ЛИОЦЕЛЛОВЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ТАБАЧНОГО ФИЛЬТРА И СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ
LYOCELL MATERIAL FOR TOBACCO FILTER AND METHOD OF ITS PREPARING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к лиоцелловому материалу для сигаретного фильтра, а также к способу его производства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Сигаретный фильтр состоит главным образом из волокон ацетилцеллюлозы. Волокна ацетилцеллюлозы в настоящее время производятся следующим образом. Конкретно, волокна ацетилцеллюлозы получаются таким образом, что хлопья ацетилцеллюлозы растворяются в растворителе, таком как ацетон, в результате чего получается прядильный раствор ацетилцеллюлозы, после чего прядильный раствор вводится в устройство прядильной фильеры и прядется в атмосфере с высокой температурой с использованием сухого прядильного процесса.
Особенно полезные в качестве волокон для сигаретного фильтра волокна ацетилцеллюлозы соответственно регулируются по тонкости так, чтобы облегчить производство сигаретного фильтра, и наконец обеспечиваются в форме жгута волокна, имеющего гофрированную обвязку. Затем жгут волокна ацетилцеллюлозы открывается устройством намотки штранга сигаретного фильтра, пропитывается пластификатором, формируется в форму стержня с использованием фильтрующей обмоточной бумаги, а затем режется на части предопределенной длины, давая сигаретный фильтр.
Ацетилцеллюлоза получается при этерификации целлюлозы уксусной кислотой и по своей природе является разлагаемой микроорганизмами. Фактически, однако, такая разлагаемая микроорганизмами ацетилцеллюлоза не обязательно расценивается как хорошая.
Например, даже когда сигаретные фильтры, сделанные из волокон ацетилцеллюлозы, закапываются в почву, их форма сохраняется в течение одного-двух лет, и требуется очень долгий промежуток времени для полного разложения сигаретных фильтров, закопанных в почву.
Сигаретные фильтры собираются в форме сигаретного продукта, и таким образом распределяются потребителям для курения, и, в конце концов, выбрасываются после курения. Кроме того, сигаретные фильтры могут быть выброшены непосредственно как отходы производства заводов-изготовителей сигаретных фильтров. Выброшенные таким образом сигаретные фильтры собираются, а затем закапываются для их утилизации. В некоторых случаях сигаретные фильтры не собираются и остаются в окружающей среде. Выбрасываемые сигаретные фильтры представляют собой проблему, потому что присутствие выброшенных фильтров визуально непривлекательно, и, кроме того, токсичные вещества, адсорбированные использованными сигаретными фильтрами, выщелачиваются в окружающую среду и потенциально могут стать биологически опасными. Эти проблемы возникают с типичными ацетилцеллюлозными структурами так же, как и с сигаретными фильтрами.
В таких ситуациях было предложено множество способов производства разлагаемого микроорганизмами жгута фильтра, и эти способы включают использование ацетилцеллюлозы, сделанной из предопределенного разлагаемого микроорганизмами полимера, добавки для увеличения скорости разложения ацетилцеллюлозы, ацетилцеллюлозы, имеющей низкую степень замещения (DS) для увеличения способности к разложению микроорганизмами, и материала жгута фильтра, включающего разлагаемый микроорганизмами полимерный композит, такой как PHB (полигидроксибутират)/PVB (поливинилбутираль), и крахмал.
Однако, удовлетворительные коммерческие решения для производства фильтров, которые разлагались бы с достаточно большой скоростью так, чтобы преодолеть задачи утилизации, и являлись бы приемлемыми для потребителей до сих пор не разработаны. Самое большое ограничение вышеупомянутых способов заключается в том, что трудно достичь приемлемого компромисса между скоростью биологического распада, профилем абсорбции материала фильтра и характеристиками аромата табака.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
Следовательно, настоящее изобретение предназначено для того, чтобы предложить лиоцелловый материал для сигаретного фильтра, который являлся бы разлагаемым микроорганизмами, а также способ его производства.
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ
Предпочтительный первый вариант выполнения настоящего изобретения предлагает способ производства лиоцеллового материала для сигаретного фильтра, включающий гофрирование лиоцелловых мультифиламентных нитей, получая таким образом гофрированный жгут.
В этом варианте выполнения способ может включить (S1) прядение лиоцеллового прядильного раствора, содержащего целлюлозную пульпу и водный раствор N-метилморфолин-N-оксида (NMMO); (S2) коагулирование лиоцеллового прядильного раствора, спряденного на стадии (S1), получая таким образом лиоцелловые мультифиламентные нити; (S3) промывку водой лиоцелловых мультифиламентных нитей, получаемых на стадии (S2); (S4) обработку маслом лиоцелловых мультифиламентных нитей, промытых водой на стадии (S3); и (S5) гофрирование лиоцелловых мультифиламентных нитей, обработанных маслом на стадии (S4), получая, таким образом, гофрированный жгут.
В этом варианте выполнения лиоцелловый прядильный раствор на стадии (S1) может содержать от 6 до 16 вес.% целлюлозной пульпы и от 84 до 94 вес.% водного раствора NMMO.
В этом варианте выполнения целлюлозная пульпа может содержать от 85 до 97 вес.% альфа-целлюлозы и может иметь степень полимеризации (DPw) от 600 до 1700.
В этом варианте выполнения коагуляция на стадии (S2) может включать первичную коагуляцию с использованием воздушной закалки (Q/A), включающей подачу холодного воздуха к прядильной добавке, и вторичную коагуляцию, включающую погружение первично скоагулированного прядильного раствора в коагулирующий раствор.
В этом варианте выполнения воздушная закалка может быть выполнена путем подачи холодного воздуха при температуре от 4°C до 15°C со скоростью от 5 до 50 м/с к прядильной добавке.
В этом варианте выполнения коагулирующий раствор может иметь температуру 30°C или ниже.
В этом варианте выполнения стадия (S5) может включать гофрирование обработанных маслом лиоцелловых мультифиламентных нитей с использованием набивочной коробки для получения гофрированного жгута, имеющего от 15 до 30 извивов на дюйм.
В этом варианте выполнения стадия (S5) может быть выполнена путем подачи пара и прикладывания давления так, чтобы лиоцелловые мультифиламентные нити стали гофрированными.
2
2
В этом варианте выполнения пар может подаваться так, чтобы давление пара составляло от 0,1 до 1,0 кгс/см, и лиоцелловые мультифиламентные нити могут быть сжаты и гофрированы с использованием прессующего валка под давлением от 1,5 до 2,0 кгс/см.
Предпочтительный второй вариант выполнения настоящего изобретения предлагает лиоцелловый материал для сигаретного фильтра, полученный путем прядения лиоцеллового прядильного раствора, содержащего целлюлозную пульпу и водный раствор N-метилморфолин-N-оксида (NMMO), для того, чтобы произвести лиоцелловые мультифиламентные нити, которые затем гофрируются.
В этом варианте выполнения лиоцелловый материал может иметь от 15 до 30 извивов на дюйм.
В этом варианте выполнения лиоцелловый прядильный раствор может содержать от 6 до 16 вес.% целлюлозной пульпы и от 84 до 94 вес.% водного раствора NMMO.
В этом варианте выполнения целлюлозная пульпа может содержать от 85 до 97 вес.% альфа-целлюлозы и может иметь степень полимеризации (DPw) от 600 до 1700.
ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ производства лиоцеллового материала для сигаретного фильтра в соответствии с настоящим изобретением является эффективным при производстве лиоцеллового материала, который является хорошо разлагаемым микроорганизмами и, таким образом, экологичным.
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже приводится подробное описание настоящего изобретения.
Настоящее изобретение относится к способу производства лиоцеллового материала для сигаретного фильтра, включающему гофрирование лиоцелловых мультифиламентных нитей, получая таким образом гофрированный жгут.
Способ производства лиоцеллового материала для сигаретного фильтра включает (S1) прядение лиоцеллового прядильного раствора, содержащего целлюлозную пульпу и водный раствор N-метилморфолин-N-оксида (NMMO); (S2) коагулирование лиоцеллового прядильного раствора, спряденного на стадии (S1), получая таким образом лиоцелловые мультифиламентные нити; (S3) промывку водой лиоцелловых мультифиламентных нитей, получаемых на стадии (S2); (S4) обработку маслом лиоцелловых мультифиламентных нитей, промытых водой на стадии (S3); и (S5) гофрирование лиоцелловых мультифиламентных нитей, обработанных маслом на стадии (S4), получая таким образом гофрированный жгут.
[Стадия (S1)]
Стадия (S1) является стадией прядения лиоцеллового прядильного раствора, содержащего целлюлозную пульпу и водный раствор N-метилморфолин-N-оксида (NMMO).
Лиоцелловый прядильный раствор может содержать от 6 вес.% до 16 вес.% целлюлозной пульпы и от 84 вес.% до 94 вес.% водного раствора NMMO, причем целлюлозная пульпа может содержать от 85 вес.% до 97 вес.% альфа-целлюлозы и может иметь степень полимеризации (DPw) от 600 до 1700.
Если количество целлюлозной пульпы составляет менее 6 вес.%, становится трудно получить волокнистые свойства. Напротив, если количество целлюлозной пульпы превышает 16 вес.%, ее становится трудно растворить в водном растворе.
Если количество водного раствора NMMO составляет менее 84 вес.%, вязкость растворения может заметно увеличиться. Напротив, если количество водного раствора NMMO превышает 94 вес.%, вязкость прядения может значительно уменьшиться, затрудняя производство однородных волокон в процессе прядения.
Водный раствор NMMO может содержать NMMO и воду в весовом соотношении от 93:7 до 85:15. Если весовое соотношение NMMO и воды превышает 93:7, температура растворения может увеличиться, и таким образом целлюлоза может разрушиться при растворении целлюлозы. Напротив, если весовое соотношение NMMO и воды составляет менее 85:15, эффективность растворения растворителя может ухудшиться, затрудняя растворение целлюлозы.
Прядильная добавка выпускается из прядильного сопла фильеры в форме пончика. По существу фильера выпускает волокнистую прядильную добавку в коагуляционный раствор в коагуляционной ванне через некоторый воздушный зазор. Выпуск прядильной добавки из фильеры может быть выполнен при температуре от 80°C до 130°C.
[Стадия (S2)]
Стадия (S2) является стадией коагуляции лиоцеллового прядильного раствора, спряденного на стадии (S1), чтобы получить лиоцелловые мультифиламентные нити. Коагуляция на стадии (S2) может включать первичную коагуляцию, включающую подвергание прядильной добавки воздушной закалке (Q/A) с использованием холодного воздуха, и вторичную коагуляцию, включающую погружение первично скоагулированного прядильного раствора в коагулирующий раствор.
После выпуска прядильной добавки через фильеру в форме пончика на стадии (S1) присадка может проходить через воздушный зазор между фильерой и коагуляционной ванной. В этом воздушном зазоре холодный воздух подается наружу от охлаждаемой воздухом части, расположенной в фильере в форме пончика, и первичная коагуляция может быть выполнена с помощью воздушной закалки для подачи такого холодного воздуха в прядильную добавку.
Факторы, которые влияют на свойства лиоцелловых мультифиламентных нитей, полученных на стадии (S2), включают температуру и скорость холодного воздуха в воздушном зазоре, и коагуляция на стадии (S2) может быть выполнена путем подачи холодного воздуха при температуре от 4°C до 15°C со скоростью от 5 м/с до 50 м/с к прядильной добавке.
Если температура холодного воздуха при первичной коагуляции будет ниже чем 4°C, поверхность фильеры может быть охлаждена, поперечное сечение лиоцелловых мультифиламентных нитей может стать неравномерным, и технологические характеристики прядения могут ухудшиться. Напротив, если температура холодного воздуха при первичной коагуляции будет более высокой, чем 15°C, первичная коагуляция с использованием холодного воздуха будет недостаточной, ухудшая таким образом технологические характеристики прядения.
Если скорость холодного воздуха при первичной коагуляции составляет менее 5 м/с, первичная коагуляция с использованием холодного воздуха будет недостаточной, и технологические характеристики прядения могут ухудшиться, вызывая нежелательный обрыв нити. Напротив, если скорость холодного воздуха при первичной коагуляции превышает 50 м/с, прядильная добавка, выпускаемая из фильеры, может начать дрожать под воздействием воздуха, и технологические характеристики прядения могут таким образом ухудшиться.
После первичной коагуляции с использованием воздушной закалки прядильная добавка подается в коагуляционную ванну, содержащую коагулирующий раствор, чтобы подвергнуться вторичной коагуляции. Для того чтобы подходящим образом выполнить вторичную коагуляцию, температура коагулирующего раствора может быть установлена равной 30°C или ниже. Поскольку температура для вторичной коагуляции не является избыточно высокой, скорость коагуляции может поддерживаться должным образом. Коагулирующий раствор может быть приготовлен без особенных ограничений, при условии, что он имеет типичный состав для области техники, к которой принадлежит настоящее изобретение.
[Стадия (S3)]
Стадия (S3) представляет собой стадию промывки водой лиоцелловых мультифиламентных нитей, полученных на стадии (S2).
Конкретно, лиоцелловые мультифиламентные нити, полученные на стадии (S2), помещают на вытяжной валец, а затем в промывочную водную ванну и таким образом промывают водой.
При промывке филаментов может использоваться промывочный водный раствор с температурой от 0°C до 100°C с возможностью восстановления и повторного использования растворителя после водной промывки. Промывочный водный раствор может содержать воду и может дополнительно содержать другие компоненты по мере необходимости.
[Стадия (S4)]
Стадия (S4) представляет собой стадию обработки маслом лиоцелловых мультифиламентных нитей, промытых водой на стадии (S3), и обработанные маслом мультифиламентные нити могут быть высушены.
Обработка маслом может быть выполнена путем полного погружения мультифиламентных нитей в масло, и количество масла на филаментах может поддерживаться однородным с помощью прессующего валка, присоединенного к входному валку и выходному валку устройства обработки маслом. Масло служит для того, чтобы уменьшить трение филаментов при контакте с сушильным валком и направляющей, и в процессе гофрирования, а также облегчает образование извивов между волокнами.
[Стадия (S5)]
Стадия (S5) представляет собой стадию гофрирования лиоцелловых мультифиламентных нитей, обработанных маслом на стадии (S4), с получением гофрированного жгута.
Гофрирование является процессом, в котором мультифиламентные нити гофрируют и который осуществляют с использованием набивочной коробки, получая, таким образом, гофрированный жгут, имеющий от 15 до 30 извивов на дюйм.
На стадии (S5) подается пар и прикладывается давление таким образом, чтобы лиоцелловые мультифиламентные нити могли быть гофрированы.
2
2
2
2
Конкретно, лиоцелловые мультифиламентные нити обрабатываются паром под давлением от 0,1 кгс/см до 1,0 кгс/см через парораспределительную коробку для того, чтобы увеличить их температуру, а затем сжимаются с использованием прессующего валка под давлением от 1,5 кгс/см до 2,0 кгс/см, формируя таким образом извивы в набивочной коробке.
2
2
2
2
Если количество подаваемого пара составляет менее 0,1 кгс/см, эффективного формирования извивов не происходит. Если количество подаваемого пара превышает 1,0 кгс/см, а температуру набивочной коробки повышают до 120°C или более, филаменты прикрепляются друг к другу и при этом не проходят через набивочную коробку. Кроме того, если давление прессующего валка составляет менее 1,5 кгс/см, то желаемое количество извивов может быть не получено. Напротив, если давление прессующего валка превышает 2,0 кгс/см, сила сжатия является слишком высокой, и таким образом филаменты не проходят через набивочную коробку.
Для того чтобы получить желаемые свойства сигаретного фильтра, важным считается количество извивов на дюйм, и это количество может быть задано равным от 15 до 30, и предпочтительно от 25 до 30. Если количество извивов на дюйм меньше чем 15, открытие жгута не является легким в ходе производства сигаретного фильтра, вызывая нежелательные технологические проблемы. Кроме того, сопротивление всасыванию, твердость фильтра и эффективность удаления фильтра, соответствующие свойствам, требуемым от сигаретного фильтра, могут стать неудовлетворительными. Напротив, если количество извивов на дюйм превышает 30, может произойти неравномерное сжатие в набивочной коробке, и жгут не будет эффективно проходить через коробку, затрудняя тем самым производство гофрированного жгута.
Поскольку лиоцелловый материал для сигаретного фильтра, как было упомянуто выше, является разлагаемым микроорганизмами, он может разложиться за короткий период времени после выбрасывания сигаретного окурка и таким образом является экологичным.
ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Лучшее понимание настоящего изобретения может быть получено с помощью следующих примеров, которые приведены для иллюстрирования, но не для ограничения настоящего изобретения, что будет понятно специалисту в данной области.
Пример 1
2
Прядильный раствор, имеющий концентрацию 12 вес.% лиоцеллового материала, был получен путем смешивания целлюлозной пульпы, имеющей степень полимеризации DPw 820 и содержащей 93,9 вес.% альфа-целлюлозы, со смесью растворителя NMMO/HО (весовое соотношение 90/10), содержащей 0,01 вес.% пропилгаллата.
Прядильный раствор поддерживали при температуре прядения, равной 110°C, в прядильном сопле фильеры в форме пончика, и пряли при одновременном регулировании выпускаемого ее количества и скорости прядения таким образом, чтобы тонина филамента составляла 1,75 денье. Волокнистый прядильный раствор, выходящий из прядильного сопла, подавали в коагулирующий раствор, находящийся в коагуляционной ванне, через воздушный зазор. Прядильный раствор был первоначально скоагулирован с использованием холодного воздуха с температурой 8°C и скоростью 10 м/с в воздушном зазоре.
Коагулирующий раствор имел температуру 25°C и был составлен из 85 вес.% воды и 15 вес.% NMMO. По существу концентрация коагулирующего раствора непрерывно контролировалась с использованием чувствительного элемента и рефрактометра.
2
2
Филаменты, втянутые в воздушный слой через вытяжной валец, промывали водным промывочным раствором, распыляемым устройством для водной промывки, чтобы удалить оставшийся NMMO, кроме того, филаменты достаточно равномерно пропитали маслом, а затем сжали так, чтобы филаменты имели содержание масла 0,2 вес.%, и затем высушили при температуре 150°C с использованием сушильного валка. После этого лиоцелловые мультифиламентные нити нагрели пропусканием их через парораспределительную коробку, а затем гофрировали в набивочной коробке посредством прессующего валка, получая таким образом лиоцелловый гофрированный жгут. Как таковой, пар подавали под давлением 0,1 кгс/см, а давление прессующего валка установили на 1,5 кгс/см.
Пример 2
2
2
Лиоцелловый материал для сигаретного фильтра получали по Примеру 1, за исключением того, что при получении гофрированного жгута путем гофрирования в набивочной коробке пар подавали под давлением 0,5 кгс/см. Давление прессующего валка было установлено на 1,5 кгс/см.
Пример 3
2
2
Лиоцелловый материал для сигаретного фильтра получали по примеру 1, за исключением того, что при получении гофрированного жгута путем гофрирования в набивочной коробке пар подавали под давлением 0,5 кгс/см, а давление прессующего валка было установлено на 2,0 кгс/см.
Сравнительный пример 1
2
2
Лиоцелловый материал для сигаретного фильтра получали по примеру 1, за исключением того, что при получении гофрированного жгута путем гофрирования в набивочной коробке пар подавали под давлением 0,5 кгс/см, а давление прессующего валка было установлено на 2,5 кгс/см.
Сравнительный пример 2
2
2
Лиоцелловый материал для сигаретного фильтра получали по примеру 1, за исключением того, что при получении гофрированного жгута путем гофрирования в набивочной коробке пар подавали под давлением 2,0 кгс/см, а давление прессующего валка было установлено на 1,5 кгс/см.
Сравнительный пример 3
2
2
Лиоцелловый материал для сигаретного фильтра получали по примеру 1, за исключением того, что при получении гофрированного жгута путем гофрирования в набивочной коробке пар подавали под давлением 0,1 кгс/см, а давление прессующего валка было установлено на 1,0 кгс/см.
(1) Измерение количества извивов
В соответствии со стандартом KS K 0326 двадцать образцов волокна были взяты из нескольких участков без поврежденных извивов, помещены на подготовленный лист глянцевой бумаги (с интервалом в 25 мм), и к ним была добавлена добавка, включающая целлулоид в 4-5% амилацетате, так, чтобы каждый образец расширился на (25±5)% относительно пространственного интервала, после чего образцы были оставлены для высыхания клейкого вещества. Количество извивов каждого образца подсчитывали с приложением первичной нагрузки 1,96/1000 сН (2 мгс) на 1D с использованием прибора для измерения извитости, и количество извивов на участке в 25 мм было определено и усреднено с точностью до одного десятичного разряда. Первичная нагрузка составляла 1,96/1000 сН (2 мгс) на 1D.
Таблица 1
Давление пара при гофрировании (кгс/см<sup>2</sup>)
Давление прессующего валка при гофрировании (кгс/см<sup>2</sup>)
Количество извивов (/дюйм)
Примечание
Пример 1
0,1
1,5
25
Пример 2
0,5
1,5
26
Пример 3
0,5
2,0
27
Сравн.пример 1
0,5
2,5
-
Без извивов
Сравн.пример 2
2,0
1,5
-
Без извивов
Сравн.пример 3
0,1
1,0
13
Как видно из результатов измерения свойств, приведенных в Таблице 1, лиоцелловые материалы Сравнительных примеров имели 13 извивов или вообще не имели извивов и не попадали в диапазон от 15 до 30 извивов на дюйм, соответствующий количеству извивов, подходящему для сигаретного фильтра. Следовательно, может быть подтверждено, что материалы Сравнительных примеров являются неподходящими для использования в качестве волокон в сигаретном фильтре.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Предлагаемый способ производства лиоцеллового материала для сигаретного фильтра позволяет производить лиоцелловый материал для сигаретного фильтра, который хорошо разлагается микроорганизмами и таким образом является экологичным.