Brevet FR2652278A1 — publié le 19910329

La présente invention a trait à des filtres (utilisés comme filtres à fumée de tabac, mais non limités à cette seule utilisation) contenant un sorbant particulaire choisi par exemple parmi le charbon actif, le silicagel, la sépiolite, l'alumine un matériau échangeur d'ions, etc. Les divers procédés connus de production de ces filtres ont connu un ou plusieurs problèmes de production, de contrôle de qualité, d'uniformité du produit et d'usure des machines. Selon l'invention, un filtre en forme de tige est essentiellement composé de fils et/ou de bandelettes d'un substrat préalablement et individuellement enduits d'un sorbant particulaire qui y adhère, rassemblés et maintenus en forme de tige, par ex. par un manchon extrudé ou une cape fermée par chevauchement de ses bords. Ses fils et/ou bandelettes sont généralement placés dans le sens longitudinal de la tige. Un but de l'invention est de fournir un filtre composé essentiellement de fils et/ou de bandelettes de support préalablement et individuellement enduits d'un sorbant particulaire qui y adhère, rassemblés et maintenus en forme de tige. Un autre but de l'invention est de fournir un filtre composé essentiellement de fils et/ou de bandelettes de support préalablement et individuellement enduits d'un sorbant particulaire qui y adhère, rassemblés et maintenus en forme de tube, le dit tube étant ou non pourvu d'un noyau. Un autre but de l'invention est de fournir un tel filtre composé de 5 à 12 des fils précités. Un autre but de l'invention est de fournir un tel filtre dans lequel le sorbant particulaire comporte des granulés de charbon active. Un autre but de l'invention est de fournir un tel filtre composé comportant un filtre comme ci-dessus, maintenu dans l'alignement longitudinal d'au moins un autre filtre. Un autre but de l'invention est de fournir une méthode de formation d'un filtre comprenant l'alimentation continue de fils et/ou bandelettes enduits d'un adhésif actif, leur passage en continu, simultanément, dans un bain de sorbant particulaire pour recevoir une couche du dit sorbant, le rassemblement en continu des fils et/ou bandelettes enduits de sorbant en forme de tige ou de tube et le découpage de la tige ou du tube obtenu en morceaux de longueur déterminée. Un autre but de l'invention est de fournir une telle méthode, dans laquelle les fils et/ou bandelettes sont rassemblés autour d'un mandrin pour donner un produit tubulaire. Un autre but de l'invention est de fournir une telle méthode, dans laquelle les fils et/ou bandelettes sont rassemblés autour d'un noyau en avancement continu. L'adhérence du sorbant particulaire au(x) fil(s) et/ou bande(s) est assurée par un adhésif de fusion, le polyéthylène-glycol à point de fusion élevé, ou un adhésif en émulsion comme le PVA. Les adhésifs à point de fusion élevé utilisés pour l'invention sont divers adhésifs de polyesters. Le sorbant particulaire employé peut être constitué d'une substance unique ou d'un mélange, et peut être mélangé à d'autres matières. La tige de fils et/ou bandelettes enduits de sorbant selon l'invention peut être tubulaire, auquel cas elle peut comporter un noyau. Ce noyau peut être fait d'une matière ordinairement utilisée pour filtrer la fumée (p. ex. l'étoupe filamenteuse, la fibre découpée ou le papier crêpé); ce peut être un tube ouvert; ou une partie imperméable ou de faible perméabilité qui contribue à l'effet de chute de pression du filtre composé mais n'a que peu ou pas d'effet filtrant. Le manchon gainant des filtres selon l'invention peut être fait d'une matière perméable ou non perméable à la fumée et peut être perforé dans les deux cas. Si les enduits particulaires des fils ou bandelettes sont eux-même recouverts d'un adhésif (p. ex. un adhésif activé à la chaleur), la liaison peut être effectuée ou provoquée au moment o les fils ou bandelettes enduits sont rassemblés en une tige dont les dimensions restent stables sans manchon de maintien; la couche d'adhésif doit être discontinue (p. ex. une couche de poudre) pour ne pas interférer exagérément avec les propriétés de sorption du sorbant particulaire. Néanmoins même si les fils ou bandelettes préenduits sont agglomérés, on préfère généralement munir la tige d'un manchon de maintien. Les fils préformés recouverts de sorbant particulaire sont rassemblés et enroulés en forme de tige à l'aide d'un appareil conventionnel. Dans la méthode selon l'invention, l'alimentation en fils et/ou bandelettes enduits de sorbant particulaire, leur rassemblement et leur mise en forme de tige pleine ou tubulaire (avec habituellement application d'un manchon qui les enferme), et le découpage du produit allongé qui en résulte en morceaux de longueur déterminée, peuvent se faire à la chaîne et en continu à l'aide d'un matériel conventionnel de fabrication de filtres. Si la tige est tubulaire, les fils et/ou bandelettes peuvent être rassemblés autour d'un mandrin central; si le tube doit contenir un noyau, celui-ci peut être poussé en continu (p. ex. à partir d'un mandrin creux) à mesure que les fils et/ou bandelettes enduits de sorbant s'enroulent autour de lui et sont gainés; les méthodes de production à la chaîne et l'appareillage nécessaire à leur application sont bien connus dans l'industrie des filtres de cigarettes. Le(s) fil(s) et/ou bandelettes(s) peuvent être enduits d'adhésif (p. ex. en les faisant passer simultanément dans un bain ou une autre source d'adhésif actif), puis de sorbant particulaire (p. ex. en les faisant passer simultanément par un réservoir, un lit fluidisé, un courant en circulation ou une autre source de sorbant pendant que l'adhésif est actif) au cours du procédé de production à la chaîne et en continu; le(s) fil(s) et/ou bandelette(s) enduits d'adhésif peuvent aussi être produits séparément ou être fournis par un producteur extérieur, l'activation (ramollissement par la chaleur) de l'adhésif et l'application du sorbant spécial étant alors réalisés à la chaîne et en continu lors de la production du filtre. L'application uniforme de l'adhésif (p. ex. d'un bain de PVA liquide) peut être réalisée par raclage, p. ex. au passage d'un orifice ou entre une lame ou des lames. La charge de sorbant particulaire sur le fil ou la bandelette enduit d'adhésif sera normalement la charge maximale, ceci dépendant de facteurs tels que la taille des particules, le périmètre du fil ou de la bandelette, etc. Les fils enduits d'additif sont préférables aux bandelettes pour répondre aux fins de l'invention; on peut employer autant de fils enduits d'additif que l'on souhaite, p. ex. 20 ou plus par tige; mais pour la plupart des applications actuelles nous n'incorporons pas plus de fils, p. ex. 5 à 10 ou 12 fils dans le corps du filtre. La charge d'additif par fil varie largement (p. ex. de 0,25 à 2,0 mg/mm), tout comme la charge totale de l'élément (p. ex. de 25 à 200 mg pour un morceau de 20 mm de longueur), en fonction de la qualité du produit. La charge du filtre peut être évidemment contrôlée en agissant sur le nombre de fils et/ou leur charge. Des fil(s) et/ou bandelette(s) lourdement chargés peuvent donner des éléments qui consistent pratiquement, pour l'essentiel, en sorbant particulaire, sans avoir les désavantages des précédents types de composants particulaires des filtres et de leurs méthodes de production. Les éléments selon l'invention peuvent incorporer une petite quantité d'autres matières (p. ex. d'autres fibres ou filaments ou particules ou additifs) mais consistent de préférence pratiquement, pour l'essentiel, en sorbant particulaire collé aux fils et/ou aux bandelettes (exception faite, évidemment, de l'enveloppe extérieure et du noyau quand il existe). D'autres paramètres peuvent aussi varier considérablement en fonction de la qualité attendue du produit, notamment le rapport poids/longueur quand le fil est utilisé comme support du sorbant particulaire, la granulométrie du sorbant, etc. Par exemple, 1000 ou 500 dtex environ sont des valeurs acceptables pour un fil enduit d'additif; une grandeur acceptable pour une particule de charbon actif est 12/30 British Standard Mesh, une autre est 30/70 British Standard Mesh. Le fil ou la bandelette utilisé selon l'invention peut être constitué de toute matière inoffensive quelconque. Le fil ou la bandelette peut être faite de matière textile, p. ex. d'un ou plusieurs monofilaments, filés, cordés ou retors, ou d'un ruban tissé ou non tissé. Le fil à coudre, d'une remarquable uniformité, convient très bien. La nature du fil n'est pas d'importance essentielle et il peut être composé de fibres naturelles et/ou synthétiques. La rayonne, le nylon et le polyester peuvent être utilisés, mais le coton convient également, spécialement le coton mercerisé employé pour le fil à coudre de bonne qualité. Une partie au moins du sorbant particulaire utilisé peut être aromatisée ou une autre matière aromatisée y être incorporée. L'invention permet d'incorporer du charbon actif ou un autre sorbant particulaire dans les filtres à fumée de tabac à l'aide d'un appareillage ordinaire sans créer de problèmes de production ou de matériel et facilite, en particulier, le dépôt d'une charge uniforme de sorbant et la modification simple et précise de cette charge quand le besoin s'en fait sentir. Les filtres selon l'invention permettent au sorbant particulaire qui adhère au(x) fil(s) et bandelette(s) d'exercer librement ou quasi librement, son effet filtrant sur le flux formé par la fumée de tabac; les filtres selon l'invention peuvent donc retenir efficacement les composants de la fumée en phase vapeur. Les filtres selon l'invention peuvent être produits en continu et coupés en morceaux de longueur déterminée. Chacun de ces morceaux peut être utilisé isolément comme filtre de cigarette (p. ex. pour des cigarettes minces, caractérisées par des circonférences de 18 mm), mais il est de préférence employé en alignement longitudinal avec au moins un autre élément de filtration en tant que partie d'un filtre de cigarette composé (p. ex. double ou triple); un filtre individuel selon l'invention est employé de préférence conjointement avec une embouchure conventionnelle alignée dans son prolongement - p. ex. un tampon uniforme d'étoupe filamenteuse en acétate de cellulose. Les exemples suivants illustrent l'invention. Dans les exemples 1 à 4, il a été fait usage de fils de polyester ou de nylon d'environ 550 dtex, préalablement enduits d'adhésif. Des granulés de charbon activé ayant une granulométrie 12/22 British Standard mesh ont été utilisés comme sorbant particulaire. Dans chaque exemple le nombre de fils indiqué a été passé simultanément dans un bain d'adhésif de type PVA, l'uniformité de la couche ayant été obtenue par raclage, puis dans un courant de charbon actif pour obtenir la charge en charbon indiquée. Les fils porteurs de charbon ont été envoyés ensuite dans un appareil d'emballage conventionnel dans lequel ils ont été rassemblés et enveloppés dans une cape perforée en Ecusta Heat Seal pour former une tige continue qui a été coupée en morceaux de longueur déterminée à sa sortie. Les détails des exemples 1 à 4 sont résumés au Tableau 1. Les chutes de pression ont été mesurées en milieu fermé, c'est-à-dire avec les seules surfaces des extrémités de l'élément exposées au courant d'air dans des conditions d'écoulement d'air normalisées, et elles sont exprimées en mm de colonne d'eau (CE). La performance de rétention en phase vapeur des éléments de filtres décrits dans les exemples 3 et 4, mais d'une longueur de 15 mm plutôt que de 60 mm, a été testée. Des filtres de 15 mm ont été fixés à des cigarettes minces du commerce qui ont été fumées par une machine à fumer normalisée dans des conditions normales, le dégagement des divers composants en phase vapeur étant mesuré par chromatographie; bien que l'enveloppe du filtre soit perforée, la ventilation latérale du filtre a été empêchée pour donner des valeurs de dégagement en milieu fermé. Par comparaison avec un contrôle, on a obtenu le pourcentage des valeurs de rétention en milieu fermé donné au tableau 2. Tableau 1 Exemple Type de Nombre Charge en Charge en Longueur Circonférence Chute de fil de fils charbon sec charbon sec tige tige pression par fil de l'élément tige mg/mm ------------ mg/mm total,g mm mm mm 1 Polyester 5 1,38 6,9 0,414 60 17,89 90 2 Polyester 7 0,88 6,16 0,37 60 17,84 33,3 3 Polyester 9 0,68 6,12 0,37 60 17,97 30,8 4 Nylon 9 0,99 8,9 0,535 60 18,92 68 EXEMPLE 5 Des tiges de 90 mm de longueur et de 24,13 mm de circonférence ont été fabriquées comme indiqué ci-dessus pour les Exemple 1-4 avec 12 fils de polyester (Trevira 550 dtex), un adhésif liquide de type PVA (Borden Plastiflex A 401), des granulés de charbon activé (Chemviron SC 2) de granulométrie 12/30 British Standard mesh et un double enveloppement d'une cape poreuse Ecusta. La charge en charbon des tiges était de 13,6 mg/mm et la chute de pression pour une tige de 90 mm était de 38 mm CE. EXEMPLE 6 Pour former des fibres triples, les tiges de 90 mm de l'Exemple 5 ont été découpées en morceaux de 15 mm de longueur et ces morceaux, placés bout à bout et en alternance avec des tiges non enveloppées de 12 mm de longueur d'étoupe filamenteuse liée d'acétate de cellulose (denier du filamment: 5 denier de l'étoupe: 30 x 103), ont été envoyés à un appareil d'emballage conventionnel o ils ont été enveloppés dans une cape poreuse Ecusta par former une tige composée; la tige composée a été coupée au milieu de chaque élément d'acétate de cellulose de 12 mm pour donner des filtres triples, dont chacun est composé d'un morceau de 15 mm de la tige décrite à l'Exemple 5 encadré de tampons d'acétate de cellulose de 6 mm de longueur placés bout-à-bout avec le dit morceau et dans le prolongement de celui-ci, le tout étant enveloppé d'Ecusta. Ces filtres triples ont une longueur de 27 mm et une circonférence de 24, 42 mm, et leur charge en charbon est de 204 mg/filtre. Les filtres triples ont une chute de pression de 28 mm CE et leur pouvoir de rétention est de ,5 % pour le goudron et de 25,6 % pour la nicotine; les rétentions en phase vapeur sont données au tableau 2. Dans les Exemples 5 et 6, toutes les capes utilisées sont poreuses mais ce n'est pas essentiel; elles peuvent être indifféremment poreuses, imperméables et perforées. Dans les Exemples 5 et 6, les chutes de pression et les rétentions sont mesurées "en milieu fermé", comme dans les Exemples 1-4. TABLEAU 2 PERFORMANCE EN PHASE VAPEUR COMPOSE NUMERO DE L'EXEMPLE 3 4 6 METHANOL 30,3 23,4 68,6 ACETAL 28,4 52,2 68,6 ACETONITRILE 36,4 61,2 79,9 ACROLEINE 46,7 55,9 79,0 ACETONE 49,0 71,8 80,2 METHYLACETATE 24,2 48,1 70,5 ISOPRENE 39,4 61,5 78,7 BUTADIONE 54,8 72,6 81,2 BUTANONE 60,8 80,1 84,6 BENZENE 47,6 78,4 76,7 TOLUENE 58,6 78,2 72,0 Les produits selon l'invention sont généralement adaptés à une utilisation dans des filtres à fumée de tabac, mais bien que l'invention ait été décrite essentiellement en fonction de cette utilisation, elle n'est pas limitée à cette dernière; elle concerne les produits définis eux-mêmes, quelle que soit leur application ou l'usage prévu. 1 2652278 REVENDICATIONS 1. Filtre composé essentiellement de fils et/ou de bandelettes de support préalablement et individuellement enduits d'un sorbant particulaire qui y adhère, rassemblés et maintenus en forme de tige. 2. Filtre composé essentiellement de fils et/ou de bandelettes de support préalablement et individuellement enduits d'un sorbant particulaire qui y adhère, rassemblés et maintenus en forme de tube, le dit tube étant ou non pourvu d'un noyau. 3. Filtre selon la revendication 1 composé de 5 à 12 des dits fils. 4. Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le sorbant particulaire comporte des granulés de charbon activé. 5. Filtre composé comportant un filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, maintenu dans l'alignement longitudinal d'au moins un autre filtre. 6. Méthode de formation d'un filtre comprenant l'alimentation continue de fils et/ou bandelettes enduits d'un adhésif actif, leur passage en continu, simultanément, dans un bain de sorbant particulaire pour recevoir une couche du dit sorbant, le rassemblement en continu des fils et/ou bandelettes enduits de sorbant en forme de tige ou de tube et le découpage de la tige ou du tube obtenu en morceaux de longueur déterminée. 7. Méthode selon la revendication 6, dans laquelle les fils et/ou bandelettes sont rassemblés autour d'un mandrin pour donner un produit tubulaire. 8. Méthode selon la revendication6 ou 7, dans laquelle les fils et/ou bandelettes sont rassemblés autour d'un noyau en avancement continu.