ТАБАЧНЫЙ ФИЛЬТР ИЛИ ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ, СОДЕРЖАЩИЙ ДОБАВКИ
TOBACCO FILTER OR FILTERING ELEMENT, CONTAINING ADDITIVES

Изобретение относится к выполненным как одно целое табачному фильтру или фильтрующим элементам, содержащим волокна, элементарные нити или пленки на основе прядильных или переработанных в пленки полимеров или полимерных смесей и одну или несколько добавок.
Из уровня техники известны табачные фильтры вышеуказанного типа. При этом, когда речь идет о том, что они выполнены «как одно целое», имеется в виду, что табачный фильтр имеет единую структуру в продольно-осевом направлении, и то, что он может быть изготовлен без дополнительных, ограничивающих фильтрующих элементов. В этом состоит их существенное отличие от так называемых «камерных фильтров», у которых между расположенными с отступом в продольном направлении фильтрующими элементами из обычного фильтрующего материала создана ограниченная снаружи оберточной бумагой камера, которая может быть заполнена добавками, например гранулированным активированным углем.
Известно достаточное число попыток разработки конструкций фильтров, позволяющих особенно эффективно использовать пористые добавки. Упомянутая конструкция камерного фильтра имеет недостатки в отношении эффективного использования введенного активированного угля. В связи с ограниченностью степени заполнения камеры и ввиду относительно грубой зернистости активированного угля часть дыма протекает через незаполненную часть камеры и, следовательно, не попадает в непосредственный контакт с активированным углем. Величина частиц активированного угля не может быть беспредельно уменьшена, так как это привело бы к недопустимому для курильщика увеличению сопротивления при затяжке. Более выгодно отличается в этом отношении описанная в публикации ЕР-А-0 014 477 конструкция фильтра, в которой гранулированный активированный уголь определенным образом размещен в фильтрующем элементе, так что обеспечивается более или менее однородное распределение частиц активированного угля в однородно распределенных, в свою очередь, волокнах или элементарных нитях фильтрующего материала. И хотя таким образом можно исключить бесконтактное протекание, тем не менее требуются крупнозернистые добавки, позволяющие обеспечить фиксацию названных частиц в табачном фильтре. Поэтому также и в этой конструкции фильтров дают о себе знать названные выше недостатки крупнозернистости активированного угля.
В виде предпосылки к предлагаемому ниже изобретению по поводу табачных фильтров или их применения следует заметить, что сигареты с фильтром, с прилежащего ко рту курильщика конца, снабжены табачным фильтром, который улавливает, по меньшей мере, часть продуктов сгорания табака сигареты и тем самым при курении предотвращает вдыхание продуктов сгорания. С другой стороны, табачный фильтр должен так воздействовать на вкус табачного дыма, чтобы курильщик оценивал его положительно. В часть сигарет с фильтром в табачный фильтр вводят пористую добавку в виде частиц, которая повышает фильтрующую способность такого табачного фильтра или таких табачных фильтрующих элементов по сравнению с табачным фильтром без добавок в виде частиц. Обычно этот эффект можно объяснить тем, что пористые добавки предпочтительно адсорбируют газообразные продукты сгорания на своей внутренней поверхности и таким образом снижают их концентрацию в дыме. В самых известных марках сигарет с фильтром этого типа в качестве пористой добавки в виде частиц используется активированный уголь. Другие табачные фильтры такого рода, описанные, как, например, в публикации DE-А-2 658 479, содержат окислы, гидроокиси и/или гидраты окислов различных металлов, как, например, кремний, алюминий, магний, железо и/или титан. Решающим фактором эффективности такого рода пористых частиц добавок является их доступность для газообразных компонентов табачного дыма. Так, оказалось, что мелкозернистые пористые материалы проявляют, в частности, более высокую фильтрующую способность, чем крупные частицы. Другим недостатком рассмотренных камерных фильтров являются большие издержки на их изготовление.
Другие известные конструкции фильтров предлагают возможности введения также мелкозернистых добавок в табачный фильтр. В публикациях US 3 043 736 и US 2 881 770 описывается табачный фильтр из пучка бесконечных гофрированных нитей из ацетата целлюлозы, который упакован оберточной бумагой в фильтрующий мундштук, при этом отдельные элементарные волокна покрыты мелкозернистым активированным углем. Устройства, которые могут быть использованы для нанесения мелкозернистых добавок, можно подразделить на устройства а) для нанесения добавки из суспензии в водной фазе или летучего органического носителя, или пластифицирующей жидкости, б) для выдувания состоящих из мелких частиц добавок, которые предварительно могут быть смочены клеем или пластификатором, в) для нанесения из латексной эмульсии и г) для нанесения добавки таким образом, что предварительно смоченный клеем или пластификатором пучок элементарных волокон или нитей пропускают через завихренный слой мелкозернистого активированного угля. В этой связи рекомендуется публикация DE 127 4 946.
Изготовленные вышеназванными методами табачные фильтры характеризуются тем, что элементарные волокна с введенными добавками ориентированы предпочтительно в продольном направлении и взаимно соединены между собой на статистически распределенных местах контактирования посредством клея или пластификатора, так что между соседними элементарными волокнами создаются по существу продольные, равномерно распределенные по фильтру небольшие полости для протекания табачного дыма.
Приведенные примеры выполнения делают очевидным, что изготовленные таким образом и смешанные с частицами добавки табачные фильтры имеют примерно столь же высокие сопротивления при затяжке, как и контрольные фильтры без введения частиц добавки. Следовательно, согласно этим способам невозможно изготовить фильтры, сочетающие в равной мере высокую массу добавок и низкое сопротивление при затяжке.
Как альтернатива, в табачных фильтрах используют снабженные активированным углем бумажные фильтры. Они содержат активированный уголь в виде мелкодисперсных частиц, которые связываются с бумагой в процессе ее изготовления. При этом изготовитель фильтрующего материала производит изделие плоской формы, наматывает его на бобины и затем отправляет на перерабатывающее предприятие. Изготовитель фильтров или сигарет сматывает материал с бобины, формует его в прутковое изделие, с тем чтобы затем уплотнить его в поперечно-осевом направлении в форматном аппарате машины для изготовления фильтрующих мундштуков, обвернуть бумагой и разрезать на конечную длину фильтрующих мундштуков. В дополнение к этому, перед формованием прутка изделие плоской формы, как правило, но не обязательно, извивают параллельно в продольном направлении на крепировальной машине. Таким образом достигается, во-первых, уменьшение плотности материала и, во-вторых, оказывается воздействие на сопротивление фильтра при затяжке. Характерной для изготовленных таким образом фильтров путем закладывания складок в плоских материалах является их канальная структура, при которой расположенные в продольно-осевом направлении каналообразные участки материала с меньшей плотностью проходят на длину значительной части фильтра или фильтрующего элемента. Эти каналы ограничены фильтрующим материалом более высокой плотности. Этой структурной особенностью объясняется в значительной степени сравнительно низкое сопротивление фильтра при затяжке.
Однако при использовании этих плоских фильтров, не включающих или включающих лишь частично ацетат целлюлозы, вкус дыма часто получает негативную оценку. Кроме того, такого рода фильтры не обладают удельной способностью задержания фенолов и нитрозаминов, характерной для сигаретных фильтров из ацетата целлюлозы.
Задача изобретения состоит в том, чтобы обозначенные вначале, выполненные как одно целое табачные фильтры или фильтрующие элементы усовершенствовать таким образом, что эффективность введенных в них мелкозернистых сорбентов падает в минимальной степени, но вместе с тем при введенной большой массе частиц добавки обеспечивается низкое сопротивление при затяжке и при этом в качестве фильтрующего материала может использоваться, в частности, ацетат целлюлозы.
Задача согласно изобретению решается тем, что а) добавки наносятся на поверхность волокон, элементарных нитей или пленок, б) сопротивление при затяжке табачного фильтра и масса добавок в табачном фильтре удовлетворяют следующей формуле:
доб
М/∆р > 1 мг/декaПа, (I),
доб
где ∆р - сопротивление при затяжке [декаПа], которое используется как величина, рассчитанная на фильтр диаметром 7,8 мм, и М[мг] - масса добавки, в) табачный фильтр имеет канальную структуру и г) фильтрующий материал представляет собой изделие плоской формы.
В рамках изобретения используются волокна, элементарные нити и пленки на основе прядильных или переработанных в пленки полимеров или полимерных смесей. В рамках изобретения считается предпочтительным, что фильтрующий материал представляет собой изделие плоской формы из волокон или элементарных нитей или пленок, при этом изделие плоской формы и/или пленка выполнены гладкими, складчатыми, тиснеными и/или частично уплотненными.
Особенно предпочтительным является, если фильтрующий материал изготовлен из сложного эфира целлюлозы, при этом в качестве сложного эфира целлюлозы могут использоваться, в частности, ацетат целлюлозы, бутират целлюлозы, ацетобутират целлюлозы, ацетопропионат целлюлозы и/или пропионат целлюлозы. Особенно предпочтительный ацетат целлюлозы имеет степень замещения порядка от 1,5 до 3,0, в частности, порядка от 2,2 до 2,6 и особенно предпочтительно 2,5. В рамках изобретения или его воплощения особое преимущество представляет использование табачного фильтра, описанного в публикации WO 01/28369. В рамках незначительной модификации и существенной оптимизации предлагаемого изобретения считается предпочтительным, что отношение S сопротивления при затяжке массы волокна или элементарных нитей к титру волокна примерно больше 0,7, при этом величину S рассчитывают по формуле:
А
7,8
S = (М/∆р)/dpf[10 м/декаПа], (II)
А
где М обозначает массу волокна [г], ∆р - сопротивление при затяжке [декаПа] и dpf - титр волокна (децитекс), при этом для сопротивления при затяжке используется величина, рассчитанная на фильтр диаметром 7,8 мм, а твердость сигаретного фильтра примерно превышает 90 единиц (по методике фирмы Filtrona).
Кроме того, предпочтительным здесь считается то, что масса волокна составляет максимально 10 мг/мм по отношению к длине фильтра и/или остаточная извитость фильтрующего материала не превышает значения 1,45, причем это выражается следующей формулой (III):
R
А
I = 10000 × М/(G × l), (III)
А
где М обозначает массу волокна [г], G - общий титр [г/10 эксп. 4 × м] и l обозначает длину фильтра [мм].
Оптимальная остаточная извитость лежит здесь примерно между 1,05 и 1,4, в частности между 1,1 и 1,3. Кроме того, предпочтительно, что отношение S сопротивления при затяжке массы волокна или элементарных нитей к титру волокна максимально составляет порядка 2, в частности находится примерно между 0,8 и 1,3.
Особенно предпочтительные результаты с табачным фильтром согласно изобретению достигаются тогда, когда масса волокна или элементарных нитей составляет по меньшей мере порядка 4 мг/мм по отношению к длине фильтра, в частности, когда находится примерно между 5 и 8 мг/мм по отношению к длине фильтра.
Относительно оптимизации твердости фильтра (по методике фирмы Filtrona) можно констатировать, что она может колебаться примерно между 90 и 95, в частности примерно между 91 и 93.
В рамках изобретения существенные для решения поставленной задачи добавки наносятся на поверхность волокон, элементарных нитей или пленок. Особым преимуществом при этом считается, если эти добавки представлены в виде частиц, размер которых, в частности, составляет менее 300 мкм, в частности менее 100 мкм. Особенно предпочтительным является, если диаметр частиц меньше 50 мкм, при этом особенно хорошие результаты достигаются при величине частиц меньше 30 мкм. При выборе добавок в виде частиц или пористых добавок изобретение не связано существенными ограничениями.
Специалист без особого труда может выбрать соответствующие добавки, при этом они представлены предпочтительно в виде адсорбента на основе активированного угля, окисей металлов, гидроокисей металлов и/или гидратов окисей металлов, при этом здесь идет речь, в частности, об окисях алюминия, кремния, титана и/или магния. В отдельных случаях предпочтительным является, если пористые добавки дополнительно смешивают с активными субстанциями, в частности, в виде антиоксидантов, ароматизаторов и/или антимутагенных субстанций.
Введение добавок в виде частиц в табачные фильтры согласно изобретению критически не ограничено. Тем не менее, предпочтительным является то, что добавки в виде частиц зафиксированы на поверхности фильтрующего материала посредством связующего, в частности поливинилацетата, поливинилового спирта, полиэтиленгликоля, растворимых в воде сложных или простых эфиров, крахмалов, производных крахмалов и/или сложных эфиров целлюлозы.
Поверхность волокон, элементарных нитей и пленок может быть оптимизирована так, что находящаяся на ней добавка может выполнять функцию средства, способствующего фильтрации, в частности, в виде органических кислот, кислых эфиров карбоновых кислот, полифенола и/или производных порфирина. Волокна, элементарные нити и пленки пленочного материала и/или, соответственно, волокна, элементарные нити или пленки, составляющие табачные фильтры или фильтрующие элементы могут содержать внутри другие добавки, улучшающие их свойства. Предпочтительно это пластификаторы, средства маркировки, пигменты и/или стабилизаторы. Особенно важно введение пластификатора. При этом предпочитается его содержание в волокнах или элементарных нитях или пленках в количестве от 0 до 15 мас.%, в частности от 5 до 12 мас.%. Пластификатор целесообразным образом представлен в виде триацетина, этиленгликольдиацетата и/или сложного диэтилового эфира лимонной кислоты. Дополнительно табачный фильтр согласно изобретению может содержать также фотореактивную добавку, в частности, в виде мелкодисперсной окиси титана типа анатаза со средней величиной частиц менее 2 мкм.
Особенно существенным для вышеизложенного определения сущности изобретения является признак б). Отсюда требование изобретения о том, что сопротивление при затяжке табачного фильтра и масса добавок в табачном фильтре должны соответствовать следующей формуле (I):
доб
М/∆р > 1 мг/декaПа, (I)
доб
доб
где ∆р - сопротивление при затяжке [декаПа], которое используется как величина, рассчитанная на фильтр диаметром 7,8 мм, и М[мг] - масса добавки. Особенно предпочтительным является, если отношение М/∆р больше 2 мг/декaПа и особенно 3 мг/декaПа.
Другим существенным признаком изобретения является канальная структура выполненного как одно целое табачного фильтра или фильтрующих элементов согласно изобретению. При этом следует обратить внимание на то, что при канальной структуре расположенные в продольно-осевом направлении каналообразные участки материала с меньшей плотностью проходят на длину значительной части фильтра или фильтрующего элемента. Эти каналы ограничены фильтрующим материалом более высокой плотности. Канальная структура удобна, в частности, потому, что в качестве фильтрующего материала используется согласно изобретению изделие плоской формы.
Специалист без особого труда и без дополнительного использования существенной технической информации может изготовить выполненный как одно целое табачный фильтр или выполненные как одно целое табачные фильтрующие элементы. Ниже рассматривается особенно предпочтительный способ, при этом в процессе изготовления табачного фильтра согласно изобретению фильтрующий жгут сматывают с рулона, производят первичную пневматическую обработку и вытягивают согласно способу, принятому для объемных фильтров (для помещений). Перед стадией собственно активации соответствующими средствами изготовляют нетканый холст максимально возможной прочности в направлении обеих плоскостных осей, который может наматываться на бобины и нагружаться добавками. Для распределения порошка по поверхности волокон может быть использован любой подходящий метод изготовления табачного фильтра. Особенно подходят устройства а) для нанесения добавки из суспензии в водной фазе или летучего органического носителя или пластифицирующей жидкости для нитей, к которым может быть добавлено соответствующее связующее, и б) для выдувания состоящих из мелких частиц добавок на нити, которые предварительно могут быть смочены клеем или пластификатором. Как альтернатива или дополнение, сцепление частиц добавок может быть обеспечено расплавленным клеем, который либо наносят вместе с добавками в виде частиц, либо наносят отдельно, либо активируют посредством кратковременного подогрева.
Табачные фильтры согласно изобретению могут изготавливаться непрерывно из фильтрующих прутков и нарезать ограниченными по длине. Каждый отдельный элемент ограниченной таким образом длины мог бы использоваться сам по себе как сигаретный табачный фильтр, однако его используют предпочтительно в продольно-осевой компоновке по меньшей мере с еще одним фильтрующим элементом как часть составного (например, двойного или тройного) сигаретного фильтра. Отдельный фильтрующий элемент согласно изобретению используется предпочтительно в соединении с расположенным в продольно-осевом направлении мундштучным элементом общепринятой формы, например, выполненным как одно целое отрезком волоконного ацетатцеллюлозного жгута.
Связанные с настоящим изобретением преимущества могут быть сведены вместе и представлены в следующем порядке. Так, было выявлено, что при соблюдении существа изобретения мелкодисперсные добавки могут быть внесены в табачный фильтр, при этом в отличие от соответствующих контрольных продуктов согласно уровню техники установлено особенно низкое сопротивление затяжке при прикуривании. Фильтры согласно изобретению показали, что таким образом достигается особенно большая или высокая фильтрующая способность.
Кроме того, выполненный как одно целое табачный фильтр согласно изобретению может быть относительно легко изготовлен по сравнению с соответствующими контрольными продуктами согласно уровню техники. Так, отпадает затратное изготовление так называемых камерных фильтров из нескольких фильтрующих элементов. Другое преимущество состоит в том, что, в частности, если фильтрующий материал изготовлен из ацетата целлюлозы, то вкус дыма получает особенно положительную оценку. Также наблюдается избирательный эффект задержания в отношении фенолов.
Ниже изобретение поясняется более детально на основе примеров.
Пример 1
(Изготовление фильтра согласно изобретению)
Фильтрующий жгут согласно спецификации 2,1Y48 (титр волокна 2,33 дтекс; общий титр 53333 дтекс) подвергают первичной обработке на обычном двухступенчатом вытяжном приборе KDF 2 фирмы Hauni, Гамбург и напыляют 8%-ным триацетином. После прохождения через направляющий ролик ленту фильтрующего жгута с минимальной шириной 250 мм подают на каландровую пару нагретых валков и каландрируют активным линейным давлением 40 кг/см. Профилированные каландровые валки имеют диаметр 230 см, рифленую ширину 350 мм и 10 профильных канавок на 1 см, в то время как другие валки не профилированы. Их нагревают силиконовым маслом до 150°С. Профиль канавок - трапецеидальный с верхней шириной 0,4 мм и глубиной 0,5 мм.
После каландровых валков изготовленный таким образом холст наматывают на бобину. Такую бобину с холстом непрерывно сматывают на обычной плюсовке и пропускают через ванну, заполненную водной суспензией активированного угля. При этом направленный вниз холст погружают в суспензию на 5 см и направляющим роликом отводят вверх. После выхода из суспензионной ванны избыточную суспензию отжимают на паре отжимных валков. Отжимные валки движутся со скоростью 10 м/мин и обеспечивают таким образом равномерное прохождение холста через суспензию. После отжимных валков холст пропускают при температуре 150°C через циркуляционную воздушную сушилку. Сушилка имеет участок сушки длиной 4 м и обеспечивает таким образом высыхание суспензии и фиксацию активированного угля на холсте.
После выхода из сушилки на имеющейся обычно на рынке машине KDF 2 фирмы Кörber, Гамбург, снабженный активированным углем холст пропусканием через входную фильеру формуют в пруток, обертывают бумагой и разрезают на фильтрующие прутки длиной 126 мм. Диаметр фильтрующего жгута отрегулирован на 7,8 мм.
Контрольный пример 1
(Изготовление угольного фильтра путем внесения частиц активированного угля в фильтрующий жгут)
Фильтрующий жгут согласно спецификации 2,1Y48 (титр волокна 2,33 дтекс; общий титр 53333 дтекс) подвергают первичной обработке на обычном вытяжном приборе KDF 2 фирмы Hauni, Гамбург, и напыляют триацетином. После прохождения через направляющий ролик ленту фильтрующего жгута с минимальной шириной 200 мм пропускают через сопло устройства для расправления и пневматически добавляют частицы активированного угля величиной примерно 250 мкм. Для этого порошок активированного угля непрерывно дозируется весовым дозатором на всасывающем патрубке и сжатым воздухом через трубопровод вдувается в сопло устройства для расправления. Сопло устройства для расправления предпочтительно заключают в снабженный всасывающим устройством кожух, имеющий лишь отверстия для подачи и отвода ленты фильтрующего жгута, с тем чтобы не допустить утечку угольной пыли в окружающую среду. Так как расход активированного угля согласован со скоростью движения ленты фильтрующего жгута, то количество активированного угля на ленте фильтрующего жгута может точно регулироваться. После выхода из описанной установки ленту фильтрующего жгута пропусканием через входную фильеру формуют в пруток и на имеющейся обычно в продаже машине KDF 2 фирмы Кörber, Гамбург, со скоростью движения прутка 50 м/мин обертывают его в бумагу и нарезают на фильтрующие прутки длиной 126 мм. Диаметр фильтрующего жгута отрегулирован на 7,8 мм.
В таблице сведены результаты тестов на сопротивление при затяжке и массы активированного угля.
Размер частиц активир. угля [мкм]
dpf [дтекс]
G [дтекс]
Масса активир. угля [мг на 21 мм фильтр. пробки]
Сопротивление при затяжке [декаПа]
М<sub>доб</sub>/∆р [мг/декаПа]
Контрольный пример
250
2,33
53333
80
131
0,61
Пример 1
20
2,33
53333
80
10
8,0