Устройство для изготовления жгутов при производстве курительных изделий Советский патент 1993 года по МПК A24D3/02 

Изобретение относится к устройству для изготовления жгутов для использования при изготовлении курительных изделий, имеющих топливный элемент, отделенное физически вырабатывающее аэрозоль средство и усовершенствованный мундштук для доставки полученного аэрозоля пользователю. Мундштук состоит из нетканого полотна волокон или нитей термопластика в виде малоэффективной термодисперсионной массы материала в форме фильтра-пробки. Мундштук может также включать разделительный элемент, расположенный между массой термопластика и вырабатывающим аэрозоль средством. Было обнаружено, что в отличие от обычных мундштуков, таких как ацетатцеллюлозная пробка, использование

усовершенствованного мундштука согласно настоящему изобретению снижает температуру аэрозоля, воспринимаемую потребителем, но не. мешает доставке требуемых количеств аэрозоля.

Предпочтительно,, курительные изделия, использующие усовершенствованный мундштук, выполнены в виде сигареты, ко- тора я использует короткий топливный элемент, предпочтительно углеродистый, длиной менее 30 мм. Предпочтительно, вырабатывающее аэрозоль средство находится также в проводящей теплообменной связи с топливным элементом, Мундштуко- вая часть согласно изобретению предпочтительно включает цилиндрический сегмент полотна нетканых термопластичных распла00

8

00

00

4

СА)

водутьевых волокон, которые собирают или перегибают по форме обычного фильтра- пробки длиной 10-40 мм, предпочтительно 15-35 мм, вместе с собранным или сложенным разделительным элементом из табач- ной бумаг длиной приблизительно 5-30 мм, предпочтительно 5-15 мм, помещенным между нетканым сегментом и вырабатывающим аэрозоль средством.

Обычные сигаретные мундштуки обыч- но состоят из фильтрующих материалов эффективностью от умеренной до высокой, таких как целлюлозо-ацетатная вата. Такие материалы обычно имеют волокна, которые ориентированы главным образом в направ- лении курения, что может приводить к канализации воздуха через относительно небольшую часть фильтра. Нетрудно видеть, например при курении сигарет с фильтром, что лишь часть фильтра оказывается обесцвеченной, что свидетельствует о канализации дыма в этой части фильтра. Этот эффект канализации нередко ощущается потребителем как горячее пятно на губах или языке.

Было обнаружено, что усовершенствованный мундштук в соответствии с настоящим изобретением и, в частности, компонент нетканого полотна термопластика, действует как тепловой сток и помогает ослабить восприятие горячих пятен благодаря распределению вырабатываемого аэрозоля по большой площади поверхности, предпочтительно по существу по всей площади поверхности мундштукового ком- понента (ов). Распределение аэрозоля по большой площади поверхности видимо способствует воспринимаемому снижению температуры за счет увеличения времени пребывания аэрозоля в мундштуке, и в час- тности в сегменте нетканого термопластика. Кроме того, в отличие от обычных мундштуков, которые обычно используются для отфильтровывания существенных количеств различных нежелательных компонен- тов табачного дыма, курительные изделия, использующие нетканый термопластичный материал в качестве мундштука в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивают подобное воспринимаемое снижение температуры без существенно уменьшения доставки компонентов аэрозоля, например, глицерина, ароматизирующих компонентов и т.п. Другими словами, фильтрующая эффективность таких материалов существен- но ниже, чем у фильтрующего материала обучных сигарет, такого как ацетатцеллю- лозная вата, что весьма важно для поддержания требуемой доставки аэрозоля, вырабатываемого курительными изделиями

согласно настоящему изобретению, допуская использование более длинных секций материала для обеспечения увеличенного времени пребывания и охлаждения аэрозоля.

Предпочтительный разделительный элемент, подобно сегменту нетканого термопластичного материала, представляет собой преимущественно низкоэффективный фильтрующий материал и действует также как тепловой сток, который не только способствует снижению температуры аэрозоля, воспринимаемой потребителем, но помогает преодолеть нежелательное разложение или оплавление нетканого термопластичного материала.

Предпочтительные курительные изделия, использующие усовершенствованный мундштук согласно настоящему изобретению, способны доставлять как минимум 0,6 мг аэрозоля, измеренные показателем количества влажного общего дисперсного вещества (ВОДВ), на протяжении первых трех затяжек при курении в условиях, определяемых нормами Федеральной комиссии США по торговле (ФКТ), которые состоят из затяжек по 35 мл длительностью 2 с, разделенных 58 с тления. Более предпочтительно, варианты воплощения согласно изобретению способны доставлять 1,5 мг и более аэрозоля на протяжении первых 3 затяжек. Наиболее предпочтительно, варианты воплощения изобретения способны доставлять 3 мг и более аэрозоля в течение первых 3 затяжек при курении по нормам ФКТ. Кроме того, предпочтительные варианты воплощения изобретения доставляют в среднем минимум 0,8 мг ВОДВ на затяжку в течение первых 6 затяжек, предпочтительно минимум 10 затяжек, в условиях курения по нормам ФКТ.

В дополнение к упомянутым достоинствам, предпочтительные курительные изделия согласно настоящему изобретению способны давать аэрозоль, который отличается химической простотой и состоит по существу из воздуха, окисей углерода, воды, аэрозоль-образователя, возможных желательных ароматизаторов или других желательных летучих материалов, и следов других материалов. Аэрозоль предпочтительно не проявляет существенной мутаген- ной активности, измеренной с помощью теста Эймса. Кроме того, предпочтительные изделия могут быть сделаны практически бёззольными, чтобы потребителю не приходилось стряхивать золу при употреблении.

В использованном здесь и только для целей данной заявки, термин аэрозоль оп- еделяется так, что охватывает пары, газы,

частицы и т.п., как видимые, так и невидимые, и особенно те компоненты, которые воспринимаются потребителем как дымо- подобные, выделяемые под действием тепла от сгорания топливного элемента на вещества, содержащиеся в вырабатывающем аэрозоль средстве, или в любом другом месте изделия. При таком определении, термин аэрозоль включает также летучие ароматизаторы и/или фармакологически или физиологически активные вещества, безотносительно к тому, дают ли они видимый аэрозоль,

В использованном здесь виде фраза проводящая теплообменная связь определяется как физическая компоновка вырабатывающего аэрозоль средства и топливного элемента, благодаря которой тепло передается путем проводимости от горящего топливного элемента к вырабатывающему аэрозоль средству по существу на протяжении периода горения топливного элемента. Проводящая теплообменная связь может быть достигнута помещением вырабатывающего аэрозоль средства в контакте с топливным элементом и, тем самым, непосредственной близости к горящей части топливного элемента, и/или благодаря использованию проводящего элемента для передачи тепла от горящего топлива к вырабатывающему аэрозоль средству. Предпочтительно используются оба метода обеспечения проводящего теплообмена.

В использованном здесь виде термин углеродистый означает вещества, содержание главным образом углерод.

В использованном здесь виде термин изолирующий элемент применяется ко всем материалам, которые действуют главным образом как изоляторы. Предпочтительно, такие материалы не горят при употреблении, но они могут включать медленно горящие угли и аналогичные материалы, а также материалы, которые оплавляются при употреблении; например, низкотемпературные марки стекловолокна. Подходящие изоляторы имеют теплопроводность {в г-кал/с (см2) (°С/см) менее 0,05, предпочтительно менее 0,02, наиболее предпочтительно менее 0,005.

Курительные изделия, которые используют фильтрующий материал согласно настоящему изобретению рассматриваются более подробно на сопровождающих чертежах и в детальном описании изобретения, приведенных ниже,

На фиг.1 показана схематичная иллюстрация способа формования полосы распла- водутьевого термопластика в виде цилиндрического сегмента по форме фильтра-пробки; на фиг.2 - двойная коническая система, используемая для собирания или складывания материала по форме фильтра- пробки.

5В соответствии с изобретением предлагается усовершенствованный мундштук для применения в курительных изделиях. Мундштук особенно пригоден для курительных изделий, имеющих выгорающий топливный

0 элемент и отделенное физически вырабатывающее аэрозоль средство.

В общем случае, усовершенствованный мундштук включает сегмент, образованный из нетканого полотна волокон или нитей

5 термопластика и может также включать разделительный элемент, расположенный между сегментом из волокон термопластика и вырабатывающим аэрозоль средством. Предпочтительные средства для изго0 товления таких термопластичных полотен основаны на выдувании расплава.

.Термопластичное полотно может быть отформовано в виде цилиндрического или иного по форме элемента с помощью техно5 логии изготовления традиционных фильтров-пробок, такой как обычные жгутоизготовители, используемые для производства ацетатцеллюлозных фильтров- вставок.

0 На фиг.1 иллюстрируется средство для формования полотна в виде фильтров-пробок. Как схематически показано на фиг, 1, . рулон 1 полотна термопластичного волокна 2 сматывают и протягивают и конус предва5 рительного формования 3, который собирает или складывает плоское полотно в виде цилиндра, пригодного для пропускания в устройства для изготовления фильтров-пробок. На сформированный таким

0: путем цилиндр 4 оборачивается бумажное полотно 5 (так называемая обертка для фильтров) и эту комбинацию режут на требуемые отрезки б, используя нож 7. До поступления в гарнитуру, на одну кромку

5 обертки с помощью наносителя наносят непрерывный валик клея. Во время прохожде- .ния этих компонентов через гарнитуру, отформованную полосу полотна дополнительно обжимают в виде стержня с цилинд0 рическим сечением при одновременном оборачивании оберткой 5 для фильтров, Когда валик клея соприкасается с накладывающейся поверх секцией обернутого стержня, происходит герметизация с помощью гер5 метизационной штанги. Такой бесконечный стержень фильтра затем режут на отрезки 6 с помощью резака 7.

Хотя зто и не существенно для изготовления приемлемых фильтров-пробок, термопластичное полотно самопосебё

подвергают предварительной обработке до формования в стержень. Две таких обработки, проиллюстрированные на фиг.1, могут включать использование пары валков с канавками 8, используемых для гофрирования, и наноситель жидкости 9, используе- мый для поверхностной обработки материала, например, глицерином или другими увлажнителями.

В альтернативе предпочтительно использована двухконусной системы, представленной на фиг.2, вместо одного конуса 3. Такая система содержит конус в конусе в качестве аппарата предварительного формования. Термопластичное полотно заправляется в кольцевое пространство между конусами в существен но ненатянутом состоянии, например, в точке ввода, и материал полотна оборачивается вокруг радиальной части внутреннего конуса. Конусы могут перемещаться друг относительно друга, чтобы добиться требуемой однородности и плотности фильтра-пробки.

Хотя для приготовления материала полотна для получения сегмента из волокон термопластика возможно использование большинства термопластичных полимеров, предпочтительными являются полиолефи- ны, такие как изотактический полипропилен, и сложные полиэфиры, такие как поли(бутилентерефталат), Благодаря харак- ,теру процесса термоформования выдуванием расплава, различные добавки (например, карбонат кальция) могут быть легко введены внутрь в полимерный расплав или нанесены дутьем на поверхность расплавленного полимера во время его экструдирования, чтобы изменить структуру полотна, получаемого выдуванием расплава и, тем самым, его характеристики в фильтрующем элементе. Кроме того, полотно, получаемые выдуванием расплава, после формования могут быть легко подвергнуты известным последующим обработкам вспомогательными средствами в сухом или жидком виде для придания определенных органолептических и/или медицинских свойств.

Базовая масса такого полотна может меняться в .зависимости от ряда факторов, включая процесс, использованный для формирования материала полотна, а также конкретный использованный термопластичный полимер. Для предпочтительных полипропиленовых расплаводутьевых материалов, базовая масса предпочтительно составляет 0,5-1,0 унцию/ярд2.

Прочность на растяжение таких полотен при закреплении в захватах также может колебаться, но в общем случае она составляет от 0,1 до 3,0 фунтов в направлении, поперечном продвижению полотна (CD), и не мене 0,1 фунта в технологическом направлении (MD). Предпочтительные интервалы составляет 0,7-2,4 фунта в технологическом направлении, и 0,5-2,3 фунта в поперечном направлении. Предпочтительные полотна имеют также прочность на растяжении при закреплении в захватах, обеспечивающую отношение МО/CD в диапазоне1:1 -4:1, предпочтительно 1:1-2:1. Прочность на растяжение таких материалов обычно определяют в соответствии с методикой 5100- федеральный стандарт № 19.1 А на испытания, с помощью испытательной

машины Инстрон корпорейшн, модель 1122. Эта прочность обычно определяется рядом факторов, в том числе ориентацией волокон относительно технологического направления и поперечного направления, степенью слияния волокон между собой и распределением ширины волокон.

Пористость по Фрезеру для таких полотен также может колебаться в диапазоне 100- 1000 куб.фут/кв.фут/мин, предпочтительно в

диапазоне 150-1000 куб.фут/кв.фут/мин (для 5-слойного образца). Испытания по Фрезеру на пористость для таких материалов проводятся в использованием прибора Фрезера для определения воздухопроницаемости, выпускаемого фирмой Фрезер пресижн инструмент компани. Эти измерения пористости отражают воздухопроницаемость полотна. Методика удовлетворяет .нормам метода 5450, федеральный стандарт № 191А на испытания, за исключением того, что размер образца равен дюймов, и 5-слойный образец используется для измерений на воздушном сопле 20 мм. Единицы измерения по Фрезеру выражаются в

кубических футах воздуха на квадратный фут образцов в 1 мин.

Процент открытой площади для таких полотен обычно составляет 10-60% при предпочтительном интервале 14-52%. Процент открытой площади является мерой открытости и может быть измерена с помощью анализатора изображений типа Кваитимет модель 970, производства фирмы Кембридж инструменте. Этот показатель является весьма значимым при определении фильтрационных характеристик цилиндров, выполненных из полотен в соответствии с настоящим изобретением. Особенно предпочтительным полотном, пригодным для формирования усовершенствованного фильтра-пробки согласно изобретению, является экспериментальный материал из полипропилена, полученный выдуванием расплава и выпускаемый фирмой Кимберли-Кларк корпорейшн под

маркой PP-100-F. Этот конкретный материал имеет проницаемость по Фрезеру около 600, прочность на растяжение в захватах около 1,3 фунта (MD) и 0,7 фунта (CD), и базовую массу 0,75 унций/ярд. Этот материал содержит также глицерин в количестве 2 мас.% для облегчения формования материала в виде цилиндра. Количество глицерина, или иного увлажнителя может колебаться в пределах 0,5-8%, предпочтительно 1-4%, наиболее предпочтительно 1,5-2,5%. Такие материалы подробнее описаны в патентной заявке США N 003980, поданной 16 января 1987 г., включаемой сюда со справочными целями.

С точки зрения рабочих характеристик и эстетического вида жесткость фильтра из термопластичных сегментов, используемых согласно настоящему изобретению, может колебаться в широких пределах, не мешая существенно доставке аэрозоля потребителю. Однако, желательно, чтобы сегмент давал ощущение и жесткость сигареты, использующей фильтры из обычной ацетатной целлюлозы. Хотя существует множество способов оценить жесткость материала фильтра, показатели жесткости для сегментов из волокон термопластика, полученных от фирмы Кимберли-Кларк корпорейшн, марки РР-100-F,; определяли помещением фильтра-пробки под плиту диаметром 19 мм. Плиту вводили в соприкосновение с фильтром и снимали показание начального диаметра без сжатия. В этом состоянии на фильтре создавали фактическое усилие порядка 27 г. Затем плиту нагружали дополнительным усилием 100 г. Спустя 10 при таком нагружении снимали второе показание. Этот показатель жесткости указывали в виде процента и рассчитывали умножением на 100 отношения второго показателя к первому. В общем, жесткость фильтра составляет 94-99%, предпочтительно 96-98%.

Суммарное падение давления для изделий, использующих усовершенствованный мундштук согласно изобретению, предпочтительно аналогично или ниже, чем у обычных сигарет. .Падение давления на самом мундштуке колеблется в зависимости от падения давления на переднем конце курительного изделия. Для предпочтительных курительных изделий, например, описанных ниже в примере 1, падение давления в общем ниже, чем у обычных мундштуков, составляя, как правило, 0,1-6.0 см во д. ст./см длины фильтра, предпочтительно 0,5-4,5 см/см, и наиболее предпочтительно 0,7-1,5 см/см. Падение давления представляет собой падение давления в сантиметрах водяного столба при пропускании 1050 смг/мин воздуха через фильтр. Эти падения давления могут быть нормализованы по единице длины фильтра-пробки с помощью деления на фактическую длину 5 фильтра.

Эффективность фильтра на единицу длины сегмента нетканых волокон термопластика, приготовленного согласно настоящему изобретению, в общем случае ниже,

0 чем у традиционного ацетатцеллюлозного фильтра. Предпочтительно, эффективность таких материалов ниже, чем у малоэффективных ацетатцеллюлозных жгутовых фильтров, выполненных из материала 8,0/40К.

5 полученных у фирмы Сэланиз корпорейшн. Как отмечено выше, мундштук согласно изобретению помогает снизить температуру аэрозоля в том виде, как она воспринимается потребителем, например,

0 за счет распределения вырабатываемого во время курения аэрозоля по большей площади поверхности. Использование низкоэффективных материалов согласно изобретению, однако, также допускает применени5 ем более длинных сегментов нетканых волокон термопластика, не мешая требуемой доставке аэрозоля. Это увеличивает время пребывания аэрозоля в мундштуке, что также способствует снижению температуры

0 аэрозоля в том виде, как она воспринимается потребителем.

Длина сегмента нетканых волокон термопластика, используемых в мундштуке, может колебаться в широких пределах в

5 зависимости от ряда факторов, в том числе требуемого снижения температуры аэрозоля, воспринимаемой потребителем. Для предпочтительных курительных изделий, использующих мундштук согласно изобре0. тению, сегмент термопластика обычно имеет длину 10-40 мм, предпочтительно 15-35 мм, наиболее предпочтительно около 30 мм. Разделительный элемент, предпочтительно используемый при осуществлении

5 изобретения, может быть изготовлен из ряда материалов, таких как ацетатцеллюлоз- ный жгут, и таких материалов, как табак, содержащий трубку.

Предпочтительным материалом для

0 построения разделительного элемента является содержащая табак бумага. Предпоч- . тительнрй содержащей табак бумагой является полотно регенерированного табачного материала, получаемого от фирмы

5 Кимберли-Кларк корпорейшн под маркой i р 144-185-CAPF Reconstituted tobacco Sheet Материал включает около 60% табака, главным образом в виде стеблей табака барли термической сушки, и 35% древесной пуль- пы мягких пород (в пересчете на сухую маесу материала). Влагосодержание в листовом материале составляет предпочтительно 11- 14%. Материал имеет прочность на растяжение в сухом состоянии 1600-3300 г/дюйм и массу сухого вещества 38-44 г/м2. Матери- ал производят с применением обычного бумагоделательного процесса, с добавлением 2% глицерина или другого увлажнителя, 1,8% карбоната калия, 0,1% ароматизато- ров и 1% коммерческого шлихтующего ве- щества, поставляемого под маркой Aquaped ЗбОхс Reactive Size фирмой Геркулес корпо- рёйшн,

Табачная бумага может быть отформована в виде пробки с помощью обучных ме- тодов изготовления пробок. Однако для курительных изделий, использующих мундштук согласно изобретению, предпочтительно формование с помощью двухконус- ной системы при образовании сегмента из нетканых волокон термопластика.

Длина разделительного элемента в об- щем случае, обратно пропорциональна длине сегмента из нетканых волокон термопластика. Для предпочтительных ку- рительных изделий, использующих мундштук согласно настоящему изобретению она обычно составляет 5-30 мм, предпочтительно 5-15 мм, наиболее предпочтительно около ю мм.:

Комбинацию топливный элемент - кап- .сула в оболочке вставляли в канал табачного стержня до тех пор, пока стекловолоконная оболочка не упиралась в табак. Стекловоло- конную и табачную секции объединяли вме- сте под одним наружным оберточным материалом, опоясывающим как комбинацию ,из топливного элемента, изолирующей оболочки и наружной обертки, так и обернутый табачный стержень. Наружной оберт- кой являлась бумага марки Р1768-65-2.: фирмы Кимберли-Кларк.

Мундштук формировали соединением двух секций: 1) разделительного элемента длиной 10 мм и диаметром 7,5 мм, около ; капсулы, изготовленной из табачного листового м атериала, полученного от фирмы Кимберли-Кларк корпопейшн и-имеющего марку P.144-185-CAPF. обернутого бумагой марки Р850-186-2 фирмы Кимберли-Кларк, и 2) цилиндрического сегмента из нетканого полотна термопластичного полипропиленового полотна, полученного выдуванием расплава, производства фирмы Кимберли Кларк корпорейшн и марки PP-100-F, и

обернутого бумагой марки Р1487-184-2 производства фирмы Кимберли-Кларк корпорейшн. Обе секции подготавливали путем пропускания табачной бумаги и полотна из термопластичных волокон описанную выше систему с двойным конусом. Эти две секции соединяли с оберточной бумагой марки Р850-186-2 фирмы Кимберли Кларк корпорейшн.

Составную мундштуковую секцию соединяли с секцией топливный элемент-капсула в оболочке путем окончательного обертывания их связывающей бумагой марки 30637-801-12001 фирмы Экуста.

Изготовленные таким образом курительные изделия вырабатывали похожий на аэрозоль табачный дым без какого-либо нежелательного привкуса благодаря выжиганию или термическому разложению образующего аэрозоль материала. Изготовление таким образом изделия курили в условиях, имитирующих курение человеком, при. которых делали затяжки объемом 50 мл длительностью 2 с, разделенных 28 с тления. Делалось по меньшей мере 6 затяжек. Температура тепла у губ, измеренная с помощью портативного термометра для измерений теплоизлучения ЦиклогГ на участке, находящемся примерно в 4 мм от конца мундштука, была меньше или равна температуре тела. Другими словами, такие изделия создавали аэрозоль без нежелательной горячности, ощущаемой теми, кто пользуется аналогичными изделиями, не содержащими усовершенствованный мундшТХК-.

Ф о р,м у л а и з о б р е т е н и я Устройство для изготовления жгутов при производстве курительных изделий, содержащее средства для подачи волокнистого материала в средства для сборки и формирования волокнистого материала в стержень цилиндрической формы, средства для его обертывания с образованием бесконечного жгута и средства для последующего его разделения на множество отрезков, заданной длины, отличающееся тем, что, с целью повышения качества изготовленных жгутов для их использования в качестве малоэффективных фильтров, средства для сборки и формирования волокнистого материала содержат два конуса; установленных коаксиально с образованием между ними кольцеобразного пространства.

Фие.2

Использование: для изготовления жгутов при производстве курительных изделий, имеющих топливный элемент, отделенное физически вырабатывающее аэрозоль средство и мундштук, который включает сегмент нетканых волокон или нитей термопластика. Сущность изобретения: устройство содержит средства для подачи волокнистого материала в средства для сборки и формирования волокнистого материала в стержень цилиндрической формы, средства для его обертывания с образованием бесконечного жгута и средства для последующего его разделения на отрезки заданной длины. Средства для сборки и формирования волокнистого материала содержат два конуса, установленные коаксиально с образованием между ними кольцеобразного пространства. 2 ил. ел