Filtre de cigarette et procédé pour sa fabrication
La présente invention a pour objet un filtre de cigarette comprenant une matière filtrante constituée par une résine polymère thermoplastique.
Comme on le sait, les filtres de cigarette les plus couramment employés comportent, comme matière filtrante, des fibres de cellulose ou de dérivés cellulosiques, par exemple des fibres d'acétate de cellulose.
On connaît également des filtres de cigarette comprenant une matière filtrante constituée, au moins en majeure partie, par des fibres de résines polymères thermoplastiques. En particulier, il existe un filtre de cigarette comprenant une matière filtrante constituée par un polymère de nitrile acrylique sous forme de fibres très fines. I1 existe également un filtre de cigarette dont la matière filtrante est constituée par des fibres de polyalpha-oléfines renfermant en outre une certaine proportion de polymères plastifiables.
Les filtres de cigarette dont la matière filtrante est constituée par une résine polymère thermoplastique présentent l'avantage d'avoir une efficacité de filtration accrue par rapport aux filtres dont la matière filtrante est constituée par la cellulose ou par un dérivé cellulosique. Toutefois, la fabrication de ces filtres est compliquée, ce qui se traduit par un prix de revient relativement élevé.
Or, et de manière surprenante, la titulaire a trouvé qu'il n'était pas nécessaire que les polymères thermoplastiques soient sous forme de fibres pour obtenir un pouvoir de filtration élevé. Cette découverte a permis d'atteindre le but de l'invention qui est de fournir un filtre de cigarette d'une efficacité de filtration pratiquement aussi grande que celle des filtres connus, dont la matière filtrante est constituée par une résine polymère thermoplastique, mais dont la fabrication est plus simple et moins onéreuse que celle de ces derniers.
A cet effet, le filtre selon l'invention est caractérisé par le fait que la résine est sous la forme d'une masse poreuse composée de grains frittés, de forme approximativement sphérique, ayant une granulométrie comprise entre 0,1 et 1 mm.
Par conséquent, le filtre selon l'invention, qui a une structure plus simple que celle des filtres connus mentionnés plus haut, peut être obtenu en une seule opération à partir des poudres de résines polymères thermoplastiques qui existent dans le commerce et sont utilisées habituellement comme poudres à mouler.
Toute résine pouvant être mise sous forme de poudre composée de grains ayant une forme approximativement sphérique et une granulométrie comprise entre 0,1 et linm, cette résine n'étant par ailleurs pas susceptible de dégager de produit toxique ou d'odeur ou de goût désagréables sous l'action de la chaleur ou d'altérer l'odeur et le goût de la fumée de tabac, convient pour être utilisée comme matière filtrante dans le filtre selon l'invention. I1 est toutefois préférable que la poudre de résine thermoplastique ait un indice de fluidité défini selon la norme américaine A.S.T.M.M.D. 1238 = 65T compris entre 2 et 70, afin de faciliter la fabrication du filtre.
Les meilleurs résultats ont été obtenus en utilisant, comme résine synthétique, les poly-alpha-oléfines, en particulier le polyéthylène et le polypropylène, et les résines vinyliques, en particulier les copolymères de chlorure de vinyle et d'acétate de vinyle.
L'invention a également pour objet un procédé pour la fabrication du filtre de cigarette décrit ci-dessus. Ce procédé est caractérisé par le fait que l'on extrude, sous la forme d'un cylindre, une poudre de résine polymère thermoplastique composée de grains sphériques ayant une granulométrie comprise entre 0,1 et i mm, que l'on fait passer ce cylindre à travers une zone de frittage puis à travers une zone de refroidissement, de façon à former une baguette composée de grains frittés, et que l'on trpn çonne cette baguette en morceaux de longueur conventionnelle destinés à être utilisés dans les machines habituellement employées pour la fabrication de cigarettes à bout filtre.
Suivant la nature exacte de la résine, il peut être indiqué, en vue d'obtenir une meilleure homogénéité du filtre, de faire passer la poudre de résine thermoplastique
à travers une zone de préchauffage, maintenue à température légèrement inférieure à celle du ramollissement
de la résine, avant son passage à travers la zone de frittage.
Le procédé ci-dessus peut être mis en oeuvre, par exemple, au moyen de l'appareil représenté à la figure
unique du dessin annexé.
Cet appareil comprend un dispositif d'extrusion com
posé d'un boîtier 1, d'une vis d'extrusion 2, placée à l'in
térieur du boîtier 1 et entraînée en rotation au moyen
d'un moteur non représenté à la figure, et d'un moule
cylindrique 3. Un entonnoir à poudre 4, dont l'extrémité
inférieure débouche dans le boîtier 1, permet d'y intro
duire une poudre, en l'occurrence la poudre de résine
thermoplastique. Un récipient réservoir 5, muni d'un
goulot de distribution de poudre et de moyens pour
ouvrir et fermer le réservoir et régler l'écoulement de
la poudre, permet d'alimenter l'entonnoir 4 en résine
thermoplastique.
Un tube horizontal 6 en laiton, à section circulaire
et ayant un diamètre intérieur légèrement supérieur à
celui que l'on désire conférer au filtre, en l'occurrence
7,7 mm de diamètre intérieur, pour un filtre de 7,5 mm
de diamètre, est disposé dans le prolongement du moule
3 et raccordé à ce dernier. Sa paroi intérieure est polie
afin de faciliter le glissement de la poudre de résine ther
moplastique extrudée. Un dispositif de préchauffage 7,
en l'occurrence constitué par un manchon tubulaire de
circulation d'eau chaude, entoure le tube 6 sur une lon
gueur de 64 cm.
A la suite du manchon 7, le tube 6 tra
verse successivement un manchon de chauffage 8 dans
lequel circule de la vapeur d'eau sous pression et qui
entoure le tube 6 sur une longueur de 20 cm, et un man
chon de refroidissement 9 dans lequel circule de l'eau
froide, entourant le tube 6 sur une longueur de 40 cm.
Les manchons 7 et 8 sont jointifs et les manchons 8 et
9 sont séparés par un intervalle de. 1 cm. Bien entendu,
la longueur des manchons 7, 8 et 9 et même leur nom
bre pourraient être différents selon les durées de pré
chauffage, du chauffage et du refroidissement désirées,
celles-ci dépendant évidemment également de la vitesse
de circulation de la résine dans le tube 6,. donc de la
vitesse d'extrusion.
Un dispositif de tronçonnage comprenant, en l'oc
currence, une lame tournante à deux pales coupantes 10,
entraînée en rotation autour d'un axe horizontal et dans
un plan perpendiculaire au tube 6, au moyen d'un dis
positif non représenté à la figure comprenant un moteur
électrique et un système de transmission, permet de
découper la baguette cylindrique de matière filtrante
qui sort du tube 9 en morceaux de longueur désirée égale
à un multiple de celle d'un filtre de cigarette, par exem
ple 68 mm.
I1 est évident que, en vue d'une fabrication indus
trielle, le dispositif décrit ci-dessus pourrait facilement
être modifié pour augmenter la capacité de production.
Par exemple, on pourrait utiliser un grand nombre de tubes en parallèle, -identiques au tube 9. On pourrait également augmenter la vitesse d'extrusion et même combiner ces deux mesures.
Exemple I
En utilisant l'appareil décrit ci-dessus, on extrude dans le moule 3 et le tube 6 de la poudre de polyéthylène basse densité (densité comprise entre 0,916 et 0,920).
Les grains de poudre ont une forme approximativement sphérique et une granulométrie très homogène de l'ordre de 400 microns.
On règle la vitesse de rotation de la vis d'extrusion 2 de façon à obtenir une vitesse d'avancement de la poudre de polyéthylène de 4 cm par minute dans le tube 6. Ainsi, les temps de passage dans les zones de préchauffage (manchon 7), de frittage (manchon 8) et de refroidissement (manchon 9) sont, respectivement, de 16, 5 et 10 minutes. Les températures de ces trois zones sont, respectivement, de 96, 112 et 10oC.
On obtient ainsi une baguette cylindrique à section circulaire de 7,5 mm de diamètre, sans peau, de couleur blanche, assez dure mais flexible, très finement poreuse.
On tronçonne cette baguette, au fur et à mesure de sa sortie du tube 6, en morceaux de 68 mm de long, longueur conventionnelle égale à 4 fois celle des filtres les plus couramment utilisés. Ces morceaux sont utilisés dans les machines habituellement employées pour la fabrication des cigarettes à bout filtre.
La densité de la matière filtrante correspond à un poids de 1,9 g pour 10 cm de longueur de baguette.
La porosité de la matière filtrante est parfaitement adaptée à son emploi dans un filtre de cigarette, comme le montre l'essai conventionnel suivant:
On recouvre la paroi latérale d'un morceau de baguette de matière filtrante de 10 cm de long par du papier imperméable et on fait passer un courant d'air avec un débit constant égal à 17,5 cl3 par seconde (volume ramené aux conditions normales de température et de pression). On mesure la chute de pression à travers la matière filtrante dans ces conditions.
Le résultat de cet essai, effectué sur un échantillon de la matière filtrante fabriquée selon le présent exemple, est exprimé par une chute de pression de 18,5 cm d'eau.
Les filtres de cigarette comprenant la matière filtrante polyéthylène fritté fabriquée comme il vient d'être dit sont inodores et ne dénaturent pas l'odeur de la fumée de tabac lors de leur utilisation.
Exemple 2
On procède comme dans l'exemple 1, mais en utilisant de la poudre de polyéthylène formée de grains sphériques ayant une densité de 0,92 et une granulométrie non homogène comprise entre 300 et 1000 microns.
La vitesse d'avancement de la résine est la même que dans l'exemple 1 (4 cm par seconde) mais la zone de préchauffage est supprimée et la zone de chauffage est à 1050 C. Le temps de chauffage est toujours de 5 mm, étant donné que ni la vitesse d'avancement de la résine ni la longueur de la zone de chauffage n'ont été modifiées.
On obtient une baguette de matière filtrante de même diamètre que celle qui est obtenue en procédant comme indiqué dans l'exemple 1. Cette baguette a une densité correspondant à un poids de 1,95 g par 10 cm de longueur. Les filtres obtenus à partir de cette baguette pré sentent un aspect et des propriétés physiques et organoleptiques analogues à ceux des filtres obtenus selon l'exemple 1. Leur porosité, mesurée comme indiqué dans l'exemple 1, correspond à une chute de pression de 11,5 cm d'eau.
Exemple 3
On procède comme dans l'exemple 1, avec la même vitesse d'avancement de la résine et les mêmes longueurs et températures des zones de préchauffage, chauffage et refroidissement, mais en utilisant de la poudre de polyéthylène formée de grains sphériques ayant une densité de 0,91 et une granulométrie non homogène mais plus régulière que celle de la poudre utilisée selon l'exemple 2, à savoir entre 200 et 400 microns.
On obtient une baguette de même diamètre (7,5 mm) que celle obtenue selon les exemples précédents, pesant 2,3 g par 10 cm et présentant des propriétés physiques analogues. Sa couleur est jaune et l'odeur et le goût des filtres obtenus à partir de cette baguette sont encore moins prononcés que ceux des filtres obtenus selon les exemples précédents.
Leur porosité correspond à une chute de pression de 20,5 cm d'eau.
Exemple 4
On procède comme dans l'exemple 1, mais en utilisant une poudre de copolymère de chlorure et d'acétate de vinyle formée de grains sphériques ayant une densité de 0,92 et une granulométrie comprise entre 200 et 300 microns.
La zone de préchauffage est supprimée et la longueur de la zone de frittage est de 18 cm au lieu de 20 cm, de sorte que le temps de passage de la résine à travers cette zone est de 4,5 mn.
On obtient une baguette dure, mais présentant néanmoins une certaine souplesse, d'un diamètre de 7,5 mm, et dont la densité correspond à un poids de 2,1 g par 10 cm de longueur. Cette baguette est entourée par une peau étanche aux gaz. Couleur: crème. La porosité des filtres obtenus à partir de cette baguette correspond à une chute de pression de 21 cm d'eau, dans les conditions de mesure indiquées dans l'exemple 1.