Brevet FR2576757A1 — publié le 19860808

- 1 - Procédé d'application d'adhésif pour la fabrication de bouts filtres de cigarettes La présente invention concerne un procédé de fabrication de bouts filtres de cigarettes présentant des fibres contenant du polypropylène enveloppées dans une gaine. De nombreux brevets, et en particulier le brevet U.S. 4.366.826, décrivent des bouts filtres à base de fibres destinés à retenir la ma- tière particulaire et les goudrons de la fumée de cigarette, et en particulier des bouts filtres constitués d'une tresse crêpée d'acéta- te de cellulose ou de polyoléfines tels que le polypropylène. Ces tresses sont transformées en bâtonnets filtres à l'aide de procédés connus tels que ceux décrits dans le brevet susmentionné (U.S. 4.366.826) et dans le brevet U.S. 3.393.685, selon lesquels une tresse de fibres ouvertes et crêpées ayant un denier d'environ 40.000 à 60.000 est amenée à travers un mécanisme d'ouverture des fils utili- sant de l'air ou de la vapeur. Une composition de liant est ensuite imprimée ou pulvérisée sur la tresse ouverte, et absorbé entre les fi- bres adjacentes et à l'intérieur des fibres, de sorte qu'elles adhè- rent entre elles. On fait ensuite passer la tresse dans la zone de façonnage ou gar- niture d'une machine de fabrication de bâtonnets filtres, o elle est façonnée en un "tampon" cylindrique continu de matière filtrante, refroidie et séchée si nécessaire, et éventuellement enveloppée dans un matériau de gainage tel que du papier ou un matériau non-tissé. Dans certains cas, comme décrit dans le brevet U.S. 3.144.025, on utilise comme liant des fibres à bas point de fusion, en faisant appel à des équipements de fusion et de refroidissement. Dans tous ces procédés conventionnels, la quantité de liant ou de fibres à bas point de fusion et la disposition des fibres (crêpage et orientation des fibres, etc...) déterminent dans une large mesure le degré de rigidité (dureté) et l'élasticité du bout filtre obtenu. Comme le liant est plus ou moins distribué à travers les fibres, il tend à réduire le volume des passages d'air ou pores, et nuit au - 2 - "tirage" et à l'élasticité qu'offrent les fibres douces non liées. L'utilisation d'acétate de cellulose et les compositions de liant qui sont d'habitude conjointement employées présentent des inconvé- nients qui ne sont pas signalés dans le brevet U.S. 4.366.286. Ainsi, les fibres d'acétate de cellulose sont relativement peu robustes par rapport à des fibres synthétiques contenant du polypropylène. Cela tend à limiter la tension et le crêpage applicables à la tresse de fibre ouverte avant de l'introduire dans la garniture d'une machine standard de fabrication de bâtonnets filtres. Pour la tresse ou ruban de fibres contenant du polypropylène qui est employé(e) pour les bouts filtres de cigarettes, on utilisera ici l'appellation générale "fibre de polypropylène". Les fibres de poly- propylène ont l'avantage de présenter un denier fin, ce qui s'accompa- gne généralement d'une capacité de filtrage améliorée. Mais ces fibres présentent également des inconvénients. La plupart des compositions de liant à base d'acétate de cellulose ne permettent pas de mouiller aisément une tresse ouverte ou dégrossie de fibre de polypropylène, et les compositions connues n'arrivent pas à assurer les propriétés de lubrification annexe requises pour les procédés conventionnels de fabrication de filtres à grand rendement, à moins d'en employer des quantités telles que l'efficacité du filtrage et d'autres propriétés requises en sont amoindries. En particulier, on a constaté que le degré adéquat de compacité des bâtonnets filtres réalisés en tresse de fibre de polyoléfine peut nuire à la facilité de tirage souhaitée lors du fumage, du fait de la corrélation négative qui, avec ces procédés conventionnels, existe entre la chute de pression ou "tirage" (AR) et le "coefficient de dureté" (F, en %) (corrélation établie à l'aide des dispositifs d'essai "Filtrona Hardness and Resilience and Pressure Drop Testers, Mark V Series", fabriqués par Abbey Manufacturing Estates, Wembley, Middlesex, Grande-Bretagne). Selon l'invention, un procédé de fabrication de bouts filtres de cigarettes, selon lequel une tresse ou un ruban de fibres contenant du polypropylène est amené(e) dans la garniture d'une machine de fa- brication de bâtonnets filtres, et façonné(e) pour former un tampon -' 6- 3 - -3- de matière filtrante qui est gainé de papier ou d'un matériau non-tis- sé avant d'être tronçonné en bouts filtres, est caractérisé par le fait que les fibres du tampon de matière filtrante sont, avant le gai- nage, exemptes de liant, qu'un produit liant mouillant le polypropylè- ne est appliqué sur le matériau de gainage, et que lors du gainage, ledit produit liant est immédiatement reporté sur le tampon de matière filtrante, le produit liant imprégnant alors une couche extérieure du tampon de matière filtrante qui présente une section annulaire oc- cupant de 1 à environ 20% de la superficie de la section totale du bout filtre. De préférence, la section annulaire imprégnée du tampon de matière filtrante occupe de 1 à 10% de la superficie de la section totale du bout filtre. De préférence également, la quantité de produit liant appliqué par unité de longueur de matériau de gainage a un poids atteignant 10 à % du poids des fibres gainées sur cette longueur. Selon l'invention également, un bâtonnet filtre pour cigarettes fabriqué à l'aide du procédé selon l'invention présente un coefficient de dureté atteignant au moins environ 80%, calculé par l'équation suivante: F = D A D x 100,%, D o F est le coefficient de dureté, D Le diamètre du tampon de matière filtrante en millimètres, et AD la déflexion ou diminution du diamètre du bout filtre gainé après avoir été soumis à une charge de 300 gm pendant 15 secondes, en centièmes de millimètre. De préférence, afin de répondre aux préférences de la plupart des utilisateurs, un bâtonnet filtre selon l'invention aura un coeffi- cient de dureté supérieur à environ 85% et inférieur ou égal à environ 94%, -et au mieux égal à environ 90%. Avec le procédé de fabrication d'un bâtonnet filtre selon l'in- vention, l'application du produit liant (qui peut avoir une action tant de plastifiant que d'adhésif) a lieu quasiment dans le mame temps que.l'opération de gainage du tampon, de sorte que le déplace- ment du bâtonnet de fibres à travers la machine n'est pas entravé par -4un frottement accru dû à la présence de liant ou plastifiant sur la surface du bâtonnet, ou transféré sur les surfaces de la machine. Plus important encore: le report d'une application contrôlée qui est effectué sur la surface plate de la gaine assure un degré élevé de contrôle de l'importance et de l'uniformité de la pénétration dans le bout filtre, qui laisse à l'intérieur de la zone liée un noyau de fibres non liées. En termes mathématiques, le degré de pénétration du produit liant mouillant le polypropylène qui est reporté sur le tampon de matière filtrante, et imprègne une couche extérieure de ce dernier occupant de 1 à 20% de la superficie de la section totale du tampon, peut être approximativement exprimé par l'équation suivante: A = d(2R - d) x 100%,. RL o "A" est, en pourcentage de la superficie de la section totale, la superficie de la section annulaire qui est imprégnée pour une profon- deur moyenne "d" (en microns) de pénétration dans le tampon gainé de la composition de -liant à pouvoir adhésif/plastifiant; et o "R" est le rayon extérieur (en millimètres) du tampon gainé de matière filtrante ou encore du bout filtre (étant bien sûr supposé que le bâtonnet filtre a une section essentiellement circulaire). En conséquence, les bâtonnets filtres selon l'invention fournis- sent, sans perte de compacité ou de dureté, le "tirage aisé" dû à la présence de fibres douces non liées occupant environ 80 à 99% (et de préférence 90 à 99%) de la superficie de la section totale du tampon gainé ou bout filtre. Les spécialistes en la matière admettront aisément que plus le mo- dule de flexion de la composition de liant à pouvoir adhésif/plasti- fiant est bas, plus sera élevée la valeur de "A" nécessaire pour obte- nîr un coefficient de dureté se situant dans la plage souhaitée (80 à 94%) . Afin d'obtenir les valeurs préférées adéquates de "A", le liant doit pénétrer de 150 à 400 microns dans le tampon gainé. - Les tampons filtrants en fibre' de polypropylène qui doivent être gainés d'après le procédé selon l'invention contiennent d'environ 10 à 100% en poids de tresse ou de ruban de fibre de polyptopylène, soit au - 5 - mieux 100% de fibres de palypropylène, au un mélange de fibres de polypropylène et de fibres d'un autre polyoléfine tel que le polyéthy- lène (qu'on préférera aux autres), ou des mélanges de polypropylène avec du chlorure de polyvinylidène, de l'acétate de cellulose, de la rayonne, du nylon, du polystyrène ou du papier. De telles combinaisons adéquates de fibres sont décrites dans le brevet U.S. 3.393.685. Comme gaine pour le tampon de tresse, gaine qui selon la présente invention joue le rôle d'applicateur par report, on peut employer tout matériau de gainage habituel disponible dans le commerce, tel que le papier de gainage non poreux vendu sous la marque déposée Ecusta, désignation commerciale 646. Les spécialistes en la matière admetttront aisément que l'on peut également employer comme gaine pour des tampons en fibres une nappe d'un tissu non tissé présentant des propriétés suffisantes en matière de résistance à l'abrasion, de résistance à la traction et d'adhérence superficielle. Ainsi, un papier de gainage adéquat aura une grammage compris en- tre 7,5 et 23 g/mr-(30 à 90 g/ydL), tandis qu'un matériau de gainage non tissé correspondant peut avoir un grammage compris entre 2,50 et ,2 g/mL (10 à 40 g/yd.). Un tel matériau de gainage peut être obte- nu par des procédés courants humides ou secs, faisant appel à des mé- thodes telles que le liage à chaud, le filage, l'aiguilletage ou au- tres méthodes connues, sous réserve que (en l'absence de manchette), ce matériau n'irrite pas la langue ou les lèvres, ou ne soit pas inac- ceptable pour d'autres raisons. Le bâtonnet filtre selon l'invention et son procédé de réalisa- tion selon l'invention sont représentés schématiquement sur le dessin annexé, lequel montre: à la figure 1, une vue en élévation latérale d'une machine stan- dard de fabrication de bouts filtres de cigarettes, prévue pour l'ap- plication périphérique par report d'unecomposition de liant à pouvoir adhésif/plastifiant sur un tampon en fibre selon l'invention; à la figure 2, une vue agrandie en coupe longitudinale d'un bout filtre an fibre traité avec la composition de liant, présentant le liage péripérique et le gainage du tampon; et à la figure 3, une vue en élévation latérale d'une variante de la - 6 - machine présentée à la figure 1, o la composition de lmit à ptvmir adhésif/plastifiant est appliquée par une pomme d'arrosage sur la gai- ne jouant le rôle d'agent applicateur par report, avant l'arrivée -de cette dernière à un poste de gainage (non représenté) La figure 1 présente une bande continue simple de tresse cu rảbM de fibre 10 qui, en provenance d'un rouleau ou d'une balle -1 passe par des galets d'alimentation et d'enregistrement 12 et par des galets de guidage 17 pour arriver dans un entonnoir de garnite 115 et- dams une garniture 14 d'une machine standard 5 de fabricatie de tbouts filtres de cigarettes, munie d'équipements pour (a) fx2nmer, (b) gainer, (c) refroidir ou sécher et (d) tronçonner le bMtemiet f'iltre obtenu dans la section de garniture 6, et qui emploie le ' tmrIau de gainage 7 fourni par une bobine d'alimentation 8, leueml sert i Ja fois de gaine pour envelopper la tresse et d'agent pur tramsferer la composition à pouvoir adhésif/plastifiant 24 sur une tresse fa de en forme de tampon (non représenté), -à un poste de gajbae "D(O représenté) prévu dans la section de garniture 6. te trasfert est effectué par le contact initial de l'agent applicateur 7 aec umn a -plusieurs cylindres de mouillage, représentés ici par le cylinoe de mouillage chauffé 19 qui est placé en contact réepteur.ec le produit liant 24 contenu dans un réservoir 20, à l'état dlamffé eu a chauffé (selon qu'il s'agit d'un thermofusible, d'un liquide, dune dispersion semi-liquide ou d'une solution), l"'a t de gai- nage/application 7 et le liant 24 étant amenés par un galet de eidage 13 sur une courroie de garniture sans fin 9 qui trmnsparte reagent enduit dans la section de garniture 6. La quantité de liant 24 qui est appliquée sur le, atérim de zmi- nage, transportée par ce dernier et appliquée sur le tampon Ie tresse au poste de gainage, dépend dans une large mesure de la umillabi1it de la tresse de fibre, de la mouillabilité de la surfce dimpress du cylindre 19, des caractéristiques de viscosité et de mmullage de la composition de liant elle-même et, dans le cas du di saitif sema la figure 3 décrit plus loin, de la pression et de la taille de l'équipement de pulvérisation. Comme on l'a mentionné plus haut, des équipements coeventioeels - 7 - (non représentés) de refroidissement ou de séchage du tampon de fibre traité et de tronçonnage du tampon de fibre gainé obtenu, sont dispo- sés de façon adéquate en aval du poste de gainage. Les bouts filtres 16 obtenus sont ensuite amenés à une goulotte d'évacuation 18, et em- paquetés dans un récipient 23. La figure 2 présente une coupe longitudinale schématique et par- tielle d'un bout filtre 1 constitué d'une tresse de fibre façonnée en forme de bâtonnet, liée et gainée, qui présente un noyau interne 2 de fibres non liées, des zones de liage périphériques 3 comprenant des fibres 3B et la composition 3C à pouvoir adhésif/plastifiant durcie, disposée entre-les fibres et dans les fibres pour former un réseau qui est lui-même extérieurement lié par la gaine 7B. La figure 3 présente une variante de la machine selon la figure 1, o le cylindre de mouillage 19 et le réservoir de liant 20 sont remplacés par une pomme d'arrosage 21a alimentée par une conduite d'arrosage 22A, qui fournit une composition adéquate de liant à pou- voir adhésif/plastifiant, thermofusible ou autre, provenant d'une source non représentée, composition qui est pulvérisée sur l'agent 7A applicateur de la composition par report. Comme on peut le voir sur la - figure, les éléments similaires au cas de la figure 1 sont identifiés par les mêmes chiffres. Bien qu'en dehors des caractéristiques de mouillage de la fibre de polypropylène, et des caractéristiques de fusion, de prise et autres caractéristiques habituelles bien connues des spécialistes en la matière, il n'y ait pas de restrictions quant aux compositions de liant à pouvoir adhésif/plastifiant utilisables dans le cadre de la présente invention, on a constaté que les liants des catégories géné- rales suivantes étaient particulièrement adéquats: Iv. Caoutchouc à base de butadiène/styrène de type non-ionique ou anionique, sous forme d'émulsions en proportions en poids 95-65/5-35, ou copolymères à base d'éthylène/vinylacétate avec des esters de colo- phane, du type vendu par l'Union Oil of California sous la marque dé- ocsée AMSCO-RES, en particulier AMSC0-RES-4125, et comprenant les thermofusibles correspondants tels que AMSCO-MELT (marque déposée) 204, II. Polyméres contenant du butylacrylate ou du butylméthacrylate, avec des résines d'hydrocarbures comme additifs, du type vendu par Rohm and Haas Company sous la marque déposée Rhoplex, en particulier Rhoplex 621, 631 et P-376; et III. Résines d'hydrocarbures à base de copolymère d'alpha-méthylsty- rène, vendues par Hercules Incorporated sous la marque déposée KRISTA- LEX, en particulier KRISTALEX 3100, dispersions aqueuses et émulsions comprises. - D'autres compositions de liant utilisables dans le cadre de là présente invention sont les copolymères à-base d'éthylène/vinylacéta- te, du type vendu par Eastman Kodak Company sous la marque déposée Eastobond, y compris la série "A" de cette marque (Eastobond A-381 par exemple), et les produits qui peuvent être décrits comme comprenant un composant "X" et un composant "Y", en proportions respectives de 5 à 30 et de 95 à 50 parts (en poids), o le composant (X) est défini - comme étant un modificateur d'ester de colophane sous la forme d'une émulsion de solide résineux dur, dont le radical résine est de préférence hydrogéné à environ 45% à 100%. Dans ces dernières compositions, le modificateur d'ester peut com- prendre environ 5 à 25% en poids d'ester de colophane ayant une con- centration d'acide abiétique ne dépassant pas environ 5%, avec un point de ramollissement de goutte compris entre environ 60 et 950C, et un poids moléculaire moyen ne dépassant pas environ 2.000. Le com- posant "X" est vendu sous forme solide ou, dans certains cas, en dis- persion aqueuse d'un produits vendu sous la marque déposée Foral * 85 ou 105 (glycérine et pentaérythritol ester de colophane fortement hy- drogénée, poids moléculaire moyen 600 à 1000); Hercolyn D (méthyl es- ter de colophane hydrogénée); résine Piccolyte A 115 (polyterpène); Staybelite Ester 10 (glycérine ester de colophane hydrogénée, poids moléculaire moyen 600 à 1.000); Pentalyn H (pentaérythritol ester de colophane hydrogénée, poids moléculaire moyen 600 à 1.000) ou résine Piccotex (copolymères de méthylstyrène et de vinyltolubne). Le composant (Y) correspondant de ces compositions peut être ob- tenu: (a) par polymérisation de monomères tels que le vinyl acétate, seul ou en mélange avec un comonombre tel que l'éthylène; ou (b) par -9- polymérisation de monomères tels que l'acide acrylique, l'acide métha- crylique,]'éthyl acrylate, le butyl acrylate, le méthyl méthacrylate, ou de mélanges de ces derniers avec des comonomères tels que le styrène, l'éthylène, le propylène, le butadiène ou autres produits si- milaires. Des réseaux copolymères adéquats du type précité sont par exemple décrits dans le brevet anglais GB-1 514 217, ou par exemple vendus sous la marque déposée Vinac 881 (un homopolymère de vinyl acé- tate) ou Airflex 405 (un copolymère de vinyl acétate 90/éthylène 10). Le denier des tresses ou rubans de fibres utilisables pour mettre en oeuvre la présente invention peut utilement varier entre environ 6.000 et 60.000 (denier total); la tresse peut provenir d'un seul cantre, ou d'un mélange de plusieurs cantres, en utilisant des jets de fluide de texturation. Toutefois, afin d'obtenir des performances meilleures, il est préférable que la tresse de fibres soit utilisée à un état sensiblement non retordu et non texture. Les jets de fluide constituent une faculté optionnelle dans la mi- se en oeuvre de la présente invention, et ils peuvent être d'une con- ception conventionnelle. On pourra également utilement employer des tubes de guidage pour contenir la tresse ou le fil lorsqu'il(elle) pé- nètre dans la garniture, tels que l'entonnoir 15 de la figure 1. Si le fil n'est pas contenu dans cette zone, le degré élevé de texturation imprimé au fil et la turbulence autour de la sortie du jet peuvent entraîner la perte de l'intégrité structurelle du fil, et son embrouillement. Les exemples qui suivent illustrent l'invention; sauf indication contraire, les proportions- et pourcentages indiqués s'entendent en poids. EXEMPLE I Deux tresses continues de fibres coupées de polypropylène ayant un denier par filament (dpf) de 4,5, à section en "Y", sont ouvertes en une mince bande d'environ 30 à 36 cm de large (12 à 14 pouces), et tirées à travers la garniture d'une machine standard de formation de bâtonnets filtres, modifiée de manière à fonctionner d'une manière générale comme selon la figure 3, afin de former un tampon filtrant en - 10 - fibres qui est gainé et lié en utilisant un papier de gainage d'un grammage de 29,0 g/m', sur lequel est appliqué une couche de liant en arrosant le papier de gainage légèrement tendu au moyen d'un arroseur à jets multiples produisants six jets parallèles uniformément espacés de la composition d'adhésif indiquée, en des quantités identifiées par "% Ajouté" au tableau I, et basées sur l'augmentation du poids du tampon filtrant qui en résulte. Les compositions de liant qui ont été utilisées sont celles déjà décrites ci-dessus comme étant vendues sous les marques déposées (a) Rhoplex 631, (b) Rhoplex P376, (c) KRISTALEX 3100* et (d) AMSCO-RES 4125. Les échantillons de bouts filtres enduits, gainés et tronçonnés, d'une longueur de 9Omm et d'une circon- férence de 24,35 mm, sont ensuite testés à l'aide du dispositif stan- dard d'essai de cigarettes FILTRONA précité, et par examen au micros- cope afin d'évaluer le montant approximatif de pénétration "d" du liant. Les résultats sont rassemblés dans le tableau I ci-dessous (Echantillons T-l'à T-7). EXEMPLE DE CONTROLE I-B L'exemple I est répété en employant une tresse de fibre ouverte identique (dpf 4,5), mais sans appliquer de liant sur la tresse. Une petite quantité d'adhésif a été appliquée sur la gaine afin de la fixer. Les résultats de l'essai sont rassemblés dans le tableau I ci-dessous (Echantillon C-IA). TABLEAU I Echantillons % Ajouté F (y) AP d (mic.) Composition T-1 14,4 85,0 431 600 RHOPLEX 631 T-2 14,0 85,4 440 600 RHOPLEX P376 T-3 38,5 93,6 421 1000 KRISTALEX 3100 T-4 54,4 94,4 510 2000 KRISTALEX 3100 T-5 44,7 91,5 474 1500 KRISTALEX 3100 T-6 59,2 98,8 594 4500 KRISTALEX 3100 T-7 57,5 84,7 406 3000 - AMSCO-RES 4125 C-IA (contrôle) O 79,6 384 - il - REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de bouts filtres de cigarettes, selon lequel une tresse ou un ruban de fibres (10) contenant du polypro- pylène est amené(e) dans la section garniture (14) d'une machine de fabrication de bâtonnets filtres (16), et façonné(e) pour former un tampon de matière filtrante qui est gainé de papier ou d'un matériau non- tissé (7) avant d'être tronçonné en bouts filtres, caractérisé par le fait que les fibres du tampon de matière filtrante sont, avant le gainage, exemptes de liant, qu'un produit liant (24) mouillant le polypropylène est appliqué sur le matériau de gainage (7), et que lors du gainage, le produit liant est immédiatement reporté sur le tampon de matière filtrante, le produit liant (24) imprégnant alors une couche extérieure du tampon de matière filtrante qui présente une section annulaire occupant de 1 à environ 20% de la superficie de la section totale du bout filtre. 2. Procédé de fabrication de bouts filtres selon la revendication 1, caractérisé par-le fait que la section annulaire imprégnée du tam- pon de matière filtrante occupe de 1 à 10% de-la superficie de la sec- tion totale du bout filtre. 3. Procédé de fabrication de bouts filtres selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la quantité de produit liant (24) appliqué sur le matériau de gainage (7) a un poids égal à environ 10 à % du poids du tampon de matière filtrante gainé sur la longueur correspondante. 4. Bout filtre pour cigarettes fabriqué à l'aide du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il présente un coefficient de dureté atteignant au moins envi- ron 80%,o calculé par l'équation suivante: F = D - A D x 100% - D ob F est le coefficient de dureté, D Le diamètre du tampon de matière filtrante en millimètres, et AD la déflexion ou diminution du diamètre du bout filtre gainé après avoir été soumis à une charge de 300 gm pendant 15 secondes, en centièmes de millimètre. 5. Bout filtre selon la revendication 4, caractérisé par le fait - 12 - que le coefficient de dureté est supérieur à environ 85% et inférieur ou égal à environ 94%. 6. Bout filtre selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que les fibres de polypropylène du tampon de matière filtrante sont constituées dans leur quasi-totalité par une tresse de fibres de polyoléfine (10). 7. Bout filtre selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la tresse de fibres de polyoléfine (10) est entièrement en poly- propylène.