ES2257697T3 - Elemento de filtro. - Google Patents

Abstract

Elemento de filtro para la fabricación de filtros para el humo del tabaco con un material de filtro que esencialmente contiene almidón y/o una mezcla de polímero sobre la base de almidón y en dirección de la corriente gas presenta poros y/o canales de filtro abiertos, caracterizado porque el material de filtro está dispuesto en capas consecutivas alternas, una después de la otra, de almidón y/o una mezcla de polímero sobre la base de almidón y de carbón activo (21) y las capas están situadas en forma de pilas transversalmente a la dirección de la corriente del gas.

Description

Elemento de filtro.

El invento se refiere a un elemento de filtro con un material de filtro biodegradable preferiblemente de materias primas cultivadas para su utilización especialmente como filtro cilíndrico para humo de tabaco de cigarrillos, puros o pipas así como a un procedimiento para su fabricación.

Los artículos de fumador como por ejemplo los cigarrillos tienen una forma cilíndrica en la que el material tabaco fumable en forma de picadura está rodeado de una envolvente de papel. Casi siempre estos cigarrillos poseen en un extremo un filtro que esta unido con el cigarrillo por medio de una banderola. Los elementos de filtro y los filtros de cigarrillos están descritos en numerosas ocasiones en la literatura como tobas de filtro. Para la fabricación de filtros de cigarrillos se utiliza habitualmente un material de fibras de materiales de acetato de celulosa-2,5 o polipropileno. También se conoce la utilización de carbón activo para la eliminación de las toxinas contenidas en el humo del tabaco. Según procedimientos conocidos el material fibra de acetato de celulosa se fabrica esencialmente por un procedimiento de hilado por boquillas. A partir de los filamentos de acetato de celulosa y/o a partir de las fibras hiladas de acetato de celulosa que están fruncidas o rizadas en cámara de compresión, se fabrican las tobas de filtro primeramente como barras de filtro, en las que se extienden las cintas rizadas, se aumentan en volumen y en un dispositivo de moldear se les lleva a la dimensión deseada y se les enrolla con papel. Las materias primas de acetato de celulosa 2,5 se mezclan habitualmente con acetato de glicerina como suavizante el cual está contenido en el humo del tabaco no sin problemas.

A partir del documento DE 195 36 505 y del correspondiente EP 861 036 A se conoce un procedimiento para la fabricación de material biodegradable de filtro de materias primas cultivadas para su utilización como elemento de filtro para humo de tabaco de cigarrillos, puros o pipas, en donde una toba de filtro o un material de filtro está fabricado a partir de fibras y filamentos de biopolímeros sobre la base de composición termoplástica y sus mezclas de polímeros De acuerdo con la Ley se emplean materiales de filtro para retener las toxinas del humo del tabaco. Sin embargo se ha comprobado que en la superficie de corte del filtro de cigarrillos se presentan componentes sueltos de los materiales del filtro que no son apreciables a simple vista por el consumidor. En este caso se trata de fragmentos de las fibras de acetato de celulosa utilizado en los filtros de cigarrillos y de partículas de carbón en los cigarrillos con filtros de carbón activo. Al aspirar, de los cigarrillos se libera una parte de estos componentes sueltos del filtro. Por ejemplo, al fumar cigarrillos que presentan un filtro que contiene carbón activo pueden liberarse partículas de carbón que pueden ser transportadas junto con las toxinas del humo del tabaco. Además, por ejemplo, al cortar el filtro se pueden soltar fibras o componentes de las fibras. Por los mencionados defectos de los filtros, al fumar cigarrillos se puede llegar a la inhalación y a tragar fibras y/o partículas de filtro que pueden estar recubiertas con las toxinas del humo del tabaco. Existe por ello como mínimo el convencimiento de que debido a la liberación de componentes de filtro se añade un riesgo para la salud adicional a los ya de por sí considerables riesgos para la salud ocasionados por el fumar cigarrillos (véase "Liberación de fibras de acetato de celulosa y partículas de carbón de los filtros de cigarrillos", postura del Ministerio Federal para la Protección Sanitaria de los Consumidores y Medicina Veterinaria del 4 de Junio de 2002).

Respecto al estado de la técnica se hace referencia también a los documentos EP 0 658 320 B1, EP 0 636 324 B1 y el DE 33 11 903 A1.

La misión del invento es preparar una toba de filtro o un material de filtro para la fabricación de filtros para artículos de fumadores con el que se eviten o por lo menos puedan ser reducidos los riesgos para la salud que se originan en la liberación de componentes de filtro y en la contaminación exterior de cigarrillos con componentes de filtro.

Esta misión será resuelta por las características de las reivindicaciones.

Para la resolución de esta misión el invento parte de la idea básica de fabricar un elemento de filtro de un material almidón y/o una mezcla de polímero sobre la base de almidón así como en su caso carbón activo, en donde en el elemento de filtro están previstos poros y/o canales. El elemento de filtro puede contener un material de filtro hecho de espuma de almidón, fibras de polímero de almidón o de laminas de biopolímero y en su caso de capas apiladas de carbón activo. Este tipo de materiales de filtro y en su caso las partículas de filtro adherente o liberadas al fumar pueden disolverse en un ambiente con el correspondiente contenido de humedad. No deben ser consideradas para los efectos perjudiciales para la salud discutidos al inicio. El carbón activo puede presentarse como polvo o como granulado y de diferentes formas y maneras presentarse en el material de filtro como almidón y/o una mezcla de polímero sobre una base de almidón. El almidón puede estar, por ejemplo, en forma de espuma y formar un material soporte para el carbón activo. El carbón activo puede ser pulverizado sobre un material de filtro en forma de espuma hecho de un material de almidón o ser apilado como una capa intermedia. El material de almidón puede estar construido en forma plana (por ejemplo como una placa de espuma) o ser espumado para tener forma de una barra de filtro redonda sin fin y ser cortada en tramos de la forma correspondiente. En el elemento de filtro pueden introducirse fibras naturales, como fibras de celulosa, cáñamo o fibras de algodón en una cantidad del 5% en volumen.

Para la fabricación de elementos de filtro acordes con el invento, como barras de filtro redondas, se aplica una capa de carbón activo sobre trozos cortados de espuma de almidón, por ejemplo como polvo pulverizado, o se aplica de cualquier otra manera y forma entre trozos de espuma de almidón o se coloca entre ellas. Las capas de trozos de espuma de almidón y carbón activo así juntadas y unidas unas con otras son envueltas con una lamina o esta provistas con cualquier otra envolvente adecuada. La barra de filtro redonda presenta discos o capas de espuma de almidón y carbón activo dispuestas en forma de pila, es decir alternativamente en la dirección transversal a la corriente del gas. Con la disposición, espesor, porosidad y otros parámetros de las capas se puede influir en el paso de las moléculas del humo del tabaco portadoras del aroma a través del material del filtro. Así, en su caso, los tipos de tabaco y determinados efectos intencionados tienen un papel respecto del paso de las moléculas portadoras del aroma (por ejemplo su número) u otros parámetros con los que influir en el sabor del tabaco.

En cada una de las capas y/o en el elemento de filtro terminado pueden ser practicados canales de filtro adicionales para por ejemplo influir en el paso de las moléculas portadoras del aroma del tabaco. Estos canales de filtro pueden ser construidos en cualquier momento durante la fabricación del elemento de filtro mediante por ejemplo, agujas, chorros de agua o láser. La disposición y espesor de las capas del elemento de filtro no son importantes para esto. Así, por ejemplo, pueden intercalarse trozos de espuma de almidón y después del uso previsto ser reunidos de forma adecuada al elemento de filtro en su caso con capas intermedias de carbón activo y ser envueltos con láminas. Los canales de filtro pueden extenderse o estar orientados en dirección aproximada de la corriente del gas, pero también son posibles desviaciones. Además los canales de filtro pueden discurrir en parte transversalmente a la dirección de la corriente del gas del tabaco. En este caso, por ejemplo, los elementos de filtro construidos como barras de filtro redondo pueden ser envueltos con una banderola de papel adecuadamente permeable al aire y/o perforada o practicarse los canales de filtro en la barra de filtro redondo ya terminada y rodeada con una banderola. Los canales de filtro pueden presentar preferentemente un tamaño y una anchura de 50 a 100 \mum, y partiendo de un extremo o de ambos extremos del elemento de filtro o de la barra de filtro redondo, por ejemplo, extenderse hasta una determinada profundidad por dentro de ellos. Además los canales de filtro pueden estar orientados en la dirección longitudinal extenderse a través de toda la barra de filtro redondo. Por medio del diseño, tamaño, número y disposición de canales de filtro puede influirse en el efecto de filtrado.

En el caso de una disposición en forma de pila de las capas de espuma de almidón y carbón activo el carbón activo puede estar fabricado en forma de granulado. Se puede asegurar el mantenimiento juntas de las distintas capas del elemento de filtro mediante el material de envolvente, por ejemplo una lamina de zunchado.

Mediante la colocación del carbón activo dentro de un material de filtro o entre capas de un material de filtro hecho de almidón y/o una mezcla de polímero sobre la base de un almidón se crea un elemento de filtro en el que se reúnen las ventajas de ambos materiales

Por ejemplo, aproximadamente un 5% en volumen de fibras naturales (por ejemplo algodón, fibra de celulosa, cáñamo) puede ser colocado o introducido en forma de mecha dentro del elemento de filtro y desarrollar un efecto de tiro, favoreciéndose entonces una extracción adicional por filtrado de partículas nocivas para la salud del humo del tabaco.

La propia espuma de almidón no emite ningún producto volátil inhalable y entonces puede adsorber las partículas de carbón antes mencionadas que en su caso se puedan liberar. Al cortar el filtro de cigarrillo, las partículas de espuma de almidón o las partículas de fibra de almidón que se adhieren en los puntos de corte son inofensivas para la salud puesto que son biodegradables. En un ambiente con el correspondiente contenido de humedad las partículas de almidón o las fibras de almidón la absorben o la aglutinan. Los parámetros de los materiales de almidón empleados pueden ser ajustados durante su fabricación de tal manera que el contenido de humedad del aire respirado en los pulmones es suficiente para, en su caso, aglutinar o soltar las partículas de almidón o las fibras de almidón liberadas a las cuales se agarran las partículas de carbón activo y las toxinas y empujarlas al exterior de nuevo desde los pulmones junto con el aire de respiración durante la expiración. De esta manera se puede impedir una acumulación en los pulmones debido a la inhalación de humo de tabaco.

El invento será descrito a continuación con mas detalle sobre la base de los dibujos. En ellos se muestra:

Figura 1: un esquema de procedimiento de la fabricación del filtro a partir de espuma de almidón,

Figura 2: sección longitudinal de los diferentes elementos de filtro,

Figura 3: una sección longitudinal de un cigarrillo con un elemento de filtro acorde con el invento.

De acuerdo con el invento en la fabricación de un elemento de filtro se emplean materiales de almidón con propiedades termoplásticas que permiten una mecanización adaptada a las condiciones de servicio, por ejemplo en el procedimiento "melt-blown" o el procedimiento de hilado. Procedimientos que son aplicables al presente invento están descritos con detalle, por ejemplo, en el documento EP 861 036. En los procedimientos allí presentados, con ayuda de una instalación de extrusión y boquillas especiales se pueden extruir fibras muy finas a modo de hilos sinfín (filamentos) agitarlos en el aire y extenderlos nuevamente (para aumentar la resistencia) y a continuación ser cardados (procedimiento de hilado fluido) o ser extendidos para conseguir una estructura suave, débil con una gran superficie exterior (procedimiento Melt-blown).

En la fabricación de un material de filtro para un elemento de filtro acorde con el invento según el procedimiento de hilado fluido, se hilan en primer lugar las fibras extruidas y se agrupan en un haz de fibras y después de estiradas en un rodillo de compresión se moldean a un filtro continuo. En un procedimiento para la fabricación del elemento de filtro acorde con el invento a partir de fibras de polímero de almidón el moldeado final se realiza en una instalación de configuración en la que en su caso el filtro continuo se envía nuevamente a una maquina de cardado y en una maquina de barra de filtro es mecanizado en los diferentes trozos de filtro.

Para la fabricación de la espuma de almidón por extrusión el almidón es gelatinizado, desestructurado y extruido como hilo continuo de espuma preferentemente en un extruder de dos ejes Continua 37r bajo presión y temperatura. Como está representado esquemáticamente en la figura 1, en una instalación de extrusión 3 la espuma de almidón 20 compuesta de una mezcla inicial 2, preferentemente patata nativa, y aditivos plastificantes y formadores de película, aplicando energía térmica y mecánica, es comprimida, en su caso modificada, plastificada y expandida por reducción de la temperatura y la presión y es comprimida en una etapa de compresión, en la que en una instalación calandra 22 es mecanizada a un filtro continuo 7. Entonces se fabrica un perfil redondo espumado de un diámetro de 10 mm y en un proceso de formateado es calibrado a un diámetro de 7,8 mm. El peso especifico en volumen de la barra de espuma de filtro es de por ejemplo 12 Kg./m^{3}. La espuma de almidón 20 extruida es esencialmente de poro abierto, de manera que el material de filtro espumado a partir de almidón desestructurado con un contenido cristalino menor del 5% está en situación de adsorber los líquidos y productos líquidos perjudiciales contenidos en el humo del tabaco, como por ejemplo condensados y productos alquitranados, mientras que la propia espuma de almidón no emite ningún producto volátil, inhalable, en el humo del tabaco.

El siguiente moldeado y división en unidades de pequeñas barras de filtro o trozos de filtro 1 se realiza en una instalación de configuración 8. De acuerdo con el invento el filtro continuo es cortado en trozos de filtro y mecanizado para ser un elemento de filtro o un filtro de cigarrillo con una construcción en forma de pila de trozos de filtro con base almidón y en su caso alternando con capas de carbón activo (como está representado en la figura 3).

Aunque según el invento se fabricará un extrusionado con una configuración permeable al aire es posible un gran margen para la permeabilidad al aire. Así el extrusionado puede ser construido esencialmente de poros abiertos de manera que es de esperar una alta permeabilidad al aire. Igualmente el extrusionado puede ser construido parcialmente de poros cerrados y la permeabilidad al aire puede ser correspondientemente baja. Para poder ajustar el material de filtro para el filtro del humo del tabaco a determinadas propiedades de filtro se pueden practicar canales adicionales de filtro en número y tamaño adecuados.

De acuerdo con el invento, en un material de filtro de un material de almidón se pueden practicar los canales de filtro mediante agujas, chorros de agua o por medio de un rayo láser. En un elemento de filtro (barra de filtro redonda) construido a manera de capas, el espesor de cada capa de filtro hecha de material de almidón y en su caso de carbón activo y la profundidad de láser que se corresponde con la de los canales se ajustan unos a otras. Aunque un material de filtro hecho de material de almidón espumado puede ser construido con poros abiertos, unos canales de filtro practicados adicionales pueden reforzar las propiedades ventajosas de ese material de filtro, como por ejemplo las propiedades de adhesión. Además, un material de filtro hecho de fibra de polímero de almidón posee por ejemplo propiedades mejoradas de adhesión de las pequeñas partículas perjudiciales en el humo del tabaco. Un material de filtro hecho de un material de almidón fibroso puede ser cortado a fibras apiladas, en donde los extremos de las cortas bridas penetran por ejemplo en canales de filtro practicados adicionales en el material de filtro y así pueden ser mejoradas aun más las propiedades del filtro. La figura 3 muestra una sección longitudinal de un cigarrillo 10 con un elemento de filtro 1 como es fabricado según un procedimiento acorde con el representado en la figura 1, en donde un tramo 11 que contiene tabaco y un tramo que contiene el elemento de filtro 1 son rodeados y unidos con un papel de cigarrillos 12 así como el elemento de filtro 1 y la zona de transición al tramo 11 que contiene el tabaco son envueltos con otra banderola 13 para su refuerzo. El elemento de filtro 1 está construido en forma de pilas (compárese con la figura 2) en donde las capas 20 de espuma de almidón y las capas 21 de carbón activo están dispuestas alternativamente.

Para los fines del presente invento se pueden emplear las condiciones de procedimiento y las preparaciones de las recetas para una configuración del procedimiento en una etapa y la fabricación de una toba de filtro esencialmente elástica comprimible hecha de espuma de almidón con una estructura de poros abiertos, como está presentado en el documento EP 861 036.

Claims (12)

1. Elemento de filtro para la fabricación de filtros para el humo del tabaco con un material de filtro que esencialmente contiene almidón y/o una mezcla de polímero sobre la base de almidón y en dirección de la corriente gas presenta poros y/o canales de filtro abiertos, caracterizado porque el material de filtro está dispuesto en capas consecutivas alternas, una después de la otra, de almidón y/o una mezcla de polímero sobre la base de almidón y de carbón activo (21) y las capas están situadas en forma de pilas transversalmente a la dirección de la corriente del gas.

2. Elemento de filtro según la reivindicación 1, con preferentemente canales de filtro pasantes esencialmente en la dirección de la corriente de gas, en donde el diámetro de los canales de filtro está preferentemente en el rango de 50 a 100 \mum.

3. Elemento de filtro según la reivindicación 1 o 2, en donde el almidón y/o la mezcla de polímero forman un material soporte para carbón activo (21).

4. Elemento de filtro según una de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el material de filtro hecho de almidón y/o una mezcla de polímero hecha sobre la base de almidón es un material de espuma (20) o un material de fibra.

5. Elemento de filtro según la reivindicación 4, en donde el material espuma (20) o el material de fibra forman un material soporte para un polvo de carbón activo (21).

6. Elemento de filtro según una de las reivindicaciones 1 a 5, conteniendo fibras naturales, como fibras de celulosa, cáñamo o fibras de algodón, preferentemente en una cantidad de aproximadamente 5% en volumen.

7. Procedimiento para la fabricación de un elemento de filtro según una de las reivindicaciones 1 a 6, con los siguientes pasos:

a)

alimentar en continuo una mezcla dosificada de almidón y/o una mezcla de polímero a base de almidón así como otros aditivos, a una instalación de extrusión,

b)

calentar y amasar la mezcla bajo un régimen definido de temperatura y presión para la formación de una masa fundida,

c)

extruir la masa fundida por una boquilla,

d)

formar un extrusionado con configuración permeable al aire,

e)

comprimir el extrusionado y formar un material de filtro en forma de filtro continuo (7)

f)

separar el material de filtro extruido en trozos y

g)

formar un elemento de filtro (1) a partir de por lo menos un trozo de material de filtro.

8. Procedimiento para la fabricación de un elemento de filtro según una de las reivindicaciones 1 a 6, con los siguientes pasos:

a)

alimentar en continuo una mezcla dosificada de almidón y/o una mezcla de polímero a base de almidón así como otros aditivos, a una instalación de extrusión,

b)

calentar y amasar la mezcla bajo un régimen definido de temperatura y presión para la formación de una masa fundida,

c)

extruir la masa fundida por una boquilla,

d)

formar un extrusionado con configuración permeable al aire,

e)

comprimir el extrusionado y formar un material de filtro en forma de filtro continuo (7),

f)

separar el material de filtro extruido en trozos y

g)

formar un elemento de filtro (1) a partir de dos o más trozos de material de filtro y con una respectiva capa de carbón activo (21) entre trozos de material de filtro consecutivos.

9. Procedimiento según la reivindicación 7 u 8, en donde antes de la formación del material de filtro (1) se practican canales de filtro en los trozos de material de filtro.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, en donde los canales de filtro son construidos mediante chorros de agua, agujas o por medio de rayo láser.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 10, en donde el material de filtro es formado a partir de espuma de almidón, laminas de biopolímeros o fibras de polímero de almidón.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 11, en donde los demás aditivos son alcohol polivinílico, poliesteramida y/o poliesteruretano, ácido poliláctico (PLB), ácido polihidroxibutírico (PHB), un medio auxiliar fluidificante así como en su caso un medio acelerador.