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Nouveaux filtrée pour la fumée de tabac, produit et procède pour la fabrication de Ces filtrez.
La présente invention concerne des filtres pour la fumée de tabac. Plus particulièrement, l'invention concerne des filtrez pour cigarettes fabriqués à partir de fibres de polyoléfine d'un type particulier. Elle concerne aussi un produit et un procédé pour la fabrication de ces filtres.
Le problème de la filtration de la fumée du tabac a fait l'objet d'études considérables au cours de récentes années et une littérature abondante a été publiée sur ce sujet. En général, les filtres sont constitués par des tampons ou des masses de filaments courts ou de granulés de diverses substances. Beaucoup de cesfil- tres connus sont en papier ou en une matière analogue. Néanmoins,
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ces filtres ne sont pas complètement satisfaisants à certains égards.
C'est ainsi que beaucoup d'entre eux ne sont pas suffisamment effi- caces et que d'autres, en particulier ceux qui sont sous la forme de tampons, présentent l'inconvénient de créer une perte de charge éle- vée.
Un filtre pour la fumée de tabac doit non seulement pouvoir retenir certains constituants de la fumée, mais encore présenter un certain nombre d'autres propriétés. Par exemple, il ne doit pas être désagréable aux lévresdu fumeur. C'est ainsi que le filtre doit res- ter ferme jusqu'à ce que la cigarette ait été complètement fumée, sans se ramollir ni se détacher de celle-ci,, Il ne doit pas opposer au passage de la fumée une résistance telle que le fumeur prenne ' nonscience qu'il doit aspirer fortement à travers le filtre.
Il doit êtrede fabrication économique et on doit pouvoir le fabriquer au .moyen d'un appareillage automatique ou il doit se prêter à une pro- duction de masse, à la grande vitesse qui est nécessaire pour la fabrication des cigarettes.
Dans quelques années, on a beaucoup utilisé certains fila- ments d'acétate de cellulose pour fabriquer les filtres pour ciga- rettes et, dans beaucoup de cas, les filtres de ce type ont rempla- cé les filtres en papier. Bien que ces filaments donnent des filtres de bien meilleure qualité que de nombreux filtres antérieurement connus et conviennent bien à la fabrication de filtres sur les , machines automatiques, ils présentent néanmoins certains inconvé- nients. En effet, pour fabriquer des filtres au moyen de filaments d'acétate de cellulose, il est fréquemment nécessaire d'appliquer un plastifiant aux filaments pour assurer la cohésion de la masse de filaments et, par suite, la rigidité du filtre. Pour cette opé- ration, il est nécessaire d'avoir recours à des cabines de pulvéri- sation ou à d'autres installations de ce type.
Dans certains autres cas, en particulier, lorsqu'on utilise de la fibranne de cellulose régénérée pour constituer le filtre, il est nécessaire d'appliquer sur les filaments un adhésif cellulosique ou d'imprégner les fila-
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ments d'un tel produit. Cette opération nécessite aussi l'emploi d'un appareil de pulvérisation ou d'une cuve d'immersion, ou d'un autre dispositif de ce type. Bien que les filtres en acétate de cellulose soient plus efficaces que nombre d'autres filtres, ils ne sont pas aussi économiques du point de vue de la fabrication, ni aussi efficaces que les filtres suivant l'invention décrits sci- après.
Etant donné l'intérêt actuel des filtres du type décrit, il est évident que l'invention d'un filtre présentant de meilleures propriétés constitue un résultat très appréciable.
L'invention a donc pour objets:
Un filtre pour la fumée de tabac plus efficace et plus économique que les filtres connus jusqu'à présent;
Un filtre pour cigarettes qui non seulement est relative- ment ferme, mais encore ne se ramollit pas entre les lèvres du fumeur ou du fait de la teneur en humidité de la fumée de tabac;
Un filtre qui, grâce à ses propriétés hydrophobes, ne sèche pas la fumée de tabac ou ne retient pas certagnes vapeurs hydrophiles auxquelles est lié l'arôme de la fumée;
Un procédé pour la fabrication de filtres du type précité.
Le filtre suivant l'invention est constitué par unfaiceau de fibres continues crêpelées d'une polyoléfine de grande masse moléculaire, les fibres étant de denier compris environ entre 16 et
0,5, la fermeté désirée du filtre résultant seulement du choix com- biné du denier des fibres, de leur nombre par unité de surface de la section droite et du nombre de crêpelures par unité de longueur des fibres et/ou éventuellement de l'utilisation d'une enveloppe en papier épais entourant le faisceau ou de la liaison des fibres en- tre elles en des points de contact répartis au hasard sans apport de substances étrangères.
Suivant l'aspect le plus général de l'invention, on a con- staté qu'on peut transformer certaines polyoléfines en un faisceau de filaments continus crêpelés et que ces filaments continus crêpelés
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permettent de fabriquer des filtres plus efficaces que les filaments antérieurement utilisés pour cette application et présentant un crêpage analogue. En outre, on a constaté qu'on peut donner à ces filaments continus un crêpage plus serré que celui des filaments constituant les filtres antérieurement connus.
De plus, on a consta- té que ce crêpage plus serré associé à l'utilisation d'une envelop- pe ou gaine en papier épais ou à un traitement de fixation thermi- que permet de fabriquer un filtre relativement rigide sans addition de plastifiant ou d'un adhésif tel que les adhésifs cellulosiques décrits dans la technique antérieure. Le produit crêpelé utilisé suivant l'invention peut être façonné et conditionné dans les installations de fabrication automatique de filtres pour cigarettes, si on le désire.
La polyoléfine qu'on préfère utiliser suivant l'invention . est de masse moléculaire comprise entre 10.000 et 1.000.000. De pré- férence, la masse moléculaire de la polyoléfine est comprise entre
30.000 et 200.000. Le point de ramollissement de la polyoléfine qu'on préfère utiliser suivant l'invention est compris entre 85 C et
160 C et, parmi les diverses polyoléfines actuellement fabriquées industriellement, on préfère utiliser le polyéthylène et le poly- propylène.
Le motif du polyéthylène peut être représenté par la formule suivante:
EMI4.1
et le motif du polypropylène par la formule suivante
EMI4.2
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Pour préparer les fibres utilisées pour les filtres suivant l'invention, on peut choisir un polyéthylène de petite densité, de point de ramollissement compris entre environ 90 C et 100 Ce ou un polyéthylène de densité élevée, de point de ramollissement compris entre 110 C et 150 C.
La fabrication de la polyoléfinc ne fait pas partie de l'invention.et elle est bien connue. Autrement dit, on peut obtenir la polyol fine désirée d'un fabricant de polyoléfine en indiquant à ce dernier les spécifications ci-dessus relative. 1 la casse moléculaire et aux autres propriétés du produit. On doit seulement noter que la polyoléfine utilisée suivant l'invention doit être un produit résistant à l'absorption d'humidité. on file la polyoléfine pour tormer un faisceau de filament* parallèles qu'on crêpe ensuite sur un dispositif de crêpai de rubans de filaments textiles. De préférence, on utilise un dispositif qui forme un crêpage uniforme.
Le nombre de filaments que doit on- ' tenir le faisceau pour permettre la fabrication d'un filtre satisfaisant dépend du diantre des fibres élémentaires du faisceau et du crêpage donné au faisceau. En général, lorsque les filaments crêpelés contiennent 48 à 120 crêpeulures par décimètre, il faut 3.500 à 120. 000 filaments pour des fibres de denier compris entre 16 et 0,5. Le tableau suivant indique codent peut varier le nombre de filaments en fonction du diamètre des tibree, pour des faisceaux contenant de 48 à 120 crêpelures par décimètre de filament crêpelé.
EMI5.1
<tb>
<tb>
Denier <SEP> par <SEP> filaient <SEP> Nombre <SEP> de <SEP> filaments <SEP> dans <SEP> le <SEP> faisceau
<tb> (25,5 <SEP> mm <SEP> de <SEP> circonférence)
<tb> 0,5 <SEP> 50.000 <SEP> à <SEP> 120.000
<tb> 1 <SEP> 35.000 <SEP> à <SEP> 70.000
<tb> 3 <SEP> 16.000 <SEP> à <SEP> 30.000
<tb> 4 <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 15.000 <SEP> à <SEP> 25.000
<tb> 8 <SEP> 6.000 <SEP> à <SEP> 15.000
<tb> 16 <SEP> 3.500 <SEP> à <SEP> 7.500
<tb>
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On peut, pour filer les polyoléfines, avoir recours à l'un quelconque des procédés connus dans l'industrie textile pour fabri- quer des filaments de polyoléfine, à la condition qu'on obtienne le denier convenable.
Comme déjà indiqué, suivant l'invention, un crêpage rela- tivement serré est appliqué aux rubans des filaments parallèles.
Si,l'on désire fabriquer des filaments analogues du point de vue du crêpage à ceux qui ont été antérieurement utilisés pour fabriquer des filtres, on peut appliquer aux rubans un crêpage moins serré, correspondant, par exemple, à un nombre de crêpelures par décimètre de filament crêpelé compris entre 24 et 48. Même avec ce crêpage moins serré, on obtient des filtres de meilleure qualité lorsqu'on utilise, suivant l'invention, des polyoléfines pour fabriquer les filaments constituant ces fibres.
.. Divers types d'appareils de crêpage peuvent être utilisés.
On préféré, toutefois, utiliser ceux de ces appareils qui permettent d'obtenir facilement un nombre de crêpelures par décimètre de filament crêpelé compris environ entre 24 et 160, 1'amplitude des crêpelures étant comprise entre 2,5 mm et 0,25 mm.
. Le nombre de crêpelures par décimètre désigne le nombre de demi-ondes par décimètre de longueur de la f ibre crêpelée. Par amplitude de la crêpelure, il faut entendre la hauteur de chaque déni-onde.
De ce qui précède, il résulte que la longueur réelle d'un segment de fibre crêpelé dépend du nombre des crêpelures et de leur amplitude de sorte que, par exemple, un segment de fibre d'un centimètre de longueur à l'état crêpelé peut présenter une longueur de 1,75 cm à 2 cm à l'état non crêpelé. Par conséquent, le ruban de filament utilisé suivant l'invention peut présenter une densité apparente d'autant plus grande que le crêpage est plus serré et, lorsqu'on utilise les filaments suivant l'invention, une certaine fermeté est donnée aux filtres par le seul fait'de ce crêpage serré.
Les filaments continus crêpelés de polyoléfine fabriqués
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comme décrits ci-dessus peuvent être facilement utilité dans les appareillages automatiques de fabrication de filtres accuellement connus. Dans de tels appareillages, le faisceau de filament crêpe- lés est façonné en forme de boudin continu qui est ensuite enveloppa dans un papier et débité en filtre de courte longueur qui sont in- troduits dans les machines de fabrication de cigarettes. Les filtres suivant l'invention peuvent être fabriqués comme on vient de l'indi- quer, conformément aux opérations actuellement courantes, mais cette fabrication est plus économique puisqu'on n'a pas à utiliser de cabine de pulvérisation ou de dispositifs analogues.
Pour que les filtres soient très fermes, l'enveloppe de papier doit être constituée par un papier considérablement plus épais que le papier à cigarette usuel.Par exemple, le papier à cigarettes usuel est d'épaisseur comprise,entre 0,02 mm et 0,04 mm. L'enveloppe ; de papier utilisé suivant l'invention pour La filtre est d'épaisseur, comprise entre 0,08 mm et 0,15 mm. On peut utiliser tout type ap- . proprié de papier de cette épaisseur et, par exemple, on peut obte- nir l'épaisseur convenable par contrecollage de feuilles de papier plus minces ou par application d'une couche convenable sur un papier à ,cigarette usuel.
Bien que l'utilisation d'une enveloppe de papier plus rigi- de ou plus épaisse permette l'obtention d'un filtre bien ferme, on peut, si on le désire, avoir recours à d'autres procédés pour donner -de la rigidité aux filtres, avec ou sans emploi d'une enveloppe de papier épais. Par exemple, on peut faire passer le faisceau de filaments utilisé suivant l'invention dans un entonnoir métallique chauffé. Par application de chaleur, les filaments thermoplastiques utilisés suivant l'invention peuvent se souder non seulement à la surface du faisceau ,mais encore à l'intérieur du faisceau .partout où les filaments crêpelés sont au contact les uns des autres. De cette manière, on peut annsi fabriquer des filtres faisant corps, sans enveloppe externe et sans addition de plastifiant ou revête- ment des filaments.
Toutefois, comme on l'a déjà indiqué, on préfère
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suivant l'invention utiliser des filaments à crêpage serré associés à une enveloppe de papier épais.
De ce qui précède, il résulte qu'on peut utiliser les pro- duits suivant l'invention, formés de filaments crêpelés de polyolé- fine, pour fabriquer des filtres dans les machines usuelles, de di- verses manières, soit que le filtre reçoive une enveloppe de papier, soit que sa structure n'exige pas d'enveloppe de papier.
Les essais faits sur les filtres suivant l'invention, constitués essentiellement par des filaments,.crêpelés continus de ' polyoléfine, montrent que ces filtres absorbent une plus grande quantité de goudron et de nicotine que les filtres actuellement connus sur le marché et donnent lieu à la même perte de charge ou à une perte de charge plus petite.
Les exemples suivants, non limitatifs, illustrent l'inven- tion.
EXEMPLE 1. - Filtres' de polyéthylène.
On prépare un fil étiré de polyéthylène de grande densité, de 5 deniers par filament, par filage de polyéthylène fondu à tra- vers une filière de 50 trous de 0,30 mm de diamètre. Le fil étiré présente une résistance de 2,9 g par denier, un allongement de 30%, et un point de ramollissement à environ 115 C. On en forme un ruban de 16. 000 filaments et on crêpe une fraction du ruban sur une machine à crêper textile qui firme 100 crêpelures par décimètre, toutes perpendiculaires à l'axe longitudinal des fibres. On ouvre le ruban crêpelé jusqu'à une largeur de 30 cm et on l'introduit dans une machine automatique qui le transforme en boudins enveloppés dans du papier à cigarette, de 90 mm de longueur et 25,5 mm de circuférence.
Après un traitement thermique de 10 secondes à 120 C, les bcndins présentent une fermeté satisfaisante et donnent lieu à une perte de charge (résistance au tirage) moyenne de 23,25 mm pour un dé:it d'air de 15,7 cm3 par seconde. On débite deux des boudins en filtras de
15 mm et on fixe ces bouts filtrants sur dix cigarettes de 81. mm de longueur initiale, raccourcies de 15 mm. On essaie les cigrettes
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à bout filtrant jusqu'à ce qu'elle n'aient plus qu'une longueur de 35 mm sur une machine à fumer automatique de construction et de fonctionnement analogues à celle qui est décrite par J.-A. Harlan et
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:i.-R.Aammer, "Industrial and Engineering Chamiatrys 28, 836-9 (1936).
On recueille la fumée qui traverses les filtres et on l'analyse pour en vérifier la teneur en nicotine et en goudron. Les résultats sont consignes au tableau I.
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EXF.MP47 2.- Fl1tresde ollroYln.
On prépare un fil étiré de polypropylène,de 4,8 deniers par filament, par filage de polypropylène fondu à travers une filière de 50 trous de 0,30 mm de diamètre. Le fil étiré présente une résistance de 4,7 g par denier, un allongement de 35% et un
EMI9.3
J'oint de 7amollissement à environ 126 C. On en fait un ruban de 16.700 filaments auxquels on applique 112 crêpelures par décimètre@ On ouvre la ruban crêpelé jusqu'à une largeur de 30 cm et on l'introduit dans une machine qui le resserre en un faisceau compact et qui l'enveloppe de papier blanc de 0,10 mm d'épaisseur. Les boudins obtenus sont très fermes du fait de l'enveloppe en papier épais et il n'est donc pas nécessaire de les soumettre à un traitement thermique.
Ils ont 90 mm de longueur et 25,7 mm de circonférence et ils créent une perte de charge moyenne de 22,75 mm. On débite deux des boudins en filtres de 15 mm et on fixe ces filtres à dix cigarettes de 85 mm de longueur initiale, raccourcies de 15 mm. On essaie les cigarettes à bout filtrant jusqu'à une longueur de 35 mm sur la machine à fumer automatique et on recueille la fumée pour en analyser la teneur en nicotine et en goudron. Les résultats sont consignés au tableau 1.
EMI9.4
EXEMPLE 3.- F1ltes dlacétatl -de cellulose.
Pour permettre une comparaison, on fabrique des filtres en acétate de cellulose de type commercial. On utilise pour cette fabrication un acétate de cellulose commercial à 40% d'acétyle dont on file la solution de manière connue pour obtenir un fil de 5,0 deniers par filament. Le fil terminé présente une résistance de 1,2 g par denier et un allongement de 32%. Il ramollit à environ
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195 C. On en forme un ruban de 16.000 filaments qu'on crêpe à raison
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de 8 crèpelures par décimètre de filament crêpeld (crêpage utilise pour un.certain nombre de rubans d'acétate de cellulose commerciaux pour filtres). On ouvre la ruban crêpelé Jusqu'à une largeur de 30 cm et on l'introduit dans une machine qui le transforme en un faisceau compact et qui l'enveloppe d'un papier à cigarette de type usuel.
Les boudins obtenus ont 25,7 mm de circonférence. Ils sont tout à fait mous, môme après un traitement thermique d'une heure à 150 C. Les boudins ainsi obtenus ne sont pas utilisés pour la com- paraison. On pulvérise un plastidant (triàcétate de glycérine) sur une autre fraction du ruban étalé jusqu'à ce que le poids total du ruban ainsi traité corresponde à 85/100 de fil et 15/100 de plastifiant. On convertit le ruban ainsi traité en boudins de la manière précédemment indiquée. Après conservation à la température ambiante (24 C) pendant une heure, les boudins sont à peu près aussi fermes que les boudins obtenus suivant les exemples 1 et 2 et entourés d'un papier épais.
On coupe les boudins plastifiés en filtres de 15 mm et on les fixe à l'extrémité de dix cigarettes de 85 mm de longueur initiale, raccourcies de 15 mm. On essaie des cigarettes sur la machine à fumer automatique jusqu'à ce qu'elles n'aient plus que 35 mm de longueur. Les résultats de cet essai sont consignés au tableau 1.
EMI10.2
EXEMPLE A.- Filtres de ..1'olyéthYlI1,.
Pour permettre une comparaison avec les filtres de l'exemple 3, on fabrique un filtre comme indiqué ci-après et non suivant le mode de réalisation décrit aux exemples 1 et 2. En effet, cet exemple est destiné à montrer les propriétés d'un filtre de poly- éthylène dont le degré de crêpage est analogue à celui des filtres usuels en acétate de cellulose.
A une fraction d'un ruban de polyéthylène de 33.000 filaments identiques à celui de l'exemple 1, on applique un crêpage de 48 crêpelures par décimètre de filament crêpelé. On transforme le ruban crêpelé en boudins qu'on durcit, puis qu'on coupe en bouts filtrants de 15 mm. On essais les filtres comme décrit à l'exemple 1.
Les résultats de cet essai sont indiqués au tableau 1.
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TABLEAU 1:
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<tb> Perte <SEP> Goudron <SEP> Nicotine <SEP> Goudron <SEP> Nicotine
<tb> Type <SEP> de <SEP> cigarette <SEP> de <SEP> charge <SEP> dans <SEP> la <SEP> fumée <SEP> dans <SEP> la <SEP> fumée <SEP> retenu <SEP> par <SEP> retirée <SEP> par
<tb> moyenne <SEP> (10 <SEP> (* <SEP> cigarettes) <SEP> le <SEP> filtre <SEP> le <SEP> filtre
<tb> mg <SEP> mg
<tb> sans <SEP> filtre <SEP> 170 <SEP> 26
<tb> Filtre <SEP> de <SEP> polyéthylène <SEP> (exemple <SEP> I) <SEP> la,25 <SEP> 120 <SEP> 19 <SEP> 29 <SEP> 27
<tb> Filtre <SEP> de <SEP> polypropylène <SEP> (exemple <SEP> II) <SEP> 10,25 <SEP> 124 <SEP> 19 <SEP> 27 <SEP> 27
<tb> Filtre <SEP> d'acétate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> (exemple <SEP> III) <SEP> 9,75 <SEP> 139 <SEP> 22 <SEP> 18 <SEP> 16
<tb> Filtre <SEP> de <SEP> polyéthylène <SEP> (exemple <SEP> IV) <SEP> 9,
75 <SEP> 129 <SEP> 20 <SEP> 24 <SEP> 23
<tb>
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Au tableau I, la perte de charge est mesurée en centimètres d'eau pour un débit d'air de 17,5 cm3 par seconde à travers la ciga- rette.
Les résultats consignés au tableau I montrent que les filtres en polyéthyléne et les filtres' en polypropylène absorbent une plus grande proportion du goudron et de la nicotine contenus dans la -.-.fumée de la cigarette'que les filtres' antérieurement connus contenant le même nombre de fibres et donnant lieu à la même perte de charge,,
Le filtre de polyéthylène présentant le même nombre de crêpelures (48) que'le filtre d'acétate de cellulose absorbe plus de nicotine et de goudron que ce dernier, ce qui indique que les fibres de polyéthylène et de polypropylène permettent d'obtenir un filtre pour la fumée de cigarettes plus efficace que les filtres cellulosiques de la technique antérieure.
Outre le processus mécanique simple d'élimination des particules de goudron et de nicotine par impact sur les fibres, les filtres suivant l'invention peuvent aussi être le siège d'une charge électrostatique qui attire les particules de fumée.
De la description précédente, il ressort que l'invention permet d'obtenir un filtre pour la fumée de tabac'efficace, nouveau et économique. Outre ces avantages, les filtres suivant l'invention en présentent d'autres; par exemple, ils sont rigides sans que cette rigidité soit due à l'application d'un adhésif liquide. En outre, du fait que les fibres de polyoléfine ont une résistance intrinsèque plus grande que les fibres d'origine cellulosique, les rubans formés à partir de ces fibres peuvent supporter une tension considérablement plus grande au cours de la fabrication des filtres. On peut ainsi accroître la vitesse de production de ces filtres.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemples.
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New filtered for tobacco smoke, product and process for the manufacture of These filters.
The present invention relates to filters for tobacco smoke. More particularly, the invention relates to cigarette filters made from polyolefin fibers of a particular type. It also relates to a product and a process for the manufacture of these filters.
The problem of filtering tobacco smoke has been the subject of considerable study in recent years and a large body of literature has been published on this subject. In general, filters are made of pads or masses of short filaments or granules of various substances. Many of these known filters are made of paper or the like. However,
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these filters are not completely satisfactory in some respects.
Thus, many of them are not sufficiently effective and others, especially those which are in the form of buffers, have the disadvantage of creating a high pressure drop.
A filter for tobacco smoke must not only be able to retain certain constituents of the smoke, but also exhibit a number of other properties. For example, it should not be disagreeable to the smoker's lips. Thus, the filter must remain firm until the cigarette has been completely smoked, without softening or detaching from it, It must not resist the passage of the smoke such that the smoker is not aware that he must inhale strongly through the filter.
It must be of economical manufacture and must be capable of being manufactured by automatic equipment or it must lend itself to mass production at the high speed which is necessary for the manufacture of cigarettes.
In some years, certain cellulose acetate filaments were used extensively in the manufacture of cigarette filters, and in many cases filters of this type have replaced paper filters. While these filaments provide filters of much better quality than many previously known filters and are well suited for making filters on automatic machines, they nevertheless have certain drawbacks. In fact, to manufacture filters using cellulose acetate filaments, it is frequently necessary to apply a plasticizer to the filaments to ensure the cohesion of the mass of filaments and, consequently, the rigidity of the filter. For this operation, it is necessary to have recourse to spray booths or other installations of this type.
In some other cases, in particular, when regenerated cellulose fibranne is used to constitute the filter, it is necessary to apply a cellulose adhesive to the filaments or to impregnate the filaments.
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ment of such a product. This operation also requires the use of a spraying apparatus or of an immersion tank, or of another device of this type. Although cellulose acetate filters are more efficient than many other filters, they are not as economical from a manufacturing point of view, nor as efficient as the filters according to the invention described below.
Given the current interest in filters of the type described, it is obvious that the invention of a filter having better properties constitutes a very appreciable result.
The objects of the invention are therefore:
A filter for tobacco smoke more efficient and more economical than the filters known until now;
A cigarette filter which not only is relatively firm, but also does not soften between the smoker's lips or due to the moisture content of tobacco smoke;
A filter which, thanks to its hydrophobic properties, does not dry out tobacco smoke or retain certain hydrophilic vapors to which the aroma of the smoke is linked;
A process for the manufacture of filters of the above type.
The filter according to the invention is constituted by a web of continuous crimped fibers of a high molecular weight polyolefin, the fibers being of denier between approximately 16 and
0.5, the desired firmness of the filter resulting only from the combined choice of the denier of the fibers, their number per unit area of the cross-section and the number of crimpings per unit length of the fibers and / or possibly of the use of a thick paper envelope surrounding the bundle or of bonding the fibers together at randomly distributed contact points without the addition of foreign substances.
According to the most general aspect of the invention, it has been found that certain polyolefins can be transformed into a bundle of continuous crimped filaments and that these crimped continuous filaments
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make it possible to manufacture filters that are more efficient than the filaments previously used for this application and having a similar creping. In addition, it has been found that these continuous filaments can be given a more tight creping than that of the filaments constituting the previously known filters.
In addition, it has been found that this tighter creping associated with the use of a thick paper wrap or sheath or with a heat-fixing treatment makes it possible to manufacture a relatively rigid filter without the addition of plasticizer or an adhesive such as the cellulosic adhesives described in the prior art. The crimped product used in accordance with the invention can be shaped and packaged in automatic cigarette filter manufacturing facilities, if desired.
The polyolefin which is preferred to be used according to the invention. has a molecular mass between 10,000 and 1,000,000. Preferably, the molecular weight of the polyolefin is between
30,000 and 200,000. The softening point of the polyolefin which is preferred to use according to the invention is between 85 ° C. and
160 C and, among the various polyolefins currently manufactured industrially, it is preferred to use polyethylene and polypropylene.
The polyethylene unit can be represented by the following formula:
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and the pattern of polypropylene by the following formula
EMI4.2
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To prepare the fibers used for the filters according to the invention, it is possible to choose a low density polyethylene, with a softening point of between approximately 90 ° C. and 100 Ce or a high density polyethylene, with a softening point of between 110 C and 150 C.
The manufacture of polyolefin is not part of the invention and is well known. In other words, the desired fine polyol can be obtained from a polyolefin manufacturer by indicating to the latter the above relative specifications. 1 molecular breakage and other product properties. It should only be noted that the polyolefin used according to the invention should be a product resistant to moisture absorption. the polyolefin is spun to twist a bundle of parallel filament * which is then creped on a crepai device of ribbons of textile filaments. Preferably, a device is used which forms a uniform creping.
The number of filaments which the bundle must contain in order to allow the manufacture of a satisfactory filter depends on the diantre of the elementary fibers of the bundle and the creping given to the bundle. In general, when the crimped filaments contain 48 to 120 crimps per decimeter, 3,500 to 120,000 filaments are required for denier fibers between 16 and 0.5. The following table indicates the code may vary the number of filaments depending on the diameter of the tibree, for bundles containing 48 to 120 crimpings per decimeter of crimped filament.
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<tb>
<tb>
Denier <SEP> by <SEP> spun <SEP> Number <SEP> of <SEP> filaments <SEP> in <SEP> the <SEP> bundle
<tb> (25.5 <SEP> mm <SEP> of <SEP> circumference)
<tb> 0.5 <SEP> 50,000 <SEP> to <SEP> 120,000
<tb> 1 <SEP> 35,000 <SEP> to <SEP> 70,000
<tb> 3 <SEP> 16,000 <SEP> to <SEP> 30,000
<tb> 4 <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 15,000 <SEP> to <SEP> 25,000
<tb> 8 <SEP> 6.000 <SEP> to <SEP> 15,000
<tb> 16 <SEP> 3.500 <SEP> to <SEP> 7.500
<tb>
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In order to spin the polyolefins, any of the methods known in the textile industry for making polyolefin filaments can be used, provided the proper denier is obtained.
As already indicated, according to the invention, a relatively tight creping is applied to the ribbons of the parallel filaments.
If it is desired to make filaments similar from the point of view of creping to those which have been previously used to make filters, a looser creping can be applied to the tapes, corresponding, for example, to a number of crepelations per decimeter. of crimped filament of between 24 and 48. Even with this less tight crimping, filters of better quality are obtained when, according to the invention, polyolefins are used to manufacture the filaments constituting these fibers.
.. Various types of creping apparatus can be used.
It is preferred, however, to use those of these apparatuses which easily make it possible to obtain a number of crimpings per decimeter of crimped filament of between approximately 24 and 160, the amplitude of the crimps being between 2.5 mm and 0.25 mm.
. The number of crepelures per decimeter refers to the number of half-waves per decimeter of the length of the crepelated fiber. The amplitude of the crêpelure should be understood to mean the height of each denial-wave.
From the above, it follows that the actual length of a crimped fiber segment depends on the number of crimpings and their amplitude so that, for example, a fiber segment one centimeter in length in the crimped state can have a length of 1.75 cm to 2 cm in the uncrimped state. Consequently, the ribbon of filament used according to the invention can have an apparent density all the greater as the creping is tighter and, when the filaments according to the invention are used, a certain firmness is given to the filters by the only fact of this tight crimping.
Polyolefin crimped continuous filaments manufactured
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as described above can easily be used in commonly known automatic filter manufacturing equipment. In such apparatus, the bundle of crepe filament is shaped into a continuous rod shape which is then wrapped in paper and fed into a short length filter which is fed into cigarette making machines. The filters according to the invention can be manufactured as has just been indicated, in accordance with currently current operations, but this manufacture is more economical since there is no need to use a spray booth or the like.
In order for the filters to be very firm, the paper casing should be made of paper considerably thicker than conventional cigarette paper, for example, conventional cigarette paper is between 0.02 mm and 0 mm thick. , 04 mm. The envelope; of paper used according to the invention for the filter is of thickness, between 0.08 mm and 0.15 mm. Any type of ap- can be used. property of paper of this thickness and, for example, the suitable thickness can be obtained by laminating thinner sheets of paper or by applying a suitable coating to conventional cigarette paper.
Although the use of a stiffer or thicker paper envelope will make it possible to obtain a very firm filter, one can, if desired, resort to other methods to provide rigidity. filters, with or without the use of a thick paper envelope. For example, the bundle of filaments used according to the invention can be passed through a heated metal funnel. By application of heat, the thermoplastic filaments used according to the invention can be welded not only to the surface of the bundle, but also inside the bundle. Wherever the crimped filaments are in contact with each other. In this way, integral filters can be produced without an outer shell and without the addition of plasticizer or coating of the filaments.
However, as we have already indicated, we prefer
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according to the invention, use tight creping filaments associated with a thick paper envelope.
From the foregoing, it follows that the products according to the invention, formed of crimped polyolefin filaments, can be used to manufacture filters in conventional machines, in various ways, either that the filter receives a paper envelope, or that its structure does not require a paper envelope.
The tests carried out on the filters according to the invention, consisting essentially of continuous crimped filaments of polyolefin, show that these filters absorb a greater quantity of tar and nicotine than the filters currently known on the market and give rise to the same pressure drop or at a smaller pressure drop.
The following nonlimiting examples illustrate the invention.
EXAMPLE 1. Polyethylene Filters.
A high density polyethylene drawn yarn, 5 denier per filament, is prepared by spinning molten polyethylene through a die of 50 holes 0.30 mm in diameter. The drawn yarn has a strength of 2.9 g per denier, an elongation of 30%, and a softening point of about 115 C. A ribbon of 16,000 filaments is formed and a fraction of the ribbon is creped on a machine. to crêper textile which makes 100 crêpelures per decimeter, all perpendicular to the longitudinal axis of the fibers. The creped ribbon is opened to a width of 30 cm and introduced into an automatic machine which transforms it into strands wrapped in cigarette paper, 90 mm in length and 25.5 mm in circumference.
After a heat treatment of 10 seconds at 120 C, the coils exhibit satisfactory firmness and give rise to an average pressure drop (tensile strength) of 23.25 mm for an air density of 15.7 cm3 per. second. Two of the sausages are cut into filtras of
15 mm and these filter tips are fixed on ten cigarettes of 81. mm in initial length, shortened by 15 mm. We try the cigrettes
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filtering end until they are no longer than 35 mm in length on an automatic smoking machine similar in construction and operation to that described by J.-A. Harlan and
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: i.-R.Aammer, "Industrial and Engineering Chamiatrys 28, 836-9 (1936).
The smoke passing through the filters is collected and analyzed to check for nicotine and tar content. The results are shown in Table I.
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EXF.MP47 2.- Fl1tresde ollroYln.
A drawn polypropylene yarn, 4.8 denier per filament, is prepared by spinning molten polypropylene through a die of 50 holes 0.30 mm in diameter. The drawn yarn has a strength of 4.7 g per denier, an elongation of 35% and a
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I add 7 softening to about 126 C. We make a ribbon of 16,700 filaments to which we apply 112 crêpelures per decimeter @ We open the crimped ribbon to a width of 30 cm and we introduce it into a machine which tightens it in a compact bundle and wrapped in 0.10 mm thick white paper. The strands obtained are very firm due to the thick paper envelope and it is therefore not necessary to subject them to heat treatment.
They are 90mm in length and 25.7mm in circumference and they create an average pressure drop of 22.75mm. Two of the rods were cut into 15 mm filters and these filters were attached to ten cigarettes of initial length 85 mm, shortened by 15 mm. Filter-tipped cigarettes up to a length of 35 mm are tested on the automatic smoking machine and the smoke is collected for analysis of nicotine and tar content. The results are reported in Table 1.
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EXAMPLE 3. Cellulose acetate fluids.
For comparison purposes, commercial type cellulose acetate filters are manufactured. A commercial 40% acetyl cellulose acetate is used for this production, the solution of which is spun in a known manner to obtain a yarn of 5.0 denier per filament. The finished yarn exhibits a strength of 1.2 g per denier and an elongation of 32%. It softens to about
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195 C. We form a ribbon of 16,000 filaments that we crêpe
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of 8 crepelations per decimeter of crepeld filament (creping used for a number of commercial cellulose acetate tapes for filters). The creped tape is opened up to a width of 30 cm and introduced into a machine which transforms it into a compact bundle and which wraps it with cigarette paper of the usual type.
The strands obtained have 25.7 mm in circumference. They are quite soft, even after a heat treatment for one hour at 150 C. The strands thus obtained are not used for the comparison. A plasticizer (glycerin triacetate) is sprayed on another portion of the spread tape until the total weight of the tape thus treated is 85/100 of yarn and 15/100 of plasticizer. The ribbon thus treated is converted into strands in the manner previously indicated. After storage at room temperature (24 ° C.) for one hour, the strands are about as firm as the strands obtained according to Examples 1 and 2 and surrounded by thick paper.
The plasticized strands were cut into 15 mm filters and attached to the end of ten cigarettes of initial length 85 mm, shortened by 15 mm. Cigarettes are tried on the automatic smoking machine until they are only 35mm in length. The results of this test are reported in Table 1.
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EXAMPLE A.- Filters of ..1'olyethYlll ,.
To allow a comparison with the filters of Example 3, a filter is manufactured as indicated below and not according to the embodiment described in Examples 1 and 2. In fact, this example is intended to show the properties of a polyethylene filter with a degree of creping similar to that of conventional cellulose acetate filters.
To a fraction of a polyethylene tape of 33,000 filaments identical to that of Example 1, a creping of 48 crepelures per decimeter of creped filament is applied. The crimped tape is transformed into sausages which are hardened, then cut into 15 mm filtering ends. The filters are tested as described in Example 1.
The results of this test are shown in Table 1.
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TABLE 1:
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<tb> Loss <SEP> Tar <SEP> Nicotine <SEP> Tar <SEP> Nicotine
<tb> Type <SEP> of <SEP> cigarette <SEP> of <SEP> load <SEP> in <SEP> the <SEP> smoke <SEP> in <SEP> the <SEP> smoke <SEP> retained <SEP > by <SEP> withdrawn <SEP> by
<tb> average <SEP> (10 <SEP> (* <SEP> cigarettes) <SEP> the <SEP> filter <SEP> the <SEP> filter
<tb> mg <SEP> mg
<tb> without <SEP> filter <SEP> 170 <SEP> 26
<tb> Filter <SEP> of <SEP> polyethylene <SEP> (example <SEP> I) <SEP> la, 25 <SEP> 120 <SEP> 19 <SEP> 29 <SEP> 27
<tb> Filter <SEP> of <SEP> polypropylene <SEP> (example <SEP> II) <SEP> 10.25 <SEP> 124 <SEP> 19 <SEP> 27 <SEP> 27
<tb> Cellulose <SEP> acetate <SEP> <SEP> filter <SEP> (example <SEP> III) <SEP> 9.75 <SEP> 139 <SEP> 22 <SEP> 18 <SEP> 16
<tb> Filter <SEP> of <SEP> polyethylene <SEP> (example <SEP> IV) <SEP> 9,
75 <SEP> 129 <SEP> 20 <SEP> 24 <SEP> 23
<tb>
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In Table I, the pressure drop is measured in centimeters of water for an air flow rate of 17.5 cm3 per second through the cigarette.
The results reported in Table I show that the polyethylene filters and the polypropylene filters absorb a greater proportion of the tar and nicotine contained in cigarette smoke than previously known filters containing the same. number of fibers and giving rise to the same pressure drop,
The polyethylene filter having the same number of cracks (48) as the cellulose acetate filter absorbs more nicotine and tar than the latter, indicating that the polyethylene and polypropylene fibers provide a filter for cigarette smoke more effective than prior art cellulosic filters.
Besides the simple mechanical process of removing tar and nicotine particles by impact on the fibers, the filters according to the invention can also be the site of an electrostatic charge which attracts the smoke particles.
From the foregoing description it emerges that the invention provides an efficient, novel and economical tobacco smoke filter. In addition to these advantages, the filters according to the invention have others; for example, they are rigid without this rigidity being due to the application of a liquid adhesive. Further, because polyolefin fibers have greater intrinsic strength than fibers of cellulosic origin, ribbons formed from these fibers can withstand considerably greater tension during manufacture of the filters. It is thus possible to increase the production speed of these filters.
Of course, the invention is not limited to the embodiments described, which have been chosen only as examples.