用於控制香菸煙霧副產物的方法和裝置的製作方法

2023-06-16 14:01:56

專利名稱：用於控制香菸煙霧副產物的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及煙霧濾咀(tobacco-smokefilters)，其中包括呈開松纖維束、非織物帶、薄片或原纖薄膜形式的、壓緊的、含有聚烯烴纖維的基質和一種或一種以上提高過濾效果的改良添加物;濾咀的製作方法及該煙霧濾咀作為香菸濾咀的用法。
術語「過濾基質」和「基質」指的是包括用於輸入製作壓緊過濾棒的常規設備的附屬裝置中的含纖維的過濾組份，該組份包括單獨的或結合使用的、呈開松纖維束、非織物帶、薄片或原纖薄膜或其它常用纖維狀過濾介質形式的纖維。
由含有壓緊聚烯烴的基質組成的以纖維為基礎的煙霧濾咀是眾所周知的，並用作為香菸濾咀已達多年。合成纖維組分，尤其聚烯烴類例如聚丙烯是合乎需要的，因為它們能容易地拉成很細並可提供兼有捲曲需要的強度和高速生產引起的拉力的高過濾效果。
但是聚烯烴纖維類也有通常的疏水和傾向於化學惰性的缺點，然而大多數用來提高過濾效果的添加物例如不揮發的液體有機增塑劑(如甘油三醋酸酯、甘油二醋酸酯和檸檬酸)和潤滑劑(如香精、藥物和選擇性過濾劑類)傾向於親水並難以與包含疏水合成纖維的濾芯相容。
此外，當進料至濾咀棒製作設備時，含有聚烯烴的基質傾向於在設備中的拉伸阻力和形成的濾咀組件硬度間具有有意義負相關性。
有時也難以避免用一般添加物浸漬過和在高速下進入棒製作設備中的合成基質的阻塞，尤其是在添加物分散在缺乏適當潤滑性能的粘性載體中的時候。
因此，需要改良添加物，它們能提高過濾效果和含有壓緊的聚烯烴基質的選擇性及避免配伍性問題和一般添加物的加工困難。
按照本發明，煙霧濾咀由含有單獨或結合使用的、以纖維束、非織物帶、薄片、原纖薄膜或其它纖維過濾基質形式的壓緊和包裹的聚烯烴纖維過濾基質組成，通過在纖維表面上用由包括硫氰酸鋅、鹽酸肌氨酸、氯化鋅、溴化亞鐵、溴化鈣、溴化鋰、硫酸錳、醋酸錳、氯化鎂、硫酸鎂或醋酸鎂在內的一種或一種以上添加鹽類組成的改良添加物來提高基質的過濾效果。
術語「添加鹽類」係指上述11種鹽類。
為控制香菸煙霧中存在的焦油、尼古丁、甲醛和所有微粒物的通過，最好，改良添加物還包含甘油三醋酸酯。
此外，改良添加物的總量最好是基於構成濾咀的乾物料總重量的0.05～10%(重量)左右，更優選的是2～5%左右。如果有甘油三醋酸酯存在，其總量可按重量計高至5%左右，而更優選的是0.5～5%。
而且按照本發明，在所敘的煙霧濾咀製作方法中，包括過濾基質被壓緊、包裹和切成濾咀長度，同時還包括將含有改良添加物溶液施加到基質表面和基質乾燥的步驟。最好，改良添加物溶液含有甘油三醋酸酯及添加鹽類。
改良添加物溶液通常以噴霧、浸漬、印刷、真空汲取或其它適用的引入改良劑組分的傳統方法在濾咀柱形成前或後附著到基質表面上去，然後將包裹好的柱切成要求長度的單個濾咀並乾燥。例如基質可用一個通過含有改良添加物溶液貯槽送料的印刷滾筒被連續浸塗或連續接觸。
該溶液可以完全是水溶液或水/乙醇的混合液，並可用適當濃度，以提供期望的改良劑量。例如，使用一種添加鹽類水溶液浸漬27毫米長的切好濾咀使之含約10～20毫克鹽或者用4∶1(體積計)比例的水∶乙醇液中溶解1%甘油三醋酸酯和2%溴化鈣(重量計)的混合物。可通過真空汲取2%(重量計)溴化鈣水溶液處理27毫米長切好的濾咀，採用足夠量的溶液使濾咀均勻浸漬有約15毫克鈣鹽。或者在開松纖維束上噴霧20%(以重量計)硫氰酸鋅或鹽酸肌氨酸水溶液，相當於提供束重量的1%鹽類並在輸入附屬裝置前烘乾。
施加改良添加物溶液之後，可用軋輥、加熱乾燥輥、烘箱和類似設備通常在70～125℃範圍內溫度下進行一般烘乾工序。
施加至濾咀上溶液的總量取決於同時送入附屬裝置的基質寬度和基質的數量以及將暴露於香菸煙霧的處理表面的量。
依照本發明的濾咀當然可以含有一種或一種以上常用的表面活性劑，該表面活性劑最好包含0.1～10%(重量)，並且更好的是包含0.5～10%(重量)的脫水山梨糖醇脂肪酸酯、多羥基醇的脂肪酸單酯或多羥基醇的脂肪酸雙酯的聚氧烯烴衍生物。一般輔助組分也可使用如潤溼劑、香精和香料、藥物如薄荷醇和減充血劑。
基質組分可以是同類或者混合的，改良添加物可施於選好基質的一面或兩面，這可隨濾咀的特性要求而定，譬如選擇性、味道、硬度和拉伸性。例如一種或一種以上相同或不同纖維組合的非織纖維和細絲可以做為附屬裝置進料，尤其在不是所有基質都做為改良劑載體表面的場合。附屬裝置進料無論是在附屬裝置前面工序直接製備，還是早期生產和使用前貯存，這是無關緊要的。
為了維持精確控制上述添加物，在轉變成濾咀前最好調整各基質組分的水分含量。而且為了避免不希望有的味道，可以通過施加它們到束、薄片或具有較小滲透性的未處理過的非織纖維之間夾入的非織纖維上而將其隔離或避免直接與咀唇接觸。同時，濾咀可用軟木或類似物質包覆。處理過的和處理過與未處理過相結合的纖維帶、束或類似物都可以用具有約25～90克/米2範圍或更高重量的一般包煙紙包裹。
當使用非織纖維帶做為過濾基質時，它可含高達約100%(重量)的普通聚烯烴物料，該聚烯烴物料有如常產的聚丙烯纖維或具有同類或混合細絲的織物，或者如聚丙烯/聚乙烯;聚丙烯/聚偏二氯乙烯;聚丙烯/醋酸纖維;聚丙烯/人造絲;聚丙烯/尼龍;醋酸纖維/聚乙烯;增塑醋酸纖維;聚丙烯/紙或聚丙烯/聚苯乙烯/聚乙烯纖維的纖維結合物。它們的通常比例以約10～90%∶90～10%或10～90%/45%～5%/45～5%最為適宜。
可以使用由具有寬旦數範圍的纖維得到的非織物料。其重量範圍以約10～50克/米2和帶寬以約4～12英寸為好。附屬裝置進料可以包含4乃至更多種相等或不同重量、體積、結合特性、吸收特性、纖維組分和纖維纖度的基質，可配準採用全部或部分上述特性的進料輸入附屬裝置。最好和一種非織纖維或在二層非織纖維之間配準使用一種相對容易熱粘接纖維、束、薄片或原纖薄膜，與其它聚烯烴纖維相結合的低熔點纖維如聚乙烯做為附屬裝置進料，對得到合乎要求粘結和液體吸附作用或吸附特性的濾咀來說也是推薦的。而且優先選用特別適用於本發明中的低成本開松纖維束和非織物帶，因為它們允許使用相對便宜的混合纖度和類型之聚烯烴織物，同時簡化濾咀棒中改良劑組成的精確分配。
常用的濾咀棒製作設備由束管、附屬裝置、成型設備、包裹設備和切割裝置組成。在濾咀柱或棒成型前或後對引入本發明改良添加物來說，可進行適當的常規改進以允許噴霧、浸漬、印刷、真空汲取或其它適當的施加方法。
在附圖中，

圖1的圖示表示常規的能轉化基質為濾咀組件的香菸濾咀棒製作設備，而圖2～4的圖示表示本發明中的進一步修改和改進。從而可通過噴霧或浸漬方法用一種或一種以上改良添加物處理一種或一種以上絲束、薄片、非織物帶和原纖薄膜。
參閱圖1，由進料滾筒(11)送入單一連續基料，如開松纖維束、薄片、原纖薄膜或非織物帶(10)或者一捆物料(圖中未畫出)，並通過連接外部供料源(未畫出)進料線(21)的一個或一個以上相對噴霧頭(20)噴塗一種或一種以上改良添加物(22)。
然後空氣乾燥所得到的處理過基質並經乾燥滾筒(12)以得到所期的幹度，接著由導輥(17)引入附屬裝置喇叭口(15)和製作濾咀棒設備(1)的附屬裝置(14)，該裝置由附屬裝置部件組成，包括成型和保持基質進料裝置、包裹裝置及將包好的柱或棒變成濾咀組件(16)的切割裝置(但未畫出)。來自支持滾筒(19)支撐的包裹進料滾筒(5)的並在連續附屬帶(3)上移動而引入棒製作設備的絲束包裹材料被供給包裹裝置。
該設備包括封閉濾咀棒或柱周圍絲束包裹的常用裝置(未畫出)，接著，包好的柱由切割裝置切成所需長度(通常90毫米或更長)的圓柱形濾咀組件(16)，並且移動經濾咀槽(18)(以段表示)而裝入箱(23)內。
圖2的圖示表示分別把改良添加物加到附屬裝置進料或基質(10A)上的進一步組合，從而通過連接進料線(21A)進料而分別裝配的噴霧頭(20A)，在不同基質(10A、10B)上分別施塗改良添加物(22A)，在直通至附屬裝置(14A)前以空氣和加熱滾筒(12A)乾燥，以形成前述的濾咀組件(16A)。由進料輥(11A)和(11B)輸入的基質(10A和10B)或成捆物料在加熱擠壓輥(12A)下很容易實現重合，接著經導入輥(17A)進入附屬裝置(14A)，附屬裝置的進料或基質組分由圖1-3中各自的阿拉伯數字相仿說明。
圖3的圖示表示圖1和2裝置及步驟的進一步改進，藉此由捲筒或箱(沒畫出)來的上述同樣或不同形式(10C，10D和10E)的幾種基質經由加熱滾筒(12B)產生的擠壓被輸入，中間基質(10D)最好為不同寬度和具有比二個表面沒處理過的基質(10C和10E)更高吸附作用或保持活性組分(22B)的吸附特性。如圖所示，易通過由進料線(21B)供料的噴霧頭(20B)在基質(10D)兩面選擇地噴霧外加的一種或一種以上活性改良組分(22B)。安置一層基料(10E)以捕集過量滴下或塗加不準而沒被帶(10D)保留或附著的活性組分，然後全部三種基質配準通過前述加熱擠壓輥(12B)，空氣乾燥並經導輥(沒畫出)按圖1和2的方法進入附屬裝置。
圖4是更進一步改進的示意圖，其中由成捆物料或箱(24C)單獨送出一種或一種以上基質(表示為10C)，經上面的導輥(17C)浸入存有一種或一種以上活性改良組分(22C)的溶液、懸浮液或乳濁液的貯槽(25C)，然後通過擠壓輥(26C)再經加熱爐(27C)、拉伸滾筒(28C)、三段乾燥爐(29C)，然後，按上述圖1～3的方式進入香菸濾棒製造設備的附屬裝置(14C)，或者裝盒貯存以供將來使用。
在使用連續纖維束為基質組分的場合，可方便地按一般方法經射流膨化或織紋噴咀(圖中未畫出)從一個或一個以上集束架拉出纖維，進行絲束的製備，以後的操作如前所述。
用來實施本發明的絲束的膨化纖度可約在2000和10000之間，該基質可作為來自單個集束架或成捆物或者若干集束架或成捆物結合的混合料的波形纖維被提供並同時通過射流噴咀。因此，對做為香菸濾咀的纖維束最好特性來說，至少一部分絲束在進入射流噴咀前實際上是不曲和沒有織紋化的。
由下面的實施例進一步說明本發明，其中測試的濾咀具有111～136毫米Wg(水流計)範圍以內的抗拉性(RTD)。
實施例1(A)把由具有35.2克/10分流速的熔紡順式聚丙烯得到的成捆4.5dbf「y」(每單絲旦數)橫截聚乙烯纖維截斷、開松、梳理、成曲和拉拔成寬度約12～14英寸的薄束帶，無需進一步處理，讓束帶通過慣用濾咀棒形成設備的附屬裝置(由英國Molins有限公司得到的PM-2型)拉制並經壓緊形成濾咀柱，再以BXT-100聚丙烯膜包裹而形成108毫米濾咀棒。接著，把棒切成基本等重量的27毫米長度，並抽出而裝到R.J.Reynold駱駝柔和煙柱上，在相對溼度55～65%、溫度22℃(按CORTESTA標準方法＃10)的增溼室中貯存48小時。然後以同樣狀態的C-1到C-15做為對照樣品組;試樣和對照同樣在Borgwaldt吸菸機(或RM20/CS20型或RMI/G型)上，以每分鐘吸2秒煙，抽至35毫米長度。在預先稱好重量的「劍橋」過濾墊上收集得到的煙霧中微粒物，烘乾並重新稱墊以測出通過香菸濾咀總的和平均微粒物(TPM)。然後，「劍橋」墊在無水異丙醇中浸漬過夜，將得到的萃取物用氣相色譜(GC)自動取樣器(惠普HP5890型)常規測試尼古丁和水分含量。
甲醛測定是以10支香菸樣品為基礎進行的，通過直接測定進入含有飽和2.2N2，4-二硝基苯肼鹽酸液(DMPH)和25毫升二氯甲烷的吸收瓶內香菸煙霧的體積，搖晃瓶2小時並讓其相得到分離。接著從二氯甲烷相中取出等份試樣並注入高壓液相色譜(HPLC)進行常規甲醛分析。
(B)除了將切成27毫米的濾咀組件接著用以吸爾球吸取的2%溴化鈣溶液處理，並用足夠均勻飽和約15毫克鈣鹽的適量溶液浸漬每個濾咀組件以外，用與實施例1A一樣的方法同樣處理來自相同捆的纖維束去得到10個測試濾咀組件。然後烘乾測試濾咀組件，貯存在增溼室內48小時，再裝到前述的R.J.Reynolds′駱駝柔和煙柱上去。對總微粒物(TPM)、過濾效果、尼古丁和甲醛按前述方法進行常規測試，以每支煙平均計算並作為S-1報告在下述表1中。
(C)除了切好的濾咀組件分別用硫氰酸鋅、鹽酸肌氨酸、溴化亞鐵、氯化鋅或溴化鋰的一種溶液浸漬(與表中S-2至S-4，S-6，S-8至S-11和S-13相同)以得到活性鹽相當於約10～20毫克/濾咀組件的有效濃度以外，通常同樣處理來自與實施例1A(上述)相同的同類纖維束，所得到的處理過和烘乾的27毫米濾咀組件裝到前述R.J.Reynolds′柔和煙柱上去，在增溼室中貯存48小時，和前述一樣抽菸。然後收集樣品並進行同樣測試，平均結果報告在表1中。
(D)除了將活性組分(分別為硫氰酸鋅和鹽酸肌氨酸)20%(重量計)水溶液以等於1%(重量計)的量噴霧到開松的纖維束上以外，同樣處理來自與實施例1A一樣同類纖維束以形成過濾組件並在送入形成濾咀棒的附屬裝置前進行空氣乾燥。得到的測試組件如同S-5和S-7，其它方面按前面同樣方法處理，測試結果報告在表-1中。
(E)除了將切成27毫米的過濾組件(與S-12相同)用甘油三醋酸酯(1%)和溴化鈣(2%)(重量計)溶解在4∶1(體積計)比例的水∶乙醇溶液中的混合液做為活性改良組分均勻一致飽和以外，按實施例1B同樣處理來自與例1A相同的同樣捆纖維束並按前述方法烘乾、在增溼室中貯存和測試該樣品(見表1)。
對照(C-10)用沒有活性組分的4∶1水∶乙醇溶液預溼，按上述同樣方法烘乾、貯存和抽菸並測試，結果報告在表-1中。

實施例2除了將按重量計的2%和5%(a)硫酸錳或(b)硫酸錳加甘油三醋酸酯水溶液吸入每個濾咀組件中去(相當於約25毫克/組件)以外，按實施例1所述的方法製備濾咀棒、濾咀組件和測試香菸試樣，並乾燥，貯存在增溼室中48小時，裝到駱駝柔和煙柱上去，按實施例1抽菸、測試。結果分別作為S-14、S-15、S-16和S-17並分別與相應對照C-12、C-13、C-14和C-15報告於表2中。
表2焦油尼古丁過濾效率甲醛樣品活性組分(毫克)／香(毫克)＊6煙＊10＊10 (微克)S－14＊10硫酸錳 14.1 0.84 65.3% 15.8(2%)C－12 對照 15.8 0.96 59.5% 28.2S－15*11硫酸錳 12.7 0.72 67.8% 20.8(5%)C－13*11對照 16.0 0.97 57.5% 44.1S－16*12硫酸錳(2%) 11.0 1.08 64.4% ----*13和甘油三醋酸酯(2%)C－14＊12對照 14.9 1.0 59.3% ----*13S－17＊12硫酸錳 16.0 1.04 56.0% ----*13(5%)*14C－15*12對照 14.3 0.95 58.7% ----*13
＊10樣品數＝8支香菸。
＊11樣品數＝40支香菸。
＊12樣品數＝10支香菸。
＊13沒完成測定。
＊14加甘油三醋酸酯(5%)實施例3除了用球經過每個濾咀組件吸取按重量計的2%和5%氯化鎂(S-18，S-19)、硫酸鎂(S-20，S-21)、醋酸鎂(S-22，S-23)和醋酸錳(S-24，S-25)以外，按實施例2所述製備濾咀棒、濾咀組件和測試的香菸樣品並如前述烘乾、貯存、裝到同樣長度和直徑的駱駝柔和煙柱上去，抽菸和測試。測試結果以S-18至S-25報告在表3中。對應未處理過的濾咀和煙柱平均並做為對照C-16。
權利要求
1.一種煙霧濾咀，它包含以單獨或結合使用的、呈纖維束、非織物帶、薄片、原纖薄膜或其它纖維過濾介質形式的、壓緊和包裹的聚烯烴纖維的過濾基質，過濾基質過濾效率通過基質表面上的改良添加物來提高，所述的煙霧濾咀的特徵在於，其中的改良添加劑包含一種或一種以上由硫氰酸鋅、鹽酸肌氨酸、氯化鋅、溴化亞鐵、溴化鈣、溴化鋰、硫酸錳、氯化鎂、硫酸鎂或醋酸鎂組成的添加鹽類。
2.根據權利要求1的煙霧濾咀，其進一步特徵在於，改良添加物的總量約是基於構成濾咀乾物料總重量的0.05～10%(重量計)。
3.根據權利要求2的煙霧濾咀，其進一步特徵在於，改良添加物總量約是2～5%(重量計)。
4.根據權利要求1的煙霧濾咀，其進一步特徵在於，改良添加物也包含甘油三醋酸酯。
5.根據權利要求4的煙霧濾咀，其進一步特徵在於，改良添加物總量約是基於構成濾咀乾物料總重量的0.05～10%(重量計)。
6.根據權利要求5的煙霧濾咀，其進一步特徵在於，改良添加物總量約是2～5%(重量計)。
7.根據權利要求4的煙霧濾咀，其中改良添加物總量為0.05～10%(重量計)，而甘油三醋酸酯總量為0.5～5%(重量計)，它們是以構成濾咀乾物料總量為基礎計算的。
8.製作根據權利要求1～3任何一項所要求的煙霧濾咀的方法，其中包括將過濾基質壓緊、包裹和切成濾咀長度，其特徵在於，該法還包括把含有改良添加物的溶液加到基質表面的步驟。
9.根據權利要求8所要求的煙霧濾咀的製作方法，其進一步特徵在於，把含有改良添加物的溶液在基質烘乾、壓緊、包裹和切成濾咀長度前施於過濾基質表面。
10.根據權利要求8或9所要求的煙霧濾咀的製作方法，其進一步特徵在於，施加到基質表面的改良添加物總量約是基於構成濾咀乾物料總重量的0.05～10%(重量計)。
11.根據權利要求10所要求的煙霧濾咀的製作方法，其進一步特徵在於，施加到基質表面的改良添加物總量約是基於構成濾咀乾物料總重量的2～5%(重量計)。
12.根據權利要求8～11任何一項所要求的煙霧濾咀的製作方法，其進一步特徵在於，施加到基質表面的甘油三醋酸酯的量為基於構成濾咀乾物料總重量的0.5～5%(重量計)。
13.根據權利要求1～3中任何一項要求的煙霧濾咀做為香菸濾咀的應用。
14.根據權利要求4～6中任何一項要求的煙霧濾咀做為香菸濾咀的應用。
全文摘要
本發明公開了煙霧濾嘴，包括壓緊的含有聚烯烴纖維的過濾基質和提高過濾效果的改良添加物；製作這種濾嘴的方法；以及，濾嘴用作為香菸濾嘴的用法。所述的改良添加物是一種或一種以上由氯化鋅、溴化亞鐵、溴化鈣、硫氰酸鋅、鹽酸肌氨酸、硫酸錳、醋酸錳、氯化鎂、硫酸鎂或醋酸鎂組成的添加鹽類，並且可任選地含有甘油三醋酸酯。
文檔編號A24F13/06GK1039531SQ8910447
公開日1990年2月14日 申請日期1989年7月1日 優先權日1988年7月1日
發明者裡奇蒙·R·科恩, 戴維·J·吉本尼 申請人:赫爾克裡斯有限公司