ЛИОЦЕЛЛОВЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ СИГАРЕТНОГО ФИЛЬТРА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК D01F2/00 A24D3/10 

Область техники

Настоящее изобретение касается лиоцеллового материала для сигаретного фильтра и способа его получения.

Уровень техники

Большинство сигаретных фильтров состоят из волокон ацетата целлюлозы. Эти ацетат целлюлозные волокна производятся следующим образом. В частности, хлопья ацетата целлюлозы растворяют в растворителе, таком как ацетон, с получением прядильного раствора, содержащего ацетат целлюлозы. Этот прядильный раствор поступает в устройство прядильной фильеры и затем подвергается прядению, где используется процесс сушки спряденного материала в высокотемпературной атмосфере, с получением ацетат целлюлозного волокна.

Чтобы упростить производство сигаретных фильтров, ацетат целлюлозные волокна, которые используются в сигаретном фильтре, имеют общую тонину, которая находится на соответствующем уровне, и изготавливаются в виде гофрированного жгута. После этого изготавливают сигаретный фильтр, таким образом, что гофрированный жгут, состоящий из волокон ацетата целлюлозы, разматывают с использованием разматывающего устройства, пропитывают пластификатором, придают форму стержня с использованием оберточной бумаги для фильтра (фицеллы), а затем разрезают на отрезки заданной длины.

Ацетат целлюлозы, который образуется в результате этерификации целлюлозы уксусной кислотой, обладает свойством биоразлагаемости. Однако свойство биоразлагаемости ацетата целлюлозы не считается достаточным для решения проблем окружающей среды, которые усиливаются в настоящее время.

Например, в том случае, где сигаретные фильтры, полученные из волокон ацетата целлюлозы, подвергаются захоронению в почве, их исходная форма сохраняется в течение от одного до двух лет, и требуется значительно более продолжительный период времени для полного биоразложения сигаретных фильтров, захороненных в почве.

Сигаретные фильтры входят в состав сигаретных изделий и, таким образом, приобретаются, используются для курения и выбрасываются после курения. Кроме того, материал сигаретных фильтров может непосредственно выбрасываться в качестве производственных отходов на заводах по производству сигаретных фильтров. Такие отходы от производства сигаретных фильтров собираются и подвергаются утилизации посредством захоронения. Кроме того, сигаретные окурки не подвергаются утилизации в качестве отходов, но остаются в природной среде. Проблемы, возникающие вследствие отходов сигаретных фильтров, включают не только проблемы качества внешнего вида, но также высвобождение в окружающую среду токсичных химических веществ, которые адсорбируются сигаретными фильтрами в процессе их использования, что, таким образом, создает потенциальный биологический риск.

С учетом этих обстоятельств разработаны разнообразные способы производства биоразлагающихся сигаретных фильтров. Такие способы включают введение добавки, которая повышает скорость разложения содержащего ацетат целлюлозы биоразлагающегося полимера, использование ацетата целлюлозы, имеющего низкую степень замещения в целях повышения способности биоразложения, а также использование полимерного композита, имеющего высокую способность биоразложения, такого как PHB (полигидроксибутират)/PVB (поливинилбутираль) и крахмал, в качестве материала для фильтрующего жгута.

Однако до настоящего времени не предложены удовлетворительные промышленные решения в целях производства фильтров, которые являются приемлемыми для потребителей и в то же время имеют достаточно высокую скорость разложения, чтобы преодолевать проблемы утилизации отходов. Причина заключается в том, что до настоящего времени не были реализованы способы достижения достаточно высокой скорости биоразложения для решения проблем окружающей среды при одновременном обеспечении характеристик табачного аромата и абсорбционных свойств сигаретных фильтров в процессе курения.

В том случае, где сигаретный фильтр производится с использованием гофрированного жгута в качестве исходного материала, когда гофрированный жгут имеет высокую прочность, его пригодность для резания ухудшается в процессе резания, и качество среза становится неудовлетворительным, что нежелательно вызывает низкий выход изготавливаемых фильтров и низкую скорость производства.

Соответственно, существует потребность в разработке технологий получения материалов для сигаретных фильтров, которые обеспечивают превосходную способность биоразложения и высокую эффективность технологического процесса производства сигаретных фильтров.

Сущность изобретения

Техническая проблема

Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить лиоцелловый материал для сигаретного фильтра, который обеспечивает превосходную способность биоразложения и позволяет увеличивать эффективность технологического процесса производства сигаретных фильтров, а также способ его получения.

Техническое решение

Согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения, предлагается способ получения лиоцеллового материала для сигаретного фильтра, включающий: (S1) прядение лиоцеллового прядильного раствора, содержащего целлюлозную массу и водный раствор N-метилморфолин-N-оксида (NMMO), в котором концентрация целлюлозной массы составляет от 8 до 11%; (S2) коагулирование лиоцеллового прядильного раствора, спряденного на стадии (S1), с получением коагулированной лиоцелловой многоволоконной нити; (S3) промывание водой лиоцелловой многоволоконной нити, коагулированной на стадии (S2); (S4) обработку маслом и сушку лиоцелловой многоволоконной нити, промытой водой на стадии (S3); и (S5) гофрирование лиоцелловой многоволоконной нити, обработанной маслом на стадии (S4), с получением гофрированного жгута, при этом стадии (S1)-(S5) осуществляют таким образом, что гофрированный жгут имеет прочность при растяжении от 1 до 2 г/ден.

Согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения, предлагается способ получения лиоцеллового материала для сигаретного фильтра, включающий: (S1) прядение лиоцеллового прядильного раствора, содержащего целлюлозную массу и водный раствор N-метилморфолин-N-оксида (NMMO), в котором концентрация целлюлозной массы составляет от 8 до 11%; (S2) коагулирование лиоцеллового прядильного раствора, спряденного на стадии (S1), с получением коагулированной лиоцелловой многоволоконной нити; (S3) промывание водой лиоцелловой многоволоконной нити, коагулированной на стадии (S2); (S4) обработку маслом и сушку лиоцелловой многоволоконной нити, промытой водой на стадии (S3); и (S5) гофрирование лиоцелловой многоволоконной нити, обработанной маслом на стадии (S4), с получением гофрированного жгута, при этом стадии (S1)-(S4) осуществляют таким образом, что моноволокна для лиоцелловой многоволоконной нити, получаемой на стадии (S4) имеют прочность от 2,0 до 3,5 г/ден.

Согласно первому и второму вариантам выполнения, целлюлозная масса на стадии (S1) может содержать от 85 до 97 мас.% альфа-целлюлозы и может иметь степень полимеризации (DPw) от 600 до 1700.

Кроме того, прядение на стадии (S1) может осуществляться при температуре от 100 до 110°C, и коагулирование на стадии (S2) может включать первичное коагулирование с использованием воздушного охлаждения (ВО) посредством подачи холодного воздуха на спряденный лиоцелловый прядильный раствор, и вторичное коагулирование посредством помещения первично коагулированного прядильного раствора в раствор для коагулирования. По существу, воздушное охлаждение может осуществляться посредством подачи холодного воздуха на спряденный лиоцелловый прядильный раствор при температуре от 4 до 15°C и скорость потока воздуха от 70 до 90 Н³/час. Кроме того, раствор для коагулирования при вторичном коагулировании может иметь температуру 30°C или менее.

Кроме того, стадии (S1)-(S4) могут осуществляться таким образом, что лиоцелловые моноволокна, получаемые на стадии (S4), имеют тонину от 1,0 до 8,0 денье и удлинение при разрыве от 5 до 13%.

Кроме того, гофрирование на стадии (S5) может осуществляться таким образом, что образуются от 15 до 30 изгибов на дюйм в лиоцелловой многоволоконной нити, получаемой на стадии (S4). По существу, гофрирование может осуществляться посредством подачи пара на лиоцелловую многоволоконную нить и приложения к ней давления, и, в частности, посредством подачи пара на лиоцелловую многоволоконную нить при давлении от 0,1 до 1,0 кгс/см², и прессования лиоцелловой многоволоконной нити с использованием прессующего валика при давлении от 1,5 до 2,0 кгс/см².

Согласно третьему варианту выполнения настоящего изобретения, предлагается лиоцелловый материал для сигаретного фильтра, который представляет собой гофрированный жгут, имеющий прочность при растяжении от 1 до 2 г/ден, получаемый посредством гофрирования лиоцелловой многоволоконной нити.

Согласно четвертому варианту выполнения настоящего изобретения, предлагается лиоцелловый материал для сигаретного фильтра, который представляет собой гофрированный жгут, получаемый посредством гофрирования лиоцелловой многоволоконной нити, включающей лиоцелловые моноволокна, имеющие прочность от 2,0 до 3,5 г/ден. Здесь лиоцелловые моноволокна могут иметь тонину от 1,0 до 8,0 денье и удлинение при разрыве от 5 до 13%. Кроме того, гофрированный жгут может иметь прочность при растяжении от 1 до 2 г/ден и удлинение при разрыве от 5 до 7,5%.

Согласно третьему и четвертому вариантам выполнения, гофрированный жгут может иметь от 15 до 30 изгибов на дюйм.

Полезные эффекты

Согласно настоящему изобретению, может быть предложен лиоцелловый материал для сигаретного фильтра и способ его получения, в котором эффективность технологического процесса производства сигаретных фильтров может увеличиваться посредством использования лиоцелла, который проявляет превосходную способность биоразложения и, таким образом, является благоприятным для окружающей среды.

Наилучший вариант выполнения

Далее будет представлено подробное описание настоящего изобретения.

Настоящее изобретение предлагает способ получения лиоцеллового материала для сигаретного фильтра, включающий: (S1) прядение лиоцеллового прядильного раствора, содержащего целлюлозную массу и водный раствор N-метилморфолин-N-оксида (NMMO), в котором концентрация целлюлозной массы составляет от 8 до 11%; (S2) коагулирование лиоцеллового прядильного раствора, спряденного на стадии (S1), с получением коагулированной лиоцелловой многоволоконной нити; (S3) промывание водой лиоцелловой многоволоконной нити, коагулированной на стадии (S2); (S4) обработку маслом и сушку лиоцелловой многоволоконной нити, промытой водой на стадии (S3); и (S5) гофрирование лиоцелловой многоволоконной нити, обработанной маслом на стадии (S4), с получением гофрированного жгута, при этом стадии (S1)-(S5) осуществляют таким образом, что гофрированный жгут имеет прочность при растяжении от 1 до 2 г/ден.

Кроме того, настоящее изобретение предлагает способ получения лиоцеллового материала для сигаретного фильтра, включающий: (S1) прядение лиоцеллового прядильного раствора, содержащего целлюлозную массу и водный раствор N-метилморфолин-N-оксида (NMMO), в котором концентрация целлюлозной массы составляет от 8 до 11%; (S2) коагулирование лиоцеллового прядильного раствора, спряденного на стадии (S1), с получением коагулированной лиоцелловой многоволоконной нити; (S3) промывание водой лиоцелловой многоволоконной нити, коагулированной на стадии (S2); (S4) обработку маслом и сушку лиоцелловой многоволоконной нити, промытой водой на стадии (S3); и (S5) гофрирование лиоцелловой многоволоконной нити, обработанной маслом на стадии (S4), с получением гофрированного жгута, при этом стадии (S1)-(S4) осуществляют таким образом, что моноволокна для лиоцелловой многоволоконной нити, получаемой на стадии (S4) имеют прочность от 2,0 до 3,5 г/ден. Ниже будут подробно описаны отдельные стадии.

Ниже подробно описываются два способа согласно настоящему изобретению.

[(S1)]

(S1) представляет собой стадию прядения лиоцеллового прядильного раствора, содержащего целлюлозную массу и водный раствор N-метилморфолин-N-оксида (NMMO).

Лиоцелловый прядильный раствор может содержать от 8 до 11 мас.% целлюлозной массы и от 89 до 92 мас.% водного раствора N-метилморфолин-N-оксида, и целлюлозная масса может содержать от 85 до 97 мас.% альфа-целлюлозы и иметь степень полимеризации (DPw) от 600 до 1700.

Если содержание целлюлозной массы в прядильном растворе составляет менее чем 8 мас.%, оказывается затруднительной реализация волокнистой морфологии. С другой стороны, если содержание целлюлозной массы превышает 11 мас.%, оказывается затруднительным получение волокон низкой прочности. В том случае, где получаемые в результате волокна используются в форме гофрированного жгута в производстве сигаретных фильтров, оказывается затруднительной нарезка фильтра, а также может становиться неудовлетворительным качество среза фильтра, и может уменьшаться производства сигаретных фильтров.

В водном растворе N-метилморфолин-N-оксида массовое соотношение N-метилморфолин-N-оксида и воды может составлять от 93:7 до 85:15. Если массовое соотношение N-метилморфолин-N-оксида и воды превышает 93:7, температура растворения может увеличиваться, и, таким образом, целлюлоза может разлагаться в процессе растворения. С другой стороны, если данное массовое соотношение составляет менее чем 85:15, растворяющая способность растворителя может ухудшаться, что делает затруднительным растворение целлюлозы.

Выпуск прядильного раствора из прядильной фильеры может осуществляться при температуре прядения от 100 до 110°C. Если температура прядения составляет менее чем 100°C, текучесть прядильного раствора может становиться неудовлетворительной, и, таким образом, может снижаться качество выпуска из прядильной фильеры. С другой стороны, если температура прядения составляет более чем 110°C, вязкость прядильного раствора уменьшается, и, таким образом, может снижаться качество выпуска из прядильной фильеры.

Кроме того, лиоцелловый прядильный раствор подвергается прядению с использованием прядильной фильеры, имеющей приблизительно от 500 до 4000 отверстий, и в результате этого лиоцелловая многоволоконная нить согласно настоящему изобретению может включать приблизительно от 500 до 4000 моноволокон.

[(S2)]

(S2) представляет собой стадию коагулирования лиоцеллового прядильного раствора, спряденного на стадии (S1) для получения коагулированной лиоцелловой многоволоконной нити. Коагулирование на стадии (S2) может включать первичное коагулирование с использованием воздушного охлаждения (ВО) посредством подачи холодного воздуха на спряденный лиоцелловый прядильный раствор, и вторичное коагулирование посредством помещения первично коагулированного прядильного раствора в раствор для коагулирования.

После выпуска прядильного раствора через имеющую тороидальную форму прядильную фильеру на стадии (S1) прядильный раствор может проходить через зону воздушного зазора между прядильной фильерой и ванной для коагулирования. В зоне воздушного зазора холодный воздух поступает из охлаждающего воздух устройства, расположенного внутри имеющей тороидальную форму прядильной фильеры по направлению к окружающей фильеру области, и в результате этого прядильный раствор может подвергаться первичному коагулированию посредством воздушного охлаждения с использованием холодного воздуха.

Факторы, которые влияют на свойства лиоцелловой многоволоконной нити для процесса первичного коагулирования, включают температуру и скорость потока воздуха холодного воздуха в зоне воздушного зазора. Коагулирование на стадии (S2) может осуществляться посредством подачи холодного воздуха на прядильный раствор при температуре от 4 до 15°C и скорости потока воздуха от 70 до 90 Н³/час.

Если температура холодного воздуха составляет менее чем 4°C для процесса первичного коагулирования, поверхность прядильной фильеры может охлаждаться, и поперечное сечение лиоцелловой многоволоконной нити может становиться неоднородным, и пригодность для процесса прядения может ухудшаться. С другой стороны, если температура холодного воздуха составляет более чем 15°C, первичное коагулирование, использующее холодный воздух, оказывается недостаточным, и, таким образом, пригодность для процесса прядения может ухудшаться. Кроме того, если скорость потока воздуха холодного воздуха для процесса первичного коагулирования составляет менее чем 70 Н³/час, первичное коагулирование, использующее холодный воздух, оказывается недостаточный, и, таким образом, пригодность для процесса прядения может ухудшаться, нежелательно вызывая обрыв пряжи. С другой стороны, если скорость потока воздуха для процесса первичного коагулирования превышает 90 Н³/час, оказывается затруднительной реализация свойств низкой прочности волокон.

После первичного коагулирования, использующего воздушное охлаждение, прядильный раствор помещается в ванну для коагулирования, содержащую раствор для коагулирования, таким образом, что осуществляется вторичное коагулирование. Для надлежащего вторичного коагулирования температура раствора для коагулирования может составлять 30°C или менее. Это объясняется тем, что температура вторичного коагулирования не должна быть чрезмерно высокой, чтобы в результате этого скорость коагулирования сохранялась на надлежащем уровне.

Раствор для коагулирования не ограничивается определенным составом, потому что он может изготавливаться таким образом, чтобы иметь состав, типичный для области техники, у которой относится который настоящее изобретение.

[(S3)]

(S3) представляет собой стадию промывания водой лиоцелловой многоволоконной нити, коагулированной на стадии (S2).

В частности, лиоцелловая многоволоконная нить, подвергнутая коагулированию на стадии (S2), поступает в подающий валик и затем в ванну для промывания и, таким образом, промывается водой.

На стадии промывания водой многоволоконной нити может использоваться водный раствор для промывания, имеющий температуру от 0 до 100°C, принимая во внимание регенерацию и повторное использование растворителя после процесса промывания водой. Водный раствор для промывания может содержать воду, а также может содержать и другие добавки по мере необходимости.

[(S4)]

(S4) представляет собой стадию обработки маслом лиоцелловой многоволоконной нити, промытой водой на стадии (S3), и ее последующей сушки.

Обработку маслом осуществляют таким образом, что многоволоконная нить полностью погружается в масло, и поддерживается равномерное содержание масла, которое прикрепляется к многоволоконной нити, посредством сжимающих роликов, которые устанавливаются на впускных и выпускных валиках устройства для обработки маслом. Масло своим действием уменьшает трение волокон при контакте с высушивающим валиком и направляющей и в процессе гофрирования, а также способствует образованию изгибов между волокнами.

Лиоцелловые моноволокна, которые составляют лиоцелловую многоволоконную нить, полученные на стадиях (S1)-(S4), имеют прочность от 2,0 до 3,5 г/ден, и, таким образом, уменьшается прочность конечного лиоцеллового материала для сигаретного фильтра; в результате этого улучшается пригодность для резания сигаретного фильтра, и, в конечном счете, повышается эффективность технологического процесса в течение производства сигаретных фильтров.

Если прочность лиоцелловых моноволокон составляет менее чем 2,0 г/ден, лиоцелловые моноволокна не могут выдерживать условия производства волокон, и, таким образом, ухудшается пригодность для процесса прядения. С другой стороны, если прочность лиоцелловых моноволокон превышает 3,5 г/ден, то увеличивается прочность лиоцеллового материала для сигаретного фильтра, получаемого в результате последующего процесса гофрирования, и, таким образом, снижается эффективность технологического процесса в течение производства сигаретных фильтров.

Здесь моноволокна представляют собой индивидуальные волокна, отделенные от многоволоконной нити, полученные в форме волокон посредством коагулирования, промывания водой и обработки маслом после выпуска через отверстия в прядильной фильере, и прочность моноволокон означает прочность каждого волокна, отделенного от состоящей из волокон многоволоконной нити.

Лиоцелловые моноволокна имеют тонину от 1,0 до 8,0 денье. Если тонина моноволокон составляет менее чем 1,0 денье, у сигаретного фильтра становится чрезмерно высоким сопротивление всасыванию. С другой стороны, если тонина моноволокон превышает 8,0 денье, сопротивление всасыванию сигаретного фильтра становится чрезмерно низким. Принимая во внимание эти свойства, тонину волокон изменяют в зависимости от типа сигареты. Тонина может избирательно определяться в зависимости от типа сигареты в пределах вышеупомянутого интервала значений тонины.

Лиоцелловые моноволокна могут иметь удлинение при разрыве от 5 до 13%. Если удлинение при разрыве лиоцелловых моноволокон составляет менее чем 5%, может уменьшаться эффективность технологического процесса в течение производства сигаретных фильтров. С другой стороны, если удлинение при разрыве лиоцелловых моноволокон превышает 13%, эффективность технологического процесса в течение производство сигаретных фильтров может становиться удовлетворительной, но может оказаться затруднительным проявление свойств, обусловленных технологическими характеристиками производства моноволокон.

[(S5)]

(S5) представляет собой стадию гофрирования лиоцелловой многоволоконной нити, получаемой на стадии (S4), в результате которого получается гофрированный жгут.

Гофрирование представляет собой процесс образования изгибов в многоволоконной нити, и гофрированный жгут, имеющий от 15 до 30 изгибов на дюйм, может получаться посредством гофрирования с использованием гофрировального устройства.

На стадии (S5) гофрирование осуществляют посредством воздействия пара и давление на лиоцелловую многоволоконную нить.

В частности, гофрирование с использованием гофрировального устройства осуществляют таким образом, что на лиоцелловую многоволоконную нить воздействует пар при давлении от 0,1 до 1,0 кгс/см² для повышения температуры нити, когда она пропускается через паровую камера, а затем на нить воздействует давление от 1,5 до 2,0 кгс/см² с использованием прессующего валика, и в результате этого осуществляется гофрирование.

Если давление поступающего пара составляет менее чем 0,1 кгс/см², эффективное образование изгибов не происходит. С другой стороны, если давление поступающего пара превышает 1,0 кгс/см², температура в гофрировальном устройстве повышается до 120°C или более, и, таким образом, волокна прикрепляются друг к другу и не проходят через гофрировальное устройство. Кроме того, если давление, которое воздействует на прессующий валик, составляет менее чем 1,5 кгс/см², не образуется желательное число изгибов. С другой стороны, если прилагаемое к нему давление превышает 2,0 кгс/см², прижимающая сила является чрезмерно большой, что делает затруднительным прохождение волокон через гофрировальное устройство.

Для получения требуемых свойств сигаретного фильтра число изгибов на дюйм рассматривается как важный параметр. Число изгибов составляет от 15 до 30 на дюйм и предпочтительно от 25 до 30 на дюйм. По существу, если число изгибов составляет менее чем 15 на дюйм, оказывается затруднительным расправление жгута в процессе производства сигаретных фильтров, и, таким образом, создаются технологические проблемы. Кроме того, оказываются неудовлетворительными свойства, которые требуются для сигаретного фильтра, такие как сопротивление всасыванию, жесткость фильтра, характеристики отделения фильтра и т. д. С другой стороны, если число изгибов превышает 30 на дюйм, в гофрировальном устройстве осуществляется неравномерное прессование, и жгут не может эффективно проходить, что делает затруднительным получение гофрированного жгута.

Прочность гофрированного жгута предпочтительно находится в интервале от 1 до 2 г/ден. Если прочность гофрированного жгута составляет менее чем 1 г/ден, она оказывается чрезмерно низкой, и, таким образом, происходит повреждение волокон при растяжении в процессе обработки в целях производства сигаретных фильтров. С другой стороны, если прочность гофрированного жгута превышает 2 г/ден, пригодность для резания может ухудшаться в процессе его разрезания на фильтрующие мундштуки в процессе производства сигаретных фильтров с использованием гофрированного жгута, и качество среза фильтра может становиться неудовлетворительным.

Гофрированный жгут может иметь удлинение при разрыве от 5 до 7,5%. Когда сигаретные фильтры производятся с использованием гофрированного жгута, имеющего вышеупомянутое удлинение при разрыве, может повышаться эффективность технологического процесса сигаретного фильтра.

Поскольку лиоцелловый материал для сигаретного фильтра является биоразлагающимся, сигарета подвергается биоразложению в течение непродолжительного времени после ее выбрасывания, что, таким образом, оказывается благоприятным для окружающей среды. Кроме того, лиоцелловый материал для сигаретного фильтра проявляет характеристики низкой прочности по сравнению с традиционными материалами для сигаретных фильтров, и, таким образом, пригодность для резания улучшается в процессе его разрезания на сигаретные фильтры, что, в конечном счете, повышает общую эффективность технологического процесса в течение производства сигаретных фильтров, включая повышение скорости производства и выход производимых сигаретных фильтров.

Вариант выполнения изобретения

Лучшее понимание настоящего изобретения могут обеспечить следующие примеры, которые предназначаются для иллюстрации, но не должны истолковываться как ограничивающие объем настоящего изобретения.

Пример 1

S1: целлюлозную массу, содержащую 93,9% альфа-целлюлозы, у которой степень полимеризации (DPw) составляла 820, перемешивали со смешанным растворителем, содержащим NMMO и воду в массовом соотношении 90/10, а также содержащим 0,01 мас.% пропилгаллата, и, таким образом, изготавливали прядильный раствор, содержащий 10 мас.% целлюлозной массы (содержание целлюлозной массы составляет 10%, и это означает, что концентрация прядильного раствора составляет 10%).

Прядильный раствор нагревали до температуры прядения 105°C в прядильном сопле имеющей тороидальную форму прядильной фильеры, а затем осуществляли прядение, регулируя при этом выпускаемое количество и скорость прядения прядильного раствора таким образом, что моноволокна для конечной лиоцелловой многоволоконной нити имели прочность 2,9 г/ден, удлинение при разрыве 12,1% и тонину 3 денье.

S2: прядильный раствор в форме волокна, выпущенный из прядильной фильеры, направляли в раствор для коагулирования в ванне для коагулирования через зону воздушного зазора. В зоне воздушного зазора прядильный раствор подвергали первичному коагулированию с использованием холодного воздуха при температуре 8°C и при скорости потока воздуха 80 Н³/час. Кроме того, раствор для коагулирования имел температуру 25°C и содержал 85 мас.% воды и 15 мас.% NMMO. Концентрацию раствора для коагулирования непрерывно измеряли, используя датчик и рефрактометр.

S3: волокна, выпущенные в воздушный слой через подающий валик, промывали водой, используя водный раствор для промывания, который распыляли с использованием устройство для промывания водой, и в результате этого удаляли остаточный NMMO.

S4: волокна тщательно пропитывали маслом, а затем отжимали таким образом, что волокна имели содержание масла на уровне 0,2%, и после этого осуществляли высушивание при 150°C, используя высушивающий валик, таким образом, что получалась лиоцелловая многоволоконная нить.

S5: лиоцелловую многоволоконную нить, полученную на стадии S4, нагревали до повышенной температуры в процессе пропускания через паровую камеру, а затем подвергали гофрированию в гофрировальном устройстве, используя прессующий валик, и в результате этого получался гофрированный лиоцелловый жгут. Пар поступал при давлении 0,1 кгс/см², давление прессующего валика составляло 1,5 кгс/см², и число образующихся изгибов составляло 25 изгибов на дюйм.

Примеры 2-9 и сравнительные примеры 1-6

Лиоцелловые материалы для сигаретных фильтров изготавливали таким же способом, как в примере 1, за исключением того, что концентрация прядильного раствора, температура прядения, скорость потока воздуха для воздушного охлаждения и другие параметры были установлены такими, как представлено ниже в таблице 1.

Производство сигаретных фильтров с использованием примеров 1-7 и сравнительных примеров 1-6

Сигаретные фильтры изготавливали, используя лиоцелловые материалы согласно примерам и сравнительным примерам. Лиоцелловый материал согласно каждому из примеров 1-7 и сравнительных примеров 1-6 разворачивали, используя устройство для разматывания сигаретного фильтрующего мундштука, пропитывали типичным отверждающим реагентом для сигаретного фильтра и превращали в форму стержня, используя оберточную бумагу для фильтра (фицеллу), а затем разделяли на отрезки, имеющие длину 120 мм, и, таким образом, получались сигаретные фильтры.

В сравнительных примерах 1, 3 и 5 лиоцелловая многоволоконная нить, подходящая в качестве лиоцеллового материала для сигаретного фильтра не могла быть получена вследствие неудовлетворительной пригодности для прядения, и, таким образом, не мог быть получен гофрированный жгут, что сделало невозможным получение сигаретных фильтров.

Прочность, удлинение при разрыве и тонина моноволокон были измерены следующими способами.

Отделение моноволоконного образца

Образец лиоцелловой многоволоконной нити, полученной на стадии S4, предварительно высушивали при 110°C в течение 2 часов таким образом, чтобы получить остаточную влажность на равновесном или меньшем уровне, затем выдерживали в условиях согласно корейскому промышленному стандарту KSK 0901 (стандартные условия в текстильной лаборатории) в течение 24 часов или более для достижения равновесного состояния влажности, а после этого отделяли моноволокна от образца многоволоконной нити.

Прочность при растяжении (г/ден) и удлинение при разрыве (%)

Прочность при растяжении и удлинение при разрыве образца моноволокна измеряли при растяжении со скоростью 60 мм/мин, используя низкоскоростное устройство для измерения удлинения при разрыве (производитель Instron).

Тонина (линейная плотность) моноволокна

Образец моноволокна помещали на стеклянную пластинку, а затем накрывали покровным стеклом, и толщину образца измеряли, используя оптический микроскоп, а затем пересчитывали в тонину, используя для вычисления плотность материала образца.

Кроме того, пригодность для прядения в производстве лиоцелловой многоволоконной нити согласно примерам и сравнительным примерам оценивали следующим образом.

Оценка пригодности для прядения

Пригодности для прядения присваивали оценку «хорошо» или «неудовлетворительно» в зависимости от того, подвергался ли разрыву спряденный жгут, выпускаемый из фильеры.

Хорошо: отсутствие разрыва спряденного жгута, выпускаемого из фильеры.

Неудовлетворительно: разрыв спряденного жгута, выпускаемого из фильеры.

Кроме того, лиоцелловые материалы согласно примерам и сравнительным примерам измеряли, определяя число изгибов, прочность при растяжении (г/ден) и удлинение при разрыве (%) с использованием следующих способов. Результаты представлены ниже в таблице 1.

Число изгибов гофрированного жгута

Согласно KSK 0326, двадцать образцов волокна отбирали из нескольких частей, где изгибы не были повреждены, помещали на подготовленный лист глянцевой бумаги на расстоянии 25 мм друг от друга и вводили добавку, содержащую от 4 до 5% целлулоида в амилацетате, таким образом, что каждый образец растягивался на 255% по отношению к разделяющему их расстоянию, и после этого образцы выдерживали до высыхания связующего вещества. Число изгибов каждого образца считали при приложении первичной нагрузки, составляющей 1,96/1000 сН (2 мгс) на 1 денье, используя прибор для измерения извитости, и число изгибов на отрезке 25 мм вычисляли и округляли до одного десятичного знака. Первичная нагрузка составляла 1,96/1000 сН (2 мгс) на 1 денье.

Прочность при растяжении (г/ден) и удлинение при разрыве (%) гофрированного жгута

Для изменения прочности при растяжении и удлинения при разрыве образец гофрированного жгута предварительно высушивали при 110°C в течение 2 часов таким образом, чтобы получить остаточную влажность на равновесном или меньшем уровне, затем выдерживали в условиях согласно корейскому промышленному стандарту KSK 0901 (стандартные условия в текстильной лаборатории) в течение 24 часов или более для достижения равновесного состояния влажности, а после этого короткие волокна образца жгута измеряли при растяжении со скоростью 60 мм/мин, используя низкоскоростное устройство для измерения удлинения при разрыве (производитель Instron).

Кроме того, наблюдали качество срезов в исследуемых примерах и сравнительных исследуемых примерах и измеряли скорость производства сигаретных фильтров следующим образом.

Наблюдение качество среза (невооруженным глазом)

Качество среза наблюдали невооруженным глазом и присваивали оценку «хорошо» или «неудовлетворительно».

Хорошо: гладкая поверхность среза фильтрующего мундштука.

Неудовлетворительно: негладкая поверхность среза фильтрующего мундштука со спутанными или выступающими волокнами.

Скорость производства сигаретных фильтров (мундштуков в минуту)

Число фильтрующих мундштуков, полученных в течение одной минуты, принимали как скорость производства сигаретных фильтров.

Таблица 1 Концентрация прядильного раствора (%) Температура прядения (°C) Скорость потока воздуха при воздушном охлаждении (Н³/час) Моноволокно Гофрированный жгут Пригодность к прядению Качество среза Скорость производства сигаретных фильтров (мундштуков в минуту) Прочность (г/ден) Удлинение (%) Тонина (денье) Число изгибов (изгибов на дюйм) Прочность при растяжении (г/денье) Удлинение при разрыве (%) Пример 1 10 105 80 2,9 12,1 3 25 1,37 7,1 Хорошо Хорошо 3000 или более Пример 2 8 105 80 2,8 8,9 3 25 1,32 5,5 Хорошо Хорошо 3000 или более Пример 3 11 105 80 3,5 12,7 3 25 1,65 7,4 Хорошо Хорошо 3000 или более Пример 4 10 100 80 2,8 7,9 3 25 1,32 5,0 Хорошо Хорошо 3000 или более Пример 5 10 110 80 2,9 9,9 3 25 1,40 6,0 Хорошо Хорошо 3000 или более Пример 6 10 105 70 2,9 11,5 3 25 1,40 6,8 Хорошо Хорошо 3000 или более Пример 7 10 105 90 3,2 12,3 3 25 1,50 7,2 Хорошо Хорошо 3000 или более Пример 8 7,5 100 70 2,1 8,1 3 25 1,1 7,0 Хорошо Хорошо 3000 или более Пример 9 7,8 100 70 2,5 8,1 3 25 1,2 7,0 Хорошо Хорошо 3000 или более Сравнительный пример 1 7 105 80 - - - - - - Неудовлетворительно - - Сравнительный пример 2 12 105 80 5,7 10,9 3 25 2,7 6,5 Хорошо Неудовлетворительно 500 Сравнительный пример 3 12 95 80 - - - - - - Неудовлетворительно - - Сравнительный пример 4 12 115 80 7,8 13,3 3 25 3,70 7,7 Хорошо Неудовлетворительно 500 Сравнительный пример 5 12 105 60 - - - - - - Неудовлетворительно - - Сравнительный пример 6 12 105 100 6,3 11,5 3 25 3,0 6,8 Хорошо Неудовлетворительно 500

Из результатов таблицы 1, становится очевидным, что в сравнительных примерах 1, 3 и 5, в которых концентрация прядильного раствора, температура прядения или скорость потока воздуха при воздушном охлаждении была ниже соответствующего уровня, прочность и удлинение при разрыве моноволокон выходили за пределы настоящего изобретения, и, таким образом, моноволокна не подвергались прядению в форме жгута вследствие неудовлетворительной пригодности для прядения, что делало невозможным производство лиоцеллового материала для сигаретного фильтра.

Кроме того, в том случае, где концентрация прядильного раствора была выше соответствующего уровня, как в сравнительном примере 2, наблюдалась высокая прочность моноволокон, образующихся в результате прядения прядильного раствора, и, таким образом, лиоцелловый материал имел хорошее удлинение при разрыве и пригодность для прядения, но высокую прочность при растяжении. Соответственно, в том случае, где вышеупомянутый лиоцелловый материал используется для производства сигаретных фильтров, оказывается затруднительным осуществление процесса резания вследствие высокой прочности при растяжении, что нежелательно вызывает неудовлетворительно качество среза сигаретного фильтра и уменьшение скорости производства сигаретных фильтров.

Кроме того, в том случае, где температура прядения превышал надлежащий уровень, как в сравнительном примере 4, наблюдалась высокая прочность моноволокон, образующихся в результате прядения прядильного раствора и, таким образом, лиоцелловый фильтр имел хорошую пригодность для прядения, но его прочность при растяжении и удлинение при разрыве были высокими. В том случае, где вышеупомянутый лиоцелловый материал используется для производства сигаретных фильтров, оказывается затруднительным осуществление процесса резания вследствие высокой прочности при растяжении и удлинения при разрыве, что нежелательно вызывает неудовлетворительное качество среза сигаретного фильтра и уменьшение скорости производства сигаретных фильтров.

Кроме того, в том случае, где скорость потока воздуха при воздушном охлаждении превышала надлежащий уровень, как в сравнительном примере 6, наблюдалась высокая прочность моноволокон, образующихся в результате прядения прядильного раствора, и, таким образом, лиоцелловый материал имел хорошее удлинение при разрыве и пригодность для прядения, но высокую прочность при растяжении. В том случае, где вышеупомянутый лиоцелловый материал используется для производства сигаретных фильтров, оказывается затруднительным осуществление процесса резания вследствие высокой прочности при растяжении, что нежелательно вызывает неудовлетворительное качество среза сигаретного фильтра и уменьшение скорости производства сигаретных фильтров.

Как показывают результаты примеров 1-9, лиоцелловый материал, полученный из многоволоконной нити, включающей лиоцелловые моноволокна, которые удовлетворяют параметрам прочности, удлинения при разрыве, тонины и числа, предусмотренным в настоящем изобретении, может проявлять низкую прочность при растяжении, надлежащее удлинение при разрыве и хорошую пригодность для прядения. Когда используется такой лиоцелловый материал, получаемый в результате сигаретный фильтр может проявлять хорошее качество среза и позволяет увеличивать скорость производства сигаретных фильтров. Таким образом, лиоцелловый материал согласно настоящему изобретению считается подходящим для использования в качестве жгута для сигаретного фильтра.

Изобретение относится к лиоцелловому материалу для сигаретного фильтра и способу его получения. Способ получения лиоцеллового материала включает прядение при 100-110°С лиоцеллового прядильного раствора, содержащего целлюлозную массу и водный раствор N-метилморфолин-N-оксида, в котором концентрация целлюлозной массы 8-11 мас.%. Спряденный лиоцелловый раствор коагулируют с получением коагулированной лиоцелловой многоволоконной нити. Лиоцелловую многоволоконную нить промывают водой, обрабатывают маслом и сушат. Затем гофрируют лиоцелловую многоволоконную нить с получением гофрированного жгута, который имеет прочность при растяжении 1-2 г/ден. Обеспечивается получение лиоцеллового материала для сигаретного фильтра с низкой прочностью, что способствует его биоразложению, а также обеспечивается повышение эффективности технологического процесса производства сигаретных фильтров. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 табл., 15 пр.

1. Способ получения лиоцеллового материала для сигаретного фильтра, включающий:

(S1) прядение лиоцеллового прядильного раствора, содержащего целлюлозную массу и водный раствор N-метилморфолин-N-оксида (NMMO), в котором концентрация целлюлозной массы составляет от 8 до 11 мас.%;

(S2) коагулирование лиоцеллового прядильного раствора, спряденного на стадии (S1), с получением коагулированной лиоцелловой многоволоконной нити;

(S3) промывание водой лиоцелловой многоволоконной нити, коагулированной на стадии (S2);

(S4) обработку маслом и сушку лиоцелловой многоволоконной нити, промытой водой на стадии (S3); и

(S5) гофрирование лиоцелловой многоволоконной нити, обработанной маслом на стадии (S4), с получением гофрированного жгута,

при этом стадии (S1)-(S5) осуществляют так, что гофрированный жгут имеет прочность при растяжении от 1 до 2 г/ден,

причем на стадии (S1) прядение осуществляют при 100-110°С.

2. Способ получения лиоцеллового материала для сигаретного фильтра, включающий:

(S1) прядение лиоцеллового прядильного раствора, содержащего целлюлозную массу и водный раствор N-метилморфолин-N-оксида (NMMO), в котором концентрация целлюлозной массы составляет от 8 до 11 мас.%;

(S2) коагулирование лиоцеллового прядильного раствора, спряденного на стадии (S1), с получением коагулированной лиоцелловой многоволоконной нити;

(S3) промывание водой лиоцелловой многоволоконной нити, коагулированной на стадии (S2);

(S4) обработку маслом и сушку лиоцелловой многоволоконной нити, промытой водой на стадии (S3); и

(S5) гофрирование лиоцелловой многоволоконной нити, обработанной маслом на стадии (S4), с получением гофрированного жгута,

при этом стадии (S1)-(S4) осуществляют таким образом, что моноволокна для лиоцелловой многоволоконной нити, получаемой на стадии (S4), имеют прочность от 2,0 до 3,5 г/ден,

причем на стадии (S1) прядение осуществляют при 100-110°С.

3. Способ по п.1 или 2, в котором на стадии (S1) целлюлозная масса содержит от 85 до 97 мас.% альфа-целлюлозы и имеет степень полимеризации (DPw) от 600 до 1700.

4. Способ по п.1 или 2, в котором на стадии (S2) коагулирование включает первичное коагулирование с использованием воздушного охлаждения (ВО) посредством подачи холодного воздуха на спряденный лиоцелловый прядильный раствор, и вторичное коагулирование посредством помещения первично коагулированного прядильного раствора в раствор для коагулирования.

5. Способ по п.4, в котором воздушное охлаждение для первичного коагулирования осуществляют посредством подачи холодного воздуха на спряденный лиоцелловый прядильный раствор при температуре от 4 до 15°C и скорости потока воздуха от 70 до 90 Н³/час.

6. Способ по п.4, в котором раствор для коагулирования при вторичном коагулировании имеет температуру 30°C или менее.

7. Способ по п.1 или 2, в котором стадии (S1)-(S4) осуществляют так, что лиоцелловые моноволокна, получаемые на стадии (S4), имеют тонину от 1,0 до 8,0 денье.

8. Способ по п.1 или 2, в котором гофрирование осуществляют посредством подачи пара на лиоцелловую многоволоконную нить и приложения к ней давления.

9. Способ по п.8, в котором гофрирование осуществляют посредством подачи пара на лиоцелловую многоволоконную нить при давлении от 0,1 до 1,0 кгс/см² и прессования лиоцелловой многоволоконной нити с использованием прессующего валка при давлении от 1,5 до 2,0 кгс/см².

10. Способ по п.9, в котором гофрирование осуществляют так, чтобы образовать от 15 до 30 изгибов на дюйм лиоцелловой многоволоконной нити, получаемой на стадии (S4).

11. Способ по п.1 или 2, в котором стадии (S1)-(S4) осуществляют так, что лиоцелловые моноволокна, получаемые на стадии (S4), имеют удлинение при разрыве от 5 до 13%.

12. Лиоцелловый материал для сигаретного фильтра, который представляет собой гофрированный жгут, имеющий прочность при растяжении от 1 до 2 г/ден, полученный посредством гофрирования лиоцелловой многоволоконной нити.

13. Лиоцелловый материал для сигаретного фильтра, который представляет собой гофрированный жгут, полученный посредством гофрирования лиоцелловой многоволоконной нити, включающей лиоцелловые моноволокна, имеющие прочность от 2,0 до 3,5 г/ден.

14. Лиоцелловый материал по п.12 или 13, в котором гофрированный жгут имеет от 15 до 30 изгибов на дюйм.

15. Лиоцелловый материал по п.13, в котором лиоцелловые моноволокна имеют тонину от 1,0 до 8,0 денье.

16. Лиоцелловый материал по п.13, в котором лиоцелловые моноволокна имеют удлинение при разрыве от 5 до 13%.

17. Лиоцелловый материал по п.12 или 13, в котором гофрированный жгут имеет прочность при растяжении от 1 до 2 г/ден и удлинение при разрыве от 5 до 7,5%.