Brevet FR2669240A1 — publié le 19920522

i La présente invention concerne des filtres et des éléments de filtre (adaptés mais pas nécessairement pour des filtres de fumée de tabac) contenant un additif de modification de fumée particulaire. Les additifs particulaires adaptés contiennent des absorbants (par exemple choisis parmi le charbon actif, le gel de silice, la sépiolite, l'alumine, une substance échangeuse d'ions, etc), des agents modificateurs de p H (par exemple des substances alcalines, telles que Na 2 CO 3, des substances acides), des agents de goût, d'autres additifs solides et leurs mélanges. Les divers procédés antérieurs pour la fabrication de tels filtres ont souffert d'un ou plusieurs problèmes de production, de problèmes de contrôle de la qualité du produit et d'uniformité, et de problèmes d'usure de machine. La présente invention fournit un filtre ou un élément de filtre ayant un axe longitudinal et comprenant un tube formé d'au moins une bande qui est pré-revêtue d'un additif particulaire y adhérant et qui entoure d'au moins 3600 environ ledit axe longitudinal. Un ensemble de telles bandes pré-revêtues superposées peuvent chacune s'enrouler de 3600 ou plus pour former le tube Dans un type de réalisation, la bande (ou les bandes) pré-revêtue est (ou sont) maintenue en forme tubulaire autour d'un noyau central. Dans chaque type de réalisation, toute dite bande peut être pré-revêtue sur les deux faces ou sur l'une quelconque des faces avec l'additif de modification de fumée particulaire adhérant. Les particules d'additif peuvent adhérer individuellement sur les bandes de substrat Une autre possibilité est que les particules d'additifs adhèrent d'abord aux rubans, les rubans revêtus adhérant ensuite à(aux) la bande(s), par exemple avec les rubans revêtus parallèles et en contact de chaque côté. Là o il y a deux ou plusieurs bandes pré-revêtues, l'une des deux peut être en contact facial (bande contre bande, bande contre revêtement, ou revêtement contre revêtement) ou séparées par un produit intermédiaire. L'additif particulaire adhére convenablement à(aux) la bande(s) par collage à chaud, polyéthylène glycol à haut poids moléculaire, ou par un adhésif de type émulsion tel que le PVA Les colles à chaud appropriées pour utilisation selon l'invention sont divers adhésifs polyester Tout additif particulaire utilisé peut être une simple substance ou un mélange, et peut être mélangé avec un autre produit Là o il y a deux ou plusieurs bandes, des bandes différentes peuvent supporter différents additifs Là o une bande est recouverte d'additif particulaire sur les deux faces, des additifs particulaires différents peuvent être utilisés pour les deux faces. L'additif particulaire qui adhère à une face de ladite bande, n'a pas besoin de couvrir toute la surface de cette face. Là o le filtre ou l'élément possède un tube de ladite(lesdites) bande(s) pré- revêtue(s) autour d'un noyau, le noyau pourrait être en matière filtrante de fumée classique (par exemple étoupe filamenteuse, fibre de soie de coton, ou papier crêpe); un tube terminé par une ouverture; ou une partie imperméable ou de faible perméabilité qui contribue à la chute de pression du filtre composite mais a peu ou aucun effet filtrant; le noyau pourrait être un corps unitaire, ou il peut être un composite, par exemple comprenant sa propre enveloppe et/ou ayant des parties longitudinalement (et/ou radialement) adjacentes Dans un type de réalisation ayant ledit tube autour d'un noyau, un additif de modification de fumée particulaire adhère à la face interne du tube autour du noyau; le tube lui-même pourrait être entouré par un corps annulaire externe qui, comme le noyau, pourrait être, par exemple, en matière filtrante de fumée classique ou une partie imperméable ou de faible perméabilité avec peu ou aucun effet filtrant. Les filtres et les éléments, selon l'invention, peuvent avoir un manchon formant réceptacle, par exemple un manchon extrudé ou un tampon enveloppe avec une jonction collée qui se chevauche; un tel tampon enveloppe pourrait être en matière perméable ou imperméable à l'air, etdans les deux cas peut être perforé Si le revêtement particulaire sur la(les) bande(s) est lui-même revêtu avec un adhésif (par exemple un adhésif activable à chaud) alors le collage peut être effectué ou amorcé lors de la formation du tube, pour obtenir un tube collé qui soit de dimension stable sans un manchon formant réceptacle; le revêtement adhésif devrait être discontinu (par exemple un revêtement en poudre) de façon à ne pas interférer malencontreusement avec les propriétés de modification de fumée de l'additif particulaire Dans une autre disposition, un bord de la bande sans revêtement particulaire peut porter de l'adhésif et être utilisé comme un recouvrement adhésif pour tenir la bande courbée en forme de tube. Cependant, même avec le collage de la bande ou des bandes, on peut préférer prévoir un manchon formant réceptacle pour le tube. La(les) bande(s) préformée revêtue d'un additif particulaire est ou sont transformée(s) de façon commode en forme de tube en utilisant le système à garniture classique Dans une méthode selon l'invention la fourniture de la(des) bande(s) supportant l'additif particulaire, leur formation en un tube (habituellement avec application d'un manchon enveloppant), et la coupe du produit résultant allongé en longueurs finies, peuvent être effectuées en continu et en ligne en utilisant le matériel de fabrication des filtres classique Pour former un tube, la(les) bande(s) peuvent être assemblée(s) autour d'un mandrin central Là o le tube doit avoir un noyau, le noyau peut être avancé (ou formé et avancé) en continu tandis que la(les) bande(s) supportant l'adhésif particulaire est ou sont enroulée(s) autour; là o le tube doit lui-même être enveloppé par un corps annulaire externe, ce dernier peut être également alimenté et formé en continu autour du noyau enroulé qui avance; les procédures et appareils en continu et en ligne pour ces opérations sont connus dans la technique des filtres à cigarette. La(les) bande(s) peut(peuvent) être revêtue(s) avec un adhésif (par exemple par passage dans un bain ou autre fourniture de l'adhésif actif) et ensuite avec un adhésif particulaire (par exemple par passage dans un réservoir, un lit fluidisé, un courant en circulation ou une autre fourniture de l'additif tant que l'adhésif est actif) selon une partie du procédé en continu et en ligne ci-dessus; par contre, la(les) bande(s) revêtue(s) d'adhésif peut (peuvent) être produite(s) séparément ou obtenue(s) à partir d'un fournisseur extérieur, avec activation (par exemple ramollissement à chaud) de l'adhésif et l'application de l'additif particulaire étant effectuée en ligne et en continu avec la production de filtre Une application uniforme d'adhésif (par exemple à partir d'un bain de liquide PVA) peut être garantie par un distributeur, par exemple à travers une fente ou entre une lame ou des lames La charge d'additif particulaire sur une bande revêtue d'adhésif peut être la charge maximum possible, ceci dépendant de facteurs tels que la taille de particule, la largeur de bande, etc La charge d'additif par bande peut toutefois varier largement, comme peut le faire la charge totale lorsque l'on utilise deux ou plusieurs bandes de substrat, selon les demandes de production Une lourde charge des bandes peut donner des éléments qui sont composés pratiquement entièrement d'additif particulaire, sans les inconvénients des types antérieurs de composants de filtre particulaire et leurs procédés de production Les filtres, selon l'invention, peuvent contenir d'autres matières. D'autres paramètres peuvent également varier largement selon les demandes de production, ceux-ci incluant par exemple le poids/la longueur unitaire de la (des) bande(s) utilisée(s) pour supporter l'additif particulaire, la taille des particules de l'additif, etc Une taille de particule appropriée pour le charbon actif est 12/30 Mesh normes britanniques, et une autre est 30/70 Mesh normes britanniques. La(les) bande(s) employée(s) selon l'invention peut (peuvent) être en n'importe quelle matière inoffensive Une bande peut être en une matière textile, par exemple un ruban tissé ou non tissé, ou un tampon enveloppe de filtre de cigarette; elle peut être perméable ou imperméable à la fumée ou à l'air, selon les besoins de flux dans le produit final. Enfin, une partie de l'additif particulaire utilisé peut supporter (ou être constitué de) un agent de saveur, ou une autre substance supportant un agent de saveur peut être incorporée. L'invention permet l'incorporation de charbon actif ou d'autres additifs particulaires dans les filtres de fumée de tabac en utilisant un appareil classique sans introduire les problèmes de production ou d'appareil et en particulier la réalisation de charge d'additifs uniforme, et une modulation simple et précise de cette charge si nécessaire Les filtres selon l'invention permettent à l'additif particulaire qui adhère à la bande d'exercer, sans obstacle ou pratiquement sans obstacle, son pouvoir filtrant ou autre effet sur le courant de fumée de tabac; ainsi les filtres selon l'invention, contenant un absorbant particulaire, peuvent donner une bonne rétention des composants de la phase vapeur de la fumée. On peut produire les filtres et les éléments selon l'invention en continu et les couper en longueurs finies Chaque unité de telle longueur finie peut être utilisée en l'état comme un filtre pour une cigarette, mais est de préférence utilisée en alignement longitudinal avec au moins un autre élément de filtre comme une partie d'un filtre de cigarette composite (par exemple double ou triple) ayant une enveloppe externe commune de liaison qui s'étend complètement sur la circonférence ou entoure seulement partiellement le filtre composite et qui pourrait être perméable ou imperméable à la fumée ou à l'air De préférence, on utilise un élément de filtre individuel, selon l'invention, en liaison avec un embout buccal d'apparence classique aligné de façon longitudinale, par exemple un tampon uniforme d'étoupe filamenteuse d'acétate de cellulose; les deux éléments peuvent être aboutés ou être espacés pour donner une cavité intervenante qui pourrait être de l'air ventilé et/ou contenir des granulés d'additif. Les produits selon l'invention sont généralement appropriés pour être utilisés dans des filtres de fumée de tabac, mais alors que l'invention a été décrite principalement en termes de tels filtres, elle n'est pas limitée à cette utilisation; elle fournit les produits définis en eux-même quelle que soit leur application ou leur utilisation prévue Les filtres de cigarette, selon l'invention, seront habituellement attachés aux tiges de tabac par une sur-enveloppe d'embout classique, qui peut être une sur-enveloppe d'aération ou non. Les réalisations de l'invention sont illustrées, sous forme d'exemples, dans les dessins annexés; dans lesquels les figures 1 à 10 sont des vues en coupe schématiques des différentes réalisations respectives de l'invention Dans les dessins, les mêmes numéros de référence indiquent les mêmes parties. La figure 1 montre un filtre tubulaire ou un élément de filtre comprenant une bande de tampon enveloppe 2 pré-revêtue avec des particules de charbon actif 4, qui adhère à une face, et courbée pour former un tube avec les particules 4 sur sa face externe En 6 un bord de la bande exempt de particules mais adhésif forme une jonction collée et qui chevauche l'autre bord de la bande de façon que le filtre soit maintenu en forme de tube En modifications, les particules 4 pourraient être plutôt sur l'autre face de la bande 2 formant la surface interne de la bande 2; d'autres variantes possibles sont que la bande 2 soit enroulée autour d'un noyau, et/ou la réserve d'une enveloppe formant réceptacle soit autour de la structure tubulaire. La figure 2 montre une réalisation identique dans laquelle un tube, comme montré à la figure 1, a une couche extérieure formée par une autre bande de tampon enveloppe 2 ayant des particules 4 qui y adhérent, celui-ci étant enroulé autour du tube le plus profond avec les deux revêtements particulaires 4 en contact, la couche externe étant également maintenue en forme tubulaire par une jonction 6 chevauchante et collée exempte de particules Les variantes mentionnées en rapport avec la figure 1 peuvent également s'appliquer à la figure 2. La figure 3 montre un filtre ou un élément de filtre tubulaire formé à partir d'une bande de tampon enveloppe 2 revêtue sur les deux faces avec des particules absorbantes 4 qui y adhérent; une face d'un bord et la face opposée de l'autre bord de bande 2 sont exemptes de particules mais adhèrent de façon à permettre à une jonction chevauchante et collée 6 de maintenir le produit en forme tubulaire Une couche ou des couches de bandes supplémentaires de bande 2 revêtues avec les particules 4 sur une ou deux faces, peut (peuvent) être appliquée(s) autour de la structure illustrée, et les autres variantes précédemment mentionnées (provision d'un noyau et/ou une enveloppe externe formant réceptacle) sont également possibles. La Figure 4 montre un filtre ayant une bande de tampon enveloppe 2 revêtue de particules absorbantes 4 adhérant dessus, enroulé autour d'un noyau tubulaire 8 avec les particules 4 contre le noyau 8, la bande revêtue 6 étant fixée comme précédemment avec une jonction 6 chevauchante et collée exempte de particules La bande 2 pourrait plutôt ou en plus être revêtue avec des particules 4 sur son autre face, et une ou plusieurs couches de bande 2 supplémentaires enveloppantes avec des particules adhérentes 4 pourraient être prévues. La figure 5 montre une bande de tampon enroulé 2 revêtue sur une face avec des particules d'absorbant 4 adhérant dessus et enroulée autour d'un tampon de filtre classique 9 avec les particules 4 les plus externes Dans ce cas, les côtés de bande 4 pourraient être aboutés ensemble et ils pourraient adhérés au tampon 9 A la place ou en plus, le filtre illustré pourrait être fourni avec un tampon enveloppe formant réceptacle Comme dans les précédentes réalisations, les particules 4 pourraient adhérer aux deux faces de la bande 2 et une couche ou des couches supplémentaire(s) de bande 2 revêtues avec les particules 4 sur une ou deux faces, pourraient être prévues. La figure 6 montre une réalisation semblable à celle de la figure 4 sauf que le noyau est un tampon 10 Les bords longitudinaux de la bande prérevêtue 2 pourraient à la place être aboutés ensemble, auquel cas la bande revêtue pourrait par exemple être maintenue en forme de tube en adhérant au noyau ou par un enroulement externe: les particules adhérentes 4 pourraient couvrir moins de la face de la bande 2, par exemple les deux bords longitudinaux de la bande pourraient être exempts de particules d'additif là o elles forment une jonction 6 chevauchante et collée Le noyau 10 pourrait être un tampon de filtre classique, comme à la figure 5, ou bien un tampon imperméable ou de faible perméabilité qui entraîne une chute de pression et a un faible ou aucun effet filtrant La réalisation représentée a éventuellement une enveloppe 20 qui pourrait être un manchon extrudé ou un tampon enveloppe classique avec une jonction chevauchante et collée. La figure 7 montre une structure du type de la figure 6, dans laquelle le composite du noyau 10 et la bande 2 revêtue entourante est lui-même en outre entouré, par un corps annulaire 12 Dans ce cas, le noyau 10 pourrait, par exemple, être un tampon filtre d'étoupe d'acétate de cellulose, la bande 2 pourrait être un tampon enveloppe imperméable, l'additif particulaire adhérant à la face interne de la bande pourrait être du charbon actif, et le corps annulaire externe 12 pourrait être un autre corps d'étoupe d'acétate de cellulose en un enroulement externe hautement poreux qui permette un degré élevé d'aération. La figure 8 illustre (en section longitudinale plutôt qu'en coupe transversale comme toutes les figures précédentes) un élément composite du type de la figure 7, combiné en un filtre double avec un tampon filtrant 16 d'étoupe d'acétate de cellulose non enroulé dans un tampon enveloppe poreux commun de liaison 18 Un tel filtre double selon l'invention serait incorporé dans une cigarette avec l'élément contenant l'additif vers la tige de tabac et l'élément d'acétate non-enroulé exposé à l'extrémité buccale. La figure 9 illustre en coupe transversale un filtre ou un élément de filtre du type de la figure 6 mais dans lequel la bande 2 revêtue d'additif est engagée autour d'une autre bande de tampon enveloppe revêtue pareillement d'additif particulaire 24 et maintenue en forme tubulaire (par exemple par une jonction 6 chevauchante et collée) autour de la bande 2 avec l'additif 24 radialement le plus interne Comme à la figure 6, une enveloppe externe 20 est éventuellement prévue comme une partie du produit composite Les additifs particulaires 4 et 24 peuvent être identiques ou différents. Une réalisation semblable pourrait être prévue en utilisant autour du noyau 10 une bande 2 du type de la figure 3 (revêtue sur les deux faces avec l'additif particulaire adhérant dessus) entourée par un tampon enveloppe ordinaire 22 (exempt d'additif particulaire) et éventuellement par une enveloppe externe 20 comme cidessus. La figure 10 illustre en section longitudinale un élément composite 26 du type de la figure 6 ou 9, combiné en un filtre triple avec des tampons filtrants 16 d'étoupe d'acétate de cellulose non-enroulée (NWA) dans un tampon 18 enroulé commun de liaison L'élément 26 comme indiqué a un noyau 10 entouré seulement par une bande tubulaire 2 (avec l'additif particulaire 4 adhérant) et une enveloppe 20 comme dans la figure 6, mais il pourrait avoir à la place la structure de la figure 9 avec une bande tubulaire 22 et en plus des particules additives 24 Le filtre de la figure 10 pourrait être obtenu à partir d'une tige produite en continu en formant une bande d'éléments mis bout à bout comprenant les éléments 26 alternant avec les éléments NWA d'une longueur double indiquée en 16, cependant en avançant en continu, cette tige est enveloppée dans un emballage commun 18, et la tige produite en continu est coupée à travers les segments NWA; habituellement, la tige devrait être d'abord coupée en plusieurs longueurs de filtres individuels comme indiqué en figure 10 (par exemple, en longueur double, quadruple ou sextuple), la coupe finale en longueur unitaire étant exécutée postérieurement comme une partie de la production du filtre de cigarette Une procédure semblable pourrait être utilisée pour la réalisation de la figure 8, par exemple, avec la coupe initiale à travers les éléments composites, pour donner des tiges de longueurs multiples et ensuite les éléments internes, pour donner éventuellement les longueurs unitaires sur l'assemblage de filtre de cigarette Les tiges de longueurs multiples sont conformes à l'invention. Dans les exemples suivants, toutes les chutes de pression sont mesurées "complètement enfermés", c'est-à-dire avec la surface cylindrique de l'unité d'essai enroulée par un manchon imperméable afin qu'il n'y ait aucun flux au travers Selon l'invention, toutes les ouvertures de maille sont en normes anglaises. Fxemple 1 Des filtres ont été fabriqués du type montré à la figure 10. Les éléments NWA 16 étaient en étoupe 1,5/38 denier, chacun de 5 mm de long par 22,75 mm de circonférence, et avec une chute de pression (PD) de 83 mm de colonne d'eau (mm d'eau) L'élément composite 26 était de 10 mm de long par 22,1 mm de circonférence, et avait un noyau 10 de 2, 1/30 denier en étoupe d'acétate de cellulose La bande 2 était un tampon enveloppe non poreux de 23 mm de large, avec des particules 4 de charbon actif ( 18/40 mesh norme anglaise) à un charge par longueur de 5 4 mg/mm adhérant dessus (comme indiqué figure 6) avec un adhésif PVA L'enveloppe externe 20 était un large tampon enveloppe de 25 mm de large ayant une porosité de 5000 unités Coresta. La chute de pression de l'élément 26 était de 23 mm d'eau. Dans le filtre triple, les éléments 16 et 26 étaient combinés comme indiqué à la figure 10 par un tampon enveloppe 18 (également d'une porosité de 5 000 unités Coresta), les éléments 16 étant ainsi comprimés légèrement Le filtre triple était de 20 mm de long par 22,46 mm de circonférence et avait une chute de pression de 106 mm d'eau et une teneur en carbone de 54 mg. Ces filtres triples étaient attachés aux tiges de cigarettes commerciales par une sur-enveloppe d'embout perméable Les cigarettes obtenues, lorsque elles sont fumées pour essai selon les procédés normalisés ISO/Coresta, donnaient une rétention de goudron de 55,2 % et une rétention de nicotine de 44 8 % et les rétentions de phase vapeur suivantes: Méthanol 17,5 Acétaldéhyde 4,8 Acétonitrile 21,8 Acroléine 15,0 Acétone 16,9 Isoprène 18,3 Butadione 38,0 Butanone 29,9 Benzène 28,2 Toluène 42,2 Fxemples A à L Dans les exemples A à J et L, l'exemple 1 a été répété en utilisant différents additifs particulaires et avec d'autres modifications comme indiqué ci-dessous Dans l'exemple K, la modification supplémentaire a été que l'élément 26 était du type de la figure 9. Les filtres triples utilisaient des éléments NWA de 6 mm de long et un élément 26 (dénommé ci-dessous UACS") de 12 mm de long dans un tampon enveloppe 18 de substance à 27 g/m 2 Les éléments NWA étaient une étoupe de 1,6/48 denier avec une circonférence normale de 24 8 mm Dans L'élément ACS 26, les exemples A à L utilisaient une étoupe d'acétate de cellulose de 8/39 denier pour le noyau 10 et un tampon enveloppe de 27 mm de large (de porosité d'environ 7 500 unités Coresta) pour la bande 2 avec divers additifs particulaires 4 adhérant dessus comme dans l'exemple 1 L'enveloppe 20 était un tampon enveloppe standard de 27 g/m 2. Les autres détails des éléments ACS 26 et des filtres triples sont donnés dans le tableau suivant Dans la colonne "Additif", "C" s'entend pour le charbon actif et les numéros pour l'ouverture de maille, par exemple "C 12/ 22 " signifie charbon actif de 12/22 mesh norme anglaise. L'additif particulaire mélangé des exemples F et G contenaient une proportion pondérale de 2/1 de charbon actif de 12/22 mesh et de sépiolite de 15/30 mesh Dans l'exemple K, une bande 2 supportant du charbon actif de 30/70 mesh sur sa face interne a été immédiatement enroulée, comme illustré à la figure 9, par une autre bande 22 ayant du sépiolite 24 adhérant pareillement sur sa face interne, celle-ci à son tour ayant l'enveloppe 20 autour d'elle. Dans les modifications des réalisations de la figure 10 et les exemples 1 et A à L, l'enveloppe 20 peut être omise, L'élément 26 étant encore fait d'une taille qui s'engage avec l'enveloppe de jonction 18. ELEMENT 26 (ACS) TRIPLE FILTRE Type Circonférence Circonférence Moyenne PD Additif Additif mg/mm Moyenne mm Moyenne mm mg/Embout Embout Eléments NWA + ACS + NWA A Sépiolite 7,13 24,30 24,55 94 33 + 25 + 33 86 B Sépiolite 4,87 24,35 24,41 89 34 + 18 + 34 58 C C 12/22 8,9 24,03 24,44 103 42 + 24 + 30 107 D C 30/70 3,39 24,14 24,38 101 39 + 21 + 38 41 E C 30/70 2,25 23,75 24,27 100 36 + 22 + 36 27 F C+Sépiolite 8,84 24,16 24,49 111 37 + 27 + 36 106 G C+Sépiolite 4,99 23,88 24,29 100 39 + 16 + 42 60 H C 12/22 7,22 24,08 24,44 105 37 + 24 + 39 87 I C 12/22 5,64 23,91 24,36 101 39 + 19 + 35 68 J C 30/70 3,39 24,13 24,26 112 40 + 27 + 40 41 K C 30/70 + 4,86 24,35 24,43 96 38 + 12 + 40 58 Sepiolite L C 30/70 2,58 23,77 o b J (D b J il Revendications 1 Filtre ou élément de filtre caractérisé en ce qu'il a un axe longitudinal et comprend au moins une bande qui est pré-revêtue avec un additif particulaire de modification de fumée y adhérant et qui est courbée d'au moins 360 sur ledit axe longitudinal pour former un tube. 2 Filtre ou élément de filtre selon la revendication 1 i caractérisé en ce qu'une telle bande pré-revêtue courbée est maintenue en forme tubulaire autour d'un noyau central. 3 Filtre ou élément de filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un ensemble de telles bandes superposées prérevêtues est courbé d'au moins 3600 sur ledit axe longitudinal pour former un tube. 4 Filtre ou élément de filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite bande est pré-revêtue sur les deux faces avec un additif particulaire y adhérant. Filtre ou élément de filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une desdites bandes a ledit additif particulaire adhérant à sa face radialement interne. 6 Double ou triple filtre de cigarette caractérisé en ce qu'un élément de filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes est maintenu en alignement longitudinal avec un autre élément de filtre. 7 Tige de longueur multiple caractérisée en ce qu'elle peut être coupée en un ensemble de filtres selon la revendication 6. 8 Filtre de cigarette caractérisé en ce qu'il incorpore un filtre ou un élément de filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes.