Elément poreux utilisable comme filtre ou comme tampon absorbant, procédé pour sa fabrication et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé
La présente invention a pour objets un élément poreux, utilisable comme filtre ou comme tampon absorbant, un procédé pour sa fabrication et un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. L'élément peut être utilisé, par exemple, comme filtre pour cigarette ou comme tampon absorbant des liquides.
Les conditions nécessaires pour produire un filtre satisfaisant pour la fumée de tabac sont, d'abord, que celui-ci doit effectivement enlever les ingrédients toxiques ou nuisibles de la fumée. Deuxièmement, le filtre doit être suffisamment poreux de façon qu'il n'interfère pas avec le libre passage de la fumée ou ce que l'on appelle communément le tirage de la cigarette. De plus, un filtre pour cigarette doit être suffisamment ferme pour supporter la cigarette sans se recourber ou sans devenir indésirablement mou et flasque. On appréciera, d'après les conditions à satisfaire indiquées ci-dessus, qu'un bon tirage est ordinairement inversement proportionnel à la valeur du filtrage, à savoir plus le filtre est dense, plus le filtrage est effectif, mais la succion nécessaire pour tirer la fumée à travers le filtre devient également plus élevée.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'élément objet de l'invention et un appareil pour sa fabrication.
La fig. 1 est une vue en perspective de cette forme d'exécution de l'élément.
La fig. 2 est une vue en perspective d'un filtre de cigarette constitué au moyen de l'élément de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en perspective montrant le filtre de la fig. 2 incorporé dans une cigarette.
La fig. 4 est une vue schématique en coupe de l'appareil.
La fig. 5 est une coupe, à une échelle agrandie, selon V-V de la fig. 4.
L'élément représenté à la fig. 1 est constitué par une mèche A composée d'un mélange de fibres de cellulose régénérée non adhésives, telles que des fibres de rayonne ou des fibres thermoplastiques constituées à partir du composé vendu commercialement sous le nom déposé de Vinyon , et de fibres thermoplastiques susceptibles d'être rendues adhésives dans des conditions où les fibres non adhésives le restent. Les fibres mentionnées ci-dessus appartiennent à la classe de fibres textiles qui possèdent des diamètres d'au moins 9 microns.
Le mélange peut être formé de façon satisfaisante en distribuant uniformément de 10 à 25 % en poids de telles fibres susceptibles d'être rendues adhésives dans 75 à 90 % en poids de fibres de rayonne crêpée. Les fibres susceptibles d'être rendues adhésives représentent en général au moins 10 % en poids du mélange et, de préférence, de 10 à 15 % en poids.
La longueur des fibres individuelles, non adhésives et de l'autre type peut varier de 15 à 60 mm, et doit être préférablement de 1 à 1 t/2 denier. En raison du gaufrage dans les fibres non adhésives et, si on le désire, dans les fibres de l'autre type, de petits vides sont formés à l'intérieur du corps de l'élément, ce qui augmente la faculté d'absorption de l'élément et fournit également une porosité qui, à son tour, permet un tirage plus facile de la fumée.
Les fibres spécifiées ci-dessus sont, en poids, comprises dans la gamme de 100 à 125 grains, soit 6,5 à 8,1 g et des fines fibres de longueur relativement courte fournissent une structure dense et compacte dans laquelle un grand nombre de fibres de plus courte longueur se trouveront placées transversalement à l'axe longitudinal de l'élément.
Une caractéristique importante de l'élément réside dans le fait que les fibres non adhésives ou fibres de rayonne à l'intérieur de la masse fibreuse sont crêpées. Dans le cas de la rayonne, les fibres peuvent être crêpées chimiquement par opposition à des fibres crêpées mécaniquement. Ce gaufrage demeure dans la fibre, même lorsque celle-ci est mouillée. Les filaments, cependant, peuvent être crêpés mécaniquement conformément aux procédés et aux appareillages bien connus. Etant donné que des fibres à denier relativement petit sont utilisées pour former l'élément et étant donné que les fibres sont crêpées, des intervalles ou vides nombreux et petits sont formés à l'intérieur de l'élément, ce qui rend l'élément fibreux susceptible de retenir les liquides, de l'humidité et des petites particules solides. Les fibres susceptibles d'être rendues adhésives peuvent être crêpées ou non.
Lorsque l'on transforme la mèche fibreuse en un article propre à l'usage, les fibres susceptibles d'être rendues adhésives sont activées, comme cela sera exposé plus loin, pour fournir une liaison autogène entre les fibres non adhésives dans la mèche A. Les fibres sont comprimées comme il sera également expliqué, après que les fibres susceptibles d'être rendues adhésives ont été activées, afin d'obtenir un article compact de bonne solidité.
Le filtre B pour la fumée de tabac (fig. 2) est constitué au moyen de la mèche A de la fig. 1. I1 est de forme cylindrique. Les fibres susceptibles d'être rendues adhésives ont été activées et comprimées pour fournir une liaison autogène entre les fibres de rayonne non adhésives et les fibres de l'autre type, d'où il résulte un article compact de forme cylindrique et de bonne solidité. Lorsque la mèche doit être utilisée comme filtre de cigarette, elle est enveloppée dans une enveloppe de papier 2 et coupée en des longueurs convenables pour former le filtre B.
La fig. 3 représente le filtre enveloppé B de la fig. 2 incorporé dans une cigarette C. Le tabac 10 et le filtre B constituent une seule masse enveloppée d'un papier à cigarette usuel 11.
L'appareil pour former et convertir la mèche en une tige à partir de laquelle des éléments de filtre peuvent être coupés, a été établi de manière à fournir une combinaison de toutes les propriétés nécessaires et désirables pour former un filtre pour cigarette. Un tel élément de filtre doit avoir une fermeté ou corps, une possibilité de filtrage maximum et une porosité pour permettre une aspiration libre et facile de la fumée de tabac. Comme il'est bien connu dans la technique des filtres, la densité du filtre est directement proportionnelle à la pression requise pour forcer le fluide à travers le filtre. Indiqué en sens inverse, un bon tirage qui est, évidemment, à basse pression, est inversement proportionnel à l'efficacité de filtrage ou à la densité du filtre.
Dans le présent filtre et dans l'appareil associé, il a été possible d'obtenir le maximum de filtrage et de propriétés d'absorption, sans augmenter la densité jusqu'au point où il y aurait une perte notable dans la possibilité de tirage de la cigarette. Les fibres crêpées qui sont reliées de façon autogène pour former un élément uniforme avec les fibres crêpées ou non crêpées susceptibles d'être rendues adhésives coopèrent pour fournir ce résultat désiré et inattendu.
L'appareil représenté à la fig. 4, dans lequel la mèche relativement lâche est activée et transformée en une tige comparativement forte, dense, mais poreuse, comprend une chambre tubulaire 18 dans laquelle la mèche 19 est tirée à travers une matrice d'entrée 20 en forme de tuyau, montée dans la paroi avant 21 de la chambre. La mèche collante est tirée de la chambre 18 à travers une matrice de sortie 23 plus longue que la matrice 20, montée dans la paroi arrière 24 de la chambre en alignement avec la matrice 20. La matrice 23 présente un diamètre sensiblement plus petit que celui de la matrice 20. Les diamètres préférés pour les matrices d'entrée et de sortie sont de 18 et 9 mm respectivement, lorsque l'on désire fabriquer des filtres pour cigarettes.
Pour d'autres articles, la dimension des trous peut être changée, mais le même rapport peut être sensiblement maintenu. L'intérieur de la chambre 18 est maintenu à une température élevée d'environ 110 degrés centigrades, au moyen d'éléments chauffants 25 qui entourent les parois de la chambre. Les éléments de chauffage sont revêtus d'un matériau iso- lant 27 à travers lequel des connexions électriques vers les éléments de chauffage peuvent être effectuées à l'aide de bornes 28. A un point placé approximativement à mi-chemin entre l'extrémité aval de la matrice 20 et l'extrémité amont de la matrice 23, un agent d'activation, de l'acétone par exemple, est introduit dans la chambre à travers un ajutage de projection 30.
L'acétone peut tomber directement sur la mèche dans la chambre, ou il peut être vaporisé lorsqu'il tombe sur la paroi de la chambre chauffée.
Dans l'un ou l'autre cas, les fibres susceptibles d'être rendues adhésives, dans la mèche, sont ramollies de façon que lorsque la mèche est étirée à travers la matrice 23, il se produise une compression ou un nouvel arrangement de la structure pour fournir une tige 31 ferme, compacte, internement reliée, mais poreuse. Les fibres adhésives se fixent après avoir quitté la matrice 23 lorsqu'elles sont refroidies, et l'acétone est évaporé ou enlevé de toute autre manière. Une fixation partielle peut se produire dans le trou de la matrice 23, et la longueur ainsi que la position axiale de cette matrice dans la paroi terminale 24 sont contrôlées pour fournir les résultats qui peuvent être désirés.
De façon à éviter que la matière constituant la mèche colle au trou de l'une ou l'autre des matrices ou se dépose dans ces trous, les matrices sont préférablement faites en polytétrafluoroéthylène vendu commercialement sous la marque de fabrique Teflon .
Suivant le degré d'activation que l'on juge désirable et la vitesse avec laquelle la mèche est étirée à travers la chambre 18 au moyen de rouleaux d'entraînement R, R, il peut être trouvé nécessaire ou désirable de prévoir une ventilation limitée pour la chambre. Ceci peut être obtenu en formant des méplats 35 (fig. 5) le long de la paroi de la matrice d'entrée 20. Ces méplats s'étendent à travers la pa-. roi d'extrémité 21 de façon que la ventilation limitée de l'intérieur de la chambre 18 soit obtenue. En formant une partie chanfreinée annulaire 40 à l'extrémité aval de la matrice 20, il est possible d'empêcher l'adhérence des fibres sur tout ou partie de la matrice 20.
Lorsque la mèche activée est utilisée pour former des filtres de la fumée de tabac, la tige 31, après avoir quitté la chambre 18, passe à travers un dispositif d'enveloppement 50 dans lequel une feuille continue de papier d'enveloppement 55, fournie à partir d'un rouleau 56, est pliée autour de la tige 31.
La feuille 55 est scellée en appliquant une matière adhésive à partir d'un applicateur 60 connecté avec un récipient d'alimentation 61 d'une matière adhésive.
Le diamètre du trou dans le dispositif d'enveloppement 50 à travers lequel la mèche activée passe est un peu plus petit que le diamètre de la matrice de sortie 23 de la chambre 18, d'où il résulte que le diamètre de la tige est réduit de manière à correspondre au diamètre d'une cigarette ou d'un cylindre de tabac avec lequel le filtre B doit être associé.
On utilise de préférence de l'acétone vaporisé comme agent d'activation pour les fibres susceptibles d'être rendues adhésives, car il a été trouvé que les fibres à l'intérieur de la mèche 31 qui ont été soumises à l'action de l'acétone vaporisé sont plus fermement reliées ensemble et que l'ensemble du filtre terminé présente une plus grande rigidité associée à d'excellentes propriétés de tirage de la fumée de tabac. Il a été également trouvé qu'une section très nette de la tige peut être effectuée quand le filtre a été activé à l'acétone. Dans l'appareil décrit cidessus, le ramollissement des fibres susceptibles d'être rendues adhésives est obtenu d'abord au moyen d'un solvant, à savoir l'acétone qui est appliqué aux fibres.
Cependant, il est bien entendu que la température dans la chambre 18 peut être suffisamment élevée pour aider ou, si on le désire, pour fournir complètement le ramollissement d'une proportion mineure de fibres.
L'efficacité de filtrage du filtre décrit s'améliore
pendant son usage. Une propriété inhérente de la
rayonne à base de viscose est qu'elle se gonfle con
sidérablement lorsqu'elle entre en contact avec de
l'eau ou de l'humidité. Lorsque le filtre est incorporé
dans une cigarette, l'action de filtrage s'améliore
quand le tabac brûle étant donné que les fibres de
rayonne se gonflent lorsqu'elles ont été mises en con
tact avec l'humidité transportée par la fumée. Les
éléments composants de la fumée ou les ingrédients
qui ont été filtrés par la partie de base du cylindre
de tabac seront, en conséquence, plus effectivement
filtrés par les fibres gonflées lorsque la partie de
base du cylindre de tabac brûle.
Des fibres colorées de diverses façons peuvent être utilisées dans le filtre pour fournir un filtre coloré. Des pigments de teinture peuvent être incorporés à la solution de filage donnant les fibres. Des filaments extrudés non teintés, à partir desquels l'ensemble est coupé, peuvent être teints en faisant passer les filaments dans des bains de teinture.
Si on le désire, des substances aromatiques telles que des parfums ou du menthol peuvent être incorporées au matériau de filtrage pour fournir un filtre ayant une arôme agréable. De plus, des huiles essentielles peuvent être incorporées dans le filtre.
Il est évident, dans la description qui précède, qu'on entend par fibres susceptibles d'être rendues adhésives des fibres qui deviennent collantes ou adhésives sous l'effet de certaines conditions qui, relativement, n'affecteront pas les autres fibres non adhésives. Lorsque l'état collant ou adhésif résulte d'une température élevée, les fibres susceptibles d'être rendues adhésives seront, évidemment, du type thermoplastique. Ordinairement, la fibre non adhésive ne sera pas thermoplastique, mais une fibre thermoplastique peut être utilisée pourvu que la température à laquelle elle devient collante soit suffisamment plus élevée que la température à laquelle les fibres de l'autre type deviennent collantes.
Les fibres susceptibles d'être rendues adhésives peuvent être des fibres de résines de vinyle résultant de la polymérisation de composés contenant un groupe de vinyle tel
que le chlorure de polyvinyle ou des copolymères de
chlorure de vinyle et d'acétate de vinyle. D'autres fibres peuvent être utilisées cependant avec succès, par exemple certains copolymères de chlorure de vinyle et d'acrylonitrile.
L'élément fibreux décrit possède des usages nom
breux étant donné qu'il a d'excellentes propriétés de
rétention pour les liquides et pour l'humidité. Parmi
ces usages possibles il peut servir de tampon den
taire pour absorber l'excès de salive dans la bouche
d'un patient. Des tampons chirurgicaux peuvent éga
lement être produits à partir de l'élément fibreux
absorbant.
La protection pour la présente invention n'est
revendiquée que pour autant qu'il ne s'agit pas d'une
invention au sens de l'art. 111 de la loi sur les bre
vets d'invention.