Brevet FR2588727A1 — publié le 19870424

i Filtre aéré pour cigarette et cigarette utilisant un tel fil- tre La présente invention concerne des filtres aérés pour cigarettes et fournit un tel filtre comportant des composants alignés longitudinalement for- mant noyau, dont un premier est perméable à l'air et produit une perte de charge relativement élevée dans la direction longitudinale du filtre, mais est essentiellement imperméable à l'air suivant la direction radiale du filtre, et dont le se- cond est perméable à l'air et produit une perte de charge relativement faible suivant la direction lon- gitudinale du filtre, et une enveloppe commune réalisant un enveloppement complet ou partiel et qui s'étend le long et au- tour ou partiellement autour desdits composants du noyau et assure l'aération du filtre dans une zone espacée longitudi- nalement du premier composant du noyau. Les premier et second composants du noyau peuvent être en aboutement ou être espa- cés longitudinalement, et l'aération peuts'effectuerpar exemle radia- lement par pénétration dans le second composant perméable à l'air dans la direction radiale et/ou dans un espace compris entre les premier et second composants du noyau. L'enveloppe peut être une enveloppe complète constituée en un matériau po- reux ou perforé présentant une perméabilité essentiellement uniforme pour l'air, suivant sa longueur. Contrairement à ce- la, il peut s'agir d'une enveloppe partielle comprenant une ou plusieurs bandes dont chacune s'étend seulement partielle- ment autour du noyau du filtre de manière à laisser subsister, entre les bords longitudinaux des bandes, des interstices qui s'étendent suivant la direction longitudinale du filtre et dans lesquels une aération libre peut avoir lieu. Le premier composant du noyau est de préférence imperméable suivant la direction radiale sur l'ensemble de sa section transversale. Il est formé de préférence par un corps monobloc, hormis pour ce qui concerne une enveloppe extérieu- re qui peut faire partie de ce composant. Il est de préféren- ce essentiellement uniforme sur la totalité de sa section trans- versale et occupe de préférence d'une manière complète et inin- terrompue l'ensemble de la section transversale (autre que celle occupée par l'enveloppe commune ou l'enveloppe partiel- le) du filtre. Par conséquent le premier composant du noyau comporte, de façon appropriée;ntampon monobloc essentielle- ment uniforme possédant une section transversale circulaire qui peut inclure sa propre envelopDe. Dans une cigarette munie d'un filtre, le filtre conforme à l'invention sera normalement incorporé de telle sor- te que le composant du noyau produisant une perte de charge élevée sera situé du côté du cylindre de tabac, l'aéra- tion s'effectuant en direction de l'extrémité buccale en pé- nétrant dans le fitre en aval du composant produisant la perte de charge élevéeNormalement le filtresera incorporé dans une cigarette à filtre au moyen d'un embout envelop- pant permettant une aération, qui comporte habituellement des perforations d'aération disposées en aval du composant du no- yau produisant la --perte-de charge élevée. L'embout envelop- pant produisant une aération peut être l'enveloppe commune men- tionnée précédemment pour les premier et second composants du noyau, mais, de façon plus usuelle, ces composants du noyau seront préformés sous la forme d'un sous-ensemble muni de l'en- veloppe commune, et ce sous-ensemble sera incorporé ultérieu- rement dans une cigarette à filtre au moyen de l'embout enve- loppant produisant une aération. Le sous-ensemble est de pré- férence fabriqué en continu, le cylindre continu étant décou- pé suivant des longueurs finies lorsqu'il est fabriqué; ces longueurs finies sont habituellement égales à un multiple des éventuelles longueurs individuelles des filtres; lors de la fabrication des cigarettes à filtre, une tige de lon- gueur double est habituellement alignée longitudinalement en étant disposée entre deux cylindres de tabac, et réunie à ces derniers par un embout enveloppant de longueur double, puis on découpe l'ensemble dans la zone centrale de manière à for- mer deux cigarettes à filtre. 2588727 Il est possible d'utiliser différentes structures et différents matériaux pour réaliser le composant du noyau produisant la perte de charge élevée. Il est habituellement préférable d'utiliser une pellicule en matière plastique, on- dulée longitudinalement, et ce essentiellement sans fibrilla- tion de manière à rester imperméable à l'air, et tassée laté- ralement de manière à former un tampon de filtre qui est per- méable longitudinalement le long des ondulations, mais essen- tiellement imperméable, suivant la direction radiale. La pel- licule ondulée tassée peut être réunie à elle-même de manière à former un cylindre ou un tampon auto-porteur et possédant des dimensions stables, mais, d'une manière plus usuelle, elle sera maintenue sous la forme d'un cylindre au moyen d'une enveloppe. La pellicule en matière plastique est constituée de façon appropriée par du polyéthylene. Le composant du noyau produisant la faible perte de charge peut avoir une forme classique, c'est-à-dire qu'elle peut être réalisée sous la forme d'un cordon de fibres conti- nues d'acétate de cellulose tassées ou d'un papier crépé poreux tassé. Ce composant est réalisé de préférence sous la forme d'un corps monobloc. Il peut être perméable à l'air suivant la direction radiale. Il est de préférence essentiellement uniforme sur l'ensemble de sa section transversale. Il peut occuper complètement et de façon ininterrompue l'ensemble de la section transversale (autre que celle occupée par une enveloppe)du filtre. Le second composant du noyau comporte par conséquent de façon appropriée un tampon monobloc circulaire. Chacun des premier et second composants du noyau et le filtre dans son ensemble présentent de préférence une faible rétention mécanique intrinsèque. En particulier dans des filtres et dans des cigarettes à filtre conformes à l'invention, le pourcentage de dilution de l'air au moyen du filtre est de préférence supérieur au pourcentage de réten- tion des goudrons que réalise le filtre, à l'état "non aéré" ou 'fermé c'est-a-dire dans le cas o il est mesuré pour un filtre ou une cigarette équivalente dans lequel une dilu- tion de l'air à travers le filtre est empêchée. Le pourcen- tage de dilution de l'air mentionné ici est le pourcentage en volume de l'air d'aération, qui est ajouté à travers le fil- tre au mélange total délivré par ce dernier; par conséquent une aération ou dilution de l'air de 50 % signifie que lors de chaque bouffée, il existe un rapport en volume 50/50 de l'air ajouté à la fumée d'origine, et une dilution de l'air de 40 % fournit un rapport 40/60, etc. L'invention est basée sur les propriétés relati- ves des premier et second composants du noyau (en combinaison avec l'étendue et l'emplacement de l'aération) plutôt que sur les valeurs absolues des propriétés de ces composants. Cepen- dant, bien que ceci ne soit en aucune manière essentiel pour un filtre réalisé conformément à l'invention, le premier com- posant du noyau produira en général une perte de charge à l'état fermé (c'est-à-dire mesurée lorsque l'aération est em- pêchée) correspondant à une pression de hauteur d'eau de mm (Wg) et le second composant du noyau produit une perte de charge a l'état fermé, inférieure à une pression de hau- teur d'eau de 50 mm. Pour un type donné (composition, struc- ture, densité de tassement, etc) du premier composant du no- yau, la perte de charge à l'état fermé sera proportionnelle à la longueur, et ceci s'applique de la même manière au se- cond composant du noyau; les pertes de charge à l'étatfermé dansles deux composants seront essentiellement de nature addi- tive de sorte que l'on obtient aisément une perte de charge désirée à l'état fermé pour le filtre. Pour un second compo- sant du noyau réalisé sous la forme d'un tampon de filtre classique (par exemple formé d'un cordon d'acétate de cellu- lose tassé) la variation de la rétention des goudrons à l'état fermé avec la perte de charge à l'état fermé est ha- bituellement essentiellement linéaire, avec un rapport supé- rieur à l'unité, et il est préférable d'une manière générale d'avoir une rétention des goudrons à l'état fermé, inférieure à 30 %. Pour le premier composant du noyau, il est préfé- rable d'avoir une variation nettement plus faible de la réten- tion des goudrons à l'état fermé avec la perte de charge à l'état fermé, et il est habituellement préférable d'avoir une rétention des goudrons à l'état fermé, inférieure à 20 %. La rétention des goudrons à l'état fermé, produite par le filtre, sera de préférence inférieure à 40 %. Le filtre conforme à l'invention permet d'attein- dre les objectifs, habituellement non conciliables,consistant d'une part à obtenir un degré très élevé de dilution de l'air (par exemple 50 % ou 60 % ou plus) afin de fournir une bonne réduction du CO, sans par ailleurs réduire le goût, ni la perte de charge dans la cigarette à filtre, à des ni- veaux faibles d'une manière inadmissible. Dans différentes structures antérieures de filtres, on a cherché à atteindre cet objectif, mais le filtre conforme à la présente invention permet de l'atteindre à un degré amélioré grâce à l'utilisa- tion d'un composant amont du noyau produisant une perte de chargetrès élevée et fournissant une faible rétention, en combinaison avec un composant aval du noyau produisant une fai- ble perte de charge et réalisant une faible rétention, et ce avec une dilution importante de l'air en aval du composant produisant la perte de charge élevée; l'amélioration de la performance peut être obtenue avec un filtre possédant une section transversale. essentiellement uniforme, sans implants, ni tubes capillaires, etc, qui ont été proposés à cet effet par le passé et qui peuvent se boucher, ce qui réduit la per- formance; on peut utiliser l'ensemble de la section transver- sale du filtre et ce dernier peut avoir un aspect classique et présenter une coloration d'extrémité uniforme lorsque l'on fume la cigarette; en outre, compte tenu dela perte de charge très élevée qui peut être fournie par le premier compo- sant du noyau (amont), il est relativement aisé d'obtenir les niveaux élevés désirés de dilution de l'air sans avoir à uti- liser un embout exceptionnellement poreux, des perforations relativement petites d'aération étant appropriées; la combi- naison des petits trous d'aération et de la perte de charge amont élevée peuvent empêcher ou réduire l'échappement de fu- mée à travers les trous d'aération entre des bouffées, ce qui est un phénomène indésirable que l'on rencontre fréquemment dans les filtres aérés antérieurs. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - - la figure 1 est un graphique illustrant les pro- priétés des premier et second composants formant noyau, des- tinés à être utilisés dans des filtres conformes à l'inven- tion; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un filtre conforme à l'invention, incorporé dans une cigarette à filtre; et la figure 3 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne III-III sur la figure 2. Le tableau suivant i indique les pertes de charge(PD) à l'état fermé pour un certain nombre de premiers composants du noyau convenant pour être utilisés conformément à l'invention, ainsi que la rétention des goudrons (TR) à l'état fermé, pour ces composants lorsqu'ils sont utilisés uni- quement avec des cylindres de tabac standards identiques de grande longueur que l'on trouve dans le Royaume Uni. Dans tous les cas, le premier composant du noyau est constitué par un tampon constitué par une pellicule de polyéthylene ondulée lon- gitudinalement et défibrillée et tassée sous la forme d'une tige possédant une enveloppe externe; les différentes pertes de charge pour les tampons possédant la même longueur sont le reflet des différences de la densité de tassement de la pellicule tassée d'un tampon à l'autre. Tableau 1 Longueur du 1-er PD (mm % TR composant du noyau colonne d'eau) 6 mm 75 11, 5 6 mm 94 12,5 8 mm 85 13,9 mm 143 17,5 mm 169 16,5 10 mm 212 16,5 mm 208 21,0 La figure 1 des dessins annexes est un graphique illustrant la variation de la rétention des goudrons (T.R) à l'état fermé, avec une perte de charge (P.D) à l'état fer- mé pour des premier et second composants formant noyau, con- venant pour être utilisés dans le cadre de l'invention. La courbe A a été obtenue en traçant la rétention des goudrons à l'état fermé en fonction de la perte de charge à l'état fermé pour des premiers composants du noyau (du type décrits ci-dessus en référence au tableau 1), qui possé- daient des longueurs différentes, mais étaient par ailleurs essentiellement identiques. La courbe B a été obtenue de la même manière pour des seconds composants du noyau possédant des longueurs différentes, mais par ailleurs identiques, les composants étant réalisés sous la forme d'un tampon formé d'un cordon d'acétate de cellulose tassé et fixé à luimême, formé d'un filament de denier 8. Les seconds composants du no- yau avaient des longueurs variant de 10 à 35 mm et les pre- miers composants du noyau avaient une longueur variant de 6 à 15 mm. On peut voir que la rétention des goudrons par les premiers composants du noyau est relativement insensible vis- à-vis de la perte de charge; c'est pourquoi en choisissant de façon appropriée les premier et second composants du no- yau et en prévoyant un degré-désiré d'aération en aval du pre- mier composant, on obtient aisément une performance de filtre prédéterminée et améliorée, telle que décrite ci-dessus. Les caractéristiques et performances des filtres et des cigarettes à filtre conformes à l'invention sont illustrés au moyen des chiffres indiqués dans les tableaux 2 et 3 suivants. Le tableau 2 indique la perte de charge à l'état fermé dans le filtre (en mm de hauteur d'eau) et la ré- tention des goudrons à l'état fermé, en pourcentage, pour les deux filtres conformes à l'invention, qui possèdent des lon- gueurs respectives de 20 et 25 mm et une circonférence d'en- viron 25 mm, chaque filtre ayant été utilisé en liaison avec un cylindre de tabac standard de grande taille utilisé au Ro- yaume Uni; le tableau indique également ces valeurs pour les composants individuels du noyau. Le tableau 3 compare ces deux filtres avec des marques disponibles dans le commerce de ci- garettes classiques munies d'un filtre formé de "monoacétate" possédant les mêmes dimensions. Dans chaque cas le filtre con- forme à l'invention a été fixé à un cylindre de tabac identi- que à celui de l'élément comparatif disponible dans le commer- ce. Dans chaque cas, le filtre classique en "monoacétate" est un faisceau tassé d'un cordon de fibres continues d'acé- tate de cellulose. Les filtres conformes à l'invention com- prennent chacun un premier tampon amont comprenant une pelli- cule de polyéthylène ondulée longitudinalement et défibrillée, tassée sous la forme d'une tige et munie d'une enveloppe externe, un tampon aval non enveloppé, en aboutement avec le précédent et formé par un cordon d'acétate de cellulose 8/40 tasse et fixé à lui-même (denier des filaments 8, denier total 40 x 1000), et une enveloppe commune perméable à l'air entourant les tampons. Dans le filtre conforme à l'in- vention, qui possède une longueur de 25 mm, le tampon amont (constitué par la pellicule de polyéthylène ondulée)possède une longueur de 10 mm et le tampon aval formé par un cordon formé de fibres continues d'acétate de cellulose, fixé à lui- même,possede une longueur de 15 mm; dans le filtre conforme à l'invention, qui possède une longueur de 20 mm, le tampon amont formé d'une pellicule de polyéthylène ondulepossède une longueur de 6 mm, et le tampon avalformé d'un cordon constitué par des filaments d'acétate de cellulose tassés possède une longueur de 14 mm. Les filtres sont fixés aux cylindres de ta- bac au moyen d'un embout enveloppant possédant des perfora- tions d'aération qui sont ménagées, de façon similaire, dans chaque cas, dans le second composant du noyau, dans les fil- tres conformes à l'invention. Sauf indications contraires spécifiées, toutes les valeurs mesurées indiquées ici sont obtenues conformément aux procédures admises, recommandées par le CORESTA (Centre de Coo- pération pour les Recherches Scientifiques Relatives au Tabac). Le filtre conforme à l'invention peut fournir une réduction améliorée non seulement du CO, mais également d'au- tres composants en phase vapeur, tels que le HCN, la formal- déhyde, etc, de manière à fournir un meilleur rapport des vapeur/réductions de la phase des goudrons que les filtres précédents. Il est également beaucoup plus facile d'incorpo- rer un agent adsorbant (par exemple du charbon actif) pour réaliser la réduction supplémentaire de la phase vapeur dans des filtres conformes à l'invention (par exemple entre des pre - miers et seconds composants espacés du noyau) que dans le cas des filtres antérieurs fournissant une aération élevée et pré- sentant une faible rétention. Tableau 2 Filtre 1-er carposant 2-ème composant du noyau du noyau Longueur (mm) 20 6 14 PD (mm colonne d'eau) 118 85 33 Rétention des goudrons % 34,5 12 27 Longueur (mm) 25 10 15 PD (mm colonne d'eau) 200 164 36 Rétention des goudrons % 37,5 16,5 29 Les figures 2 et 3 des dessins annexes illustrent le filtre d'une longueur de 20 mm conforme à l'invention se- lon les tableaux 2 et 3. Ce filtre comporte le premier compo- sant amont 2 du noyau et -le second composant aval 4 du noyau, placés dans une enveloppe commune 6 perméable à l'air. Ce sous- ensemble est fixé à un cylindre de tabac enveloppé 8, au mo- yen d'un embout enveloppant 10 comportant un anneau 12 de per- forations alignées avec le composant 4 du noyau. Comme indi- qué sur la figure 3, le premier composant amont 2 du coeur est un tampon monobloc essentiellement uniforme 14 placé dans une enveloppe 16 qui s'étend de façon complète et ininterrompue (c'est-à-dire sans aucun passage périphérique ni aucun passa- ge interne conséquent de contournement) sur l'ensemble de la section transversale du filtre à l'intérieur de l'enveloppe commune 6. Comme indiqué précédemment, le composant 4 du no- yau pourrait être espacé de l'élément 2 du noyau, vers l'aval, les perforations d'aération étant alors de préférence alignées avec la cavité présente entre les deux composants du noyau. Tableau 3 Longueur du filtre (mm) Type du filtre P.D dans la cigaret- te,éléments d' éara- tion ouverts(mm de hauteur d'eau) Aération du bout(%) Poids de goudronsTPM (WNF) (mg) Poids de nicotine(mg) Poids de Honoxyde de carbone (mg) Rapport monoxyde de carbone/goudrons Rapport nicotine/ goudrons *indice de phase vapeur mono-acétate 0,9 1,44 0,10 26,7 Invention 8,8 1, 12 ,7 0,65 0,13 11,2 Mono-acétate 0,9 1,11 0,10 23,3 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _l__ _ _ l__ _ _ _ _ _ _ _ x__ _ _ _ L Invention 8,8 1,02 0,50 0,12 12, 8 - - * L'indice de phase vapeur est une valeur arbitraire tirée des hauteurs totales de pic de 4 composés VP, déterminés par chromatographie en phase gazeuse. REVENDICATIONS 1. Filtre pour cigarette, caractérisé en ce qu'il comporte des composants formant noyau (2, 4) alignés longitu- dinalement, dont un premier (2) est perméable à l'air et pro- duit une perte de charge relativement élevée suivant la di- rection longitudinale du filtre, mais est essentiellement im- perméable à l'air suivant la direction radiale du filtre, et dont le second (4) e s t p e r m é a b 1 e à l'air et produit une perte de charge relativement faible suivant la direction longitudinale du filtre, une enveloppe commune com- plète ou partielle (6), qui s'étend le long et autour ou en partie autour desdits composants (2, 4) du noyau et assure l'aération du filtre dans une région espacée longitudinale- ment du premier composant (2) du noyau. 2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second composants (2, 4) du noyau sont en aboutement. 3. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second composants (2, 4) du noyau sont espacés longitudinalement. 4. Filtre selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le second composant (4) du noyau est per- méable à l'air suivant la direction radiale du filtre. 5. Filtre selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que le premier composant (2) du noyau est imperméable suivant la direction radiale, sur l'ensemble de sa section transversale. 6. Filtre selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que le premier composant (2) du noyau est essentiellement uniforme sur la totalité de sa section transversale. 7. Filtre selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que le second composant (4) du noyau est essentiellement uniforme sur l'ensemble de sa sec- tion transversale. 8. Filtre selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce que le premier composant (2) du noyau est constitué par une pellicule de matière plastique ondulée longitudinalement, ne présentant essentiellement au- cune fibrillation et tassée latéralement sous la forme d'un tampon qui est perméable à l'air suivant la direction longi- tudinale, mais est essentiellement imperméable à l'air sui- vant la direction radiale. 9. Cigarette comportant un filtre selon l'une quel- conque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le premier composant (2) du noyau est situé du côté du cylindre de tabac (8) et le second composant (4) du noyau est situé en aval du premier composant, du côté de l'extrémité buccale du filtre, l'aération pénétrant dans le filtre en aval du pre- mier composant du noyau.