(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加水分解で処理されていない通常のセルロースエステル繊維束の表面を不均一に加水分解することにより、接着剤や可塑剤を用いずにフィルター硬度が９ｍｍ以下でありかつ、水崩壊性が優れたフィルターロッド。
【請求項２】
加水分解処理で処理されていない通常のセルロースエステルの繊維束にアルカリまたは酸の水溶液または水と親水性有機溶剤の溶液を添加し、引き続き連続して、巻紙により巻き上げることにより、加水分解と巻き上げを同時に行って得る、請求項１記載のフィルターロッドを得る方法。
【請求項３】
セルロースエステルの倦縮繊維を開繊する工程、と該フィルタロッドから水を除去する工程を含むことを特徴とする請求項２の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たばこフィルターをはじめとする各種フィルター類、各種不織布類、緩衝材類、錠剤類などを製造するのに有用なセルロースエステルの粉体およびセルロースエステル繊維に関する。さらに、本発明は、喫煙後に環境中に廃棄されたとしても、雨水などによって容易に崩壊または分散するたばこフィルターおよびその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セルロースエステルの粉体は、長径が数ミリ〜数センチ程度のペレット状、繊維状またはフレーク状のものから粒径が数十ミクロン程度の微粉末まで、様々な大きさのものが市販されている。
【０００３】
このようなセルロースエステル粉体から、たばこフィルターをはじめとする各種フィルター類、各種不織布、緩衝材、錠剤などを成形する際に、粉体相互の結合剤として、一般に、可塑剤例えば、トリアセチン、トリエチレングリコールジアセテート、トリエチレングリコールジプロピオネート、ジブチルフタレート、ジメトキシエチルフタレート、クエン酸トリエチルエステルなどが用いられる。
【０００４】
前記可塑剤を用いて成形した各種フィルター類、各種不織布、緩衝材および錠剤などは、可塑剤により粉体同士が部分的に融着している。すなわち、可塑剤は、セルロースエステル粉体の接着部位で、ランダムに結合するバインダーとしての機能を有する。そのため、使用後に廃棄すると、環境中で形状が崩壊するまで長時間を要し、美観を損なうだけでなく、環境汚染の一因となる。
【０００５】
セルロースエステル繊維の繊維束は、たばこフィルターをはじめとする各種フィルター類、各種不織布および緩衝材の製造に利用されている。このようなセルロースエステル繊維の繊維束は、一般に、乾式紡糸法で製造される。すなわち、セルロースエステルを溶剤に溶解した溶液を紡糸口金の細孔から連続的に押出し乾燥した繊維を数千〜数百万本束ねて製造される。
【０００６】
このようなセルロースエステル繊維の繊維束からたばこフィルターをはじめとする各種フィルター類、各種不織布および緩衝材を成形する際に、繊維相互の結合剤として、一般に、可塑剤例えば、トリアセチン、トリエチレングリコールジアセテート、トリエチレングリコールジプロピオネート、ジブチルフタレート、ジメトキシエチルフタレート、クエン酸トリエチルエステルなどが用いられる。
【０００７】
前記可塑剤を用いて成形した各種フィルター類、各種不織布および緩衝材などは、可塑剤により繊維同士が部分的に融着している。すなわち、可塑剤は、セルロースエステル繊維の接着部位で、ランダムに結合するバインダーとしての機能を有する。そのため、使用後に廃棄すると、環境中で形状が崩壊するまで長時間を要し、美観を損なうだけでなく、環境汚染の一因となる。
【０００８】
たばこ煙中のタール類を除去し、喫味を損なわないため、セルロースエステルの繊維束で構成されたたばこフィルターが広く使用されている。このようなたばこフィルターでは、フィルタープラグの形状を維持し、かつフィルタープラグからフィルターチップを切断するために必要な硬度を得るため、バインダーとして可塑剤例えば、トリアセチン、トリエチレングリコールジアセテート、トリエチレングリコールジプロピオネート、ジブチルフタレート、ジメトキシエチルフタレート、クエン酸トリエチルエステルなどが用いられる。
【０００９】
前記可塑剤を用いて成形したフィルタープラグは、可塑剤により繊維同士が部分的に融着している。すなわち、可塑剤は、セルロースエステル繊維の接着部位で、ランダムに結合するバインダーとしての機能を有する。そのため、使用後に廃棄すると、環境中で形状が崩壊するまで長時間を要し、美観を損なうだけでなく、環境汚染の一因となる。
【００１０】
一方、クレープ状に加工した木材パルプを原料とした紙製のたばこフィルターや再生セルロース繊維束からなるたばこフィルターも知られている。これらのフィルターは、セルロースエステルの繊維束からなるフィルターと比較して、湿潤時の崩壊性が若干高く、環境汚染をある程度軽減できる。しかし、たばこの喫味が劣ると共に、フィルターとして必要なフェノール類の選択除去性がセルロースエステルに比べて極端に低く、しかも、同じ圧力損失においてフィルター硬度がセルロースエステルに比して低い。
【００１１】
特開昭５６−２４１５１号公報には、酢酸セルロース繊維と、これらの繊維を交差点で熱融着させるための熱融着性繊維とを含むフィルターが開示されている。熱融着性繊維としては、フィブリル化したポリオレフィン繊維などが使用され、その使用量は、酢酸セルロースに対し２５〜５０重量％である。このようなフィルターは、熱融着繊維により、酢酸セルロース繊維が多数の交点で三次元的に節接合しているため、水中で実質的に崩壊性を示さない。
【００１２】
米国特許番号４１１１１７号に対応する特開昭５０−７５２２３号公報には、高沸点のポリオールと、ポリエステル、ポリアミドおよびポリエステルアミドからなる群から選択され、前記ポリオールに可溶であるとともに水溶性または水分散性のポリマーとで構成された接着組成物を用い、セルロース繊維を接着させることにより、たばこフィルターを製造することが開示されている。
【００１３】
ＷＯ  ９３／２４６８５には、セルロースエステル繊維と光活性金属酸化物とで構成された生分解性のたばこフィルターに関し、繊維が水溶性結合剤により結合されたフィルター束と、このフィルター束部分を巻紙で覆い、かつ固定するための水溶性接着剤とで構成されたフィルターロッド（たばこフィルター）が開示されている。
【００１４】
一方、フィルターロッドは、セルロースエステル繊維の繊維束を、巻紙を用いて、例えば、４００ｍ／分程度の高速で巻き上げることにより製造される。そのため、フィルターロッドの製造には、繊維束を高速で円滑に巻き上げるための高速作業適性が求められる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、湿潤時の崩壊性に優れ、環境汚染を軽減できるセルロースエステル繊維の繊維束を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、湿潤時の崩壊性に優れ、環境汚染を軽減できるフィルターロッド（たばこフィルター）およびその製造法を提供することにある。
【００１７】
本発明のさらに他の目的は、雨水などの水によって、容易に崩壊または分散し、喫煙後に廃棄されても、環境の美観を損ねることのないフィルターロッド（たばこフィルター）およびその製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意検討の結果、セルロースエステル粉体または繊維の少なくとも表面の一部を、水に濡らしてから成形して乾燥することにより相互に接着力を発現するまで加水分解処理したセルロースエステル繊維束を用いて、前記セルロースエステルの可塑剤に代えて、水に濡らした後成形し乾燥することにより調製した成形物が、水との接触により速やかに崩壊することを見い出し、本発明を完成した。
【００１９】
すなわち、本発明のセルロースエステルの粉体およびセルロースエステル繊維の繊維束は、常法に従って得られるセルロースエステル繊維の繊維束を、水を作用させた後乾燥することによって相互に接着力を発現するまで、少なくとも繊維表面の一部を加水分解する事によって得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
前記セルロースエステルとしては、例えば、セルロースアセテート、セルロースブチレート、セルロースプロピオネートなどの有機酸エステル；セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートフタレート、硝酸酢酸セルロースなどの混酸エステル；およびポリカプロラクトングラフト化セルロースエステルなどのセルロースエステル誘導体などが例示される。これらのセルロースエステルは単独でまたは二種以上混合して使用できる。
【００２１】
セルロースエステルの平均重合度は、例えば５０〜９００、好ましくは２００〜８００程度である。セルロースエステルの平均置換度は例えば、１．５〜３．０程度である。
【００２２】
好ましいセルロースエステルには、有機酸エステル（例えば、炭素数２〜４程度の有機酸エステル）、特にセルロースアセテートが含まれる。セルロースアセテートの酢化度は、４３％〜６２％程度である場合が多いが、酢化度３０〜５０％程度のセルロースエステルは生分解性にも優れている。そのため、セルロースアセテートの酢化度は３０〜６２％程度の範囲で適当に選択できる。
【００２３】
なお、前記セルロースエステルの繊維は、種々の添加剤、例えば、カオリン、タルク、ケイソウ土、石英、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化チタン、アルミナなどの無機粉末；カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ土類金属塩等の熱安定化剤；着色剤；油剤；歩留り向上剤などを含んでいてもよい。また、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸などの環境分解促進剤（生分解促進剤）、アナターゼ型酸化チタンなどの光分解促進剤などを含有させることにより粉体および繊維の分解性を高めることが出来る。
【００２４】
また、セルロースエステル繊維は、白色度改良剤、例えば、酸化チタン、好ましくはアナターゼ型酸化チタンを含む場合が多い。酸化チタンの平均粒径は、例えば、０．１〜１０μｍ、好ましくは０．２〜５μｍ程度である場合が多い。酸化チタンの含有量は、セルロースエステル全体に対し、０．０５〜２．０重量％、好ましくは０．１〜１重量％、さらに好ましくは０．２〜０．８重量％程度であり、０．４〜０．６重量％程度である場合が多い。
【００２６】
セルロースエステル繊維の繊度は、１〜１６デニール、好ましくは１〜１０デニール、さらに好ましくは２〜８デニール程度である。セルロースエステル繊維は、非捲縮繊維であってもよいが、捲縮繊維であるのが好ましい。捲縮繊維の捲縮度は、例えば、１インチ当たり５〜７５個、好ましくは１０〜５０個、さらに好ましくは１５〜５０個程度である。繊維の捲縮度は、１インチ当たり２０〜５０個程度である場合が多い。また、均一に捲縮した捲縮繊維を用いる場合が多い。たばこフィルターに用いる場合、捲縮繊維を用いると、適度な通気抵抗を有し、チャンネリングが抑制されたフィルターロッドを得ることができるとともに、加水分解の程度が小さくても前記繊維を有効に接合できる。
【００２７】
セルロースエステル繊維の断面形状は、特に限定されず、例えば、円形、楕円形、異形（例えば、Ｙ字状、Ｘ字状、Ｉ字状、Ｒ字状など）や中空状などのいずれであってもよい。
【００２８】
セルロースエステル繊維で構成された繊維束は、例えば、３，０００〜１，０００，０００本、好ましくは５，０００〜１，０００，０００本程度のセルロースエステル繊維の単繊維を束ねることにより形成できる。繊維束は、３，０００〜１，０００，０００本程度の連続繊維を集束して構成する場合が多い。
【００２９】
本発明のセルロースエステル繊維の加水分解の方法は特に限定されないが、無機、有機のアルカリまたは酸の溶液と接触させることによって容易に加水分解することができる。
【００３０】
アルカリとして、例えば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化カリウム、トリエタノールアミン、酸として塩酸、硫酸、硝酸、蟻酸、酢酸、リンゴ酸、グリコール酸などがあげられる。これらの酸およびアルカリは水溶液または水と親水性有機溶剤の混合溶液の溶液として使用される。安全性と扱いやすさの点で、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムまたは炭酸水素ナトリウムを適当な濃度の水または水と親水性有機溶剤の混合溶液の溶液として用いるのが特に好ましい。
【００３１】
親水性有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、ｔ−ブタノールなどのアルコール類、１，２−プロパンンジオール、１，３−プロパンンジオール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、２，３−ブタンジオールなどの多価アルコール類、セルソルブ類、ジオキサン、テトラヒドロフランなどのエーテル類、これらの混合溶媒が使用できる。
【００３２】
加水分解の条件（使用するアルカリまたは酸の濃度、温度、使用量、加水分解時間など）は用いるアルカリまたは酸の種類によって異なるため、限定することはできないが、加水分解後の繊維束に水を添加し、成形、乾燥した後、成形物として十分な強度と水崩壊性の両方が実現されるように調整すればよい。
【００３３】
使用するアルカリまたは酸の濃度は、例えば、０．０１〜１０Ｎの範囲が適当である。好ましくは、０．１〜５Ｎの範囲が好ましい。濃度が濃すぎると加水分解のコントロールが難しくなるし、薄すぎると十分な効果が得られない。
【００３５】
前記のアルカリまたは酸の溶液をシャワーリング、塗布等の方法により、セルロースエステルの粉体またはセルロースエステル繊維に添加し、加水分解を行い、洗浄、乾燥することによって、本発明の水に濡らして乾燥することにより相互に接着力を発現するセルロースエステル繊維を得ることができる。
【００３６】
前記のアルカリまたは酸の溶液による加水分解処理は、セルロースエステル繊維全体に不均一に行なう。例えば、たばこフィルターに求められるセルロースエステル本来のたばこ煙のろ過性能を出来る限り損なわずに、水に濡らして乾燥することにより相互に接着力を発現させるためには、加水分解処理は不均一に行った方が有効であるといえる。
【００３７】
本発明のたばこフィルターは、前記のごとく部分的に加水分解して得られた繊維束または粉体に水を添加し、巻紙により巻き上げることにより調製できる。水の添加は、水単独で行ってもよいが、前記のような親水性の有機溶剤との混合溶液として添加しても構わない。
【００３８】
また、本発明のたばこフィルターは、本発明の加水分解処理で処理されていない通常のセルロースエステルの繊維束に、巻き上げ時に、前記のアルカリまたは酸の水溶液または水と親水性有機溶剤の溶液を添加し、引き続き連続して、巻紙により巻き上げることにより、加水分解と巻き上げを同時に行って得ることができる。
【００３９】
たばこフィルターの製造に際し、水、水と親水性有機溶剤の混合溶媒またはこれらとアルカリまたは酸の溶液の添加方法は、セルロースエステルの繊維にこれらの溶媒または溶液を付着できる限り特に制限されず、ディッピンしてから脱液する方法、スプレーガンなどによる噴霧方法、コーティング方法などにより、セルロースエステルの繊維に付着できる。このとき、繊維束の場合は開繊した状態で添加することが好ましい。
【００４０】
前記のたばこフィルターの製造に際し、水、水と親水性有機溶剤の混合溶媒またはこれらとアルカリまたは酸の溶液の添加は、セルロースエステル繊維の繊維束全体に不均一に行ってもよい。たばこフィルターに求められるセルロースエステル本来のたばこ煙のろ過性能を出来る限り損なわずに、水に濡らして乾燥することにより相互に接着力を発現させるためには、加水分解処理は不均一に行った方が有効であるといえる。
【００４１】
セルロースエステル繊維の繊維束に対する溶媒、特に水の適用量は、繊維束の巻き上げを含めた生産性に大きな影響を及ぼす。すなわち、繊維束に対する溶媒の適用量が多いと、フィルターの強度および硬度が著しく低下し、巻紙による巻き上げやカッターによる切断が困難となる。また、フィルターの強度発現に時間を要するだけでなく、乾燥に大きなエネルギーを必要とする。一方、水の適用量が少ないと、セルロースエステル繊維を一体化するのが困難である。そのため、トウ１００重量部に対する水の適用量は、２５重量部以下、好ましくは０．５〜２０重量部、さらに好ましくは１〜１５重量部、特に１〜１０重量部である。繊維束に対する水の適用量を上記のようにすることにより、繊維束の巻き上げ速度が２００〜８００ｍ／分、好ましくは３００〜８００ｍ／分程度であっても、フィルターロッド（たばこフィルター）を円滑に製造できる。
【００４２】
とくに、本発明のセルロースエステル繊維の繊維束を用いる場合、前記の方法を採用することにより、たばこフィルターの製造装置に、水、水と親水性有機溶剤の混合溶媒またはこれらとアルカリまたは酸の溶液の添加装置と、必要に応じて、巻紙による巻き上げ工程または巻き上げ後に水および／または溶剤を除去するための乾燥装置を装着するだけで、たばこフィルターを容易に製造できる。
【００４３】
【実施例】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００４４】
参考例１
アセチル置換度（以下ＤＳ）＝２．５４、重合度（以下ＤＰ）＝２８０、平均粒径＝２２０μｍのセルロースアセテートの粉末１００ｇを０．２Ｎの水酸化ナトリウム水溶液１ｌに、撹拌しながら、６０分間浸漬し、大量の水で洗浄後、乾燥して、表面が加水分解されたセルロースアセテートの粉末を得た。
【００４５】
この粉末１０重量部に対し５重量部の水を噴霧器を用いて均一に添加することによって、ホットプレス装置を用いて容易にシート状に成形することが出来た。このシートを水中に投入すると、速やかに粉末状に崩壊した。
【００４６】
参考例２
参考例１と同じセルロースアセテートの粉末１００ｇを０．５Ｎの炭酸ナトリウム水溶液１ｌに、撹拌しながら、１８０分間浸漬し、大量の水で洗浄後、乾燥して、表面が加水分解されたセルロースアセテートの粉末を得た。
【００４７】
この粉末１０重量部に対し５重量部の水を噴霧器を用いて均一に添加することによって、ホットプレス装置を用いて容易にシート状に成形することが出来た。このシートを水中に投入すると、速やかに粉末状に形状が崩壊した。
【００４８】
参考例３
セルロースアセテートの粉末の形状が、長径が約５ｍｍ、短径が約１ｍｍのフレーク状である以外は参考例１と同様の方法で、表面が加水分解されたセルロースアセテートのフレーク状の粉末を得た。
【００４９】
この粉末１０重量部に対し５重量部の水を噴霧器を用いて均一に添加することによって、ホットプレス装置を用いて容易にシート状に成形することが出来た。このシートを水中に投入すると、速やかにフレーク状に崩壊した。
【００５０】
参考例４
断面形状Ｙ型、４デニールのフィラメントを束ねたトータルデニール４３０００デニールのセルロースアセテートの捲縮繊維の繊維束（捲縮数２６／２５ｍｍ）１００ｇを０．２Ｎの水酸化ナトリウム水溶液１ｌに、６０分間浸漬し、大量の水で洗浄後、乾燥して、表面が加水分解されたセルロースアセテート繊維の繊維束を得た。
【００５１】
この繊維束を開繊したもの２枚を、繊維方向が直行するように重ね、繊維束１０重量部に対し５重量部の水を噴霧器を用いて均一に添加した後、ホットプレスすることにより容易に網目状のシートを得る事ができた。このシートを水中に投入すると、速やかに形状が崩壊した。
【００５２】
参考例５
参考例４で得られた表面が加水分解されたセルロースアセテート繊維の繊維束を幅２５ｃｍに開繊し、繊維束１００重量部に対し１５重量部の水をスプレーし、繊維束を巻紙装置に送りフィルターを巻取紙で巻き上げ、過剰の水分を加熱乾燥により除去した後、長さ２５ｍｍに切断し、たばこフィルターチップを得た。
【００５３】
参考例６
参考例４で得られた表面が加水分解されたセルロースアセテート繊維の繊維束を幅２５ｍｍに開繊し、繊維束１００重量部に対し、１，２−プロパンジオールと水の混合溶液（重量比＝１：１）２０重量部をスプレーし、繊維束を巻紙装置に送りフィルターを巻取紙で巻き上げ、過剰の水分を加熱乾燥により除去した後、長さ２５ｍｍに切断し、たばこフィルターチップを得た。
【００５４】
実施例１
参考例４と同じセルロースアセテートの捲縮繊維束を幅２５ｍｍに開繊し、繊維束１００重量部に対し１０重量部の１Ｎの水酸化ナトリウム水溶液をスプレーし、繊維束を巻紙装置に送りフィルターを巻取紙で巻き上げ、過剰の水分を加熱乾燥により除去した後、長さ２５ｍｍに切断し、たばこフィルターチップを得た。
実施例２
参考例４と同じセルロースアセテートの捲縮繊維トウを幅２５ｍｍに開繊し、繊維束１００重量部に対し、１，２−プロパンジオールと１Ｎの水酸化ナトリウム水溶液の混合溶液（重量比＝１：１）２０重量部をスプレーし、繊維束を巻紙装置に送りフィルターを巻取紙で巻き上げ、過剰の水分を加熱乾燥により除去した後、長さ２５ｍｍに切断し、たばこフィルターチップを得た。
【００５５】
比較例１〜３
１Ｎの水酸化ナトリウム水溶液の代わりにバインダーとして、セルロースアセテートの可塑剤であるトリアセチン（比較例１）、トリエチレングリコールジアセテート（比較例２）、トリエチレングリコールプロピオネート（比較例３）を用いる以外は、実施例７と同様にして、たばこフィルターチップを得た。
【００５６】
参考例５〜６、実施例１〜２および比較例１〜３で得られたたばこフィルターチップのフィルター硬度および水中崩壊性を評価したところ、表１に示す結果をえた。なお供試サンプルは、温度２０°Ｃ、相対湿度６５％の雰囲気中で２４時間放置することにより、調湿し、試験に供した。
【００５７】
［フィルター硬度］
長さ９０ｍｍのフィルター上に、直径１２ｍｍ、重さ３００ｇの円柱状のおもりにより荷重をかけ、１０秒後のフィルターのへこみ量を０．１ｍｍを１として評価した。上記測定方法におけるフィルター硬度の実用的な値は、１０．０以下である。
【００５８】
［水中崩壊性試験］
２５ｍｍに切断したフィルターチップを、ビーカー内の水５００ｍｌに投入し、渦中心部の高さが最も高い液面の３／４の高さとなるように、マグネチックスターラーで撹拌し、１０分後のフィルターチップの形状を目視で観察し、下記の基準で崩壊性を判断した。
【００５９】
優：速やかに綿状に崩壊する。
【００６０】
良：部分的に綿状に崩壊する。
【００６１】
不可：崩壊せず当初の形状を維持する。
【００６２】
[表１]
0003789959.tif 000002
【００６３】
【発明の効果】
本発明によるセルロースエステル粉体およびセルロースエステル繊維は、可塑剤や接着剤などを用いないで、単に水で湿らせた後、成形し乾燥することによって、容易にたばこフィルターをはじめとするフィルター類、不織布類、緩衝材類、錠剤類などの成形物を得ることができる。また、得られた成形物は、水崩壊性に優れるため、使用後あやまって環境中に捨てられても、雨水などの作用により、速やかに繊維状に崩壊し、環境の美観の保全に有効である。