專利名稱：高效香煙過濾嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于纖維素酯纖維或纖絲(Filament)的、具有機(jī)械可分解性(Desintegriebarkeit)的高效香煙過濾嘴。
目前所應(yīng)用的絕大多數(shù)香煙過濾嘴都是由過濾嘴用亞麻短纖維(Filter Tow)制備的，該亞麻短纖維由無接頭的、在壓縮室卷曲了的2，5-乙酸纖維素酯(Cellulose-2，5-acetat)纖絲構(gòu)成的。為了生產(chǎn)過濾嘴用亞麻短纖維，一種在丙酮中的大約30％的2，5-乙酸纖維素酯溶液被擠壓通過噴絲嘴(Spinnduese)，所述丙酮在紡絲筒(Spinnschacht)中經(jīng)吹入熱空氣而蒸發(fā)，許多根纖絲(3000至3500根)合并成一條絲帶(Band)，接著該絲帶在壓縮室被壓縮卷曲。隨后，所得產(chǎn)物進(jìn)行干燥，并裝入倉儲容器中，最后被壓縮成300至600kg重的貨包。目前，全世界用這種方法制備的過濾嘴用亞麻短纖維的總量達(dá)到每年500,000噸，這足以說明該過程重要的經(jīng)濟(jì)意義。在過濾嘴用亞麻短纖維貨包運(yùn)抵過濾嘴或香煙制造廠商后，將過濾嘴用亞麻短纖維從貨包中取出，在過濾嘴棍(Filterstab)機(jī)器上加工成過濾嘴棍，如在US-A-5,460,590中所述將過濾嘴纖絲在一個伸展方向上伸展，加入用于粘合纖絲的添加劑，形成三維粗紡線(Lunte)，然后用入口漏斗(Einlauftrichter)輸入到成形加工區(qū)域，在此進(jìn)行橫軸向壓縮，并用紙包上，切成過濾嘴棍的最終長度。
用來粘結(jié)纖絲的添加劑通常是乙酸纖維素酯的高沸點溶劑，如甘油三乙酸酯(三醋精)，應(yīng)用這種添加劑后纖絲的表面在短時間內(nèi)溶解。在二根纖絲隨機(jī)碰到的所有地方，于碰到以后一定時間內(nèi)，在所碰到的地方會形成牢固的粘結(jié)點，因為過剩的添加劑向纖維表面遷移，這樣添加劑中的2，5-乙酸纖維素酯的液態(tài)溶液小滴就凝固了。在不到1個小時間的儲存時間內(nèi)，這取決于上述的硬化劑的遷移，可得到機(jī)械牢固的、三維網(wǎng)狀的、具有較小充填密度(目前通常為80-120mg/cm3)的過濾嘴棍(以下稱為“室過濾嘴(Raumfilter)”)；由于它的硬度，此室過濾嘴可毫無困難地在現(xiàn)代制煙機(jī)中被快速加工。
這-總體方法的優(yōu)點在于，過濾嘴用亞麻短纖維生產(chǎn)效率很高，從過濾嘴用亞麻短纖維制造商到最終客戶的運(yùn)輸成本較低，以及尤其是過濾嘴制備生產(chǎn)效率很高，該生產(chǎn)效率不是由貨包中的絲帶的有效長度這一不重要因素決定。過濾嘴用亞麻短纖維的加工可在商購的過濾嘴棍機(jī)器上進(jìn)行，例如漢堡的Fa.Koerber AG的KDF 3/AF過濾嘴棍機(jī)器。目前，現(xiàn)有技術(shù)的生產(chǎn)速度為600m/min。利用在DE-A-43 40 019中描述的雙股技術(shù)(Doppelstrangtechnologie)和在DE-A-43 20 303中提出的雙亞麻短纖維技術(shù)(Twin Tow-Technologie)，過濾嘴制備的生產(chǎn)速率還能顯著提高。傳統(tǒng)的過濾嘴制備方法的另一個優(yōu)點是，通過改變加工和成型之間的速度比，可以改變與壓力差有關(guān)的過濾嘴性能以及在較大的范圍內(nèi)保持過濾嘴用亞麻短纖維的過濾效率。此外，根據(jù)所描述的方法，通過改變纖絲纖度或總纖度(Gesamttiter)，而幾乎能制備出任意過濾效率相差很大的過濾嘴。
目前，仍采用2，5-乙酸纖維素酯用來制備室過濾嘴；關(guān)于吸煙和健康的討論，已證明其對于特殊的滯留現(xiàn)象具有突出的性能。從健康上考慮，由乙酸纖維素酯制成的過濾嘴，其過濾掉亞硝胺和苯酚比過濾掉冷凝物和尼古丁更為有效。此外，目前通用的煙草混合物的煙味，例如“美國配料”、“德國配料”和“弗吉尼亞”，在與由乙酸纖維素酯制成的室過濾嘴聯(lián)合使用時，被吸煙者評定為最為適意。由2，5-乙酸纖維素酯制成的室過濾嘴的另一個不可低估的優(yōu)點在于，過濾嘴的切割平面的外觀均勻性。
所有其它可能的聚合物，在采用可比的方法來制備室過濾嘴時，由于其對煙味的不利影響、缺少特殊的滯留、硬化方面的問題以及在過濾嘴棍機(jī)器和制煙機(jī)中過濾嘴的切割問題，而不能被市場所接受。應(yīng)用其它的聚合物制備的室過濾嘴，導(dǎo)致而對煙味的完全否定的評價和缺少特殊的滯留，說明現(xiàn)在的乙酸酯過濾嘴的優(yōu)點不應(yīng)歸因于其物理結(jié)構(gòu)，而應(yīng)歸因于2，5-乙酸纖維素酯聚合物的吸附性能，該吸附性能對于面過濾嘴(Flaechenfilter)也具有有益的影響。然而，盡管由2，5-乙酸纖維素酯制成的過濾嘴具有無可爭辯的市場優(yōu)勢，其還是有一些重大的缺點由于物理結(jié)構(gòu)的預(yù)先規(guī)定，室過濾嘴的過煙阻力(Zugwider-stand)和過濾效率被明確限定。通常，表示室過濾嘴的顆粒過濾或冷凝物滯留的“RK”是纖絲纖度(纖維精細(xì)度)、過濾嘴直徑、過煙阻力和過濾嘴長度的函數(shù)。該函數(shù)為RK＝f(dpf，D，l，Δp)(1)在此，各符號的意義為dpf 纖絲纖度[dtex]D過濾嘴直徑[mm]l過濾嘴長度[mm]Δp 過煙阻力[daPA]由這種經(jīng)驗方程式所得出的這些量值之間的關(guān)系，已經(jīng)得到了試驗的證實。這方面的例子可在下列出版物中找到“香煙的設(shè)計”，C.L.Brown，Hoechst-Celanse公司，第三版，1990和CableCapabilityLine Expert Copyright  1994 by Rhodia Acetow AG，D-79123弗賴堡。
在當(dāng)時的過濾嘴計算程序“Cable”中，應(yīng)用下列的經(jīng)驗關(guān)系式RK＝100*(l-DK) (2)式中，DK＝冷凝物在過濾嘴中的滲透性在此DK＝exp(L*A+B) (3)A＝K1-K2*dpf (4)L＝21-1 (5) 和B＝-(K3×D4*ΔP+K4/dpf+K5) (6)
在此，K1至K5是常數(shù)，可由對應(yīng)于所用煙草混合物和各自滯留測定法由經(jīng)驗得到。換句話說，對于給定的過濾嘴長度和確定的直徑，香煙過濾嘴的過濾效率可根據(jù)過濾嘴的過煙阻力和所用的亞麻短纖維特有的纖絲纖度而確切地予以確定。
預(yù)先設(shè)定如長度、直徑、過煙阻力和纖絲纖度等而提高室過濾嘴的過濾效率，已經(jīng)得到了試驗的證實。例如，在DE-A-26 58 479中描述了一種這樣的高效過濾嘴，此處過濾效率的提高是通過添加提高滯留的、精細(xì)分散的金屬氧化物而達(dá)到。室過濾嘴的過煙阻力也被明確定義；它跟過濾嘴的直徑D、長度l、纖絲纖度dpf、總纖度G[g/10exp4*m]以及纖維重量mA[g]有關(guān)。
ΔP＝f(D，l，dpf，G，mA)(7)對于特定的過濾嘴用亞麻短纖維，當(dāng)過煙阻力ΔP、直徑D和長度l一定時，過濾嘴棍的纖維重量也是一定的。由于可用的過濾嘴用亞麻短纖維性質(zhì)多樣、過濾嘴棍的尺寸不同以及不同的剩余卷曲(Restkraeuselungen)，因而纖維重量和過煙阻力之間的關(guān)系不能在一個數(shù)學(xué)方程式中全部給出。然而對于每種特定的過濾嘴用亞麻短纖維、剩余卷曲和過濾嘴棍尺寸，上述的“Cable”可以允許計算出給定的過煙阻力下的纖維重量。
過濾嘴的纖維重量mA與剩余卷曲和總纖度的關(guān)系可通過下面的方程式予以定義IR＝10,000*mA/(G*l) (8)此處，所謂的剩余卷曲是指去卷曲的纖絲的長度與過濾嘴長度的比例。剩余卷曲對于給定的香煙過濾嘴是一個特定的特性。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)可能的剩余卷曲和現(xiàn)在通用的由纖維素酯制備的室過濾器的纖絲纖度，可通過與纖絲纖度相關(guān)的纖維重量與過煙阻力的比例，將室過濾嘴的總量進(jìn)行特征化地表示。室過濾嘴可用與纖絲纖度相關(guān)的纖維重量/過煙阻力比S進(jìn)行明確定義，而且這個比值從來沒有超過0.7，所以其被采用作為特征值。對于由纖維素酯制成的室過濾嘴，這種關(guān)系通過下列方程式表示S＝(mA/ΔP7.8)/dpf＜0.7[10m/daPA](9)此處，過煙阻力必須總是采用從7.8mm直徑換算來的值。換算時采用下列方程式ΔP7.8＝ΔPX*(DX/7.8)5.8[daPA] (10)此處，下標(biāo)X表示實際試樣的直徑。
盡管由此可以得出的多種可能的室過濾嘴，但是關(guān)于可得到的冷凝物的滯留，還是存在上述的關(guān)系(方程2)的限制。
采用現(xiàn)在通用的各種過濾嘴用亞麻短纖維，而將所有煙味的香煙煙段完全一樣地進(jìn)行覆蓋，這在技術(shù)上是沒有問題的，如焦油中的香煙煙段和焦油輕的香煙煙段。對于焦油含量超低的香煙，其要求通常7.80mm的過濾嘴直徑和21至25mm的過濾嘴長度的過濾嘴結(jié)構(gòu)的過濾效率顯著大于50％時，那就有問題了。因為在室過濾嘴中煙是以平行于纖維的方向流動的，這么高的效率只有通過顯著降低纖絲纖度才能達(dá)到，這就導(dǎo)致在保持總纖度的同時要顯著提高過煙阻力。因此，總纖度和纖絲纖度必須同時降低，結(jié)果是過濾嘴的硬度，特別在吸煙時會顯著地降低。專業(yè)人員稱這種現(xiàn)象為“熱癟”，并且是完全所不期望的。
添加劑所導(dǎo)致的、特定的滯留效率，只有在比較高的基礎(chǔ)滯留時才能實現(xiàn)。例如，在WO97/16986描述了一種起抗致變作用的添加劑，該添加劑只有與同樣高的最低尼古丁滯留相互配合時，才能有效地起作用。這一要求會顯著地限制在WO97/16986中可應(yīng)用的過濾嘴用亞麻短纖維的范圍(參閱該申請中第13頁表II中的例子)。
由乙酸纖維素酯制備的室過濾嘴的另一個不可否認(rèn)的缺點是，其在環(huán)境中不良的機(jī)械可分解性。不良的可分解性持久地推遲了丟棄在環(huán)境中的香煙過濾嘴的分解?？梢宰C明，通過采取各不相同的措施，可有效地加速乙酸纖維素酯纖維的分解。然而，所有這些措施都同樣地改善乙酸纖維素酯聚合物的生物可分解性，而不是過濾嘴的更容易的可分解性。例如，在DE-C-43 22 966和DE-C-43 22 965中描述的措施的作用，由于在室過濾嘴中纖絲的三維交聯(lián)而基本上受到限制。分解過濾嘴材料所必需的微生物，在露天只有較少的部分進(jìn)入了纖絲而生物分解聚合物。因此，進(jìn)一步改善了的聚合物的生物可分解性，相對于室過濾嘴的不良的機(jī)械可分解性，占了優(yōu)勢。
在上述的壓縮室卷曲(Stauchkammerkraeuselung)中所涉及的三維卷曲，在制備過濾嘴時所形成的粗紡線也沒有添加硬化劑；然而，如在DE-C-43 22 966中所提出的，應(yīng)用水溶性的粘合劑就要在過濾嘴成品中形成纖絲的三維交聯(lián)，這意味著在這些情況下，過濾嘴在環(huán)境中的機(jī)械分解受到明顯地阻礙。類似的限制為纖絲的光化學(xué)分解。由于所描述的室過濾嘴的結(jié)構(gòu)性缺點，在EP-A-0 716 117和EP-B-0 732432中所述的加速作用也受到限制。
所以在EP-A-0 880 907中提出，通過采用具有極低的剩余卷曲(參見第4頁方程8)的亞麻短纖維特性的過濾嘴，而盡可能地阻止成品過濾嘴中橫向粘連。這可通過極大提高總纖度以及纖維重量而達(dá)到。這就自然地提高了過煙阻力。所以，為了補(bǔ)償這一高的過煙阻力，必須相應(yīng)地提高纖絲纖度(見其實施例II)。
EP-A-0 880 907描述了在制成過濾嘴后部分地切碎和應(yīng)用水溶性的粘合劑作為另一個措施?？梢岳斫?，在EP-A-0 880 907所描述的可分解的香煙過濾嘴，要滿足與纖絲纖度有關(guān)的重量/過煙阻力比S小于0.7的室過濾嘴的標(biāo)準(zhǔn)(其實施例IIS＝0.31m/daPA)。
一種用來制備氣溶膠過濾嘴的完全不同的方法是利用平面物(Flaechengebilde)作為起始材料，例如紙張、紡織纖維網(wǎng)(Vlies)、紡織的織物或無紡布(以下將這樣的過濾嘴稱為“面過濾嘴”)。這種過濾嘴沒有上述的關(guān)于過濾效率和可分解性的限制。在此，過濾嘴材料的生產(chǎn)者生產(chǎn)平面物，在繞線架上卷起，接著輸送給加工者。過濾嘴制造商或香煙制造商將該材料從繞線架上卷下，將其生成棍狀產(chǎn)物，以便隨后在過濾嘴棍機(jī)器的成型元件中橫軸向壓縮，用紙張包上，將過濾嘴棍切成最終長度。另外，平面物通常但不是必需在成型為棍狀前，于平行于移動方向上通過起皺裝置而卷曲。這樣一方面可以降低了材料密度，另一方面可以對過濾嘴的壓力降(過煙阻力)起影響作用。目前已知的面過濾嘴具有120至300mg纖維重量/cm3的充填密度，這顯著高于由乙酸纖維素酯制成的室過濾嘴的已知充填密度。纖維網(wǎng)層的橫向交聯(lián)絕對不會發(fā)生，并且不會有意地去力爭達(dá)到橫向交聯(lián)。
最知名的面過濾嘴由紙張構(gòu)成，例如由漢堡的Filtrona公司以商業(yè)名稱Myria過濾嘴投放市場。在WO95/14398中描述的由去細(xì)胞纖維(Lyocellfaser)與紙漿纖維或乙酸酯纖維的混合物的合成的高度纖化了的纖維素纖維制成的紙張制成的過濾嘴。此外，WO95/35043公開了一種水織織物香煙過濾嘴，這種水織織物又含有去細(xì)胞纖維作為其組成成分。
除了上述的方法外，當(dāng)然，所有形成平面物的方法在制備面過濾嘴時都會考慮在纖化后與纖維直徑有關(guān)的最令人感興趣的去細(xì)胞纖維。
所有這一類過濾嘴，因面層交聯(lián)較少、產(chǎn)品的耐水性較差而比較容易進(jìn)行機(jī)械分解，從而都具有很好的生物降解性；這些產(chǎn)品是采用造紙工藝制備的。此外，與難以機(jī)械分解的室過濾嘴不同，在香煙過濾嘴重新卷成平面物后，相比而言，這樣的平面物為適合生物降解的微生物提供了大得多的比表面。平面物的另一個重要優(yōu)點是，在與室過濾嘴相當(dāng)?shù)倪^煙阻力下，其對尼古丁和冷凝物的滯留能力明顯較高。這種較高的過濾效率與面過濾嘴的物理結(jié)構(gòu)有關(guān)，而不總與所用的過濾材料有關(guān)。
然而，在采用過濾材料不是或只是部分由乙酸纖維素構(gòu)成的面過濾嘴時，消費者對于經(jīng)過纖維素纖維等的吸煙，總是給出口味不佳的負(fù)面評價。另外，主要由纖維素纖維構(gòu)成的過濾嘴，不具有對于由乙酸纖維素構(gòu)成的室過濾嘴而言所典型具有的對酚類和亞硝胺較高的選擇性滯留。
因而，過去并不缺少采用乙酸纖維素的面過濾嘴的試驗。例如，DE-A-27 44 796中描述了采用所謂的乙酸纖維素類纖維(Fibret)結(jié)合使用乙酸纖維素天然的或合成的纖維，US-A-3 509 009中公開了采用熔吹(Melt-Blown)技術(shù)來制備用于香煙過濾嘴的纖維網(wǎng)。
DE-C-196 09 143要求保護(hù)用于制備香煙過濾嘴等的熔吹法纖維網(wǎng)，其由熱塑性乙酸纖維素出發(fā)。所有采用上述材料制得的香煙過濾嘴具有這樣的優(yōu)點，即這樣的過濾嘴的過濾效率(以尼古丁的滯留和焦油滯留測量)比由乙酸纖維素構(gòu)成的、具有相應(yīng)的過煙阻力的室過濾嘴明顯地高。而且也已知道，純的乙酸纖維素在加工工藝中不適于熱變形的聚合物。這種問題在DE-C-196 09 143中有詳細(xì)地描述。
另一個缺點是，由于該類過濾嘴具有較高的密度，材料的使用相對較高，雖然采用廉價的原料，如使用由紙漿制得的紙張，但制得的過濾嘴的單價與由乙酸纖維素制得的室過濾嘴并沒有太大差別。然而，如果面過濾嘴由紡織的無接頭的纖維制成的話，其成本要高的多。在這種情況下，首先在紡織工藝中制得卷曲的亞麻短纖維，然后將其修剪成纖維，之后進(jìn)入另外的工段，進(jìn)一步加工成平面物，其作為過濾嘴生產(chǎn)商的原料。在上面所述的WO 95/14398或DE-A-27 44 796中有這方面的實施例。
鑒于上面所述的缺點，可以理解，通過多步法制備面過濾嘴的技術(shù)(紡織、剪切和制備纖維網(wǎng))不適于大量生產(chǎn)(全味型和焦油含量輕型)。
DE-A-1 930 435中公開了一種完全不同的制備乙酸纖維素面過濾嘴的方法。此處，將由非熱塑性乙酸纖維素纖維制得的商用過濾嘴亞麻短纖維開包，并在常規(guī)的篩選設(shè)備上鋪展、拉直且配以常規(guī)的增塑劑。然后，與常規(guī)的制備室過濾嘴的加工方法不同，篩選后的過濾嘴亞麻短纖維在加熱設(shè)備中加熱，隨后借助于加熱的軋輥在壓力下進(jìn)行熱塑性交聯(lián)。然后這樣制得的二維定型的平面物放在一起，進(jìn)行橫軸向壓縮加密，用紙包裹，并剪切。這樣，如US-A-4,0007,745中所述，可以形成由無接頭的纖維素酯纖維構(gòu)成的面過濾嘴。這種方法的一個優(yōu)點在于，從過濾嘴產(chǎn)品的性能來看，其首次把面過濾嘴對尼古丁和冷凝物滯留的優(yōu)點與聚合物乙酸纖維素的特定滯留及口味的優(yōu)點結(jié)合起來。而且，其單步低成本地將過濾嘴亞麻短纖維轉(zhuǎn)化為面過濾嘴，是很有利的。然而，這種過濾嘴有很多三角形的、由纖維網(wǎng)形成的吸煙通道，而纖維網(wǎng)具有大量的矩形凹坑。這種過濾嘴結(jié)構(gòu)的另一個缺點是，其三角形通道，特別是在呼出煙時，是清楚可見的，而這被作為產(chǎn)品的外觀缺點。
DE-A-1 930 435中所述的方法和US-A-4,007,745中還有其它一些明顯的缺點通過纖絲的熱塑性熔化，大表面的、完全熔化的平面成分具有較低的孔隙率(見其圖2-6)，其對于吸煙時的過濾不起作用。其后果是，在這樣的過濾嘴中，其材料的用量明顯高于目前室過濾嘴的材料用量。例如，按US-A-4,007,745制備過濾嘴時，其材料用量比當(dāng)前方法的材料用量高2-2.5倍(見其實施例4-7)。
而且，在未定型的平面成分中，卷曲是三維取向的(見DE-A-1 930435的圖6)，結(jié)果，可以觀察到平面層在橫軸向壓縮成過濾嘴棍時，又部分地發(fā)生三維交聯(lián)。而下列事實又會使這種作用進(jìn)一步強(qiáng)化在纖維網(wǎng)熱塑性交聯(lián)之前，過濾嘴亞麻短纖維經(jīng)短暫的熱處理，會有助于纖維網(wǎng)層的交聯(lián)，這相當(dāng)于由乙酸纖維素構(gòu)成的室過濾嘴的硬化，而事先為了增進(jìn)塑化作用所涂敷的增塑劑還沒有遷移到纖維中。此處須知，在DE-A-1 930 435中所述的、為增進(jìn)乙酸纖維素塑化作用所使用的產(chǎn)品，其在功能上是作為溶劑使用的，以便處理相應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)，這同由乙酸纖維素構(gòu)成的室過濾嘴的硬化處理時相同。
上面所述的最后兩個缺點阻止了面過濾嘴再卷回成為纖維網(wǎng)幅面。而這一原則對應(yīng)于上面所討論的室過濾嘴。
DE-A-1 930 435還有一個缺點，即在過濾嘴亞麻短纖維形成纖維網(wǎng)的那一刻，如上所述，要利用硬化劑，這使得表面很粘。這導(dǎo)致軋輥上發(fā)生粘合作用，從而使得工藝方法的執(zhí)行特別是加工速度＞100m/min時特別困難。
所以，本發(fā)明的目的是提供一種基于無接頭的纖維素酯纖維的面過濾嘴，其沒有現(xiàn)有技術(shù)中上述的缺點，特別是沒有US-A-4,007,745中過濾嘴的缺點。這種面過濾嘴在沒有三維交聯(lián)時應(yīng)具有足夠的硬度，而其機(jī)械可分解性應(yīng)對應(yīng)于由纖維網(wǎng)和短切纖維構(gòu)成的面過濾嘴的機(jī)械可分解性。此處，F(xiàn)iltrona硬度應(yīng)該滿足市場的需求。而且，這種面過濾嘴應(yīng)該保留現(xiàn)有技術(shù)中已知的有利的性能，或者在某些方面予以改進(jìn)。
按照本發(fā)明，上述的任務(wù)可以通過一種高效率的香煙過濾嘴得以實現(xiàn)，該香煙過濾嘴基于纖維素酯纖維或纖絲，特別是基于乙酸纖維素纖維或纖絲，并具有機(jī)械可分解性，其特征在于a)與纖絲纖度有關(guān)的纖維重量/過煙阻力的比例S大于約0.7，其中S值滿足下列關(guān)系式S＝(mA/ΔP7.8)/dpf [10m/daPA]式中，mA表示纖維重量[g]，ΔP表示過煙阻力[daPA]，dpf表示纖絲纖度[dtex]，而且對于過煙阻力采用換算為7.8mm直徑時的值；b)過濾材料的剩余卷曲不超過1.45；c)纖維重量最大為10mg/mm過濾嘴長度；以及d)所得香煙過濾嘴的硬度超過Filtrona硬度值的約90％。
制備本發(fā)明的過濾嘴時，或者采用熱塑性的纖維素酯纖維或纖絲材料，或者在使用非熱塑性纖維素酯的情況下采用水溶性的粘合劑。下面如果提及纖維材料，那么其相應(yīng)的論述也適用于纖絲材料，只要其意義上講得通即可。(關(guān)于纖維素酯衍生物的熱塑性能，請參閱DE-A-196 09 143中所討論的內(nèi)部和外部增塑劑(第1頁第65行)；該處的論述可以幫助理解下面敘述的基本含義。另外，熱塑塑料的定義請參閱Roempps化學(xué)教科書，第8版，F(xiàn)ranckh′sche出版社，Stuttgart，1988，第4229頁)。首先，熱塑性纖維素酯纖維材料可以分為兩種情況。在第一種情況下，纖維材料由天然的已經(jīng)熱塑性的纖維素酯制得，如纖維素乙酰丁酸酯。這時，過濾嘴亞麻短纖維無需進(jìn)一步處理，即可加工成本發(fā)明的過濾嘴。對于非熱塑性的聚合物原料，如2，5-乙酸纖維素酯，必須通過添加合適的增塑劑使其熱塑化。在這種情況下，增塑劑必須均勻分布在纖維中。增塑劑在纖維中的均勻分布可以通過不同的方法予以證實；例如，通過增塑劑氣化動力學(xué)的圖樣，為此，將過濾嘴塞在惰性氣流中加熱，通過燃燒在商用火焰離子檢測器(FID)中檢測其氣化動力學(xué)。在纖維中均勻分布的增塑劑的氣化動力學(xué)持續(xù)久，不同于表面上涂覆增塑劑的氣化動力學(xué)。因為氣化擴(kuò)散決定了在均勻分布時的氣化動力學(xué)要明顯地比表面涂覆的情況慢。另一種可能是借助于差熱儀來確定氣化動力學(xué)。第三種方法是在適于聚合物的溶劑中進(jìn)行快速抽提，隨后定量分析增塑劑，從而確定是否是均勻分布。在同樣的百分含量下，對于均勻分布的增塑劑，該方法所得到的分析值明顯低于只是表面涂覆增塑劑的情況。另外一種可能是借助于NIR反射，定性地確定增塑劑表面分布和均勻分布的不同；在同樣的百分含量下，對于均勻分布的情況，該方法所得到的分析值明顯低于只是表面涂覆的情況。
在制備本發(fā)明的過濾嘴時，從過濾嘴亞麻短纖維的捆包中將其取出，氣體展開，采用室過濾嘴常用的方法拉直。在真正的過濾嘴制備步驟前，在中間過程中，可以制得在兩個面軸方向上強(qiáng)度盡可能低的無紡纖維網(wǎng)。令人驚異的是，使聚合物熱塑化所必須的增塑劑均勻分布在纖維中，可以很成功地實現(xiàn)這一點。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，按上述關(guān)系式的、與纖絲纖度有關(guān)的纖維重量/過煙阻力的比例S大于約0.7。如果低于該值，會導(dǎo)致與常規(guī)乙酸纖維素過濾嘴一樣的滯留值。優(yōu)選地，與纖絲纖度有關(guān)的纖維重量/過煙阻力的比例S最高約為2，特別是在約0.8-1.3的范圍內(nèi)。如果比例S超過約2的優(yōu)選值，那么所得產(chǎn)品就不再會滿足所需的經(jīng)濟(jì)要求。
至于其它的基本參數(shù)，優(yōu)選滿足下列條件過濾材料的剩余卷曲IR小于1.45，優(yōu)選剩余卷曲在約1.05-1.4之間，特別優(yōu)選在約1.1-1.3之間。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，纖維重量最高為10mg/mm過濾嘴長度，特別是最高為9.0mg/mm過濾嘴長度，并優(yōu)選至少約為4mg/mm過濾嘴長度；優(yōu)選的范圍是5-8mg/mm過濾嘴長度。如果最高值超過10mg/mm過濾嘴長度，那么這樣的產(chǎn)品不夠經(jīng)濟(jì)。優(yōu)選其最低值約為5mg/mm過濾嘴長度。如果低于該值，那么按照現(xiàn)有技術(shù)香煙過濾嘴所需的硬度不再保持最低約90％。約90％的Filtrona硬度低限值源于市場的需求。優(yōu)選本發(fā)明香煙過濾嘴的Filtrona硬度約為90-95％，特別優(yōu)選為91-93％(Filtrona硬度的測定直徑12mm、重量300g的圓棒以其平面端面垂直壓在水平放置的過濾嘴棍上。壓扁的直徑與先前接觸時的起始直徑之間的比例即為Filtrona硬度的百分比)。本發(fā)明的高效率香煙過濾嘴具有特別的優(yōu)點，在其按CBDTF試驗、經(jīng)10周的試驗時間后，其重量損失至少為約40％，特別是至少約為50％。
本發(fā)明香煙過濾嘴的過煙阻力優(yōu)選為1-12daPA/mm過濾嘴長度。所用過濾嘴亞麻短纖維的纖絲纖度為1-20dtex。
較低的剩余卷曲IR會提高本發(fā)明香煙過濾嘴的機(jī)械可分解性。較低的剩余卷曲降低了纖維網(wǎng)平面之中和之間的纖絲的橫向勾連。如上所述，本發(fā)明香煙過濾嘴的剩余卷曲低于1.45。
為了進(jìn)一步改善本發(fā)明香煙過濾嘴的機(jī)械可分解性，推薦其由DE43 40 029中所述的多倍寬(mehrfachbreit)的纖維條(Faserstreifen)制備。另一種實施方式是，纖維條在進(jìn)入過濾嘴制棍機(jī)傳輸部分的入口前，分拆成幾條，然后由其制備香煙過濾嘴。
本發(fā)明無接頭的熱塑性纖維素酯纖維可以含有乙酸纖維素特別是2，5-乙酸纖維素酯、丁酸纖維素、纖維素乙酰丁酸酯、纖維素乙酰丙酸酯和/或丙酸纖維素。優(yōu)選地，由乙酸纖維素酯制得的、本發(fā)明無接頭的熱塑性纖維具有約1.5-3.0的取代度，更優(yōu)選約為2.2-2.6。
為了使所使用的纖維素酯熱塑化、并在纖維中均勻分布的增塑劑可以下列物質(zhì)甘油酯(特別是甘油三乙酸酯)、碳酸亞乙酯、碳酸異丙烯酯、檸檬酸酯(特別是乙酰檸檬酸和檸檬酸三乙酯)、乙二醇酯(特別是三甘醇二乙酸酯(TEGDA)或二甘醇二苯甲酸酯)、聚乙二醇(特別是分子量為200-14000的聚乙二醇，如美國UCC公司所生產(chǎn)的)、環(huán)丁砜(四氫噻酚-1，1-二氧化物)、脂肪酸酯、磷酸酯(特別是磷酸三辛酯、磷酸三苯酯和磷酸三甲酯)、苯二甲酸酯(特別是苯二甲酸二甲酯、苯二甲酸二乙酯、苯二甲酸二丁酯和/或苯二甲酸二癸酯)和任意的含這些物質(zhì)一種或多種的混合物。
對于本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說，所用的起塑化作用的增塑劑和/或水溶性的粘合劑，無需多作解釋。一般來說，增塑劑和/或粘合劑的含量約為1-40％，特別是增塑劑的含量范圍無特別說明無需超出此范圍。
水溶性的粘合劑優(yōu)選位于纖維的表面，其可以選自于制備由乙酸纖維素酯構(gòu)成的室過濾嘴時所常用的高沸點溶劑，如聚環(huán)氧烷(如聚乙二醇、聚丙二醇或聚環(huán)氧乙烷和聚環(huán)氧丙烷的共聚物及其衍生物)、水溶性酯或醚(也為纖維素酯或醚)、淀粉、淀粉衍生物、p-聚乙烯醇(部分或全部水解以及其衍生物)、聚乙烯醚(以及其衍生物)、p-聚乙酸乙烯酯和/或多糖、水溶性聚酰胺和聚丙烯酸酯；粘合劑用于纖維線上。
在本發(fā)明另一個優(yōu)選的實施方式中，纖維素酯纖維或纖絲含有光反應(yīng)添加劑、促進(jìn)生物降解的添加劑、具有選擇滯留作用的添加劑和/或顏料。優(yōu)選的光反應(yīng)添加劑為細(xì)微分散的銳鈦礦型的二氧化鈦，其平均顆粒度小于2μm。促進(jìn)生物降解的添加劑特別為含氮物質(zhì)，可以為天然的或微生物降解所釋放出的堿性胺類(如尿素和其衍生物；低聚肽和蛋白質(zhì)，如β-乳球蛋白；碳酰和胺的縮合物，如六亞甲基四胺；以及含氮的有機(jī)雜環(huán)，特別是咔唑)。
具有選擇滯留作用的添加劑優(yōu)選是那些有助于過濾作用的添加劑，如WO 97/16986中所列舉的。優(yōu)選有機(jī)酸或酸性的碳酸酯、多酚或卟啉衍生物。
通過適當(dāng)?shù)拇胧?，本發(fā)明的高效香煙過濾嘴可以在一定程度上改進(jìn)其生物降解性和化學(xué)降解性，如同現(xiàn)有技術(shù)中室過濾嘴中的那樣。
本發(fā)明所帶來的優(yōu)點非常顯著。特別是本發(fā)明的過濾嘴在環(huán)境影響下較容易的可分解性具有較大的優(yōu)點。就生物和光化學(xué)的降解性而言，其相對于已知的室過濾嘴有了明顯地改進(jìn)。除此之外，其相對于由乙酸纖維素構(gòu)成的室過濾嘴，在同樣的過煙阻力下具有較高的滯留，同時能在很大程度上滿足對于過濾嘴的要求，特別是香煙生產(chǎn)商以及最終用戶的要求。通過混合任意纖絲大小(纖絲纖度)的不同亞麻短纖維原料，可以得到最佳的表面體積和過濾能力。這種方式也使得過濾嘴的Filtrona硬度得以優(yōu)化。而且通過現(xiàn)有的增塑劑，如甘油三乙酸酯，可以對口味進(jìn)行有利地改進(jìn)，同時只有很少的增塑劑會直接轉(zhuǎn)移到吸的煙中。因此，在本發(fā)明的高效香煙過濾嘴中，冷凝物的值非常低。
下面根據(jù)實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，但其并非是對本發(fā)明的限制。本領(lǐng)域的專業(yè)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的范圍顯而易見地得到其它的實施方式。
具體實施方式
對比例1在對比例1中，由規(guī)格為3.0 Y 35的過濾嘴亞麻短纖維制得香煙過濾嘴，其代表目前常用的香煙過濾嘴(室過濾嘴)。該過濾嘴由纖絲纖度為3.33dtex的單纖絲構(gòu)成，總纖度為38.889dtex，其中Y是纖絲的橫截面。過濾嘴的長度為21mm，直徑為7.80mm，甘油三乙酸酯的含量為7％(＝8.5mg)。在乙酸酯用量為107mg時，過煙阻力為60daPA。過濾嘴用無孔的過濾嘴包裝用紙進(jìn)行包裹，該包裝用紙為Glatz公司生產(chǎn)(D-67468 Neidenfels)，其標(biāo)記為F796-28。所得過濾嘴棍的Filtrona硬度為92.2％；其用纖絲纖度統(tǒng)一后的重量/過煙阻力的比例值S為0.54(10m/daPA)。該過濾嘴按下述的、CORESTA工作組的試驗方法(CBDTF試驗)測試其可分解性。所得結(jié)果匯總于表1中。
將試驗材料(10個無紙的過濾嘴栓塞(Filterstoesel))用波長大于290nm的氙爐(Xenonbrenner)照射。輻射強(qiáng)度調(diào)節(jié)為340nm下0.35Wm-2nm-1。通過Weissstandard測得的溫度為55℃。樣品每天用去離子水潤濕兩次，并每天在鋼桶中用鋼珠(M＝16g，D＝1.2cm)機(jī)械加負(fù)荷一次。在樣品老化后，每周測試其重量，并任選測試其體積。為了測定過濾嘴的冷凝物滯留，將21mm長的過濾嘴連接到“美國配料”的煙草上，并案CORESTA推薦的第22和23號方法進(jìn)行吸煙試驗。將Cambridge過濾嘴和與煙蒂分離的過濾嘴置于甲醇中進(jìn)行萃??；在進(jìn)行相應(yīng)地稀釋之后，用UV光譜在310nm的波長下測定溶液的消光。滯留(系數(shù))服從下列關(guān)系式RK＝EFilter/(EFilter+ECambridgefilter)在對比例1中，冷凝物的滯留測定為37.5％。
對比例2由規(guī)格為3.0 Y 55的過濾嘴亞麻短纖維(纖絲纖度3.33dtex；總纖度為61.111dtex)在常規(guī)的兩步法的輾壓機(jī)(Streckwerk)KDF2上進(jìn)行加工，并噴以8％的甘油三乙酸酯；輾壓機(jī)KDF2是漢堡的豪尼公司的產(chǎn)品。離開回動軋輥(Umlenkwalze)后，將最低寬度為250mm的過濾嘴亞麻短纖維線(Filter Tow-Bahn)導(dǎo)入一對加熱的壓延軋輥(Kalanderwalze)，并以40kg/cm的壓力進(jìn)行壓延。壓型的壓延軋輥直徑為230mm，寬度為350mm，并帶有槽，且每cm有10個壓型槽。將其用硅油加熱到205±3℃。槽的形狀為帶形，其上寬0.4mm，底寬0.45mm，閉合角為35°。
離開壓延軋輥之后，所得的纖維網(wǎng)通過進(jìn)口噴嘴折疊為股狀，并在漢堡Koerber公司生產(chǎn)的KDF2機(jī)器上以70m/min的股速度包上紙；將其剪切為126mm的過濾嘴棍長度。過濾嘴棍的直徑為7.8mm，其Filtrona硬度為89.5％。由這些過濾嘴棍切成21mm長的過濾嘴栓塞，然后按對比例1所述的測試其可分解性(結(jié)果匯總于表1中)。在乙酸酯用量為141mg時，過濾嘴棍的過煙阻力為51daPA。與纖絲纖度有關(guān)的纖維重量/過煙阻力的比例值S＝0.83[10m/daPA]。按照對比例1的方法測試其滯留，結(jié)果為42.3％。
噴入的甘油三乙酸酯是不均勻分布的，其證實過程如下將長度為21mm的試驗前已生產(chǎn)三個月的過濾嘴栓塞導(dǎo)入內(nèi)徑為7.5mm的V2A-鋼管中；從兩側(cè)通過合適的手段使鋼管的內(nèi)徑縮小直徑0.3mm。在入口側(cè)以每分鐘30ml的氣流流率通入氮氣，在出口側(cè)連接有商用的火焰離子檢測器(FID)。樣品管置于加熱爐中，以75℃/min加熱速率加熱到150℃的爐溫。所顯示的FID信號在最遲兩分鐘后給出最大強(qiáng)度，在約6分鐘后為基線。
實施例在一內(nèi)部總體積為615升并配有冷卻加熱設(shè)施的雙壁萬能混合器中，加入300kg的乙酸纖維素酯薄片。該混合設(shè)備1在其底部有三個葉片，這三個葉片為一體，垂直裝于主動軸上。主動軸上的稱盤裝有一體的、四扇振動裝置2，其在增塑劑的添加和擴(kuò)散過程中可以阻止形成附聚，其圓周速度為21m/s(2890Umin)。
混合器1在6.5m/s的圓周速度下運(yùn)行，在10分鐘內(nèi)均勻加入65kg的甘油三乙酸酯；此時，接通振動裝置2。為了徹底混合，繼續(xù)強(qiáng)烈混合12分鐘。在隨后的20分鐘內(nèi)，將材料溫度加熱到76℃；維持該溫度5分鐘。接著，在30分鐘內(nèi)，連續(xù)冷卻至20℃。甘油三乙酸酯在乙酸纖維素薄片上的總作用時間為67分鐘。然后，在3分鐘內(nèi)快速倒空混合器。用這種方法制得的產(chǎn)品具有很好的流動性能和儲存性能。借助于常規(guī)的干紡法，將此熱塑性的乙酸纖維素粒狀體加工成規(guī)格為3.0Y55的過濾嘴亞麻短纖維(纖絲纖度3.33dtex；總纖度為61.111dtex)。
在常規(guī)的兩步法的輾壓機(jī)KDF2上進(jìn)行加工，該輾壓機(jī)KDF2是漢堡的豪尼公司的產(chǎn)品。與對比例2不同的是，在輾壓之后，不再涂覆額外的增塑劑。離開回動軋輥后，將最低寬度為250mm的過濾嘴亞麻短纖維線導(dǎo)入一對加熱的壓延軋輥，進(jìn)行壓延。壓型的壓延軋輥直徑為150mm，寬度為550mm，并且每cm有10個壓型槽。將其用硅油加熱到180±3℃。槽的形狀為帶形，其上寬0.4mm，底寬0.45mm，閉合角為35°。離開壓延軋輥之后，所得的纖維網(wǎng)通過進(jìn)口噴嘴折疊為股狀，并在漢堡Koerber公司生產(chǎn)的KDF2機(jī)器上以120m/min的股速度包上紙；將其剪切為126mm的過濾嘴棍長度。過濾嘴棍的直徑為7.8mm，其Filtrona硬度為91.4％。
由這些過濾嘴棍切成21mm長的過濾嘴栓塞，然后按對比例1所述的方法測試其可分解性(結(jié)果匯總于表1中)。在乙酸酯用量為156mg時，過濾嘴棍的過煙阻力為51daPA。與纖絲纖度有關(guān)的纖維重量/過煙阻力的比例值S＝0.92[10m/daPA]。按照對比例1的方法測試其冷凝物滯留，結(jié)果為44.1％。
噴入的甘油三乙酸酯是均勻分布的，其證實過程如下將長度為21mm的、試驗前已生產(chǎn)三個月的過濾嘴栓塞，導(dǎo)入內(nèi)徑為7.5mm的V2A-鋼管中；從兩側(cè)通過合適的手段使鋼管的內(nèi)徑縮小直徑0.3mm。在入口側(cè)以每分鐘30ml的氣流流率通入氮氣，在出口側(cè)連接有商用的火焰離子檢測器(FID)。樣品管置于加熱爐中，以75℃/min加熱速率加熱到150℃的爐溫。所顯示的FID信號在最早4分鐘后才給出最大強(qiáng)度，在約10分鐘后為基線。
表1中給出了對比例1、對比例2和本發(fā)明實施例的可分解性試驗結(jié)果表1
從上述表中數(shù)據(jù)可以看出，隨著測試時間的延長，本發(fā)明所得產(chǎn)品的可分解性令人驚異地明顯高于對比例的樣品。
表2中給出了所有的測試數(shù)據(jù)。
表權(quán)利要求
1.一種高效率的香煙過濾嘴，所述香煙過濾嘴基于纖維素酯纖維或纖絲，并具有機(jī)械可分解性，其特征在于a)與纖絲纖度有關(guān)的纖維重量(或纖絲重量)/過煙阻力的比例S大于約0.7，其中S值滿足下列關(guān)系式S＝(mA/ΔP7.8)/dpf [10m/daPA]式中，mA表示纖維重量[g]，ΔP表示過煙阻力[daPA]，dpf表示纖絲纖度[dtex]，而且過煙阻力采用換算為7.8mm直徑時的值；b)過濾材料的剩余卷曲不超過1.45；c)纖維重量最大為10mg/mm過濾嘴長度；以及d)所得香煙過濾嘴的硬度超過約90％的Filtrona硬度。
2.如權(quán)利要求1所述的高效率香煙過濾嘴，其特征在于，所述的纖維素酯材料是乙酸纖維素。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高效率香煙過濾嘴，其特征在于，所述的香煙過濾嘴按CBDTF-試驗經(jīng)10周的試驗時間后重量損失至少為約40％。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的高效率香煙過濾嘴，其特征在于，所述的纖維素酯材料是熱塑性的，而且只要纖維或纖絲中包括增塑劑，其分布是均勻的。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的高效率香煙過濾嘴，其特征在于，在所述的纖維或纖絲的表面上存在水溶性的粘合劑。
6.如前述權(quán)利要求之一所述的高效率香煙過濾嘴，其特征在于，所述的剩余卷曲在約1.05-1.4之間，特別是在1.1-1.3之間。
7.如前述權(quán)利要求之一所述的高效率香煙過濾嘴，其特征在于，所述的香煙過濾嘴是由多倍寬的纖維條制得。
8.如前述權(quán)利要求之一所述的高效率香煙過濾嘴，其特征在于，所述的香煙過濾嘴是由纖維條制得，而該纖維條事先拆分為多個條。
9.如前述權(quán)利要求之一所述的高效率香煙過濾嘴，其特征在于，所述的熱塑性纖維或纖絲含有乙酸纖維素特別是2，5-乙酸纖維素酯、丁酸纖維素、纖維素乙酰丁酸酯、纖維素乙酰丙酸酯和/或丙酸纖維素。
10.如前述權(quán)利要求之一所述的高效率香煙過濾嘴，其特征在于，在使用增塑劑的情況下，增塑劑的含量在約1-40％之間。
11.如前述權(quán)利要求之一所述的高效率香煙過濾嘴，其特征在于，在使用增塑劑的情況下，增塑劑為甘油三乙酸酯、三甘醇二乙酯和/或檸檬酸二乙酯。
12.如前述權(quán)利要求之一所述的高效率香煙過濾嘴，其特征在于，所述的纖維或纖絲，以乙酸纖維素計，其取代度為約1.5-3.0，特別是約2.2-2.6。
13.如前述權(quán)利要求之一所述的高效率香煙過濾嘴，其特征在于，所述的水溶性粘合劑的形式為聚乙二醇、水溶性酯或醚、淀粉和/或淀粉衍生物、p-聚乙烯醇、p-聚乙酸乙烯酯。
14.如權(quán)利要求1所述的高效率香煙過濾嘴，其特征在于，與纖絲纖度有關(guān)的纖維重量(或纖絲重量)/過煙阻力的比例S最高為約2，特別是在0.8-1.3的范圍內(nèi)。
15.如前述權(quán)利要求之一所述的高效率香煙過濾嘴，其特征在于，所述的纖維重量(或纖絲重量)至少為約4mg/mm過濾嘴長度，特別是約5-8mg/mm過濾嘴長度。
16.如前述權(quán)利要求之一所述的高效率香煙過濾嘴，其特征在于，所述的香煙過濾嘴的Filtrona硬度為約90-95％，特別是約91-93％。
17.如權(quán)利要求3-16之一所述的高效率香煙過濾嘴，其特征在于，所述的香煙過濾嘴按CBDTF-試驗具有至少約50wt％的重量損失。
18.如前述權(quán)利要求之一所述的高效率香煙過濾嘴，其特征在于，所述的纖維素酯纖維或纖絲含有光反應(yīng)添加劑、促進(jìn)生物降解的添加劑、具有選擇滯留作用的添加劑和/或色料。
19.如權(quán)利要求18所述的高效率香煙過濾嘴，其特征在于，所述的光反應(yīng)添加劑為細(xì)微分散的銳鈦礦型的二氧化鈦，其平均顆粒度小于2μm。
20.如權(quán)利要求18所述的高效率香煙過濾嘴，其特征在于，采用有機(jī)酸或酸性的碳酸酯、多酚和/或卟啉衍生物作為添加劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高效率的香煙過濾嘴，該香煙過濾嘴基于纖維素酯纖維或纖絲，并具有機(jī)械可分解性，其特征在于a)與纖絲纖度有關(guān)的纖維重量(或纖絲重量)/過煙阻力的比例S大于約0.7，其中S值滿足下列關(guān)系式S＝(m
文檔編號A24D3/10GK1409607SQ00817044
公開日2003年4月9日 申請日期2000年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月22日
發(fā)明者埃伯哈德·托依費爾, 京特·毛雷爾, 埃梅里?！に_克斯 申請人:羅迪亞阿塞托有限公司