專利名稱:控制香煙煙霧中氰化氫和氧化氮濃度的方法和裝置的制作方法
本發(fā)明涉及選擇性過濾香煙煙霧用的化學處理過濾元件的制備方法。
纖維基過濾元件是眾所周知的，已用于香煙制造業(yè)中至少40年。盡管在市面上已試銷了各種合成纖維和纖維的混合物，并進行了評價，大部分香煙過濾元件中仍含有醋酸纖維素基纖維。
合成纖維，特別是象聚丙烯之類的聚烯烴纖維，比醋酸纖維素基纖維容易控制成旦數(shù)更小的纖維，因而具有更好的過濾功能而同時不會損失卷曲和高速生產(chǎn)所需的強度。然而，這些纖維也有缺點。主要是開松的或松開的纖維束等基料惰性較大，不易被大多數(shù)粘合劑/增塑劑或其它親水型改性劑成分所濕潤或軟化。
增添化學活性成分以實現(xiàn)香煙煙霧的選擇性過濾已引起各種困難，如影響基料特性，分布不均勻，以及過濾元件功能與過濾元件的尺寸穩(wěn)定性、彈性和硬度之間的相互關系。業(yè)已證實，喂入過濾條制造裝置中的含聚烯烴纖維的基料(即纖維束和纖維條)，在過濾元件的壓力降(抽吸阻力)和尺寸穩(wěn)定性即硬度之間的關系上是相當矛盾的。此外，在經(jīng)浸漬的聚烯烴或其它合成基料以高速喂入常規(guī)的過濾條制造設備中時，也常常難以避免發(fā)生堵塞，尤其是在向包覆物料中或其上加入粘合劑、濕潤劑、芳香劑、藥劑、吸收劑、吸附劑等大量的改性劑成分時更是這樣。其部分原因是由于香煙過濾條制造工藝中所用的許多添加劑組合物，缺乏內(nèi)在的潤滑性能。
例如，美國專利3，428，056指出，添加水溶性無機鹽能有效地除去香煙煙霧中的氰化氫，但會導致粉末分布的不均勻和過濾效果差。該專利試圖用下列聚烯烴粉末解決上列問題，即這些聚烯烴粉末上已涂上了無機鹽，如碳酸鈉和碳酸鉀，它們被振動到已用三乙酸甘油酯之類粘合劑處理過的醋酸纖維素纖維束上，然后被壓緊包卷成過濾條。
按照本發(fā)明的制造經(jīng)化學處理的香煙過濾元件的方法中，使用以含聚烯烴或醋酸纖維素的基料或這兩種基料的結合作為包覆物料，并以常規(guī)過濾條制造裝置制得香煙過濾元件，該過濾元件經(jīng)碳酸鈉等活性改性劑成分和三乙酸甘油酯的水溶液或醇溶液處理，方法的特征在于，改性劑成分中含有碳酸氫鈉、碳酸鈉、高錳酸鉀和二氧化錳中一種或數(shù)種物質的非離子溶液、非離子溶液的分散液或還含有作為水相分散劑的脫水山梨糖醇脂肪酸酯的聚氧化烯衍生物、多羥基醇的一酯或二酯，或是含這些分散劑的混合物的分散液，而這種非離子溶液或分散液可以涂到包覆物料的全部基料或部分基料上。
上述的非離子溶液或分散液是指本技術領域：
中常說的非離子“紡絲溶液”。
所采用的改性劑成分的量最好約為干過濾條重量的2%-10%，而三乙酸甘油酯的量約為干過濾條重量的1%-10%。
在非離子紡絲溶液中，所含的表面活性劑最好為乙氧基化合物，羧酸酯，甘油酯，聚氧化乙烯酯，脫水山梨糖醇酯，乙氧基化脫水山梨糖醇酯，乙氧基化天然脂肪、油和蠟，脂肪酸的乙二醇酯，聚氧乙烯脂肪酸酰胺，聚烯化氧嵌段共聚物，和氧化乙烯-氧化丙烯共聚物。
按照本發(fā)明的方法，所用基料可以是過濾條制造裝置中通常用作包覆物料的含纖維或原纖化膜的成分，包括(a)纖維束，(b)纖維條，(c)非織造物帶或(d)原纖化膜纖維網(wǎng)，它可單獨引入或經(jīng)完全調節(jié)或部分調節(jié)后插入包覆裝置。
本發(fā)明中的包覆物料可方便地包含高達四種基料成分，及所需的活性成分，它們最好分別涂到所選基料的一面或兩面之上，處理面的方式和數(shù)目取決于過濾嘴所要求的過濾效果、口味、感覺、硬度和抽吸性。
包覆物料就地制造(即直接置于包覆裝置的上游)，還是用前經(jīng)已生產(chǎn)貯存過，一般是無關緊要的，并且發(fā)現(xiàn)，應用同種纖維成分和同一纖度或不同纖維成分和不同纖度的一種或幾種非織造織物都是有用的，特別是當并非所有基料都用作規(guī)定的活性改性劑成分的載體或吸收表面時更是這樣。
當非織造織物用作包覆物料的基料成分時，它一般包含高達約100%，最好為10%-100%(重量)的聚烯烴(單、雙或三組分)纖維，它一般是聚丙烯纖維，或可由具有混合纖度長絲的纖維網(wǎng)組成，或由下列纖維相結合而成(a)聚丙烯/聚乙烯，聚丙烯/聚偏二氯乙烯，聚丙烯/醋酸纖維素，聚丙烯/人造絲，聚丙烯/尼龍，醋酸纖維素/聚乙烯，增塑醋酸纖維素，聚丙烯/紙;或(b)聚丙烯/聚苯乙烯/聚乙烯等，其優(yōu)選的比例，按纖維重量計約為(a)10%-90%/90%-10%，或(b)10-90%/45%-5%/45%-5%。
可按本技術領域：
中通常采用的成分，獲得作本發(fā)明的包覆物料的基料的合適的原纖化膜，這種原纖化膜可單獨使用或與其它基料成分一起用作基料成分。
適用于本發(fā)明目的常規(guī)過濾條制造裝置，根據(jù)本領域中一般所述的部件和工藝過程，可包括絲束導管、包覆裝置、成形裝置、包卷裝置和切割裝置。然而，如果需要，也可以進行調整，如可就地或事先用噴霧、浸漬、涂刷或其它傳統(tǒng)的方法，在濾芯形成之前涂上一種或幾種改性劑成分，但這一步驟最好在它經(jīng)過包覆裝置拉伸前進行。聚烯烴基料在涂活性改性劑成分之前，由電暈放電或等離子放電進行予處理。
使用其它實例，還可制得包好的纖維條或其它基料備用，方法是用從含所需活性成分的貯槽送來的物料連續(xù)浸涂或與一根或幾根涂刷輥接觸，接著經(jīng)夾持輥、加熱干燥輥、烘爐等常規(guī)干燥步驟，干燥溫度一般約為70-125℃。
一般來說，用本領域的已知技術，可獲得旦數(shù)范圍較寬的纖維非織造材料。這種材料的重量范圍最好約為10-50克/米2，帶寬約4-12英寸一般能成功地保證它以生產(chǎn)速度通過常規(guī)過濾條生產(chǎn)裝置的包覆裝置。
如上所述，包覆物料可包括高達約4種或更多種基料成分，這些成分的重量、尺寸、粘結性、吸收能力、纖維組分和旦數(shù)可相同或不同，可以全部或部分地經(jīng)調節(jié)通過包覆裝置。
然而，為了得到更好的結果，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用一種非織造織物調節(jié)的，或夾在兩種非織造織物之間的較輕的熱粘結織物、絲束、纖維條或原纖化膜具有高度的柔韌性，能使制成的過濾元件適合各方面的市場需要，包括成本、過濾抽吸性和硬度參數(shù)等。
包覆物料中加入低熔融纖維(如聚乙烯)和其它聚烯烴纖維，對于獲得粘結性能和液體吸收或吸附性能變化范圍較大的絲束濾芯是有價值的(雖然不是必須的)。
還可使用一些補充成分，如下列一種或幾種物質的溶液、乳液、懸浮液或分散液一般以多元醇為代表的濕潤劑，如甘油、乙二醇;調味劑或香料，如酮糖和多糖類，包括冬青油、薄荷油、薄荷、肉桂油、水果香料等;本領域中的其它添加劑;藥物，如薄荷醇、減充血劑等。
對于本發(fā)明的目的而言，可使用重量范圍為25-90克/米2左右(如果需要，還可更高)的包芯紙將處理過的或未加處理的織物帶加以包卷。
下面參考附圖，對本發(fā)明的具體實施方案作進一步描述。附圖1示出經(jīng)改裝的常規(guī)香煙過濾條制造裝置，它可將按本發(fā)明制得的基料制成過濾元件。圖2-4示出本發(fā)明方法的進一步修改和改進，從而使調節(jié)或部分調節(jié)過的一種或幾種非織造條帶或其它基料，容易通過噴霧或浸漬方法滲進一種或幾種活性改性劑成分，并通過使用多種基料使過濾元件的松密度增加，改進耐壓性或硬度。
圖1示出一單束連續(xù)基料，如纖維絲束纖維條，原纖化薄膜或非織造織物帶(10)，由加料軸(11)或物料包(未示出)喂入并通過與外源(未示出)加料管線(21)相連的噴霧頭(20)，使基料涂上各種活性改性劑成分(22)。然后用空氣干燥裝置(未示出)和通過干燥輥(12)將經(jīng)處理的基料(10)干燥到所需的程度，再用導輥(17)將其導入香煙過濾條制造裝置(1)的包覆裝置導管(15)和包覆裝置(14)，裝置(1)包括包覆部分(2)、包卷裝置和將包好的濾芯或濾條切成過濾元件(16)的切割裝置，包覆部分(2)包含(但未示出)基料的成形和保持裝置;包卷裝置可方便地由支承輥(19)支承的包裝料軸(5)供給絲束包，并移動到引入該裝置(1)的連續(xù)包覆帶(3)上。
如上所述的裝置包括常規(guī)的密封裝置，密封包在濾芯(未示出)外的絲束，濾芯由切割裝置切成圓柱形過濾元件(16)(長度一般為90毫米)，然后密封了的包濾芯絲束由過濾元件卸載管(18)(以不完全的圖表示)卸入容器(23)。
圖2圖示說明分別向包覆物料或基料上涂覆活性劑成分的具體排布，由這種排布，通過相連的加料管線(21A)供料的噴霧頭(20A)向不同的基料(10A，10B)上噴涂相同或不同的活性改性劑成分(22A)，物料經(jīng)調節(jié)，用空氣和加熱輥(12A)干燥，然后經(jīng)過濾條制造裝置(1A)的包覆裝置，形成上述的過濾元件(16A)?；?10A和10B)由料輥(11A)和(11B)或加料包(未示出)加料，并在加熱夾持夾輥(12A)處方便地進行調節(jié)，然后由導輥(17A)導入包覆裝置(14A)，圖1-3中每個圖上的相同阿拉伯數(shù)字表示相同的包覆物料或基料成分。
圖3圖示說明圖1、2的配置的方法的進一步變化，從料軸或料箱(未示出)送出的幾種相同或不同類型(10C，10D和10E)的基料，經(jīng)加熱輥(12B)的輥隙送出，中間的基料(10D)的寬度與兩邊的不同，最好其吸收和吸附保留活性組分(22B)的性能比兩邊未處理基料(10C和10E)的更高。如圖所示，基料(10D)的兩面由加料管線(21B)的噴霧頭(20B)噴涂上所選的一種或幾種活性改性劑成分(22B)，基料(10E)最好較寬，并排布成可截留未被纖維帶(10D)所保留或捕獲的活性改性劑成分的剩余料滴或噴涂方向不合適的物料，然后所有三種基料按上述方式在調節(jié)下經(jīng)過加熱夾持輥(12B)進行干燥，再按圖1、2的方式由導輥(未示出)導入過濾條制造裝置的包覆裝置。
圖4是本方法又一變化的圖示說明，其中一種或幾種基料(未示出)可由料包或料箱(24C)分別送出，通過導輥(17C)，浸入含活性改性劑成分(22C)的貯槽(25C)，然后通過夾持輥(26C)，加熱爐(27C)、拖動輥(28C)和三級干燥爐(29C)，進入上述圖1-3方式排布的香煙過濾條制造裝置的包覆裝置(14C)，或裝箱備用。
當用連續(xù)纖維絲束作基料成分使用時，可按常用的方法準備絲束，即將纖維從一個或幾個筒子架抽出并經(jīng)過流體膨化噴射或變形噴射，然后按上述方式處理。
如前所述，上述方式使用的基料可以是各種合成纖維絲。因而，可能使用聚酯、聚酰胺、丙烯酸酯類，以及聚丙烯或醋酸纖維素材料。丙烯單體與乙烯或其它低級烯烴單體的成絲共聚物的組合，與其它合成成纖材料相比，由于其密度低和優(yōu)良的紡絲性能，是優(yōu)選的絲束、絲帶和原纖化膜材料。
本發(fā)明所用的絲束，其膨松旦數(shù)可約為2000-10000。如上所指出的，這種基料可以是來自單個筒子架或絲包的卷曲纖維，或幾個筒子架或絲包同時并合和流經(jīng)一流體噴射而形成的復合料。然而，為了使香煙過濾咀具有最好的性能，最好至少有一些絲束在進入流體噴射之前，基本上是無捻的和無卷曲的。
下面用實例對本發(fā)明作進一步說明。
實例1(A)將具有“Y”形截面的全同立構聚丙烯切斷纖維(每根纖維4.5旦，1.5英寸長)，以40±5克/10分的流速梳制成重量約為0.18克/碼2的纖維網(wǎng)。將該纖維網(wǎng)轉移到連續(xù)玻璃纖維帶上，用鉆石花型熱軋光機在140℃/40磅/平方英寸輥壓下使之輕度熱粘結，得到一種非織造織物，將其沖切成12英寸寬的試驗帶基料，以下稱為TS-1。
(B)將在常規(guī)工業(yè)紡織條件下得到的2.5旦醋酸纖維素紗(圓形橫截面)，在0.01克/旦張力下從筒子架上平行退繞，并并合形成纖維束。然后將該纖維束通過70磅/平方英寸(107-110℃)的蒸汽膨化噴射，得到展開的纖維束基料，以下稱為TS-2。
將按活性改性劑成分的一般定義配制的組合物A1-A6和上述的活性改性劑成分，作為最后的精整組合物，按實例中所述方式，涂覆到基料TS-1和TS-2上，所用的精整組合物組成如下精整組合物 組成A1 5%(重) 碳酸鈉5%(重) Atmos(商標)300(＊1)5%(重) 聚氧乙烯化山梨糖醇的一月桂酸酯(＊2)85%(重) 水A2 5%(重) 醋酸鈉5%(重) Atmos3005%(重) 吐溫2085%(重) 水A3 5%(重) 碳酸氫鈉5%(重) Atmos300
精整組合物 組成5%(重) 吐溫2085%(重) 水A4 5%(重) 高錳酸鉀5%(重) Atmos3005%(重) 吐溫2085%(重) 水A5 5%(重) 碳酸氫鈉2.5%(重) Atmos3002.5%(重) 吐溫2090%(重) 水A6 5%(重) 碳酸氫鈉0.25%(重) Atmos3000.25%(重) 吐溫2094.5%(重) 水B1 1%(重) 三乙酸甘油酯5%(重) Atmos3005%(重) 吐溫2089%(重) 水B2 5%(重) 三乙酸甘油酯5%(重) Atmos3005%(重) 吐溫2085%(重) 水＊1可從ICI Americas公司買到此商標的非離子表面活性劑＊2可從ICI Americas公司買到，商標名為吐溫20。
實例2A.將從實例1制得的12英寸寬連續(xù)非織造的聚丙烯材料帶(TS-1)，按圖4所示的一般方式，邊卷邊浸入A1精整組合物浴中，通過加熱夾持輥，干燥爐，用手卷成標準寬度的過濾條，將其切成27毫米長的過濾元件(0.18克重，周長24.35毫米)作試驗用，稱為F-1。
B.如從實例1制得的12英寸寬連續(xù)非織造材料帶(TS-1)用手卷攏，但不經(jīng)實例2A的浸漬和干燥步驟。將所得過濾條如前述切成27毫米長(0.18克重)，作對照試驗用，稱為FC-1。
C.過濾條測試裝置(置于罩內(nèi))，包括一個帶閥的HCN/N2恒壓氣源，是可以活動的，通過與塑料過濾條夾相連的玻璃和Tygon管，使它固裝于下游邊之上，在下游邊之上，過濾條夾和一個裝有HgCl2和甲基紅指示劑(作HCN比色測定用)的Drager管(從賓夕法尼亞匹茲堡的National Drager公司買來)相連。
D.測試F-1和FC-1非織造帶制成的過濾元件對HCN的脫除情況，操作步驟是先將代表性的過濾元件裝好，再將HCN/N2混合氣100ppmHCN以50毫升/分流速通過該過濾元件，每次試驗通12分鐘。試驗結果列于后面的表Ⅰ。
實例3用A2和A3精整組合物作為活性改性劑成分，以相應的組合物作對照，重復實例2的A-D步驟。將樣品F-2、F-3、FC-2、FC-3，用Drager管，按實例2所述方式測試，結果列于表Ⅰ。
實例4用12英寸長卷曲的增塑醋酸纖維素絲束網(wǎng)制成的試驗過濾元件，纖維為圓截面，每根纖維為2.5旦，按實例2和3的方式浸入A4精整組合物，干燥，用手卷攏，切成27毫米長的過濾元件，用前述同樣的Drager管作HCN脫除試驗。結果列于表Ⅰ的G-1和GC-1。
實例5將Camel輕質煙草條用紙卷到27毫米長的試驗過濾元件上，此過濾元件系每根纖維為4.5旦的聚丙烯纖維(“Y”形截面)的12英寸長卷曲纖維束，經(jīng)分別浸入A5和A6精整組合物30秒鐘、空氣干燥和通過標準過濾條制造裝置而制成的。將每種5支試驗過濾咀香煙放入Borg-waldt吸煙機(八股2秒鐘一股煙(35毫升)〕內(nèi)吸煙，用上述Drager管分析主氣流煙氣中的HCN。平均結果列于表Ⅰ的C-1和C-2，對照組結果為CC-1和CC-2。
表Ⅰ樣品 流速 改性劑 時間 HCN脫除量毫升/分 成分 (分) %F-1 50 A1 12 100FC-1＊ 50 - 12 0F-2 50 A2 12 96FC-2＊ 50 - 12 0F-3 50 A3 12 100FC-3＊ 50 - 12 0G-1 50 A4 12 100GC-1＊ 50 - 12 0C-1 35 A5 8 61CC-1＊ 35 - 8 0C-2 35 A6 8 69CC-2＊ 35 - 8 0＊對照用實例6將實例2B所述的12英寸TS-1非織造帶2根，分別浸入B1和B2精整組合物，再按前述方法干燥、手卷、切成27毫米長過濾元件。用實例2所述系統(tǒng)對這些試驗過濾咀逐個測試，不同于實例2的地方是Drager管預先填裝Cr(V1)催化劑和對，對′-二氨基，間，間′-二甲氧基聯(lián)苯作為檢測殘余氧化亞氮(NO)的顯色指示劑。試驗氣體為含100ppm NO的氮氣，流速50毫升/分，接觸時間30分。試驗結果S-1和S-2及對照試驗結果S-1C和S-2C列于表Ⅱ。
實例7將實例1B得到的2根膨體聚丙烯纖維束基料(TS-2)用圖2所述的改型裝置噴上A2和B2精整組合物至飽和，然后按實例2所述進行空氣和輥筒干燥，將纖維束引入過濾條制造裝置的包覆裝置。任意選擇幾根這樣得到的27毫米過濾元件(平均重量0.18克)，測試其對NO和HCN的脫除情況。結果表明，它可與表Ⅰ中用A2和表2中用B2改性劑的結果相當。
表Ⅱ樣品 流速 改性劑 時間 NO脫除量毫升/分 %S-1 50 B1 30 27S-1C 50 - 30 0S-2 50 B2 30 39S-2C 50 - 30 0
權利要求
1.一種選擇性除去香煙煙霧中有毒氣體成分或控制其濃度的方法，包括采用過濾條制造裝置的產(chǎn)品作為過濾元件，使用至少一種含聚烯烴的基料作為包覆物料，其特征在于，用有效量的至少一種活性改性劑成分處理所說的基料，該改性劑成分含有選自溶于或分散于非離子紡絲溶液中的碳酸氫鈉、碳酸鈉、高錳酸鉀和二氧化錳中的至少一種物質。
2.按照權利要求
1的方法，其中的非離子溶液含有脫水山梨糖醇脂肪酸酯的聚氧化烯衍生物。
3.按照權利要求
1的方法，其中的非離子溶液含有多羥基醇的單脂肪酸酯。
4.按照權利要求
1的方法，其中的非離子溶液含有多羥基醇的二脂肪酸酯。
5.按照權利要求
2的方法，其中的改性劑成分(A)和(B)被分別涂到不同的基料表面，該基料至少包含(a)一種開松纖維束，(b)纖維條，(c)非織造物帶或(d)原纖化膜的纖維網(wǎng)這四種材料中之一種。
6.按照權利要求
1的方法，其中的改性劑成分(A)和(B)被涂到含聚烯烴基料的相反兩面上。
7.按照權利要求
1的方法，其中的改性劑成分(A)和(B)由浸漬法或噴霧法分別被涂到不同的基料上。
8.按照權利要求
1的方法，其中的含聚烯烴基料在涂活性改性劑成分之前，由電暈放電或等離子放電進行預處理。
9.按照權利要求
1的方法，其中的包覆物料是一種非織造材料與至少一種其它基料相結合的材料。
10.按照權利要求
1的方法制得的過濾元件。
專利摘要
采用常規(guī)的過濾條制造裝置制造經(jīng)化學處理的香煙過濾元件的方法，其中的過濾元件的基料用含有碳酸氫鈉、高錳酸鉀及二氧化錳中一種或數(shù)種物質的改性劑成分及三乙酸甘油酯溶液處理。改性劑成分可以是脫水山梨糖醇脂肪酸酯的聚氧化烯衍生物、多羥基醇的單酯或多羥基醇的雙酯的水分散液，或者是所述分散劑混合物的水分散液。
文檔編號A24D3/06GK87103440SQ87103440
公開日1988年11月16日 申請日期1987年5月8日
發(fā)明者邁克爾·丹尼斯·萊拉爾 申請人:赫爾克里斯有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan