Brevet FR2518374A1 — publié le 19830624

-1 2518374 La présente invention a pour objet des filtres pour fumée de tabac. Elle concerne un nouveau filtre non homogène, pour fumée de tabac, en forme de tige, et un filtre ventilé pour fumée de tabac, qui comprend une tige du même type général et qui réduit la teneur en goudron principalement par dilution par l'air plutôt que par filtration mécanique, tout en maintenant une perte de- charge (PC) de filtre relativement élevée comparée à celle d'un filtre clas- sique avec la même rétention de goudron et dilution par l'air; un tel filtre classique peut par exemple être réalisé de façon homogène avec des filaments d'acétate de cellulose de 12 à 15 DPFF (deniers par filament), fournissant ainsi une faible efficacité de filtration -quand de tels filtres sont utilisés en combinaison avec des niveaux élevés de dilution par l'air, cependant, on obtient des pertes de charge (PC) de filtre et de cigarette à filtre trop faibles. La présente invention comporte l'utilisation d'une tige-filtre dans laquelle le matériau filtrant forme une couche autour d'un noyau fibreux ou filamentaire plus dense constituant un obstacle pour le passage de la fumée; ce dernier peut être imperméable ou d'une très faible perméabilité à la fumée. Selon un premier aspect, la présente invention a pour objet une tigefiltre pour fumée de tabac comprenant une couche de matériau filtrant pour fumée de tabac disposée autour d'un noyau plus dense et étiré de fila- ments liés, faisant obstacle à l'écoulement de la fumée. Selon un autre aspect, l'invention a pour objet un filtre ventilé pour fumée de cigarette qui réduit la teneur en goudron diluée plus par dilution par l'air que par filtration mécanique, dans lequel le matériau de filtration de la fumée forme une couche autour d'un noyau plus dense faisant obstacle à l'écoulement de la fumée, fibreux ou filamentaire, et est lui-même entouré d'une enveloppe perméable à l'air, dans une cigarette à filtre employant un tel filtre ventilé le pourcentage de dilution par l'air à travers le filtre est de préférence supérieur au pourcentage de rétention du goudron "sans ventilation" du filtre, c'est-à- dire le pourcentage mesuré avec un filtre et une cigarette équivalents en empochant la dilution par l'air à travers le filtre. Le filtre selon l'invention possède bien entendu une enveloppe externe perméable à l'air, par exemple un papier sensiblement imperméable muni de perforations; lors de l'utilisation, la dilution par l'air de la fumée est de préférence au moins de 50 % Les cigarettes munies de tels filtres salon l'invention peuvent donner un rapport CO/goudron inférieur à celui des ciga- rettes utilisant le filtre classique hautement ventilé (pour lesquelles ledit rapport est généralement voisin de l'unité) mais avec une résistance au tirage similaire à celle des cigarettes avec des filtres classiques;non ventilés ou -2_ 518374 faiblement ventilés. La perte de pression (CC) du filtre complet e 8 t-maintenue à un niveau raisonnablement élevé à cause de la surface transversale rétrécie du matériau de filtration L'efficacité mécanique du filtre est faible en raison de cette surface transversale rétrécie, et également en raison de la faible efficacité intrinsèque dudit matériau de filtration. Le pourcentage de dilution par l'air est défini ici comme le pourcen- tage en volume de l'air de ventilation ajouté à travers le filtre dans le mélange total qui sort du filtre; ainsi une dilution par l'air ou ventilation de 50 % signifie que dans chaque bouffée, il y a un rapport volumique 50/50 d'air ajouté par rapport à la fumée de départ, et une dilution par l'air de % signifie que ce rapport est de 40/60, et ainsi de suite. De préférence, le filtre fermé (c'est-à-dire avec la dilution par l'air empêchée) aura une perte de charge (PC) d'au moins 90 m d'eau et une rétention mécanique du goudron d'au plus 45 % Le matériau de filtration peut être un matériau classique ayant une faible efficacité de filtration, par exemple l'acétate de cellulose ou d'autres fibres de 8 dpf ou plus (sous forme de faisceaux de filaments ou de fibres en brins) ou sous la forme d'un assemblage de matériau en feuille ondulé ou gaufré. Le noyau fibreux ou filamentaire plus dense faisant obstacle à l'écoulement de la fumée peut être un matériau imperméable ou de faible perméabilité, par exemple un matériau filamentaire ou fibreux de faible perméabilité tel que celui commercialisé sous la marque déposée "Transorb", une tige dense-étirée de filaments d'acétate de cellulose liés Les caracté- ristiques des tiges de "Transorh" et les méthodes pour les préparer (qui peuvent éliminer le crêpage initial du filament) sont décrits dans le brevet britannique N O 970 817 auquel on renvoie le lecteur pour plus de détails. Dans le cas d'un noyau à faible perméabilité, le flux radial de fumée ou d'air entre le noyau faisant obstacle à l'écoulement et le matériau filtrant peut être empêché avec un manchon ou une enveloppe (par exemple en papier non poreux ou en film imperméable) ou avec une peau intégrée autour du noyau. Le noyau faisant obstacle à l'écoulement de la fumée entouré par le matériau de filtration peut s'étendre sur la longueur totale ou sur une partie de la longueur du filtre Dans les cas o le noyau faisant obstacle à l'écou- lement ne s'étend pas d'une extrémité à l'autre du filtre, il peut partir d'une extrémité ou bien être écarté de chaque extrémité Le noyau faisant obstacle à l'écoulement sera normalement parallèle à l'axe du filtre et de -3 2518374 préférence sera coaxial avec le filtre mais cela n'est pas absolument essen- tiel Le filtre selon l'invention peut, bien entendu comporter deux noyaux faisant obstacle à l'écoulement tels que décrits ci-dessus, ou davantage Les filtres selon l'invention sont fabriqués facilement en faisant avancer longi- tudinalement en continu -une feuille ou bande du matériau de filtration de fumée, en disposant dessus, en continu, un noyau continu faisant obstacle à l'écoulement de la fumée ou en déposant dessus à intervalles régulièrement espacés, des éléments de noyau, en resserrant en continu l'ensemble en une tige avec le matériau filtrant entourant le noyau faisant obstacle à la fumée, en enveloppant en continu ladite tige avec l'enveloppe perméable à l'air, et en découpant en continu le produit continu obtenu en éléments individuels. Dans le cas on il y a une cape d'extrémité avec perforations et un noyau de longueur inférieure à celle du filtre, ce dernier peut avantageuse- ment être disposé en aval ou en amont des perforations de la cape, c'està- dire respectivement à l'extrémité buccale du filtre ou éloigné de l'extrémité buccale du filtre. Les filtres selon l'invention peuvent être utilisés seuls ou comme constituants d'un filtre multiple en combinaison avec au moins un tampon additionnel de faible perte de charge et à faible rétention de goudron. Les valeurs de perte de charge de rétention et de dilution par l'air mentionnées ici sont mesurées selon les procédés recommandés par le CORESTA (Centre de Coopération pour les Recherches Scientifiques Relatives au Tabac). Lorsque l'ensemble du noyau faisant obstacle à l'écoulement de la fumée et du matériau filtrant qui l'entoure tel que fabriqué est autosuppor- tant, l'enveloppe perméable à l'air peut être mise en place après que l'en- semble fabriqué en continu a été coupé en éléments individuels -ce peut être par exemple la cape d'embout joignant le filtre à un cylindre de tabac enve- loppé, dans une cigarette à filtre. On peut aussi mettre en place une enveloppe perméable à l'air à mesure que ledit ensemble est produit en continu; alors le filtre peut être incorporé dans une cigarette par un embout annulaire, ou-la dilution par l'air en utilisation peut être effectuée à travers cette enveloppe et une cape d'embout. Comme indiqué ci-dessus, le noyau faisant obstacle à l'écoulement de la fumée peut être totalement ou intrinsèquement imperméable à la fumée ou il peut être d'une structure et d'une composition telles qu'il possède une certaine perméabilité à la fumée mais ne contribue que faiblement ou pas du tout à la perméabilité à la fumée du filtre dans son ensemble. Le ou les noyaux faisant obstacle à l'écoulement de la fumée peuvent être par exemple être constitués d'un corps de filaments ou de fibres liés -4 2518374 ayant une certaine perméahilité qui est toutefois nettement inférieure, lors de l'utilisation du filtre, à celle du matériau de filtration de fumée l'en- tourant Lorsque le ou les noyaux faisant obstacle à l'écoulement de la fumée ont une certaine perméabilité intrinsèque à la fumée, ils peuvent posseder une enveloppe ou une peau imperméable à la fum 9 e les séparant du matériau de filtration de fumée qui les entoure. Dans un mode de réalisation préféré del'invention, le noyau ou chaque noyau faisant obstacle à l'écoulement de la fumée est une tige "Transorb" d'acétate de cellulose en filaments liés et est entouré d'un matériau de filtration de fumée classique, avec si d 9 sirg une enveloppe imperméable entre les deux. Dans des modes de réalisation particuliers, la tige de noyau faisant obstacle à l'écoulement de la fumée est une tige de "Transorh" non enveloppée faite de filaments d'acétate de cellulose sensiblement d 9 crêpés, fabriquée selon un procèdé décrit dans le brevet britannique n 970 817, et le matériau filtrant disposé autour est-constitué de filaments crêpés d'acétate de cellu lose liés La tige de noyau et la tige de filtre qui l'entoure s'étendent cha- cune sur toute la longueur du filtre qui a une enveloppe hautement perméable ( 150 K) Pour les essais d'efficacité de cigarette à filtre exposes ci-après, de tels embouts filtrants enveloppés sont reliés à des cylindres de tabac enveloppés classiques (avec perte de charge de 45 mm d'eau) par une cape d'embout classique qui est en matériau imperméable mais avec des perforations pour conférer le degré requis de dilution par l'air dans le bout filtrant lors d'un fumage normal Les détails de trois exemples spécifiques sont donnés dans le tableau 1. - T A B L E A U 1 Matériau filtrant Matériau de Diamètre Longueur Circonfé Perte de charge Taux de noyau de noyau en du filtre rence du sans ventilation rétention mm en mm filtre en mm d'eau de goudron% sans venti- lation Exemple 1 mche 8/54 mèche 1,6/7 ( 4,5 25 24,61 101 42 Exemple 2 mèche 8/54 mèche 1,6/7 4,6 25 24,61 118 45 Exemple 3 mèche 8/54 mèche 1, 6/7 4,5 25 24,61 92 _ _ _- I t.n I -N Co w -6 2518374 Dans le tableau 1, l'expression "meche 8/54 " disi e un faisceau de filaments ou mèche de 8 deniers filament et au total 54 x X 03 denier l'expres- sion "mèche 1,6/70 " a-une signification analogue, et la "perte de charge sans ventilation" est celle du bout filtrant seul, mesurge en mm d'eau en empêchant l'entrée latérale de l'air Le "taux de rétention de goudron sans ventilation" est celui obtenu avec la cigarette à filtre tel que décrit ci-dessus dans des conditions standardisées sur une machine à fumer Filtrona 300 avec les perfo- rations de la cape d'embout obturdes. Le tableau 2 compare les caractéristiques de perte de charge du filtre seul et de la cigarette à filtre ventile de l'exemple avec celle des filtres et des cigarette à filtre dans lesquelles le filtre est constitué d'un tampon uniforme de filaments grossiers ou classiques d'acétate de cellulose crgpgs ligs Les résultats comparatifs comme pour l'exemple 1 font rdférence à une longueur de filtre de 25 mm, à un taux de rétention de goudron (sans ventilation) de 42 % et à une perte de charge pour le cylindre de tabac de 45 mm d'eau. TABLEAU 2 Le tableau 3 donne les résultats des essais pour les exemples 1 à 3; les essais de fumage sont conduits dans des conditions standardisées sur une machine à fumer Filtrona 300 avec les perforations de la cape d'embout ouvertes L'exemple 1 du tableau 3 diffère de celui indiqué dans le tableau 2 seulement par le fait que dans ce dernier test la dilution par air (ventila- tion) a été limitée 50 %; dans chaque exemple la cigarette sans filtre a une perte de charge de 45 mm d'eau, un taux de rétention de goudron de 29 mg, et un taux de CO de 15,7 mg La cigarette à filtre ventilé de l'exemple 1 a une perte de charge de 95 mm d'eau. , r Perte de charge Exemple I Acétate de cellu Acetate de cellu- mm d'eau lose grossier lose classique ( 12 dpf) ( 2,5-5 dpf) Filtre fernme 10 l 67 35-60 (sans ventilation) Cigarette avec filtre ouvert 102 84,5 50-70 avec ventilation à 50 % -7- TABLEAU 3 TPM (WNF) signifie: Matériau particulaire total t(exempt d'eau et de nicotine). Dans le tableau 4 ci-dessous, une cigarette à filtre commerciale et son filtre ventilé classique (mèche) d'acétate de cellulose homogène lié sont compares avec un filtre (de même dimension) et une cigarette'à filtre (exemple 4) selon l'invention; les cylindres de tabac de l'exemple 4 et dans le produit de référence commercial sont bien entendu identiques. Exemple 1 2 3 Filtre fermé (sans ventilation) 101 118 92 Perte de charge mm d'eau Teneur TPM (WNF) mg 5,5 6,2 9,7 Teneur CO mg 4,1 4,8 5,85 Rapport CO/TPM (WNF) 0,75 0,77 0,6 Ventilation du filtre en % 62 58 50 -8- 18374 TABLEAU 4 - Une perméabilité à l'air de n K représente ici une perméabilité à l'air de N x 1 000 mls/minute/10 cm /100 mm d'eau de pression -dterminée par la mesure de la pression "p" en mm d'eau engendrée par un courant de 1 050 mls d'air par minute à travers 10 cm du papier et calculé d'après l'équation: Perméahilité de l'air = 1050 x-00 P L'invention a également pour objet une tige de filtre pour fumée de tabac comprenant une couche d'un matériau filtrant pour fumée de tabac dispo- sge autour d'un noyau plus dense étiré de filaments liés constituant un obstacle à l'écoulement de la fumée, constituant la forme préférée de la tige filtrante pour l'utilisation selon l'invention, avec une cape d'embout de ventilation dans une cigarette à filtre Les filaments du noyau, par exemple en acétate de cellulose, sont de p 6 eférence sensiblement non crép 6 s, ayant été par exemple d 9 crépés par l'étirage du matériau du noyau pendant sa foxmation. Le mat 6 riau filtrant est constitué de façon appropriée de filaments liés cr 6 pés, par exemple d'acétate de cellulose La tige composite peut être entourée d'une enveloppe de perméabilité à l'air élevée (par exemple 150 K). Si la tige n'a-pas d'enveloppe, elle sera incorporée dans une cigarette à Cigarette à filtre ventilé Exemple 4 Produit commercial de comparaison Perte de charge (PC) 80 89 mm d'eau Ventilation du filtre en % 65,3 56,4 Teneur TPM (WNF) mg 5,7 5,0 Teneur CO mg 2,94 4,09 Rapport CO/TPM (WNF) 0, 52 0,82 Filtre non ventilé 126 98 Perte de charge mm d'eau ,?,, % rétention de goudron 42 53 (sans ventilation) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __- -9- filtre au moyen d'une cape d'embout de ventilation; si la tige comporte une enveloppe perméable à l'air, alors elle pourra être incorporée dans une ciga- rette à filtre, par un embout annulaire ou par une cape d'embout de ventila- tion, le plus souvent grâce à cette dernière solution. Les filtres selon l'invention peuvent âtre conçus, par le choix de la longueur, des matériaux de noyau et de filtre qui l'entoure, de la struc- ture, de la densité et des sections transversales relatives, et du pourcentage de dilution par l'air, pour fournir avec tout cylindre de tabac donné une cigarette à filtre ventilé acceptable ayant au total une perte de charge d'environ 80 à 120 mm d'eau, généralement, de préférence, d'environ 80 ou d'environ 90 ou d'environ 100 mm d'eau Cependant, des pertes de charge de cigarette à filtre ventilé nettement plus élevées ou nettement plus basses (par exemple 70, 60, 50, 40, 30 ou même 25 mm d'eau) peuvent être obtenues, si cela est exigé, dans chaque cas de façon plus satisfaisante qu'avec des struc- tures de filtre classiques. La présente invention a donc pour objet un filtre pour fumée de tabac ayant une structure nouvelle non homogène qui réduit CO préférentielle- ment par rapport au goudron Cela est obtenu par un filtre ayant une efficacité mécanique relativement faible en combinaison avec une dilution par l'air relativement élevée. Les filtres classiques, construits de façon homogène, avec par exemple de l'acétate de cellulose à 12 dpf ou 15 dpf, qui ont une efficacité mécanique relativement faible, présentent l'inconvénient que, lorsqu'ils sont utilisés en combinaison avec des niveaux élevés de dilution par l'air, on obtient des pertes de de charge de filtre ou de cigarette à filtre inaccepta- bles Les filtres fabriqués selon la présente invention ont une rétention mécanique faible tout en maintenant une perte de charge relativement élevée par comparaison avec des filtres classiques homogènes. On voit en conséquence que l'invention a pour objet un filtre ventilé pour fumée de tabac qui réduit préférentiellement le CO par rapport au goudron, et dans lesquels le matériau filtrant pour fumée forme une couche autour d'un noyau plus dense fibreux ou filamentaire constituant un obstacle à l'écoule- ment de la fumée. Les cigarettes munies de tels filtres selon l'invention ont un rapport CO/goudron plus faible que celui des cigarettes ayant le-même taux de goudron utilisant des filtres ventilés classiques (pour lesquelles ledit rapport est généralement voisin de l'unité), en accroissant la contribution de la ventilation et en diminuant la contribution de la rétention mécanique pour la réduction du goudron, mais peuvent maintenir une résistance au tirage similaire de la cigarette. -i - REYEND 1 C AT O NS l Filtre yentilé pour fumée de tabac qui réduit la teneur en goudron plus par dilution par l'air que par filtration mécanique, dans lequel le matériau de filtration de fumée forme une couche autour d'un noyau fibreux ou filamentaire plus dense constituant un obstacle pour l'écoulement de la fumée et est lui-même entouré d'une enveloppe permeable à l'air. 2 Filtre selon la revendication 1, dans lequel le pourcentage de dilution par l'air est plus-élevé que le pourcentage de rétention -mcanique du goudron sans ventilation, ces deux valeurs étant mesurées en combinaison avec des cylindres de tabac équivalents. 3 Filtre selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il possède une perte de charge sans ventilation d'au moins 90 mm d'eau et une rétention mécanique de goudron sans ventilation d'au plus 45 %. 4 Filtre selon la revendication I ou 2, caractérisé par le fait qu'il possède une enveloppe ou un manchon séparant le noyau du matériau filtrant qui l'entoure. Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le noyau est constitué par une tige étirée de filaments d'acétate de cellulose liés sensiblement dgcrépgs, et que le matériau filtrant est en filaments liées d'acétate de cellulose crêpes. 6 Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'enveloppe comprend une cape d'embout incorporant le filtre dans une cigarette à filtre. 7 Tige filtrante pour fumée de tabac, comprenant une couche de matériau filtrant pour fumée de tabac disposée autour d'un noyau plus dense étiré, faisant obstacle à l'écoulement de la fumée, de filaments liés. 8 Filtre selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les filaments du noyau sont substantiellement dgcrêpgs, le matériau filtrant étant réalisé de préférence en filaments liés crêpés. 9 Filtre selon la revendication 7 ou 8, caractérisé par le fait que les filaments sont en acétate de cellulose. Filtre ou tige filtrante selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et 7 à 9, caractérise par le fait qu'il est incorpore dans une cigarette à filtre avec une cape d'embout de ventilation. 11 Filtre ventilé pour fumée de tabac, caractérisé par le fait qu'il réduit préférentiellement le CO par rapport au goudron et par le fait que le matériau filtrant pour fumne forme une couche autour d'un noyau plus dense fibreux ou filamnentaire constituant un obstacle à l'écoulement de la fumee.