СИГАРЕТНЫЙ ФИЛЬТР И СИГАРЕТА Российский патент 1998 года по МПК A24D3/10 

Изобретение относится к бумажным фильтрам для сигарет.

Волокносодержащие фильтры для сигарет известны хорошо. В одном известном варианте выполнения корпус такого фильтра состоит из жгута непрерывных волокон, обычно ацетатцеллюлозных (ацетатных) волокон, проходящих параллельно продольной оси сигареты. В другом известном варианте выполнения корпус фильтра выполнен из фальцованной или гофрированной бумаги, запрессованной в цилиндр. Для того чтобы бумага была фальцованной или гофрированной, ее обрабатывают, выполняя желобки. В таких вариантах выполнения предусмотрен единственный фильтрующий элемент, и их можно называть "одинарными" фильтрами. Другой известный тип конструкций составляет так называемый "двойной" фильтр, который состоит из двух фильтрующих элементов, например, из бумажного фильтра с внутренней стороны и жгутового фильтра с наружной стороны сигареты. К еще одному известному типу конструкций относится так называемый "тройной" фильтр, который включает в себя три фильтрующих элемента, например бумажный фильтр и жгутовый фильтр как "двойную" конструкцию, разделенную воздушным зазором или фильтром из активированного угля [1].

Известно, что бумажные фильтры в общем более эффективны при удалении из табачного дыма смол, чем жгутовые фильтры. В связи с тенденцией к производству сигарет с низким содержанием смол в табачном дыме желательна высокая эффективность их удаления. Задачей изобретения является создание фильтрующего мундштука сигареты с высокой эффективностью удаления смол. Другой задачей изобретения является разработка различных конструкций сигарет с пониженным выходом смол.

В соответствии с изобретением предлагается сигаретный фильтр, характеризующийся тем, что корпус этого фильтра включает в себя бумагу, которая содержит или практически состоит из лиоцелловых волокон. Кроме того, по изобретению предлагается сигарета, которая содержит такой фильтр.

Лиоцелловые волокна являются известными материалами, а их получение описано, например, в американском патенте 4246221. Они в промышленном масштабе производятся на фирме "Кортолдс ПЛК" (товарный знак Tencel"). Их получают растворением целлюлозы в растворителе, экструдированием приготовленного таким образом раствора через фильеру в коагуляционную ванну, которая служит для осаждения целлюлозы, и смыванием растворителя с волокна. Такой процесс можно назвать прядением с помощью растворителя, а лиоцелловые волокна можно также называть целлюлозные волокна, формованные с растворителем. В качестве целлюлозы обычно применяют древесную массу. Растворителем может служить N-оксид третичного амина, предпочтительнее водный раствор N- оксида третичного амина, в частности N-метилфорфолин-N-оксид. Если растворитель представляет собой N-оксид третичного амина, предпочтительной коагуляционной ванной служит водная ванна. Этот способ формования из раствора необходимо отличать от других известных способов получения целлюлозных волокон, которые основаны на получении и разложении химических производных целлюлозы, например от вискозного способа. Лиоцелловые волокна легко поддаются биологическому разложению. Лиоцелловое волокно может содержать матирующий пигмент, в частности двуокись титана, и может быть химически отбеленным.

Сигаретный фильтр по изобретению обладает высокой фильтрующей способностью в сравнении с известными бумажными фильтрами.

Бумагу для применения в качестве сигаретного фильтра по изобретению можно изготовить с использованием обычных технологий изготовления бумаги и оборудования. Плотность бумаги, применяемой в фильтре по изобретению, как правило, может быть идентичной плотности обычной бумаги, используемой в составе известных бумажных фильтров; она обычно составляет от 15 до 150 г/м², предпочтительно от 20 до 80 г/м². Такая бумага может состоять по существу из лиоцелловых волокон или в дополнение к лиоцелловым волокнам может содержать волокна других типов, например растительные волокна, в частности древесную массу и/или ацетатные волокна. Было установлено, что бумага может включать в себя до приблизительно 50 мас.% древесной массы без заметного снижения эффективности удаления смол, хотя, естественно, что при более высоком содержании, чем указанное, эта эффективность проявляет возрастающую тенденцию к эффективности обычной бумаги из древесной массы. Можно изготовить бумагу, которая включает по меньшей мере 25 мас.% лиоцелловых волокон, частично в смеси с волокнами древесной массы. Бумага, которая содержит приблизительно 50 мас. % лиоцелловых волокон и волокна из древесной массы, может оказаться еще более предпочтительной. Было установлено также, что включение некоторой доли древесной массы в такую смесь может содействовать проведению процессу формования бумаги, давая возможность повысить качество бумаги.

Прочность на разрыв в поперечном направлении (ПН) бумаги, используемой в фильтре по изобретению, следует выбирать с тем, чтобы обеспечить точную степень выполнения желобков, и, следовательно, ее фальцовку или гофрирование. Низкая ПН-прочность на разрыв может означать, что желобление оказалось чрезмерно большим, следствием чего является слишком высокий перепад давления в фильтре, тогда как высокая ПН-прочность на разрыв может означать, что произведено слишком малое желобление, вследствие чего конечный внешний вид фильтра оказывается неудовлетворительным.

Предпочтительное лиоцелловое волокно в фильтре по изобретению должно быть фибриллированным. Лиоцелловые волокна можно фибриллировать, подвергая их механическому разрушению в мокром состоянии, как, например, в ходе проведения процесса изготовления бумаги. Результатом фибриллирования является отделение тонких волосков ("фибрилл") от тела волокна, благодаря чему индивидуальные волокна приобретают "волосатый" внешний вил. Фибриллированные лиоцелловые волокна характеризуются увеличенной площадью поверхности в сравнении с нефибриллироваными волокнами, и полагают, что это является преимуществом, обеспечивающим эффективное фильтрование.

Бумага может состоять из смеси высокофибриллированных лиоцелловых волокон с волокнами других типов, например с растительными волокнами, такими как древесная масса и/или ацетатные волокна. Высокофибриллированные лиоцелловые волокна могут быть получены в жестких условиях очистки. Осушение целлюлозной массы процесса изготовления бумаги, содержащей такие волокна, осуществляется очень медленно, в результате чего она обычно непригодна для использования в промышленном производстве бумаги для сигаретных фильтров. Такую целлюлозную массу можно смешивать с целлюлозной массой, содержащей волокно других типов, включая сюда целлюлозную массу, содержащую низкофибриллированные лиоцелловые волокна, и использовать при изготовлении бумаги. Эту смесь высокофибриллированной лиоцелловой волокнистой целлюлозной массы с целлюлозной массой, содержащей волокна других типов, можно выбрать для придания соответствующего баланса свойств бумаге и фильтру и расходов по проведению процесса изготовления бумаги. Можно подобрать смесь высокофибриллированных лиоцелловых волокон с ацетатными волокнами, обеспечивающую хорошее осушение при изготовлении бумаги, хорошую прочность бумаги, улучшенную эффективность фильтрования в сравнении с достигаемой в случае только ацетатных волокон, смываемость водой (т. е. диспергируемость в воде) сигаретных фильтров и более быструю биоразлагаемость, чем фильтров, изготовленных только из ацетатных волокон.

Фильтр по изобретению может представлять собой одинарный, двойной или тройной фильтр. Предпочтительными могут быть двойные и тройные фильтры, включающие в себя по ацетатному жгутовому фильтру с внешней стороны сигареты и лиоцелловому бумажному фильтру с внутренней стороны сигареты. Такие фильтры проявляют хорошую стойкость к появлению пятен с внешней стороны.

Фильтрующие элементы и фильтры в соответствии с изобретением могут быть использованы в сигаретах с фильтрами, у которых имеются или отсутствуют вентиляционные отверстия, с набивкой из табаков широкого диапазона сортов. Только в качестве примера такая табачная набивка может обладать одним, несколькими или всеми нижеследующими свойствами.

Выход никотина/смол • 10 = 0,05-1,0.

Плотность табачной набивки - 100-260 кг/м³.

Сопротивление при затяжке (измеряли в закрытом состоянии) - 35-70 мм ВС.

Воздухопроницаемость сигаретной бумаги = 10-150 ед. Coresta.

Также исключительно в качестве примера сигарета с фильтром в соответствии с изобретением, где содержится табачная набивка, которая как пример указана выше, или набивка с другими свойствами может проявлять одно, несколько или все нижеследующие свойства.

Выход никотина/смол • 10 = 0,05-1,5.

Выход смол = от <1 до 10 мг.

Сопротивление при затяжке (измеряли в закрытом состоянии) = 30-150 мм W6
Вентиляция в фильтре = 0-80%.

Оценка затяжки: ≥5.

Вышеприведенные параметры измеряют по стандартным процедурам и выражают в стандартных единицах. ВС обозначает водяной столб.

Кроме того, табачная смесь может содержать значительные количества распущенных табачных листов и средних жилок.

Фильтры по изобретению, например, содержащие лиоцелловые волокна одни или в смеси с древесной массой, обладают значительно более усовершенствованными свойствами задерживать смолы в широком диапазоне перепадов давления в сравнении с ранее известными ацетатцеллюлозными и бумажными (на 100% из древесной массы) фильтрами. Фильтры по изобретению могут быть использованы при изготовлении сигарет с выходом смол 6 мг или меньше, возможно, всего 1 мг или меньше. Столь низкий выход смолы может быть достигнут со значительно более низкой степенью вентиляции, чем это необходимо в случае ранее известных фильтров. Если учитывать приемлемость для потребителя, то высокая степень вентиляции обычно нежелательна. Кроме того, такой низкий выход смол может быть достигнут при приемлемом сопротивлении затяжке, что является дополнительным вкладом в повышение уровня приемлемости для потребителя относительно достигаемого с ранее известными сигаретами. В соответствии с изобретением изготавливают фильтры, которые при той же самой степени вентиляции характеризуются улучшенной фильтрующей эффективностью и низким перепадом давлений в сравнении с ранее известными фильтрами.

Примеры сигарет, выполненных в соответствии с изобретением, охватывают сигареты, конструкция которых обладает нижеследующими свойствами: выход смол табачной набивки (выход) - 25 мг; перепад давления - 50 мм; проницаемость сигаретной бумаги - 60 ед. Coresta; требуемый выход смол (выход) - 4 мг. Степень задерживания и вентиляции, которые необходимы для достижения такого выхода смол, можно рассчитать по уравнению. Конечный выход смол = выход табачной набивки • (100-R)/100 • (100-V)/100, где R обозначает степень задерживания фильтром в %, а V обозначает степень вентиляции в %. Если степень вентиляции составляет 0%, тогда необходимая степень задерживания фильтром равна 84%. Полагают, что столь высокая степень задерживания у обычной приемлемой сигареты с фильтром является недостижимой. Изготовили сигареты, снабженные 20-мм фильтрами в соответствии с изобретением, которые проявляют такую степень задерживания при приемлемом перепаде давления в сигарете (примерно 144 мм ВС).

У сигареты одного из ранее известных типов может быть предусмотрен одинарный бумажный фильтр, степень задерживания смол в котором составляет 66%, а перепад давления равен 88 мм ВС. Для достижения требуемых 4 мг выхода смол вентиляция должна составлять 53% в сочетании с перепадом давления в сигарете примерно 95 мм.

У ранее известной сигареты другого типа может быть предусмотрен одинарный ацетатный фильтр (жгутовый, 1,5 денье), степень задерживания смолы которым составляет 55%, а перепад давления равен 89 мм ВС. Для достижения требуемых 4 мг выхода смол вентиляция должна составлять 64% в сочетании с нежелательно низким перепадом давления в сигарете примерно 87 мм.

У сигареты в соответствии с изобретением может быть предусмотрен лиоцелловый бумажный фильтр, степень задерживания смол которых составляет 77%, а перепад давления равен 84 мм ВС. Для достижения требуемых 4 мг выхода смол вентиляция должна составлять всего 30% в сочетании с перепадом давления в сигарете примерно 110 мм.

Можно легко изготовить сигареты даже с еще более низким выходом смол. Разработчик конструкций сигарет может легко представить себе конструкции сигарет, отличные от тех, что в качестве примера приведены выше. Преимущество изобретения состоит в том, что сигареты с низким выходом смол могут быть изготовлены при низкой степени вентиляции. Это позволяет достичь уменьшенного количества побочных потоков дыма.

По другому варианту в соответствии с изобретением можно сконструировать фильтр, который по весу легче фильтров известных типов, которые характеризуются такой же фильтрующей эффективностью. Это дает возможность сконструировать более легкие сигареты. Более того, сопротивление затяжке этих фильтров в соответствии с изобретением может оказаться ниже, чем у таких ранее известных фильтров.

Было установлено, что в процессе курения сигареты фильтры по изобретению поглощают из дыма влагу. Вследствие этого такой фильтр набухает и перепад давления через фильтр возрастает. Полагают, что в процессе курения сигареты это может сообщать некоторые прогрессивные фильтровальные свойства. Более того, полагают, что это набухание может обеспечить особое преимущество, состоящее в возможности изготовить сигареты, которые проявляют относительное постоянство перепада давления от одной затяжки до другой.

Пример. С использованием 6-мм матированного лиоцеллового волокна 1,7 децитекс, выпускаемого фирмой "Кортолдс ПЛК" (товарный знак "Tencel"), готовили образцы бумаги.

Дисперсию волокнистой массы направляли в разрыватель при плотности массы приблизительно 1,5%. Затем эту массу подавали в бак для пульпы, где мешалкой обеспечивали осторожную циркуляцию массы и ее разбавляли до желаемой плотности. Из бака для пульпы массу пропускали при комнатной температуре через конический рафинер с расходом потока 350-400 л/мин. Вал отстоял от корпуса с образованием зазора 15 мм, что обеспечивало не столько резку волокон, сколько фибриллирование. Ход размола периодически контролировали измерением степени помола (по прибору Шоппер-Риглера). После размола массу дополнительно разбавляли, как правило, добавлением воды в количестве примерно половины объема массы и закачивали в бак для пульпы бумагоделательной машины. Из бака для пульпы волокнистую массу закачивали в разбавительный резервуар, а затем пропускали через распылитель потока, который обеспечивал однородное диспергирование волокон в напорном ящике (где из бумаги формовали жгут). В двух системах вакуумированных ящиков удаляли воду, затем бумагу прогоняли через два пресса (по одному с каждой стороны), барабанную сушилку и каландр и собирали на барабане. В табл. 1 приведена информация об условиях изготовления бумаги. Свойства образцов представлены в табл. 2.

В табл. 2 ПpH означает продольное направление. Подъем представляет собой результат измерения капиллярного поднятия воды.

Стержни для фильтрующих мундштуков изготовляли из образца А, разрезанного на полосы шириной 300 мм, и обертывали в бумагу 27 г/м² (изготовленную из древесной массы). Номинальные размеры стержней для мундштуков составляли 108 мм в длину и 24,6 мм по окружности. Эти стержни разрезали для испытаний на 20-мм мундштуки. Получали результаты, которые представлены в табл. 3.

Жесткость является мерой сохранения формы при воздействии бокового усилия, причем более высокие значения указывают на более высокое сопротивление сжатию.

Можно было бы ожидать, что степень задерживания смол обычным бумажным фильтром тех же размеров и при том же перепаде давления составляет приблизительно 74%.

Образцы бумаги разрезали на полосы шириной по 250 мм, стержни изготовляли при максимальной степени гофрирования и обертывали в бумагу 27 г/м². Номинальные размеры стержней для мундштука составляли 108 х 24,6 мм. Эти стержни разрезали для испытаний на 20-мм мундштуки. Получали результаты, которые представлены в табл. 4.

Эти фильтры проявляли существенно более высокие показатели задержания смол, чем как фильтры из ацетатцеллюлозного жгута, так и обычные фильтры из полукрепированной тонкой бумаги.

Сигаретный фильтр включает в себя бумагу, содержащую в оснвном лиоцелловые волокна или состоящую из них. Изобретение относится также к сигарете, включающей в себя такой фильтр. Такой состав фильтра обеспечивает его высокую фильтрующую способность. 2 с. и 6 з.п.ф-лы, 4 табл.

1. Сигаретный фильтр, отличающийся тем, что корпус фильтра включает в себя бумагу, которая содержит по существу лиоцелловые волокна или состоит из них. 2. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что лиоцелловые волокна получают проведением процесса, включающего в себя стадию экструдирования раствора целлюлозы в N-оксиде третичного амина в водную коагуляционную ванну. 3. Фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что плотность бумаги составляет от 15 до 150 г/м². 4. Фильтр по п. 3, отличающийся тем, что плотность бумаги находится в интервале 20 - 80 г/м². 5. Фильтр по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что бумага состоит из смеси лиоцелловых волокон с растительными волокнами и/или ацетатцеллюлозными волокнами. 6. Фильтр по п.5, отличающийся тем, что бумага состоит из смеси лиоцелловых волокон с древесной массой и содержит до примерно 50 мас.% древесной массы. 7. Фильтр по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что лиоцелловые волокна фибриллируют. 8. Сигарета, отличающаяся тем, что она включает в себя фильтр по любому из пп.1 - 7.