SE438082B - Sett att framstella en filterstruktur, serskilt for cigarettfilter - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 8100231-3 att tillvarata dess vidhäftningsegenskaper och skapa multipelföreningspunkter vid cellulosafibrernas kors- ningspunkter. Dessa fiber-till-fiber-förbindningar, som uppnås genom värme inne i fibermassan, befäster filter- strukturen efter nedkylning, så att det är möjligt att erhålla ett tillräckligt kompakt cigarettfilter.

Vidare är en process känd för framställning av ett ciga- rettfilter från syntetfibrer med mycket liten diameter, dispergerade med fibrer som har en väsentligt större dia- meter och som utgör den dominerande delen. Åtminstone en av fibertyperna är värmekänsliga, så att en efterföljande uppvärmning är nödvändig för att aktivera bindemedlet, som utgöres av nämnda fibrer, och resulterar i en vid- häftning av alla fibrer vid deras korsningspunkter. Även om dessa olika processer ger filter, med en kompakt- het som kan betecknas som god genom den inbördes vidhäft- ningen mellan fibrerna av de olika använda typerna, sedan fibermassan kylts ned efter dess uppvärmning, är det e- mellertid inte möjligt att bibringa den erhållna struktu- ren tillräcklig genomsläpplighet för luft och för rök, be- roende på det faktum att inget poröst nätverk skapats.

Dessa processer åstadkommer en kompakt ände, som är myc- ket litet genomtränglig för luft och rök, vilket försvårar rökandet för rökaren. Vidare är filtereffektiviteten vad beträffar skadliga produkter från tobaksrök otillräcklig beroende på det faktum att många fibrer häftar vid var- andra, vilket reducerar deras kontaktarea för rök.

Dessa nackdelar elimineras medelst föreliggande uppfinning, som hänför sig till ett sätt för framställning av en fil- terstruktur, särskilt avsedd för cigarettfilter, som är kompakt, genomtränglig och absorberande, från en homogen blandning av fibermaterial av åtminstone två olika typer, varav den ena med nödvändighet hör till familjen smält- 10 15 20 25 30 55 8100231-3 bara syntetfibrer.

Uppfinningen hänför sig närmare bestämt till en process för framställning av en filterstruktur, särskilt för ci- garettfilter, från en fibermassa sammansatt av en homo- gen blandning av fibrer av olika typer, av vilka några med növändighet är smältbara syntetfibrer, d.v.s. fibrer med en låg smältpunkt och med vidhäftningsegenskaper i smält tillstånd, under det att de andra fibrerna absorbe- rar de skadliga produkterna i tobaksrök och är stabila vid de smältbara fibrernas smältpunkt, varvid fiberbland- ningen formas till en cylindrisk stång i ett tillstånd, som inte är sammanhängande men homogent och omfattar fi- bernätverk, som är nära överlappande i förhållande till varandra, varvid nämnda process omfattar utnyttjande av en avsevärd andel smältbara fibrer relativt de absorbe- rande fibrerna, att fiberblandningen bringas till en tem- peratur, som lämnar de absorberande fibrerna intakta, men är tillräckligt hög för att smälta och fluidisera all smältbar substans, som ursprungligen fanns i form av fib- rer och överföres till fina små droppar, som är disperge- rade i nätverket av absorberande fibrer, för att därige- nom genom denna transformering skapa å ena sidan multi- pelförbindningar vid korsningspunkturna för de absorberan- de fibrerna, som förblir stabila, och å andra sidan ett nätverk av porer, som står i förbindelse med varandra åt alla håll, vilket nätverk bildas i de tomrum som lämnas genom smältningen av de smältbara fibrerna.

Den fibrösa blandningen befinner sig till att börja med jämnt fördelad i en kanal med cylindrisk form. Efter dess formning i ett tillstånd, där den ännu ej är sammanhängan- de, utsättes den för en kraftig värmebehandling, varige- nom det är möjligt att mycket snabbt smälta de smältbara fibrerna och därigenom helt överföra dem till fina vid- häftande små droppar, som svetsar de absorberande fibrer- na mot varandra, vilka fibrer förblir intakta, och vidare 8100231-3 10 15 20 25 BO 35 .fiavp-fl-v-...fl - _ s.. _ skapa ett nätverk av med varandra förbundna porer.

Originaliteten hos processen enligt uppfinningen ligger huvudsakligen i den fullständiga nedsmältningen av den fibrösa formen av syntetfibrernas nätverk. Genom utnytt- jandet av smältbarheten och vidhäftningsförmågan för des- sa fibrer, skapas den önskade filterstrukturen, som ut- märker sig genom sin vidhäftning, sin kompakthet och sin genomtränglighet.

Efter kylning är strukturen verkligen sammanhängande och kompakt, beroende på närvaron av multipelförbindningszo- ner, som bildats av de små dropparna av stelnad smältbar substans, som är anordnad vid korsningspunkterna för de absorberande fibrerna, vilka förblivit intakta. ~ Strukturen är dessutom genomtränglig beroende på bild- ningen av ett nätverk av med varandra förbundna porer.

Dessa porer är utbildade i de utrymmen som lämnats tomma genom att de smältbara fibrernas fiberform försvunnit och de är jämnt fördelade i denna nya struktur. Denna struk- tur- är- därför skapad till priset av ytarflean för det smältbara materialet, vilket tillåter en ökning i använd- bar specifik ytarea för de absorberande fibrerna och en hög filtreringseffekt kan uppnås.

De smältbara fibrerna väljes företrädesvis från poly- olefinfibrer, särskilt polyetylen, vars relativt låga smältpunkt ligger på mellan 115 och 1350 C.

Bland fibrerna i denna familj är fibrillerade fibrer för pappersanvändning av högdensitetspolyetylen särskilt för- delaktiga. Detta är fibrer vars dimensioner ligger myc- ket nära dimensionerna för cellulosafíbrer. De är formade från mycket fibrillerade och mycket rikhaltiga fiberknip- pen med mycket oregelbunden och hårig yta med en hög spe- cifik area. Längden uppgår till mellan l och 2 mm och dia- 10 15 20 25 30 35 av... .-.._..W._-_- .- - 8100231-3 metern till mellan 2 och 25 /nn. Denna speciella morfolo- gi tillåter en utomordentlig sammanblandning med cellulo- safibrer. Dessutom tillåter den, efter fullständig smält- ning av polyetylen, erhållande av ett finfördelat poly- estertillstând, d.v.s. innehållande ett stort antal mikro- porer som härrör från den avsevärda ursprungliga riklig- heten av fibrillerade fibrer. Beroende på deras fram- ställningssätt har dessa fibrer vid smältningen ej någon stor inre spänning, vilket är särskilt fördelaktigt efter- som dimensionerna på den erhållna filterstaven, och sär- skilt då diametern, är väsentligen desamma före och efter uppvärmningen av den fibrösa massan. Även andra fibrer såsom värmesmältbara fibrer, fina fila- ment, t.ex. av polyetylen, som erhållits genom konventio- nell spinnteknik och skurits till korta segment, kan ock- så användas. Emellertid är egenskaperna hos filterstruktu- ren som erhålles med dessa fibertyper icke lika till- fredsställande som de som erhålles med fibrillerade fib- PGP.

Bland familjerna av absorberande fibrer, som är värmesta- bila vid smälttemperaturen för de smältbara polyetylen- fibrerna, kan användas cellulosafibrer från barrträd, t.ex. gran och fur, eller från lövträd, såsom björk, ek, eukalyptus och så vidare. Beroende på sin morfologi har dessa naturfibrer, trots att de inte fibrillerats, en hög absorptionskraft relativt tjärorna i tobaksrök. De är också intressanta beroende på sin billighet.

Fibrer från bomullslinters kan också användas.

Som absorberande fibrer kan också användas fibrer som er- hållits genom skärning av artificiella eller syntetiska trådar, t.ex. trådar av cellulosaacetat. Deras längd och diameter måste vara i samma storleksordning som för cel- lulosafibrer och deras smälttemperatur måste vara avse- 10 15 20 25 30 35 8100231-3 värt högre än för de smältbara fibrerna. Åtminstone delvis kan också som absorberande fibrer an- vändas aktiverade kolfibrer, vars längd och diameter lig- ger nära värdena för cellulosafíbrer. Pâ detta sätt kan fördel dras av den välkända kraften hos aktivt kol att absorbera komponenterna i gasfasen och ångorna i tobaks- rök.

Viktproportionerna för fibrerna av vardera typen varierar i beroende på den luftningsgrad som erfordras för filter- strukturen, d.v.s. dess permeabilitet för rökströmmen.

Det är nödvändigt att de smältbara fibrerna utgör en stor del av fiberandelen relativt de absorberande fibrerna, åtminstone 25 % av fibermassan, så att pornätverket, som skapas genom smältningen av de smältbara fibrerna, gör filterstrukturen tillräckligt luftig. Andelen smältbara fibrer möjliggör också variation av filtrets grad av kom- pakthet. ' " Andelen och typen av absorberande fibrer bidrar till be- stämningen av filterstrukturens verkningsgrad. Använd- ningen av lövvedsfibrer i stället för barrträdsfibrer, ger, under i övrigt samma betingelser, en lägre permeabi- litet, en lägre kompakthet och en högre verkningsgrad.

Exempelvis kan sålunda visas, för ett filter med given densitet, att genom ökning av andelen smältbara syntet- fibrer, dragningsmotståndet och filtreringsverkningsgra- den minskar medan kompaktheten ökar. I motsats härtill ökar dragningsmotståndet och filtreringsverkningsgraden, under det att kompaktheten avtar, vid ökning av andelen absorberande fibrer. i _ Vidare gäller för en fiberblandning med given sammansätt- ning, att vid ökning av den cylindriska stavens fyllden- sitet egenskaperna som dragningsmotstånd, filtrerings- 10 15 '20 25 30 35 . --.__ _....... av , _... 8100231-3 verkningsgrad och kompakthet tycks öka.

I en föredragen utföringsform, för en blandning omfattan- de 50 % smältbara fibrer och 50 % cellulosafibrer, ligger filtrets densitetsvariation inom intervallet 0,105 - 0,150.

Detta motsvarar ett dragningsmotståndsintervall på 50 mm C.E. - 150 mm C.E. 8 mm X 20 mm. för ett filtermunstycket med formatet Enligt en annan utföringsform ger en blandning innehållan- de en tredjedel cellulosafibrer, en tredjedel aktiverade kolfibrer och en tredjedel smältbara fibrer ett tillräck- ligt kompakt, permeabelt filter, som är mycket verknings- fullt när det gäller kvarhållning av både tjäror och gas- fasen och ånga i tobaksrök. - __ Efter formningen till en cylíndrisk stav, upphettas den fiberformiga massan med någon lämplig, i och för sig känd anordning, t.ex. genom cirkulation av het luft, infraröd- strålning, uppvärmning med högfrekventa eller mikrovågor.

Oavsett det använda tillvägagångssättet måste uppvärm- ningsmetoden vara sådan att alla smältbara fibrer i den cylindriska staven når sin smältpunkt samtidigt.

Genom föreliggande uppfinning erhålles en rad fördelar, av vilka med avseende på cigarettfilter kan nämnas föl- jande: Utomordentligt gott utbyte av filtermaterialet, för en given fíltreringsverkningsgrad för skadliga produkter i tçbaksrök erhålles en densitet som är avsevärt lägre än för normalt använda cellulosaacetatfilter eller pappers- filter, Möjlighet att erhålla en effekt med avseende på gas- och ångfasen 5 tobaksrök genom användning av aktiverade kol- fibrer, 10 15 20 8100231-3 Det är mycket lätt att erhålla önskade verkningsgrader och kompaktheter inom ett brett intervall genom att va- riera typen av och dimensionerna för de värmestabila ab- sorberande fibrerna, genom att variera graden av använd- ning av smältbara fibrer, och genom att variera fyllden- siteten i staven, \ Utomordentlig kompakthet och elasticitet föreligger före och under rökning, vilka två egenskaper föreligger i av- sevärt högre grad än för filter av cellulosaacetat med samma dragmotstånd, 3 Ett tillfredsställande utseende för filtersektionen, som icke har några synliga porer utan tvärtom.en jämnhet, som liknar den som.föreligger för cellulosaacetatfilter, och En för-delaktig kostnadsbild jämfört med eelluløsaacetat- filter eller pappersfilter, beroende på den relativt lå- ga kostnaden för fibermaterialet i den använda bland- ningen.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 *8100231-3 Patentkrav

1. Sätt att framställa en filterstruktur, särskilt lämpad för cigarettfilter, från en"fiberformig massa, bildad av en homogen blandning av fibrer av olika typer, varav vis- sa med nödvändighet är syntetiska och smältbara med en låg smältpunkt och som besitter adhesiva egenskaper i smält tillstånd, och där de andra är absorberande med av- seende på skadliga produkter i tobaksrök och stabila vid de smältbara fibrernas smälttemperatur, varvid nämnda fiberblandning formas till en cylindrisk stav, som ännu ej befinner sig i sammanhängande tillstånd men är homogen och omfattar fibernätverk, som är tätt sammanflätade re~ lativt varandra,\ k ä n n e t e c k n a t av att en icke försumbar andel smältbara fibrer användes relativt de absorberande fibrerna, att fiberblandningen bringas till en temperatur, som lämnar de absorberande fibrerna intakta men som är tillräckligt hög för att smälta och fluidisera all smältbar substans, som ursprungligen fanns närvarande i form av fibrer och som konverteras till fina små droppar, fördelade i nätverket av absorberande fib- rer, för att genom denna omvandling skapa å ena sidan multipelförbindningar vid korsningspunkterna för de ab- sorberande fibrerna, som förblir stabila, och å andra si- dan ett nätverk av porer, som står i förbindelse med var- andra i alla riktningar och som utgöres av de utrymmen som lämnas tomma vid smältningen av de smä1tbara_fíbrerna.

2. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att en fibermassa användes, som omfattar smältbara fibrer i en icke försumbar andel och en enda typ av absorberande fibrer. ' I

3. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att en fibermassa användes, som omfattar smältbara fibrer i en icke försumbar andel och åtminstone tvâ typer av ab- sorberande fibrer av olika natur. 10 15 20 25 30 35 8100231-3 10

4. U. Sätt_enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t av att de smältbara fibrerna är polyolefinfibrer.

5. Sätt enligt krav U, k ä n n e t e c kan a t av att polyolefinfibrerna är fibrillerade fibrer av högden- sitetspolyetylen för pappersanvändning, sammansatta i mycket fibrillerade och mycket rikliga fiberknippen, med den mycket oregelbunden och hårig yta med hög specifik yt- area, varvid huvudlängden för nämnda fibrer varierar mel- lan l och 2 mm.och deras diameter varierar mellan 2 och 25 Pm.

6. Sätt enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t av att träcellulosafibrer användes som absorberande fib- rer.

7. Sätt enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t av att som absorberande fibrer användes bomullsfibrer, fibrer av aktiverat kol, korta segment av celiulosaacetat- trådar, varvid nämnda fibrer och trådar har en längd och en diameter i samma storleksordning som träcellulosafib- rer. _

8. Sätt enligt något av kraven 2 - 5, k ä n n e - t e c k n a t av att som absorberande fibrer användes korta trådsegment av en syntetisk substans såsom poly- propylen, vars smältpunkt är avsevärt högre än för de smältbara fibrerna.

9. sätt enligt något av kraven 1 - 5, k ä n n e - t e c k n a t .av att en fibermassa användes som omfat- tar åtminstone 25 % smältbara fibrer.

10. Sätt enligt något av kraven 1 - 9, k ä n n e - t e c k n a t av att en fibermassa användes, som omfat- tar 50 % fibrillerade fibrer av högdensitetspolyetylen för pappersanvändning och 50 % tallcellulosafibrer, som ts1áo2s1-3 11 kommer från en blekt kemisk massa, varvid egenskaperna som form, fínhet och total storlek för dessa fibrer bi- bringar en låg densitet till fibermassan efter dess form- ning.