Brevet FR2524273A1 — publié le 19831007

-1 2524273 La présente invention concerne des filtres de fumée de tabac et réalise un filtre de fumée de tabac aéré comprenant une enveloppe à aéra- tion autour d'une tige réalisant un grand nombre de capillaires s'étendant dans le sens longitudinal de la tige et formée par un faisceau de fila- ments grossiers s'étendant dans le sens longitudinal de la tige ou par une feuille pellicule ou film ondulé dans le sens longitudinal et/ou au moins partiellement fibrillé de matière de perméabilité faible ou nulle vis-à- vis de la fumée, tassé latéralement pour former une tige. La tige à capillaires multiples autour de laquelle l'enveloppe à aération est mise en place est de préférence un corps à écoulement la- minaire, c'est-à-dire tel qu'en usage normal (par exemple lorsqu'on l'incorpore dans une cigarette à filtre que l'on fume sur une machine à fumer standard à des débits de circulation jusqu'à 17,5 cm par seconde) le débit d'air et de fumée traversant soit sensiblement laminaire au lieu d'être turbulent. Les fibres grossières, de préférence de 20 ou plus (par exemple environ 100) denier par filament (dpf), sont de préférence à surface lisse et à absorption faible ou nulle; on peut utiliser des filaments grossiers d'acétate de cellulose ou de polyoléfine (par exemple du polypropylène) peuvent être réalisés en matière plastique (par exemple une polyoléfine telle que le polyéthylène) en métal (par exemple aluminium) et en cellu- lose (par exemple le produit connu sous la marque Cellophane), et de préférence ont une perméabilité à l'air maximale de 0,1 unité K Filtrona. On entend ici par perméabilité à l'air de N unités K Filtrona une perméabilité à l'air de N x 1000 m 1 s/minute/l O cm 2/100 mm de colonne d'eau de pression -déterminée en mesurant la pression "p en millimètres de colonne d'eau engendrée par un débit de 1050 ml d'air par minute sur 10 cm de la feuille pellicule ou film et en la calculant d'après l'équation Perméabilité à l'air = 1050 x 100 p Les filtres selon l'invention permettent d'obtenir des degrés élevés de dilution à l'air (par exemple 50 % ou plus) pour offrir une bonne réduction de matière en particules tout en conservant une perte de charge acceptable Ainsi ils peuvent réduire le taux de goudron principalement par une dilution à l'air plutôt que par filtration mécanique tout en main- tenant une perte de charge de filtre relativement élevée comparée à celle d'un filtre conventionnel avec la même rétention de goudron et de dilution à l'air Un filtre selon l'invention peut réduire l'oxyde de carbone préférentiellement par rapport au goudron Cela est obtenu en utilisant un filtre avec une efficacité mécanique relativement faible en liaison avec une dilution à l'air relativement élevée (par exemple 50 % ou plus). -2 2524273 Les filtres conventionnels, réalisés par exemple en acétate de cellulose de 12 dpf (denier par filament) qui ont une efficacité mécanique relativement faible présentent l'avantage que, lors de leur utilisation avec des valeurs élevées de dilution à l'air, on obtient des pertes de charge inacceptables pour le filtre et la cigarette à filtre Les filtres selon la présente invention réalisent des rétentions mécaniques relative- ment faibles tout en maintenant une perte de charge relativement élevée comparée à celle des filtres conventionnels. Dans une cigarette à filtre utilisant un filtre aéré selon la présente invention, le pourcentage de dilution à l'air au travers du filtre est de préférence plus grand que le pourcentage de rétention de goudron du filtre "non aéré" ou "clos", c'est-à-dire celui mesuré pour un filtre et une cigarette équivalente en empêchant la dilution à l'air au travers du filtre. Les cigarettes munies de filtres selon la présente invention peuvent présenter un rapport oxyde de carbone/goudroỉ inférieur à celui des cigarettes ayant la même teneur en goudron et utilisant des filtres aérés conventionnels (pour lesquels le rapport est généralement d'environ un) en accroissant la contribution de l'aération et en diminuant la contribution de la rétention mécanique à la réduction du goudron, mais en maintenant une résistance similaire de la cigarette à l'aspiration. Le pourcentage de dilution à l'air auquel on se réfère ici est le pourcentage en volume d'air d'aération ajouté au travers du filtre dans le mélange total délivré par le filtre; ainsi 50 % d'aération ou de dilu- tion à l'air signifie que dans chaque bouffée il y a un rapport en volume de 50/50 d'air ajouté par rapport à la fumée d'origine, et 40 % de dilution à l'air indique un rapport de 40/60 et ainsi de suite. De préférence, le filtre clos (c'est-à-dire dans lequel on empêche la dilution à l'air) présente une perte de charge d'au moins 80 ou 90 mm et une rétention mécanique de goudron d'au plus 45 % - Des filtres de cigarettes de longueur standard (d'environ 25 mm) selon la présente invention peuvent par exemple présenter une perte de charge de 80 à 100 mm de colonhe d'eau avec une rétention totale de matière en particules de 12 à 40 %. Les filtres selon l'invention peuvent être conçus en choisissant la longueur, la matière du noyau, la structure, la densité de compactage, etc et le pourcentage de dilution à l'air pour fournir pour toute tige de tabac donnée n'importe quelle perte de charge acceptable pour une cigarette à filtre aéré par exemple de 80 à 120 mm de colonne d'eau, de préférence environ 80 ou environ 90 ou environ 100 mm de colonne d'eau. _ 3 _ 2524273 Cependant les pertes de charge de cigarettes à filtre aéré beaucoup plus élevées ou beaucoup plus faibles (par exemple 70, 60, 50, 40, 30 ou même mm de colonne d'eau) peuvent être réalisées en fonction des exigences particulières de façon plus satisfaisante que cela n'est possible avec des structures de filtre conventionnelles. L'enveloppe à aération peut être réalisée en une matière perméa- ble à l'air par nature et/ou perforée Il peut s'agir de l'enveloppe d'embout au moyen de laquelle le filtre est incorporé dans une cigarette à filtre, auquel cas elle est normalement en matière imperméable à l'air et munie de perforations d'aération Autrement l'enveloppe d'aération peut être mise en place au cours de la production initiale du filtre et donc s'étendre seulement sur la longueur du filtre; le filtre résultant peut alors être incorporé dans une cigarette à filtre soit par une bague d'embout, soit au moyen d'une enveloppe d'embout à aération plus conven- tionnelle La partie de tige de filtre selon l'invention peut être réa- lisée de manière continue en faisant avancer de manière continue un faisceau de fibres grossières ou des feuille pellicules ou films préondu- lés longitudinalement et/ou fibrillés longitudinalement à travers un conformateur qui les condense sous forme de tige, et à couper la tige produite en continu en longueurs finies La formation de la tige peut impliquer des liaisons localisées de parties en contact de la matière de la tige (par exemple par application de chaleur lorsque la matière de la tige est thermoplastique ou prétraitée par un adhésif activable à chaud) de sorte que la tige produite soit dimensionnellement stable sans enve- loppe auquel cas l'enveloppe à aération peut être appliquée après la formation de la tige; ainsi des longueurs découpées de tiges liées non enveloppées peuvent être incorporées dans des cigarettes à filtre par une enveloppe d'embout à aération; ou bien la tige liée peut être enveloppée avant ou après sa découpe à longueur dans une enveloppe perméable à l'air et les filtres résultant incorporés dans des cigarettes à filtre par une bague d'embout ou recouvrement par une enveloppe d'embout à aréation. De la même manière si une enveloppe perméable à l'air est mise en place autour de la matière de la tige à mesure que la tige (liée ou non) est formée, la tige enveloppée initialement formée en continu peut être découpée en longueurs et les filtres résultant incorporés dans des ciga- rettes à filtre par des bagues d'embout ou par une enveloppe d'embout à aération La tige enveloppée ou non est habituellement fournie au fabri- cant de cigarettes à filtre en longueurs d'un multiple pair (par exemple sextuple) de la longueur des filtres individuels; des doubles longueurs peuvent alors être mises en place bout à bout entre des tiges de tabac -4 2524273 enveloppées et reliées à elles par mise en place d'une bague d'embout ou d'une enveloppe d'embout à aération complète, l'ensemble résultant étant coupé au travers desdites doubles longueurs pour fournir des cigarettes à filtre séparées. Les filtres selon l'invention peuvent être utilisés seuls ou en tant que composants d'un filtre multiple en association avec au moins un tronçon supplémentaire par exemple à perte de charge faible et à faible rétention de goudron aligné longitudinalement avec lui Les composants de noyau alignés peuvent être en butée ou espacés et sont habituellement liés par une enveloppe commune d'aération. En l'absence d'indications contraires, les valeurs de débit, de perte de charge, de rétention et de dilution à l'air mentionnées ici sont mesurées par les procédés recommandés par le CORESTA (Centre de Coopéra- tion pour les Recherches Scientifiques relatives au Tabac). L'invention va maintenant être décrite à titre d'exemple en se référant au dessin annexé dans lequel: La figure I est une vue en coupe longitudinale schématique d'un filtre et d'une cigarette à filtre selon l'invention, et La figure 2 est une vue schématique en coupe d'un second filtre selon l'invention - Le filtre de la figure 1 comprend un faisceau 2 de filaments de polypropylène de 100 dpf à surface lisse enveloppé dans une enveloppe 4 de papier perméable à l'air Une enveloppe d'embout 6 de papier imperméable possédant une série de perforations d'aération 8 disposées annulairement, relie le filtre à une tige de tabac enveloppée 9 pour former une cigarette à filtre En utilisation à des débits totaux jusqu'à 17,5 cm /sec, le faisceau enveloppé de filaments provoque des écoulements laminaires d'air et de fumée à travers le filtre. Le filtre de la figure 2 possède un corps 12 de film de polyéthy- lène ondulé longitudinalement maintenu sous forme de tige par une enveloppe 4 de papier perméable à l'air et présente des caractéristiques d'écoule- ment laminaire similaires à celles du faisceau 2 de la figure 1 Ce filtre peut être incorporé dans une cigarette à filtre de la même manière que dans la figure 1 Dans les deux modes de réalisation, si les filaments tassés ou le film sont liés de façon à former une tige auto-maintenue, dimensionnellement stable, l'enveloppe 4 peut être omise, une enveloppe d'embout telle que 6 servant alors d'enveloppe de filtre Bien que les tiges 2 et 12 aient été représentées utilisées seules l'invention couvre également l'usage de ces tiges dans des combinaisons en butée bout à bout ou espacées avec une autre tige ou tronçon de noyau, l'ensemble étant _ 5 _ 2524273 maintenu par une enveloppe à aération commune telle que 4 ou 6. Lorsque la tige de filtre selon l'invention est réalisée en feuilles pellicules ou films, ceux-ci sont ondulés ou fibrillés avant d'être tassés sous forme de tige L'empreinte pour effectuer les ondu- lations peut également provoquer de la fibrillation avant ou après la formation de la tige, cette fibrillation pouvant en fait être plus ap- parente que les ondulations On décrit ci-dessous deux exemples de mise en oeuvre de l'invention EXEMPLE 1 Un filtre de fumée selon l'invention est constitué d'une tige de film de cellulose partiellement fibrillée longitudinalement, tassée laté- ralement et maintenue sous forme de tige par une enveloppe perméable Le filtre présente une longueur de 20 mm et une circonférence d'environ 25 mm et possède une perte de charge de 85 mm de colonne d'eau et une rétention de goudron de 19 %; cette rétention de goudron est mesurée dans une machine à fumer avec une cigarette qui, en l'absence de filtre et d'aéra- tion possède une perte de charge de 55 mm de colonne d'eau et délivre 30 mg de goudron et 16 mg d'oxyde de carbone. Une cigarette à filtre selon la présente invention comprend un filtre tel que celui décrit ci-dessus relié à une cigarette par une enveloppe d'embout perforée provoquant une dilution à l'air de 50 % Cette cigarette à filtre possède une perte de charge de 92 mm de colonne d'eau et, lorsqu'elle est fumée, délivre 12 mg de goudron et 6,4 mg d'oxyde de carbone La réduction de perte de charge et de goudron sont celles re- quises avec un rapport oxyde de carbone/goudron de 0,53 qui est bien meilleur que celui (d'environ un) obtenu avec des filtres conventionnels offrant une réduction de goudron et une perte de charge similaire. EXEMPLE 2 L'exemple 1 a été répété en utilisant une enveloppe d'embout perforée offrant 70 % de dilution à l'air Cette cigarette à filtre selon l'invention présente une perte de charge de 74 mm de colonne d'eau et délivre 7,2 mg de goudron et 2,24 mg d'oxyde de carbone un rapport total oxyde de carbone/goudron de 0,31. -6- REVENDICATIONS 1 Filtre de fumée de tabac aéré, caractérisé par le fait qu'il comprend une enveloppe à aération ( 4) disposée autour d'une tige présentant un grand nombre de capillaires s'étendant longitudinalement par rapport à la tige et formés par un faisceau de filaments grossiers ( 2) s'étendant longi- tudinalement dans le sens de la tige ou par une feuille pellicule ou film ( 12) ondulé longitudinalement et/ou au moins partiellement fibrillé d'une matière ayant une perméabilité faible ou nulle à la fumée, tassé latérale- ment sous forme de tige. 2 Filtre selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est constitué de fibres grossières d'au moins 20 denier par filament, par exemple d'environ 100 denier par filament. 3 Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la tige est constituée de fibres grossières, à surface lisse, est sensiblement imperméable. 4 Filtre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la tige est constituée en feuille pellicule ou film ondulé et/ou au moins partiellement fibrillé, de matière cellulosique, de matière plastique ou de métal. 5 Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la tige assure en cours d'utilisation un écou- lement laminaire de fumée et d'air. 6 Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite tige est alignée longitudinalement avec un tronçon d'embout supplémentaire. 7 Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'enveloppe à aération est une enveloppe à aération d'embout incorporant le filtre dans une cigarette à filtre. 8 Cigarette à filtre, caractérisée par le fait qu'elle comprend un filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9 Cigarette à filtre selon la revendication 8, caractérisée par le fait que le pourcentage de dilution à l'air au travers du filtre est plus grand que le pourcentage de rétention de goudron du filtre. Elément de filtre, caractérisé par le fait qu'il comprend une tige autosupportée dimensionnellement stable présentant un grand nombre de capillaires s'étendant dans le sens longitudinal de la tige et formés par un faisceau lié de filaments grossiers s'étendant dans le sens longitudinal de la tige ou par une feuille pellicule ou film ondulé longitudinalement et/ou au moins partiellement fibrillé de matière ayant une perméabilité faible ou nulle à la fumée, tassé latéralement et lié sous forme de tige.