(57)【要約】複数の微小多孔質キャビティ又は気孔（図３）を持つ外側表面積を有する酢酸セルロース繊維（図２）、及びそれを製造する方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面から繊維中へと伸長する複数の微小多孔質キャビティを持つ外側表面積を有する酢酸セルロース繊維であって、部分的に内部気孔容積を有する酢酸セルロース繊維。
【請求項２】
以下のものを含むシガレットフィルター要素：
表面から繊維中へと伸長する複数の微小多孔質キャビティを持つ外側表面積を各々が有する複数の酢酸セルロース繊維、及びタバコの煙の選択的な濾過のため微小キャビティ内に保持された固体及び／又は液体薬剤。
【請求項３】
以下の工程を含む酢酸セルロース繊維の製造方法：
酢酸セルロースのアセトン溶液を紡糸口金に通過させて繊維を形成させ、形成させた繊維を部分的に乾燥させて繊維の外側にスキンを作らせ、そして予め定められた度合いの乾燥後に形成された繊維に減圧を適用してこれにより形成された繊維の内側のアセトンを破裂又は爆発させて微小多孔質経路に沿ってスキンを通して繊維から出て行かせ、これにより繊維の内側へと伸長する微小多孔質キャビティが繊維の外側表面に形成される。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
本発明はポリマー溶液から作られた高表面積微小多孔質繊維に関する。特に本発明は濾過用途のための高表面積繊維に関し、そこでは表面微小キャビティが特定の煙成分を減少させるための選択的濾過のための固体及び／又は液体薬剤を保持するために用いられる。
【０００２】
現在シガレットフィルターに用いられている酢酸セルロース（ＣＡ）繊維は乾式紡糸方法により製造されている。乾式紡糸方法ではＣＡの２０〜２５％アセトン溶液が紡糸口金又はジェットの底穴を通して引張り出され又は絞り出され、そして約５〜１０メートルの長さの長い紡糸塔中でアセトン溶媒を除去することによりゆっくりと収縮させられて最終繊維にされる。塔中で加圧高温気流で乾燥されて形成された繊維はそれらが引張り出された又は絞り出された穴の形状に応じて「Ｒ」、「Ｉ」、「Ｙ」及び「Ｘ」の如き断面を有し、関与する熱のため比較的限定された外側表面積及び連続的な芯断面を有する。
【０００３】
発明の概要
従って、本発明の目的はシガレットの如きタバコ製品中の特定の煙成分の減少における選択的な濾過のため固体及び／又は液体薬剤を保持するのに有用な微小キャビティを形成させることによりポリマー溶液から製造された特定繊維の外側表面積を増大させることである。
【０００４】
本発明の他の目的はシガレットの如きタバコ製品における濾過用途のための高表面積繊維の製造方法である。
【０００５】
本発明の更に他の目的は繊維表面の微小キャビティがタバコ製品中の特定の煙成分の減少における選択的な濾過のため固体及び／又は液体薬剤を保持するのに用いられるポリマー溶液からの高表面積繊維の製造方法である。
【０００６】
本発明によれば、ポリマー溶液は乾式紡糸方法の紡糸口金を通して引張り出される。ポリマーの乾燥されたスキンが繊維表面に形成される空気紡糸塔での特定度合いの乾燥の後、減圧下での迅速蒸発プロセスが初期形態の繊維に適用される。減圧下でこのスキンの内側の残存量の溶媒又は発泡剤は破裂又は爆発し、様々な微小多孔質経路を通って迅速に繊維から出て行き、微小多孔質キャビティ及び内部気孔容積を有する高表面積繊維を後に残す。酢酸セルロース繊維については、蒸発プロセスにおける６０℃以下の蒸発温度がかくして形成された微小気孔を繊維表面に保存するために必須である。
【０００７】
前記方法は酢酸セルロース以外のポリマー材料並びにアセトン以外の溶媒及びいわゆる爆発剤（ｐｏｐｐｉｎｇ  ａｇｅｎｔｓ）に拡張することができる。また、好適な繊維は冷却された硬い外側スキンに空気が閉じ込められる溶融ポリマードープからの繊維である。低温蒸発プロセスはオンライン又はバッチ方式で適用することができる。
【０００８】
図面の簡単な説明
上述の特徴及び利点に加えて本発明の新規な特徴及び利点は以下の詳細な説明を添付の図と共に読むことにより当業者には明らかになるであろう。図中、同一の符号は同一の部分に言及する。図中、
図１Ａは本発明の実施例１により製造された繊維の顕微鏡による表面像であり；
図１Ｂは本発明の実施例１により製造された繊維の顕微鏡による断面図であり；
図２は本発明の実施例２により製造された繊維の顕微鏡による表面像であり；
図３は本発明の実施例３により製造された繊維の顕微鏡による表面像であり；
図４は本発明の実施例４により製造された部分的に乾燥された繊維の顕微鏡による表面像であり；
図５は本発明の実施例４により製造された約６５℃で乾燥された繊維の顕微鏡による表面像であり；
図６Ａは本発明の実施例４により製造された約４５〜５５℃で乾燥された繊維の顕微鏡による表面像であり；
図６Ｂは図６Ａに示される繊維の顕微鏡による断面図であり；
図７は減圧オーブンで５９〜６２℃で完全に乾燥された後の繊維を示す。
【０００９】
発明の詳細な説明
以下は本発明の詳細及び実施例である。
Ａ．ＣＡ／アセトン溶液の調製
機械的撹拌装置及びガラス栓を備えた１００ｍｌの三ツ口丸底フラスコに５０ｍｌのアセトン（Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，９９．６％）が添加され、次に１１．８８ｇのＣＡトウ繊維が中程度の撹拌下で添加された。添加後、ボトルは栓をされ、添加された繊維は溶媒にゆっくりと溶解し、一晩で均一な白色粘性溶液を生じた。
【００１０】
Ｂ．繊維を形成させるための乾式紡糸方法
約１０ｍｌの上記溶液がプラスチックチューブを備えたプラスチックシリンジを介して１０ｍｌの押出バレルにゆっくりと移動させられた。バレルは次に丸い単一穴０．７５ｍｍダイを有するＤＡＣＡ  ９ｍｍ  Ｐｉｓｔｏｎ  Ｅｘｔｒｕｄｅｒ  Ｍｏｄｅｌ  ４００００に設置され、室温で及び２０ｍｍ／分のピストン速度で押出された。押出された繊維は二つの空気吹き込みノズルと排気フードの組合せにより作り出される２１ｃｍの溶媒排気距離中で垂直に落とされた後、アルミニウムトレーに収集された。残存溶媒は減圧オーブン中の高減圧又はフード中の高速気流により更に迅速に蒸発させられた。
【００１１】
実施例１  減圧下６０℃での乾燥後に得られた繊維
この実施例では上記繊維は金属の受け皿に収集され、次に６０℃の減圧オーブンに入れられた。機械的ポンプはドライアイストラップを通してこのオーブンの内側に高減圧を作り出した。閉じ込められた溶媒は迅速に蒸発し、繊維表面に微小気孔を形成した。図１Ａ及び１Ｂは減圧下で６０℃で２０分乾燥させられた後に形成された繊維の顕微鏡による表面及び断面図を示す。約１マイクロメートルの直径の気孔が形成されたことが明らかである。これらの気孔はとても小さいので４００×像（２．５マイクロメートル／目盛り）ではなく１０００×像（１マイクロメートル／目盛り）でしか観察できない。多孔質構造は３ヶ月以上の貯蔵後も安定に見出された。
【００１２】
この実施例での繊維サンプルは図１Ａ及び１Ｂに示す通りそれらの丸い断面を維持していなかった。なぜならそれらは水平位置で収集され乾燥されるからである。それらは２５〜１５０マイクロメートルの断面直径を有する平坦なイヌの骨形状へと非等方的に収縮する。プロセスにおいて接触なしに繊維を垂直に取り扱うことによって繊維を丸い断面へと収縮させることが可能である。この実施例及び以下の実施例は酢酸セルロース繊維の表面多孔度を改変するという精神を示すためにのみ用いられており、本発明の範囲を限定するために用いられない。生じた多孔質繊維はいかなる断面形状であることもできる。
【００１３】
実施例２  低温蒸発プロセスから得られる多孔質繊維
この実施例では、上記の紡糸された繊維サンプルは非加熱プロセスで更に乾燥させられた。残存溶媒は加熱しない減圧オーブンでの又は室温の高度排気フードでの２５分間の迅速ポンピングにより除去された。生じたサンプルの典型的な表面像を図２に示す。３マイクロメートルまでの直径を有する大きな気孔が４００×像ですら観察可能である。温度及び圧力が繊維表面の多孔度の最終形態に重要な役割を果たしていることが明らかである。
【００１４】
実施例３  固体炭酸水素アンモニウム（ＡＨＣ）薬剤を用いた実験
炭酸水素アンモニウム（ＮＨ４ＨＣＯ３，ＡＨＣ）は多孔質プラスチックの製造において発泡剤として知られる。それは約６０℃で分解してＣＯ２，ＮＨ３及びＨ２Ｏを生ずる。この実施例ではこの薬剤の固体形態が繊維中に大きな気孔を形成させるために用いられた。調製の設定及び繊維の紡糸は実施例１と同じである。実験は２．０ｇの固体ＡＨＣ粉末（Ａｌｄｒｉｃｈ，９９％）を実施例１について記述したような４０ｍｌの酢酸セルロースのアセトン溶液と混合することから開始された。一晩機械的に撹拌された後、固体粒子は全て溶液中に混合された。１０ｍｌのこの混合物は次にＤＡＣＡピストン押し出し機で紡糸された。１．２５ｍｍのダイが用いられた場合、連続フィラメントは引き出すことができなかった。０．５ｍｍの丸い断面のダイが３０．４ｍｍ／分の速度で用いられた場合、形成された連続繊維フィラメントは１３０ｃｍの長さの落下距離の後、８０ｍｍのボビンに手で巻き取ることにより収集された。しかし、ダイを通過させる前にバレルの底に大きな固体粒子の付着が見出された。この場合、少量の薬剤のみがダイを実際に通過して繊維に組入れられたかもしれない。薬剤を分解して残存溶媒を減圧下で約６０℃の温度で２５分間除去した後、２．５マイクロメートルまでの直径を有する気孔が図３に示す通り繊維表面に観察される。この実施例で形成された気孔は実施例１で形成された気孔よりもずっと大きい。なぜなら少量の発泡剤が存在するからである。より大きい効果を得るためには、追加の発泡剤が繊維を破壊することなしにダイを通過しなければならない。これはマイクロメートル以下の固体粒子形態又は以下の実施例での溶解した形態の発泡剤を用いることによって組入れることができる。
【００１５】
実施例４  溶解した炭酸水素アンモニウム（ＡＨＣ）薬剤を用いた実験
Ａ．ＮＨ４ＨＣＯ３／Ｈ２Ｏ溶液の調製
２．０ｇの上記ＡＨＣ固体は１０．０ｇの蒸留水を入れたビーカーに室温で磁気撹拌下で添加された。固体粒子が溶解した後、形成された溶液は密閉されたバイアル中で低温で貯蔵された。
【００１６】
Ｂ．ＮＨ４ＨＣＯ３／Ｈ２Ｏを含むＣＡ／アセトン溶液の調製
機械的撹拌装置及びガラス栓を備えた１００ｍｌの三ツ口丸底フラスコに５０ｍｌのアセトン（Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，９９．６％）が添加され、次に１２．５ｇのＣＡトウ繊維が中程度の撹拌下で添加された。添加後、ボトルは栓をされ、添加された繊維は溶媒にゆっくりと溶解し、一晩で均一な白色粘性溶液を生じた。次に、１ｍｌの上記調製されたＡＨＣ溶液が激しい機械的撹拌下で溶液に添加された。添加後、混合物は使用前少なくとも１時間中程度に撹拌されつづけた。
【００１７】
Ｃ．大きな気孔を有する繊維を形成させるための乾式紡糸方法
約１０ｍｌの上記溶液がプラスチックチューブを備えたプラスチックシリンジを介して１０ｍｌの押出バレルに移動させられた。バレルは次に丸い単一穴１．５ｍｍダイを有するＤＡＣＡ  ９ｍｍ  Ｐｉｓｔｏｎ  Ｅｘｔｒｕｄｅｒ  Ｍｏｄｅｌ  ４００００に設置され、室温で及び２０ｍｍ／分のピストン速度で押出された。押出された繊維は二つの空気吹き込みノズルと排気フードの組合せにより作り出される１３０ｃｍの予備乾燥距離中で垂直に落とされた後、アルミニウムトレーに収集された。混合物中のＡＨＣの分解のため、５〜１０マイクロメートルまでの直径を有する大きな気孔が図４に示すようにこの部分的に乾燥したサンプルの表面に観察される。しかし、この構造は残存溶媒の存在のため安定ではなかった。室温で大気圧での貯蔵後、図２に示すようにそれは小さい気孔を有するより安定な構造へと緩和された。
【００１８】
残存溶媒を完全に除去するため、１０５．６ｍｇの上記収集された繊維は６０〜６５℃の温度の減圧オーブンで３０分間更に処理された。約６％の残存溶液が除去された後、９９．６ｍｇの乾燥繊維が得られた。この繊維の表面を図５に示す。加熱のため、本来大きい気孔の部分はポリマー鎖運動により破壊され、実施例１と同様の約１マイクロメートルの直径を有する小さい気孔へと緩和された。興味深いことに、１０〜１５マイクロメートルの直径を有する特に大きい気孔の中にはこのプロセスに耐えたものもあった。
【００１９】
形成された多孔質構造を保存するためには、繊維は高減圧下で短い時間、低温で処理されるべきである。残存溶媒（約５〜７％）は約５０℃の温度で５分間の高減圧オーブン処理により効果的に除去することができる。例えば、１．７５８０ｇの上記部分的に乾燥された繊維は減圧オーブンで４５〜５５℃でわずか５分間処理され、１．６３３３ｇの乾燥繊維を生じた。図６Ａ及び６Ｂに示されるように、３〜５マイクロメートルの直径を有する大きい気孔が乾燥繊維表面に形成された。この多孔質構造は室温で長時間貯蔵しても安定であることが見出された。
【００２０】
図７は減圧オーブンで５９〜６２℃で完全に乾燥させた後の繊維を示す。
【００２１】
要するに、上記実施例は１〜５マイクロメートルの直径を有する気孔は乾式紡糸方法の途中又は後に繊維スキンを通して残存溶媒を迅速に蒸発させるか又はガスを押出することにより形成することができることを示す。これらの気孔は繊維がガス相吸着剤に接触するための高いアクセス可能な接触表面積を可能にし、濾過用途のための追加の吸着剤／薬剤を収容するための内部繊維空間をも提供する。直径が１マイクロメートルよりも大きい形成された気孔を保存するためには、減圧下での低温蒸発プロセスが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１Ａは本発明の実施例１により製造された繊維の顕微鏡による表面像であり；図１Ｂは本発明の実施例１により製造された繊維の顕微鏡による断面図である。
【図２】本発明の実施例２により製造された繊維の顕微鏡による表面像である。
【図３】本発明の実施例３により製造された繊維の顕微鏡による表面像である。
【図４】本発明の実施例４により製造された部分的に乾燥された繊維の顕微鏡による表面像である。
【図５】本発明の実施例４により製造された約６５℃で乾燥された繊維の顕微鏡による表面像である。
【図６】図６Ａは本発明の実施例４により製造された約４５〜５５℃で乾燥された繊維の顕微鏡による表面像であり；図６Ｂは図６Ａに示される繊維の顕微鏡による断面図である。
【図７】減圧オーブンで５９〜６２℃で完全に乾燥された後の繊維を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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