Brevet FR2034940A1 — publié le 19701218

La présente invention concerne une substance filtrante pour la fumée de tabac assurant une meilleure élimination des constituants de la fumée. L'invention vise plus particulièrement une telle substance choisie dans le groupe des carbonates de métaux alcalins finement divi- sés, de faible densité apparente, des silicates de métaux alcalins ayant un rapport pondéral silice/oxyde de métal alcalin de 4/1, et des mélanges de ceux-ci. L'invention vise également des éléments filtrants renfermant ces substances. Des éléments filtrants pour supprimer le cyanure d'hydrogène et renfermant des carbonates de sodium et de potassium sont décrits dans les brevets U.S. 3 397 705, 3 @03 689 , et 3 417 758 et des éléments f filtrants renfermant de carbonate de sodium sont décrits dans le brevet U.S. 3 368 566 comme substances réagissant alcalinement pour éliminer l'acide acétique et analogues, On emploie couramment comme substance imprégnante des bicarbonates, tels que le bicarbonate de sodium (brevet U.S. 3 370 592)dans un tampon de filtre contenant un indicateur sensible an carbonyle et supprimant donc les composants acides.Les bicarbonates de sodium et de potassium ont été également décrits comme imprégnants pour l'imprégnation de matériau de filtre de tabac, dans le brevet anglais 760 772. Le brevet UvS. 2 172 946 indique également quton peut utiliser les silicates ou les oxydes de potassium et de sodium par exemple dans un élément filtrant la fumée de tabac et comprenant des gra nules de café, pour enlever liescès des gaz acides de la fumée de tabac.Par ailleurs, le brevet français 1 465 842, indique que les silicates de sodium et de potassium sont utilisables en tant qu'imprégnants pour le papier filtre ou filaments filtrants supprimant le cyanure d'hydr@gème de la farée du rabas, @@ciqu'il ou s@it, l@ @@@@@@@@ p@@ @@@@@@r d@ivent tenir compte du @@@t @@r@@nnel du @o@@ @@teur, @@ simple découverte du pouvo@@ @iltran@ @'une substance ou d@@@ corposition @'est souvent pas suffisante. Ainsi les carbonates, bicarbonates et silicates de sodium et de potassium bien que ben marché, n'ont pas été bien acceptés sur le marché comme substances filtrantes pour articles de fumeur. Une substance bien acceptée par le consommateur est du charbon actif, un charbon modifié de la manière décrite dans le brevet U. S 3 251 365 , par imprégnation avec des oxydes métalliques. @se sabstances éliminent certains constituants de la fumée du ta- bac,et le goût de la fumée filtrée,notamment sur du charbon ainsi imprégné, peut plaire à des fumeurs de cigarette. suivant l'invention, des éléments filtrants pour articles pour fumeur contenant certains carbonates de métaux alcalins, ou des silicates de métaux alcalins hydratés ayant un rapport pondéral silice/oxyde de métal alcalin d'au moins 4/l,peuvent augmenter le taux de filtration de la fumée du tabac.De plus,la fumée filtrée résultante,peut être effectivement préférée pour son goût et son arome,à celle filtrée sur de simples filtres de charbon,et peut être ainsi largement acceptée par le public. Au point de vue de la saveur de la fumée du tabac,et par comparaison directe, la fumée filtrée, suivant l'invention,peut satisfaire jusqu'à 80% et plus des fumeurs de cigarette. D'une manière générale, la présente invention a pour objet un matériau filtrant la fumée! comprenant une substance choisie dans le groupe formé par les silicates de métaux alcaline hydratés contenant au moins 10% environ en poids d'eau et ayant un rapport pondéral silice/oxyde de métal alcalin d'au moins 4,0/1, par les carbonates de métaux alcalins ayant une grande solubilité dans l'eau et une densité apparente inférieure à 647,5 kg/ml environ,et 7ar les mélanges de ceux-ci. L'invention se rapporte également à des éléments filtrant la fu- mé de tabac comprenant une pluralité de supports fibreux et conte- nant ledit matériau. Par le terme métal "alcalin", on entend les métaux alcalins lithium, sodium, potassium, cesium, et rubidium, ceur de sodium et de potassium étant préférables pour des raisons d'économie.Les filtres et éléments filtrants pour la fumée de tabac, comprennent @@é@ielement @@ux fixés @@ bout d'une ci@@@ette,d'un cigare ou @@@@@ @@@@ et qui @ont destinés à fi@@@@@ @@r constitua@t@ de @ fumé@ de tabac. Les @@rbonates de métaux alcaline pour l'élément fixtra@t de la présenfe invention ont déjà été décrite dans le brevet U. S. 3 1 88 170. Cas carbonates de métaux alcalins sont sous forme de granulés sphériques ne s'agglomérant pas,très solubles dans l'eau et de pouvoir absorbant élevé. De plus,les granulés doivent avoir une granulométrie telle qu'ils soient presque tous retenus par un tamis ayant des ouvertures de 0,246 mm et avantageusement de manière à obtenir une chute de pression souhaitable lorsqu'on emploie de telles particules dans les cigarettes, toutes les particules ont une dimension telle qu'ils peuvent dtre tamisés sur des tamis ayant des ouvertures comprises entre 0,246 mm et 1,168 mm environ. Un exemple de carbonate de sodium est une substance granulée blanche, exempte de poussière, et de faible densité.Un tel exemple de carbonate de sodium a une pureté de 99,6 - 99s8fo et contient,à peine plus de 0,1% de chlorure de sodium,le reste étant constitué dtimpu- retés, eau y comprise. Une méthode avantageuse de préparation des silicates de métaux alcalins est celle décrite dans la demande de brevet U.S.N 738 771. Selon cette méthode,on mélange un silicate de métal alcalin de rapport pondéral élevé silice/oxyde de métal alcalin,par exemple 3/1 ou plus, à une source de silice amorphe finement divisée et contenant 80% ou plus en poids de SiO2.Après un mélange soigneux de ces substances, on les laisse réagir à température ambiante durant 1 à trois jours.On peut également accélérer la réaction en chauffant le mélange à une température qui ne doit pas dépasser celle où se produit le gonflement, de façon à obtenir un produit qui soit soluble dans l'eau0 Si on chauffe le mélange à une température égale ou supérieure à celle où se produit le gonflement,ctest-à-dire à une température où il se produit une mousse de silicate de métal alcalin, due à l'évaporation de l'eau contenue dans le mélange, la substance résultante peut être pratiquement ou totalement insoluble dans l'eau, ainsi qutanhydre.Ces substances qui sont presqùe ou totalement anhydres ne conviennent pas, suivant l'invention. Suivant l'invention, on peut préparer un silicate de sodium ayant un rapport pondéral silice/oxyde de sodium de 4,5/1 environ en utilisant 110 parties pondérales d'une solution aqueuse de silicate de sodium contenant 38,3 % de solide et ayant un rapport pondéral silice/oxyde de sodium de 3,2/1 et 14,3 parties pondérales d'une silice amorphe contenant 90% en poids de SiO2.Le silicate de métal alcalin hydraté résultant contient environ 55% d'eau en poids.De l'eau peut ;dtre ajoutée à la réaction afin d'augmenter l'eau d'hydratation finale. Alternativement, le produit obtenu directement et qui contient environ 55710 d'eau, peut être séché partiellement au cours d'une étape ultérieure pour donner un produit final contenant environ 10% d'eau. Un produit contenant moins d'environ 10% de son poids en eau,n1a pas d'acticn notable comme "épurateur alcalin humides dont il est question par la suite. Pratìquemen-t,pour des raisons d'efficacité et d'économie, de telles substances hydratées contiennent environ 10-60 d'eau, en poids. On pulvérise généralement pratiquement la totalité de ces substances en particules,de manière à ce qu'au moins 90, Il est avantageux pour obtenir une baisse de pression convenable lorsqu'on utilise une telle substance particulaire dans des ciga- rettes, que sensiblement toutes les particules aient une granulométrie telle qu'elles passent à travers un tamis ayant des ouvertures comprises entre environ 0,246 mm et environ 1,168 min. En général, qu'on emploie le carbonate ou le silicate de métal alcalin on peut les utiliser ou les combiner de n'importe quelle manière pour obtenir un filtre à fumée de tabac, à condition que ces substances puissent venir en contact avec la fumée de tabac,et que leur nature chimiaue ne soit pas affectée du fait de ce déploiement. On peut s'en servir comme substances particulaires dans le compartiment d'un élément filtrant formé par deux tubes filtrants ou tampons-support. Un exemple d'un tel arrangement est décrit dans le brevet U.S. 3 251 365. A l'intérieur de cette poche ou compartiment, les particules de carbonate ou de silicate de métaux alcalins peuvent être employées seules,ou mélangées l'une à l'autre ou à d'autres substances pulvérulentes (dans un pourcentage pondéral de 10-90%), , telles que le charbon activé,les zéolites,la célite,la pierre ponce et le carbone,ces substances pulvérulentes ayant une granulométrie telle qu'elles passent à travers un tamis ayant des ouvertures comprises entre environ 0,147 mm et environ 2,362 min. On emploie, plut8t par économie/cabonates ou silicates particulaires dans un tel compartiment.Ces carbonates ou silicates peuvent entre utilisés seuls ou mélangés avec une substance essentiellement ou totalement inorganique0 Cependant, ils peuvent entre également utilisés d'une autre manière typique,dans un élément filtrant la fumée de tabac lorsque cette utilisation n'entraîne aucun changement ni modification de leur intégrité solide.Ainsi,des solutions de telles substances pour préparer l'élément filtrant la fumée du tabac, ne conviennent pas,mais les substances peuvent titre employées en t@@@@@ @@lices dans un @e@ange, par exemple avec un polyuréthane fragmenté linéaire ou réticulé. ou avec d'autres additifs particu laires tels que ceux décrits dans le brevet U.S. 3 330 286.De plus on peut utiliser n'importe lesquelles des ces substances finement d visées pour la filtration en les enrobant ou les incorporant sous forme solide à un élément fibreux, ou à un élément filtrant étoupe Plus particulièrement,le carbonate. ou le silicate de métal alcali@ peuvent être incorporés,sous forme @@ dune substance solide finement divisée,dans un élément filtrant compressible tel qu'un polyurétha ne sous forme de filament ou une substance fibreuse telle une plu ralité de supports fibreux de polyoléfines arrangés de facon à for mer des passages perméables aux gaz, ou encore telle de l'acétate de cellulose dont les fibres sont ensuite filées pour donner un élément filtrant la fumée de tabac. Quand on emploie les silicates de métal alcalin sous forme pulvé@ risée,on les mélange préféremment. à un agent anti-agglomérant car les silicates au repos peuvent s'agglomérer en une masse solide ayant une moindre perméabilité au gazODe- tels agents anti-agglomé rants peuvent comprendre le carbonate de métal alcalin finement ai visé,ou du charbon actif particulaire,ou encore des substances par ticulaires comme de la silice pulvérulente et des zéolites syntheti ques,par exemple les aluminosilicates de métal alcalin mentionnés dans le brevet U.S. 3 347 245,ou un.aluminosllicate naturel de mé tal alcalin hydraté mentionné dans le brevet U.S. 2 327 526.On peut aussi conférer aux silicates des métaux alcalins de propriétés ant- agglomérants, en les traitant avec des liquides organiques ayant un faible point d'ébullition,par exemple le méthanol,ou des solutions de substances comprises dans ces liquides;on peut,par exemple les traiter avec une solution méthanolique d'un acide basique ou une so lution éthérée d'un stéarate d'aluminium,suivi de l'évaporation du solvant.Dans une opération de filtration pour dee raisons d'écono mie et d'efficacité,un tel agent anti-agglomérant ne doit pas repre- senter pus de 25% environ du r.oi.dz du silicate de métal hydra@é. Le carbenate ou le silicate de metal alcal@n dans un élément @@ trant,peut former seulement une partie de cet elément c'est-a-dire telle que celle décrite dans le @revet U.S. @ 568 566.Plus parti@@- lièrement, en ce qui concerne les silicates de m@taux alcalins,e@ sans étre lié à une théorie particulière,il est admis que de tels silicates,au contact de la fumée de tabac et plus particul@erement de la partie acide de la fumée de tabac,engendrent de l'eau qui peut agir comme réfrigérant et comme épurateur alcalin humide pour la fumée du tabac0 Cet épurateur humide capte les constituants volatils acides de la fumée en les transformant en sels de métal alcalin non volatils. Simultanément une certaine quantité de gel d'acide silicique se forme et elle peut absorber d'autres coustituants de la fumée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre de plusieurs exemples non limitatifs,de modes de réalisation suivant l'invention. EXEMPLE 1 :- On prépare des éléments filtrants à expérimenter avec des cigarettes à partir de carbonate de sodium solide fabrique ainsi que décrit dans le brevet U.S. U 188 170 et contenant 99,8% de carbonate de sodium,0,116% de chlorure de sodium,0,04% d'eau, le reste étant des impuretés.Le carbonate de sodium est une substan- ce particulaire de granulés sphériques libres de se déplacer et dont 100% peuvent passer à travers un tamis dont les ouvertures ont des dimensions de 1,168 mm environ et 3,7% peuvent passer à travers un tamis dont les ouvertures ont des dimensions de 0,246mm. Ces granulés ont une densité en masse d'environ 544,6 kg/m3. À titre comparatif, on fabrique des éléments filtrants à partir de charbon actif commercial employé dans le filtre de cigarette. D'autres éléments filtrants sont préparés avec un mélange en parties pondérales égales dudit charbon et du carbonate de sodium.Tou- tes les cigarettes munies des éléments filtrants sont fumées dgune manière normale par des fumeurs;on pèse les charges des filtres avant et après cette opération. Dans le tableau suivant,pour chaque sorte d'élément filtrant,les résultats des essais précédents sont indiqués par la charge moyenne des éléments filtrants et le poids moyen des constituants de la fu- mée retenus par le filtre. T A B L E A U Substance Substance Poids des constituants de filt@e@t@ poids m@@@@ @ l@ fumés @@t@@@@ @@ @@ filtrante poids moyen,g la fumée retenus, en mg I.Charbon actif 0,1069 4,8 II.Carbonate de sodium 0,1038 7,3 iii. Mélange I et II 0,1088 9,4 On voit dtaprès ces résultats que le carbonate de sodium seul supprime mieux les constituants de la fumée de cigarette que le charbon actif. De plus, les résultats du mélange du charbon actif et du carbonate de sodium montrent que le carbonate de sodium peut accroître les capacités d'absorption du charbon actif et constituer, en mélange,un meilleur filtre que le charbon actif seul. EXEMPLE 2 :- Le silicate de métal alcalin employé est un silicate de sodium ayant un rapport pondéral silice/oxyde de sodium de 4,5/1, des dimensions de particules telles qu'elles passent pratiquement toutes à travers un tamis ayant des ouvertures d'environ 0,833 mm et qu'elles sont retenues par un tamis ayant des ouvertu- res d'environ 0,246 mm, ledit silicate de sodium contenant 53,2 % en poids d'eau de composition. La préparation de ce silicate de sodium est décrite dans la demande américaine NO 738 771.Les cigarettes choisies pour ces expériences sont des cigarettes commerciales dont l'élément filtrant comprend deux tampons bout à bout enroulés dans une bande de papier qui les maintien à une certaine distance, constituant ainsi une chambre contenant la substance granulée, qui est un charbon actif traité. Ce type de filtre est décrit dans le brevet U.S. 3 251 365. Pour faire un essai comparatif, on prend des cigarettes franches -d'un paquet commercial. On choisit d'autres cigarettes friches de ce paquet et on enlève le charbon granulé de la chambre de filtration défini ci-dessus. On fend l'emballage tubulaire des filtres de ces cigarettes à l'aide d'une lame de rasoir et on vide la chambre des particules de charbon.Ces chambres une fois vidées sont remplies de silicate de sodium particulaire qui est mélangé intimement à 5% d'un agent anti-agglomérant d'alumino-silicate de calcium finement divisé comprenant Ô,î% au maximum de particules retenues par un tamis ayant des ouvertures environ 0,045-mm,ayant une densité en masse de 224,6 à 259 kg/m3, une superficie de 235 m2/g et une absorption d'eau de 450 ml/lOO g.D'autres chambres filtrantes évidées sont remplies avec du silicate de sodium particulaire mélangé avec du charbon granulaire provenant des chambres. Ce mélange de remplissage a un rapport pondéral silicate de sodium/charbon de 70 / 30. On referme toutes ces chambres filtrantes modifiées en enroulant une bande de cellophane autour de l'emballage fendu du filtre et toutes les cigarettes sont consumées par un dispositif de fumage au tomatique où le temps de consommation et la chute de pression sont constants. Après consommation, les extrémités du tampon filtrant c 'est-à-dire le bout extrême de l'élément filtrant le plus éloigné du tabac, sont inspectées visuellement pour chaque cigarette et com parées entre elles. Il apparaît que les bouts extrtmes des cigaret-. tes non modifiées ont une coloration brune assez foncée nettement plus sombre que celle de l'élément filtrant contenant du silicate de sodium. La coloration des bouts extrêmes des filtres contenant du silicate de sodium varie de blanchâtre à paille,ce qui démontre l'efficacité accrue des éléments filtrants contenant du silicate de sodium pour éliminer les goudrons et les corps colorants en comparaison aux éléments filtrants de charbon actif trouvés dans le commerce. EXEMPLE 3 On utilise des cigarettes à filtre telles que décrites dans l'exemple 2,certaines n'étant pas modifiées et servant de témoin. On traite les autres filtres ainsi que décrit dans l'exemple 2,certains étant remplis de silicate de sodium particulaire comprenant un agent anti-agglomérant comme dans l'exemple 2, d'autravec du silicate de sodium particulaire mélangé à du charbon dans un rap-- port pondéral silicate de sodium/charbon de 70 / 30. Avant consommation, chaque cigarette fraiche, ainsi qu'à certaines cigarettes à chambre filtrante modifiée,on ajoute un deuxiè- me filtre. Celui-ci est fixé à la partie du tampon du filtre la plus éloignée du tabac et est constitué de fibres de cellulose.Ce deuxième filtre facilement amovible devient 1' élément filtrant le plus éloigné du tabac et est placé en alignement co-axial avec l'élément filtrant principal des cigarettes commerciales. De plus, avant consommation, les cigarettes modifiées mais ne comprenant pas encore le deuxième filtre sont montées sur un tube de verre d'environ 152,4 mm de long. Pour chaque cigarette modifiée ainsi attachée et dont là chambre contient le silicate de sodium plus un agent, on remplit la longueur correspondante du tube avec le même silicate de sodium plus l'agent. Il en est de méme pour les cigarettes dont les chambres filtrantes contiennent du silicate de sodium plus du charbon actif, Après consommation de toutes les cigarettes par un dispositif de fumage automatique,on enlève les filtres secondaires et on les compare visuellement.De plus,les tubes de verre précédemment remplis sont enlevés des cigarettes et sont également comparés visuellement entre eux. Il résulte de cet examen que les filtres secondaires des cigarettes commerciales non modifiées ont une coloration allant de sensiblement décolorera à brun foncé, tandis que les filtres secondaires de toutes les cigarettes modifiées montrent un tacheté discontinu qui, là où il est coloré est extrtmement plus clair que pour les cigarettes non modifiées.De même, la substance filtrante particulaire contenue dans les tubes.de verre montre une coloration très faible par rapport à leur couleur blanchâtre initiale,même dans les parties du tube les plus proches du tabac, ceci prouve la grande efficacité de filtration des filtres modifiés EXEMPLE 4 :- On utilise un carbonate de sodium pur à 99,6 r et contenant C;,12 % de chlorure, 0,20% d'eau, le reste étant composé d'impuretés. C'est une substance granulaire fluide dont lO% peut passer à travers un tamis ayant des ouvertures d'environ ljl68mm. et dont 4,7% sont retenus par un tamis ayant des owertures d'environ 0,147 mm. Sa densité en masse est de 525,5 kg/m3 environ.Le silicate de sodium employé est une substance particulaire dont toutes les particules ont une granulométrie telle qu'elles passent à travers un tamis ayant des ouvertures comprises entre environ 0,833 mm et environ 0,246 mm, contenant un pourcentage d'eau de 5D,2 % et ayant un rapport pondéral silice/oxyde de sodium de 4,5/1. Comme dans l'exemple 2, on coupe la bande de papier enveloppant les filtres de cigarette a l'aide d'une lame de rasoir. On referme ensuite simplement les filtres de certaines de ces cigarettes avec un papier de cellophane. Et de même que dans exemple 2,on prépare d'autres cigarettes, en mettant le carbonate de sodium dans la chambre filtrante et en enveloppant le tout d'une feuille de cellophane. On remplit les chambres des cigarettes restantes avec un mélange du silicate de sodium décrit ci-dessus et de charbon en poudre comme agent anti-agglomérant.Le rapport pondéral silicate de sodium/ charbon est de 9/ 1. On enveloppe également l'élément filtrant de ces cigarettes modem fiées d'une feuille de cellophane Un total de douze personnes ou Jury évaluent les cigarettes en les fumant d'une manière normale.Chaque membre du Jury fume trois cigarettes, une normale non modifiée,une à élément filtrant de rar bonate de sodium, et une à élément filtrant de silicate de sodium. Les cigarettes sont codées et noh reconnaissables. On demande au Jury de comparer les cigarettes et de choisir celle qui a le @@ @@@ @ goût. Un membre de ce Jury a une grande expérience dans la manière de décrire et d'évaluer le gott et l'arome des cigarette A la suite de ce test,deux membres du Jury choisissent la cigarette vendue sur le marché, deux autres celle contenant l'élément filtrant de silicate de sodium, et le reste, c'est-à-dire huit mem bres,choisissent celle contenant le filtre de carbonate de sodium. L'expert en matière de cigarettes fait partie de ses huit membres et décrit la fumée de ces cigarettes comme ayant le goût agréable et doux et un arome plus prononcé que celle trouvée sur le marché. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux exemples décrits; elle est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées, et sans quton 'écarte pour cela du cadre de l'invention. -REVENDICATIONS lo- éliment filtrant la fumée de tabac caractérisé en ce qu'il comprend une substance particulaire choisie dans le groupe formé par les silicates de métaux alcalins hydratés contenant au minimum 10% en poids d'eau et ayant un rapport pondéral silice/oxyde de métal alcalin d'au moins 4,0/1, les carbonates de métaux alcalins ayant une solubilité élevée dans l'eau, et une densité en masse inférieure à 647,5 kg/m3 environ, ainsi que les mélanges de ceux-ci. 2.- ELément filtrant suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le silicate de métal alcalin hydraté contient environ 10-60% en poids d'eau, est sensiblement soluble dans l'eau, et est produit par la réaction de silice smorphe avec un silicate de métal alcalin aqueux à une température suffisamment basse pour ne pas provoquer de gonflement. 3.- Elément filtrant suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le carbonate de métal alcalin est sous forme de granulés dont 90% environ ont une granulométrie telle qu'ils passent à travers un tamis ayant des ouvertures comprises entre environ 0,246mm et environ 1,168 mm, ledit carbonate ayant une densité apparente en masse comprise entre 423 et 647,7 kg/m3 environ. 4.- Béent filtrant suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le silicate de métal alcalin est sous forme de grains dont 90% environ en poids ont une granulométrie telle qu'ils passent à travers un tamis ayant des ouvertures comprises entre environ 0,147 mm et 2,362 mm et que ledit silicate est un mélange intime avec sensiblement pas plus de 25% environ,en poids, d'un agent antiagglomérant. 5.- Elément filtrant suivant lune des revendications 1 à 4,caractérisé en ce que la substance filtrante est contenue dans une pluralité de supports fibreux formant des passages perméables aux gaz. 6.- Elément filtrant suivant l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la substance filtrante est en particules et est placée dans une chambre, ladite chambre étant disposée à l'intérisur d'un article pour fumeur, de manière à ce qu'il y passe au moins une partie de la fumée du tabac. 7.- Elément filtrant suivant la revendication 6,caractérisé en ce que la substance particulaire comprend du polvuréthane fragmenté. 8.- Elément filtrant suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la substance particulaire comprend entre environ 10-90% en poids de charbon actif sous forme de grain ayant une granulo métrie telle qu'ils passent à travers un tamis ayant des ouvertures comprises entre 0,147 mm et 2,362 mm environ.