one obtains a bundle of fluffy filaments without knots or balls, even when very high fluid pressures are used to make the product bulky.
The band that should be used for the filter element can be. formed by cutting a sheet having a large width, for example about 101 cm. Or she can be
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formed directly in the form of a narrow ribbon, increased by rapid projection on a belt ae finding relatively
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near the die.
However, it is essential that the leaf
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or the strip is ottlandree using a smooth or waffle roll, before expanding into a jet; if such calendering does not take place, the product is too frugal to be able to be processed continuously. The plexiglass bandage which can be used in the manufacture of filters for cigarettes are made of oratalli'Ó8 synthetic polymers, such as polyhydroarbides or polyethylbn. linear and polypropvlbne Il-! neaire, don polyétliero such as polyoxymethylene, poly-starch such as polyhexam6thylene adipamidepet do * polyst- tara, such as polyethylene tér6vhtalatt, O'p.ndut, it is preferable to constitute the bands of plexifilamonte composed of fibrils films in a polyhydvooarbide oriented oriatallia6t in particular linear polyethylene.
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In accordance with the present invention, the bands
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plexif1amentQulo8 are transformed into a bulky bundle, passing them through a jet 11, ooaae shown in Figure 2, having a slit-shaped passage 12.
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In its narrowest part, this passage presents a thick-
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our and a width not exceeding two roof the thickness and the width of the strip, The draft? acting against the strip makes with the cell plane an angle between 10 and 4504 The air pressure in the supply pipe 13 is between 2.1 and 6p3 | g / om2 Other type% do dîopo - if tif. Fluid jet expansion can also be used ** The plexifilamentous tape is introduced into the jet
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of air at speeds $ between 5 and 150 yards / minute or even more * The speed of the web in the jet is controlled
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by two positively driven rollers.
On leaving the jet # the tape and jail formed a voluminous water stream, the trnn.v.r.alo section of which may have reached a hundredfold in the tape's glue. It is not without surprise that the transverse section a increased to such a considerable extent.
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blet xttms appreciable change in length and stuis that the @ fibrils have broken in an appreciable way * the fluff bundle obtained by the aforesaid treatment has a den-
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sity between OtOO1 and 0112 6 / om3t while it has a surface area of at least 2 m2 per gram * The voluminous beam is moved away from the jet appreciably 4 the same quicklyobe 20 e ot,
preferably * - 5 1>) than that to which it was introduced into the jet. Both in the case where the distance speed is greater than in the case ott this vitanne is slower than the feed speed, a bulky product is obtained,
The vpluminous bundle coming out of the jet can be brought directly into the collector chute of a machine.
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make cigarettes.
By applying a combined expansion and filter fabrication prooddd, the beam can
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4'be used knots its fluffiest forest * Since it is not necessary to transport the tape in bulky form, there is no danger of altering the bulkiness, which is essential for uniform filtration and a uniform pressure drop.
In this combined process, the beam is reduced in size as it passes through a chute and it acquires the shape of a cigarette filter.
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The filter usually has the same diameter as the remaining tobacco-containing portion of the cigarette. the density of the filter can be changed, depending on the desired filtration degree *
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However, this density should be 8 "\,. 1.8 between 0.018 gram
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OTtaif8., Ié A 14 "solution of polydtbylbno:
U.n4 & 1. r. po..4. where a melt index of 0.6 was pt4p.48, Or using solvent as the solution The solution was,
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prepared in an autoclave at 18500 and under an autogenous pressure of 44e8 ka / om2s your solution was passed through an adjustable needle ooupapa, in which it underwent a slight drop in pressure, to then be fine in a pipe having a 1 # elbow, this pipe being connected to a die. The solution passed in the die n horizontal direction. This die had a section orifice
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circular, with a diameter of OP8 mm and a passage length of 1.6 mm.
The test solvent evaporated immediately at the outlet of the die, resulting in a strongly fibrillated bundle. This beam emerging horizontally from the branch was caused to strike a defleotrioe plate making
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an angle of 700 with the beam axis, after which o.l1- was directed downward on a moving belt. The defleotrioe plate was oscillated to form a uniform sheet on the walking belt.
The belt, which was moving at a speed of 25 feet per mi
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nute, brought the sheet into the pinoing interval of the rollers which slightly compressed the sheet at ambient pressure) the force acting between the rollers being approximately:
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4, 'kg / 2.5 cm roll width.
The sheet obtained after compression by. The rolls had an apparent density of about OP252 g / cc 'This tumbler came under the forest of a white and soft opaque excavation having a width of about 60 cm and a
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thickness of 0.0435 cm.
This sheet consisted entirely of continuous filaments of strongly fibrillated material. The sheet was cut lengthwise into a ribbon. each having a width of 2.25 µm per pass through a multiple disc heater.
The resulting individual ribbons or strips were simultaneously wound onto separate spools. The denier of the strips was about 22,000 and their bulk density was 0.252 g / cm2. When the filaments were removed from the web and examined under a microscope, they were found to consist of film fibrils forming a three-dimensional network. Substantially all of the ends of the fibrils were at the edges of the ribbon, where the cutting takes place.
The tape was fine in a spray of the type shown in Figure 2, the dimensions of the rectangular slit at its narrowest point being 2.5 cm x 0.0635 µm. The air pressure in the supply pipe was 5.25 kg / om2. The web feed rate was 12 feet per minute and the foam discharge rate was also 12 feet per minute.
The fluff product obtained after expansion had a substantially square cross section, its width being about 1.7 µm as well as its thickness. The density of the fluff product was about 0.009 g / cm3. the fluffy filament obtained was brought directly into a cigarette-making machine, in which this filament was collected and lightly compressed, passing through a duct of slightly conical section.
The filament was then fed into a wrapping device, in which a paper envelope was placed over the filament.
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and glued onto it. The continuous wrapped continuous filter element had a diameter of about 0.74 cm.
This element was then fed into a cutting device, which cut it into 3.0 cm sections. These sections were finally cut in half using another cutting device, in order to form filtered sections with a length of 1.5 cm. suitable for use in cigarettes. The obtained filter element contained 0.030 g of plexifilamentous material.
The density of 1 filter element, excluding the shell, was therefore about 0.042 g / cm3.
EXAMPLE 11,
Linear polyethylene was spun as described in Example 1 and this product was collected from a sheet, which was slightly compressed, applying, by means of rollers, a pressure of about 4. , 5 kg / 2.5 cm roll length. The resulting sheet was then embossed by grooming between two rollers, one of which was covered with canvas or canvas. The Aryan borehole exerted during this second compression operation was approximately 9 kg / 2.5 cm. roll width.
There was thus obtained a white sheet having traneparnnta points at the places where the pressure was highest during calendering. The sheet had a texture very similar to that of the canvas, with thin transparent pointa showing where the warp and weft yarns crossed in the fabric used to emboss the sheet * The embossed sheet still felt soft from that of Example 1. After embossing, the sheet had a thickness of 0.446 cm. This sheet was cut into strips with a width of 2.25 cm.
This band had a denier of about 24,000 and a density of 0.265 g / cm3.
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the waffle strip was made bulky by the process deorit in Example 1. There was thus obtained a fluffy filament having a thickness of 1.3 cm and a width of 2.0 ounces * The density of this filament was 0, 10 g / cm3.
The bulky filament was fed directly into a cigarette making machine as in Example 1 for use there, to form filters of the desired dimensions. for cigarettes * The filter elements obtained had a diameter of 0.74 cm and a length of 1.5 cm. The density of this filter element, excluding the shell, was 0.047 g / cm3.
The filter elements prepared in Examples 1 and 11 were tested in order to measure the pressure drop
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occurring at debit. of 1050 om3 / minute in 018 & - rettes. The filter elements were also tested independently, without tobacco, the two filtered polyethylene were compared. to a filter made of round cellulose acetate fibers having a denier of 6 per filament. Table 1 gives the results of these cases.
The Cambridge test, to measure the tar passed through the filtra, is described by Wartman, W.B., Jr, et al.,
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Analytical Chome Q, Ho 10, 170-1709 (1959).
Tar
TABLE I. having passed Length Weight through Type of the cigarette filter on
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de filtra filter m filtra a. alone, whole .... filter ....,
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<tb> plexifilamonte <SEP> no
<tb> embossed <SEP> 15 <SEP> 29.5 <SEP> 76.2 <SEP> 1.27 <SEP> 20.5
<tb>
<tb> plexifilamonts <SEP> group <SEP> 15 <SEP> 33.6 <SEP> 76.2 <SEP> 129.5 <SEP> 24.9
<tb>
<tb> filaments
<tb> round
<tb>
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acetatt 13 91.0 83.8 124.5 27.1
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Polyethylene plexifilament filters. although 'much lighter than acetate filters, have been found to be nearly equivalent to these, with regard to pressure drop.
On the other hand, they proved to be far superior to filtered acetate, bone in terms of their ability to absorb tar. In summary, it can be concluded that, even using only about a third of material in the filter, a more efficient filtration was obtained with the plexifilamentous bundle while no alteration was observed in the eye with respect to the desirable aesthetic characteristics and that the pressure drop was low.
The plexifiling tape according to the present invention allows, in the field of filling of filters for cigarettes, the manufacture of filters having a high filtration efficiency. One of the advantages of the invention lies in the fact that the filtration efficiency can be controlled at will, by controlling the weight and the volume of material used in the filter.
The band-shaped materials also offer the important advantage of being able to be made voluminous up to very high specific volumes, without formation of large channels or holes in the structure of the filter; as a result, the filtration efficiency is very high after the expanding operation, and a pleasant-looking cigarette filter is obtained.
Another important advantage resides in the ease of transport which is obtained when the compressed strip is used, the latter being made bulky at the place where the cigarettes are made. The strip is free of loose ends. and is, therefore, considerably superior to discontinuous materials
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which tend to block the orifices delivering the fluid jets.
It is obvious that the invention is not limited to the details described above and that many modifications can be made to these details, outside the scope of
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category of the invention, toler that it is defined in the following rovundi- tions
CLAIMS.
1.- Process for obtaining a filter, characterized
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in this we prepare a sheet of vlexil'11axnentaUQt), in that this sheet is compressed, in which this sheet is cut into strips, in that a strip is brought to a place where it is struck by a gas stream in its direction of advance and at an angle between 10 and 45 with respect to the plane of the strip, so that the latter must expand and the density must reduce, and in this that the expanded strip is collected.