Brevet FR2547171A1 — publié le 19841214

L'invention concerne un filtre pour cigarette et un procédé de sa fabrication. Plus particulièrement, l'invention concerne un filtre pour cigarette pour fumer le tabac résolvant le problème de la fixation des déchets gazeux liquides et solides résultant de la combustion du tabac d'une cigarette, ainsi qu'un procédé pour la fabrication d'un tel filtre. Les filtres pour cigarettes connus faits de fibres à un seul composant sont constitués de fibres à base de viscose 10 et d'acétate de cellulose On connait également des filtres pour cigarettes qui sont faits de fibres ou de matières naturelles (papier); cependant il existe également des filtres faits de fibres à un seul composant en polyethylène, en polypropylene et en chlorure de polyvinyle. Lorsqu'on utilise des filtres pour cigarettes à base de fibres de viscose, le cout de la préparation des tronçons de filtration est considérablement accru en raison de la production classique d'une mèche cardée de viscose à partir de fibres de viscose Les coûts sont accrus par l'augmentation 20 de la main d'oeuvre, l'achat de l'appareillage nécessaire, le nombre plus important d'opérations, etc D'autres inconvénients des filtres pour cigarettes en viscose sont le poids accru du filtre, la plus grande résistance à l'écoulement des gaz, le faible degré de blancheur du filtre, la nécessité d' 25 utiliser des agents chimiques de durcissement et le fait que des résidus de divers composants chimiques sont présents dans les fibres de viscose (soufre résiduel) Il faut également mentionner que les fibres de viscose peuvent être utilisées plus classiquement dans l'industrie des textiles qui actuel30 lement en manque. Actuellement, on considère qu'une mèche de fibres d'acétate de cellulose est la matière la mieux appropriée à la production des filtres pour cigarettes Son inconvénient est qu'il est nécessaire d'utiliser des préparations chimiques de durcissement et que, lorsqu'on fume la cigarette, le volume du filtre diminue sous l'effet de la fumée chaude du tabac et que le filtre tend à s'éloianer du papier de gainage, si bien que l'efficacité de la filtration est réduite De plus, on ne peut pas négliger l'aspect inesthétique d'un tel filtre déformé. Les inconvénients des fibres à un seul composant en polypropylene et en polyethylène utilisées pour les filtres pour cigarettes, sont le poids élevé du filtre, la résistan5 ce accrue à l'écoulement des gaz ainsi que la faible efficacité de la filtration par rapport aux filtres en acétate de cellulose et par rapport au filtre selon l'invention dont 1 ' efficacité de filtration peut être comparée à celle de l'acétate de cellulose. Les inconvénients précités sont évités grâce au procédé de l'invention pour la fabrication efficace de filtres pour cigarettes selon lequel on forme un filtre pour cigarette à partir d'une mèche de fibres conjuguées à plusieurs composants en polypropylène Les fibres élémentaires individuelles for15 mant la mèche ont des microfissures sur leurs surfaces et des micropores sur leurs sections, ce qui réalise une structure partiellement fibrillée Les frisures des fibres sont tridimensionnelles, le nombre des frisures est supérieur à 5 par centimètre de longueur et le titre final des fibres élémen20 taires varie entre 1 et 9 dtex. La production des fibres selon l'invention consiste à filer deux composants en polypropylène qui sont séparément fondus, traités et séparés puis réunis et filés par fusion directement dans des capillaires au cours de l'extrusion de 25 la masse fondue à travers les ouvertures de la filière, ces stades étant suivis d'un retrait des fibres du site de formation de la fibre à plusieurs composants Les composants polymères de la fibre sont situés parallèlement côte à côte dans des phases continues avec des positions différentes du centre de gravité des composants individuels par rapport au centre de gravité élémentaire Le rapport pondéral des composants peut être compris entre 1/3 et 3/1. Les fibres retirées sont stockées dans une installation de préparation; la mèche obtenue est constituée de 3 000 à 35 10 000 fibres à plusieurs composants Le faisceau de fibres est traité avec des agents de préparation dépourvus de danger en ce qui concerne l'hygiène L'étirage du faisceau de fibres est effectué à des températures réduites de 15 à 70 C, ce qui forme les microfissures de la surface et les micropores 254717 I de la section précédemment mentionnés de la fibre La stabilisation thermique (relâchement et fixage) des fibres est effectuée à une température de 70 à 1400 C A partir de la mèche de fibres préparée après enrobage dans une gaine de papier5 on découpe les tronçons de filtration aux longueurs désirées. Les polymères de départ constitués de polypropylene ont un indice de viscosité logarithmique (IVL) qui est déterminé dans une gamme de 100 à 200 ml g-1; au moins un polymère de départ doit contenir une fraction de poids moléculaire élevé -1 ayant un IVL de 400 à 450 ml g en une quantité de 5 à 20 %. Les polymères utilisés contiennent des sels de métaux alcalins et d'acides gras aliphatiques, par exemple des stéarates de calcium, magnésium, etc qui provoquent la fixation des substances acides résultant des résidus catalytiques en particulier des chlorures et qui ont également des effets positifs sur la fixation des composants huileux inférieurs dans le polymère Comme système de stabilisation, on utilise une combinaison de phénolates à raison de 0,3 % en poids; il a un effet exceptionnellement favorable sur la stabilité du 20 polymère lors de la mise en oeuvreg en particulier aux températures élevées De plus, le système de stabilisation utilisé peut être recommandé du point de vue sanitaire car il n'a pas d'inconvénient en ce qui concerne l'hygiène. La mise en oeuvre du polymère est effectuée à une tempé25 rature comprise entre 230 et 330 C pour que les composants Polymères puissent présenter une différence de leur IVL dans la gamme de 30 à 50 mlog 1 pendant le mélange mutuel dans la filière; la valeur de l'IVL du composant dont 1 'IVL est le plus bas doit être supérieure à 60 ml g et la teneur de la 30 fraction de poids moléculaire élevé d'au moins un composant -1 ayant un IVL compris entre 400 et 450 mlog doit être de à 20 % en poids La différence entre les IVL des composants individuels est ajustée selon le degré de frisure requis des fibres formées. En raison des propriétés et des compositions définies di procédé de façonnage en une mèche des fibres à plusieurs composants en polypropylène, les fibres à plusieurs composants élémentaires sont frisées, ont des microfissures sur leurs surfaces et des micropores dans leurs sections et un degré élevé de blancheur sans que l'emploi d'agent de blanchiment soit nécessaire; la surface des fibres dans une mèche est importante et un tel filtre ne présente pas une résistance à l'écoulement des gaz dans la direction axiale plus impor5 tante que celle des filtres fabriqués à ce jour et il est capable de fixer la portion nécessaire des composants formés lors de la combustion du tabac d'une cigarette. Le profil des fibres à plusieurs composants n'est pas obligatoirement rond; il peut avoir une forme en Y pour ac10 croître la surface. La quantité de la fraction à poids moléculaire élevé est déterminée à partir des intégrales de polydispersion obtenues par fractionnement chromatographique avec extraction graduelle d'une pellicule du polymère sur un support inerte 15 avec un mélange d'un agent diluant et d'un agent précipitant, l'agent diluant étant la décaline et l'agent précipitant la phényl-e-naphtylamine Pour la séparation quantitative du polymère de l'éluat, on utilise l'acétone On effectue la détermination de l'IVL des fractions isolées selon la norme 20 tchécoslovaque CSN 61 11 31. L'invention est illustrée par les exemples non limitatifs suivants. EXEMPLE 1 Pour le filage par fusion, on utilise des polymères de 25 polypropylène ayant des propriétés chimiques et physiques différentes On fond dans une extrudeuse à une température de 280 C le premier polymère ayant un IVL de 180 ml g 1 et -1 contenant 15 % d'une fraction ayant un IVL de 40 ml g On fond dans une seconde extrudeuse à une température de 260 C -1 le second polymère ayant un IVL de 145 ml g et contenant 8 % d'une fraction ayant un I% de 40 ml g 1 La quantité de stéarate de calcium dans les polymères est de 0,15 % en poids et la teneur du système de stabilisation est de 0,2 % en poids La différence des IVL des composants dans la filiè35 re est de 35 ml g 1 L'IVL le plus bas étant de 115 ml g 1 et la teneur de la fraction de poids moléculaire élevé, ayant un IVL de 400 ml g-1 dans le cas de la fusion du composant à une température de 280 C, est de 7,5 % en poids Le rapport de dosage des composants polymères est de 1/1 On recueille le 254717 I faisceau de fibres à la sortie de la filière à la vitesse de -1 m min 1 puis on l'étire en continu avec un rapport de déformation de 3,0, on le relâche et on le fixe dans un canal à chauffage électrique La mèche étirée contient 8 400 fibres élémentaires ayant un titre unitaire de 6,5 dtex, le nombre de frisures étant de 7 par centimètre de longueur On enveloppe ensuite la mèche de fibres dans du papier à cigarettes et on découpe en tronçons de 15 mm de longueur. EXEMPLE 2 On fond un polymère de polypropylène ayant un IVL de % ml g 1 contenant 10 % en poids d'une fraction ayant un IBL de 445 ml g-1 dans une extrudeuse à la température de 260 C et dans une seconde extrudeuse à la température de 320 C puis on réunit les composants dans la filière à la tem15 pérature de 260 C Le rapport des composants est de 1/3 La teneur en stearate de calcium est de 0,15 % en poids et la teneur en système stabilisant est de 0,2 % en poids La différence des IVL des composants dans la filière est de 30 ml. g 1 l I\L du composant fondu à la température de 260 C étant 20 de 147 ml g avec 5 % de la fraction ayant un IVL de 445 ml. g On recueille à partir de la filière le faisceau de fibres à la vitesse de 35 m omin-1 puis on l'étire en continu avec un rapport de déformation de 3,2, on le relâche et on le fixe dans un canal à chauffage électrique La mèche étirée 25 contient 3 400 fibres élémentaires ayant un titre unitaire de ,5 dtex, le nombre des frisures étant de 5,5 par centimètre de longueur On enveloppe la mèche de fibres dans du papier à cigarettes et on découpe en tronçons de 11 mm de longueur. EXEMPLE 3 On fond un polymère de polypropylène ayant un IVL de -1 121,1 ml g 1 contenant 17 % d'une fraction ayant un IVL de 400 ml g 1 dans une extrudeuse à une température de 2550 C et dans une autre extrudeuse à une température de 320 C, les composants étant réunis dans la filière à la température de 35 2550 Co Le rapport de dosage des composants est de 3/1 Les ingrédients du polymère utilisé sont ceux des exemples 1 et 2 La différence des IVL des composants dans la filière est -1 de 43 ml g, VIVL du composant fondu à la température de 2550 C étant de 152 ml g 1 et ce composant contenant 5 % en -1 poids de la fraction ayant un IVL de 400 ml g On recueille à partir de la filière le faisceau de fibres à la vitesse de m min 1, on l'étire en continu avec un rapport de déformation de 2,8, on le relâche et on le fixe dans un canal à chauffage électrique La mèche étirée contient 9 400 fibres élémentaires ayant un titre unitaire de 7 dtex Le nombre de frisures par centimètrede longueur est de 6,5 On enveloppe la mèche de fibres dans du papier à cigarettes et on découpe en tronçons de 20 mm de longueur. 10 EXEMPLE 4 On fond un polymère de polypropylène ayant un IVL de ml g contenant 5 % en poids d'une fraction ayant un IVL de 450 ml g dans une extrudeuse à la température de 260 C et dans une seconde extrudeuse à la température de 330 C en 15 réunissant les composants dans la filière à la température de 260 C Le rapport des composants est de 1/3 La teneur en stearate de calcium est de 0,15 % en poids et la teneur en système stabilisant est de 0,2 % en poidsb La différence des IVL des composants dans la filière est de 50 ml g, la va20 leur de l'IVL du composant fondu à la température de 260 C étant de 182 ml g-? avec 4 % de la fraction ayant un IVL de 450 ml g -1 On recueille le faisceau de fibres à partir de la filière à la vitesse de 40 m min 1 puis on l'étire en continu avec un rapport de déformation de 2, 8, on le relâche et 25 on le fixe à une température de 140 C La mèche étirée contient 3 000 fibres individuelles ayant un titre unitaire de dtex, le nombre des frisures étant de 5 par centimètre On enveloppe la mèche de fibres dans du papier à cigarettes et on découpe en filtres longs de 20 mm. 30 EXEMPLE 5 On fond un polymère de polypropylene ayant un IVL de ml g contenant 20 % en poids d'une fraction ayant un IVL de 400 ml g-l dans une extrudeuse à la température de 230 C et dans une seconde extrudeuse à la température de 35 300 C en réunissant les composants dans la filière à une température de 230 C Le rapport des composants est de 1/3. La teneur en stéarate de calcium est de 0,15 % en poids et la teneur en système stabilisant de 0,2 % en poids La différence des IVL des composants dans la filière est de 30 ml g 1 avec % de la fraction ayant un IVL de 400 ml g On recueille le faisceau de fibres à partir de la filière à la vitesse de 33 m.min-1 puis on l'étire en continu avec un rapport de déformation de 3,0, on relâche et on fixe à une température de 70 C La mèche étirée contient 10 000 fibres individuelles ayant un titre unitaire de 7 dtex Le nombre de frisures est de 7 par centimètre On enveloppe la mèche de fibres dans du papier à cigarettes et on découpe en filtres longs de 15 mm. REVENDICATIONS 1 Filtre pour cigarette caractérisé en ce qu'il est constitué d'une mèche de fibres à plusieurs composants en polypropylene ayant des microfissures à leurs surfaces et 5 des micropores dans leur masse, les fibres élémentaires de la mèche ayant des centres de gravité différents, le rapport du poids des composants individuels des fibres étant dans la gamme de 1/3 à 3/1 et lesdites fibres élémentaires ayant 5 à 7 frisures par centimètre de longueur et un titre de 5 à 7 10 dtex. 2 Procédé de fabrication de filtre pour cigarette selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins deux courants de polypropylene pour la fabrication de fibres ayant un indice de viscosité logarithmique (IVL) de 100 à 200 ml g-1 15 sont séparément fondus et traités à chaud à des températures différentes de 230 à 330 C de façon à ce que la différence de leurs IVL soit dans la gamme de 30 à 50 ml g 1 et en ce qu'au moins un des composants contienne, avant le filage par fusion, de 5 à 20 % en poids d'une fraction de poids molécu-1 laire élevé ayant un IVL de 400 à 450 ml g, chacun des composants étant homogénéisé séparément, après quoi les composants sont mélangés ensemble avec formation d'un courant fondu non homogène avec une représentation statistique des composants individuels, ledit courant étant extrudé à travers une filière ayant de 3 000 à 10 000 orifices, pour former un faisceau de fibres, les fibres solides étant finalement traitées par l'eau, étirées en continu puis fixées à une température de 70 à 140 C, enveloppées et coupées en tronçons de longueurs désirées.