Elément poreux utilisable comme filtre ou comme tampon absorbant, procédé pour sa fabrication et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé
La présente invention a pour objets un élément poreux, utilisable comme filtre ou comme tampon absorbant, un procédé pour sa fabrication et un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. L'élément peut être utilisé, par exemple, comme filtre pour cigarette ou comme tampon absorbant des liquides.
Les conditions nécessaires pour produire un filtre satisfaisant pour la fumée de tabac sont, d'abord, que celui-ci doit effectivement enlever les ingrédients toxiques ou nuisibles de la fumée. Deuxièmement, le filtre doit être suffisamment poreux de façon qu'il n'interfère pas avec le libre passage de la fumée ou ce que l'on appelle communément le tirage de la cigarette. De plus, un filtre pour cigarette doit être suffisamment ferme pour supporter la cigarette sans se recourber ou sans devenir indésirablement mou et flasque. On appréciera, d'après les conditions à satisfaire indiquées ci-dessus, qu'un bon tirage est ordinairement inversement proportionnel à la valeur du filtrage, à savoir plus le filtre est dense, plus le filtrage est effectif, mais la succion nécessaire pour tirer la fumée à travers le filtre devient également plus élevée.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'élément objet de l'invention et un appareil pour sa fabrication.
La fig. 1 est une vue en perspective de cette forme d'exécution de l'élément.
La fig. 2 est une vue en perspective d'un filtre de cigarette constitué au moyen de l'élément de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en perspective montrant le filtre de la fig. 2 incorporé dans une cigarette.
La fig. 4 est une vue schématique en coupe de l'appareil.
La fig. 5 est une coupe, à une échelle agrandie, selon V-V de la fig. 4.
L'élément représenté à la fig. 1 est constitué par une mèche A composée d'un mélange de fibres de cellulose régénérée non adhésives, telles que des fibres de rayonne ou des fibres thermoplastiques constituées à partir du composé vendu commercialement sous le nom déposé de Vinyon , et de fibres thermoplastiques susceptibles d'être rendues adhésives dans des conditions où les fibres non adhésives le restent. Les fibres mentionnées ci-dessus appartiennent à la classe de fibres textiles qui possèdent des diamètres d'au moins 9 microns.
Le mélange peut être formé de façon satisfaisante en distribuant uniformément de 10 à 25 % en poids de telles fibres susceptibles d'être rendues adhésives dans 75 à 90 % en poids de fibres de rayonne crêpée. Les fibres susceptibles d'être rendues adhésives représentent en général au moins 10 % en poids du mélange et, de préférence, de 10 à 15 % en poids.
La longueur des fibres individuelles, non adhésives et de l'autre type peut varier de 15 à 60 mm, et doit être préférablement de 1 à 1 t/2 denier. En raison du gaufrage dans les fibres non adhésives et, si on le désire, dans les fibres de l'autre type, de petits vides sont formés à l'intérieur du corps de l'élément, ce qui augmente la faculté d'absorption de l'élément et fournit également une porosité qui, à son tour, permet un tirage plus facile de la fumée.
Les fibres spécifiées ci-dessus sont, en poids, comprises dans la gamme de 100 à 125 grains, soit 6,5 à 8,1 g et des fines fibres de longueur relativement courte fournissent une structure dense et compacte dans laquelle un grand nombre de fibres de plus courte longueur se trouveront placées transversalement à l'axe longitudinal de l'élément.
Une caractéristique importante de l'élément réside dans le fait que les fibres non adhésives ou fibres de rayonne à l'intérieur de la masse fibreuse sont crêpées. Dans le cas de la rayonne, les fibres peuvent être crêpées chimiquement par opposition à des fibres crêpées mécaniquement. Ce gaufrage demeure dans la fibre, même lorsque celle-ci est mouillée. Les filaments, cependant, peuvent être crêpés mécaniquement conformément aux procédés et aux appareillages bien connus. Etant donné que des fibres à denier relativement petit sont utilisées pour former l'élément et étant donné que les fibres sont crêpées, des intervalles ou vides nombreux et petits sont formés à l'intérieur de l'élément, ce qui rend l'élément fibreux susceptible de retenir les liquides, de l'humidité et des petites particules solides. Les fibres susceptibles d'être rendues adhésives peuvent être crêpées ou non.
Lorsque l'on transforme la mèche fibreuse en un article propre à l'usage, les fibres susceptibles d'être rendues adhésives sont activées, comme cela sera exposé plus loin, pour fournir une liaison autogène entre les fibres non adhésives dans la mèche A. Les fibres sont comprimées comme il sera également expliqué, après que les fibres susceptibles d'être rendues adhésives ont été activées, afin d'obtenir un article compact de bonne solidité.
Le filtre B pour la fumée de tabac (fig. 2) est constitué au moyen de la mèche A de la fig. 1. I1 est de forme cylindrique. Les fibres susceptibles d'être rendues adhésives ont été activées et comprimées pour fournir une liaison autogène entre les fibres de rayonne non adhésives et les fibres de l'autre type, d'où il résulte un article compact de forme cylindrique et de bonne solidité. Lorsque la mèche doit être utilisée comme filtre de cigarette, elle est enveloppée dans une enveloppe de papier 2 et coupée en des longueurs convenables pour former le filtre B.
La fig. 3 représente le filtre enveloppé B de la fig. 2 incorporé dans une cigarette C. Le tabac 10 et le filtre B constituent une seule masse enveloppée d'un papier à cigarette usuel 11.
L'appareil pour former et convertir la mèche en une tige à partir de laquelle des éléments de filtre peuvent être coupés, a été établi de manière à fournir une combinaison de toutes les propriétés nécessaires et désirables pour former un filtre pour cigarette. Un tel élément de filtre doit avoir une fermeté ou corps, une possibilité de filtrage maximum et une porosité pour permettre une aspiration libre et facile de la fumée de tabac. Comme il'est bien connu dans la technique des filtres, la densité du filtre est directement proportionnelle à la pression requise pour forcer le fluide à travers le filtre. Indiqué en sens inverse, un bon tirage qui est, évidemment, à basse pression, est inversement proportionnel à l'efficacité de filtrage ou à la densité du filtre.
Dans le présent filtre et dans l'appareil associé, il a été possible d'obtenir le maximum de filtrage et de propriétés d'absorption, sans augmenter la densité jusqu'au point où il y aurait une perte notable dans la possibilité de tirage de la cigarette. Les fibres crêpées qui sont reliées de façon autogène pour former un élément uniforme avec les fibres crêpées ou non crêpées susceptibles d'être rendues adhésives coopèrent pour fournir ce résultat désiré et inattendu.
L'appareil représenté à la fig. 4, dans lequel la mèche relativement lâche est activée et transformée en une tige comparativement forte, dense, mais poreuse, comprend une chambre tubulaire 18 dans laquelle la mèche 19 est tirée à travers une matrice d'entrée 20 en forme de tuyau, montée dans la paroi avant 21 de la chambre. La mèche collante est tirée de la chambre 18 à travers une matrice de sortie 23 plus longue que la matrice 20, montée dans la paroi arrière 24 de la chambre en alignement avec la matrice 20. La matrice 23 présente un diamètre sensiblement plus petit que celui de la matrice 20. Les diamètres préférés pour les matrices d'entrée et de sortie sont de 18 et 9 mm respectivement, lorsque l'on désire fabriquer des filtres pour cigarettes.
Pour d'autres articles, la dimension des trous peut être changée, mais le même rapport peut être sensiblement maintenu. L'intérieur de la chambre 18 est maintenu à une température élevée d'environ 110 degrés centigrades, au moyen d'éléments chauffants 25 qui entourent les parois de la chambre. Les éléments de chauffage sont revêtus d'un matériau iso- lant 27 à travers lequel des connexions électriques vers les éléments de chauffage peuvent être effectuées à l'aide de bornes 28. A un point placé approximativement à mi-chemin entre l'extrémité aval de la matrice 20 et l'extrémité amont de la matrice 23, un agent d'activation, de l'acétone par exemple, est introduit dans la chambre à travers un ajutage de projection 30.
L'acétone peut tomber directement sur la mèche dans la chambre, ou il peut être vaporisé lorsqu'il tombe sur la paroi de la chambre chauffée.
Dans l'un ou l'autre cas, les fibres susceptibles d'être rendues adhésives, dans la mèche, sont ramollies de façon que lorsque la mèche est étirée à travers la matrice 23, il se produise une compression ou un nouvel arrangement de la structure pour fournir une tige 31 ferme, compacte, internement reliée, mais poreuse. Les fibres adhésives se fixent après avoir quitté la matrice 23 lorsqu'elles sont refroidies, et l'acétone est évaporé ou enlevé de toute autre manière. Une fixation partielle peut se produire dans le trou de la matrice 23, et la longueur ainsi que la position axiale de cette matrice dans la paroi terminale 24 sont contrôlées pour fournir les résultats qui peuvent être désirés.
De façon à éviter que la matière constituant la mèche colle au trou de l'une ou l'autre des matrices ou se dépose dans ces trous, les matrices sont préférablement faites en polytétrafluoroéthylène vendu commercialement sous la marque de fabrique Teflon .
Suivant le degré d'activation que l'on juge désirable et la vitesse avec laquelle la mèche est étirée à travers la chambre 18 au moyen de rouleaux d'entraînement R, R, il peut être trouvé nécessaire ou désirable de prévoir une ventilation limitée pour la chambre. Ceci peut être obtenu en formant des méplats 35 (fig. 5) le long de la paroi de la matrice d'entrée 20. Ces méplats s'étendent à travers la pa-. roi d'extrémité 21 de façon que la ventilation limitée de l'intérieur de la chambre 18 soit obtenue. En formant une partie chanfreinée annulaire 40 à l'extrémité aval de la matrice 20, il est possible d'empêcher l'adhérence des fibres sur tout ou partie de la matrice 20.
Lorsque la mèche activée est utilisée pour former des filtres de la fumée de tabac, la tige 31, après avoir quitté la chambre 18, passe à travers un dispositif d'enveloppement 50 dans lequel une feuille continue de papier d'enveloppement 55, fournie à partir d'un rouleau 56, est pliée autour de la tige 31.
La feuille 55 est scellée en appliquant une matière adhésive à partir d'un applicateur 60 connecté avec un récipient d'alimentation 61 d'une matière adhésive.
Le diamètre du trou dans le dispositif d'enveloppement 50 à travers lequel la mèche activée passe est un peu plus petit que le diamètre de la matrice de sortie 23 de la chambre 18, d'où il résulte que le diamètre de la tige est réduit de manière à correspondre au diamètre d'une cigarette ou d'un cylindre de tabac avec lequel le filtre B doit être associé.
On utilise de préférence de l'acétone vaporisé comme agent d'activation pour les fibres susceptibles d'être rendues adhésives, car il a été trouvé que les fibres à l'intérieur de la mèche 31 qui ont été soumises à l'action de l'acétone vaporisé sont plus fermement reliées ensemble et que l'ensemble du filtre terminé présente une plus grande rigidité associée à d'excellentes propriétés de tirage de la fumée de tabac. Il a été également trouvé qu'une section très nette de la tige peut être effectuée quand le filtre a été activé à l'acétone. Dans l'appareil décrit cidessus, le ramollissement des fibres susceptibles d'être rendues adhésives est obtenu d'abord au moyen d'un solvant, à savoir l'acétone qui est appliqué aux fibres.
Cependant, il est bien entendu que la température dans la chambre 18 peut être suffisamment élevée pour aider ou, si on le désire, pour fournir complètement le ramollissement d'une proportion mineure de fibres.
L'efficacité de filtrage du filtre décrit s'améliore
pendant son usage. Une propriété inhérente de la
rayonne à base de viscose est qu'elle se gonfle con
sidérablement lorsqu'elle entre en contact avec de
l'eau ou de l'humidité. Lorsque le filtre est incorporé
dans une cigarette, l'action de filtrage s'améliore
quand le tabac brûle étant donné que les fibres de
rayonne se gonflent lorsqu'elles ont été mises en con
tact avec l'humidité transportée par la fumée. Les
éléments composants de la fumée ou les ingrédients
qui ont été filtrés par la partie de base du cylindre
de tabac seront, en conséquence, plus effectivement
filtrés par les fibres gonflées lorsque la partie de
base du cylindre de tabac brûle.
Des fibres colorées de diverses façons peuvent être utilisées dans le filtre pour fournir un filtre coloré. Des pigments de teinture peuvent être incorporés à la solution de filage donnant les fibres. Des filaments extrudés non teintés, à partir desquels l'ensemble est coupé, peuvent être teints en faisant passer les filaments dans des bains de teinture.
Si on le désire, des substances aromatiques telles que des parfums ou du menthol peuvent être incorporées au matériau de filtrage pour fournir un filtre ayant une arôme agréable. De plus, des huiles essentielles peuvent être incorporées dans le filtre.
Il est évident, dans la description qui précède, qu'on entend par fibres susceptibles d'être rendues adhésives des fibres qui deviennent collantes ou adhésives sous l'effet de certaines conditions qui, relativement, n'affecteront pas les autres fibres non adhésives. Lorsque l'état collant ou adhésif résulte d'une température élevée, les fibres susceptibles d'être rendues adhésives seront, évidemment, du type thermoplastique. Ordinairement, la fibre non adhésive ne sera pas thermoplastique, mais une fibre thermoplastique peut être utilisée pourvu que la température à laquelle elle devient collante soit suffisamment plus élevée que la température à laquelle les fibres de l'autre type deviennent collantes.
Les fibres susceptibles d'être rendues adhésives peuvent être des fibres de résines de vinyle résultant de la polymérisation de composés contenant un groupe de vinyle tel
que le chlorure de polyvinyle ou des copolymères de
chlorure de vinyle et d'acétate de vinyle. D'autres fibres peuvent être utilisées cependant avec succès, par exemple certains copolymères de chlorure de vinyle et d'acrylonitrile.
L'élément fibreux décrit possède des usages nom
breux étant donné qu'il a d'excellentes propriétés de
rétention pour les liquides et pour l'humidité. Parmi
ces usages possibles il peut servir de tampon den
taire pour absorber l'excès de salive dans la bouche
d'un patient. Des tampons chirurgicaux peuvent éga
lement être produits à partir de l'élément fibreux
absorbant.
La protection pour la présente invention n'est
revendiquée que pour autant qu'il ne s'agit pas d'une
invention au sens de l'art. 111 de la loi sur les bre
vets d'invention.
Porous element usable as a filter or as an absorbent pad, process for its manufacture and apparatus for carrying out this process
The present invention relates to a porous element, which can be used as a filter or as an absorbent pad, a process for its manufacture and an apparatus for carrying out this process. The element can be used, for example, as a cigarette filter or as a liquid absorbent pad.
The conditions necessary to produce a satisfactory filter for tobacco smoke are, first, that it must effectively remove toxic or harmful ingredients from the smoke. Second, the filter must be sufficiently porous so that it does not interfere with the free passage of smoke or what is commonly referred to as the draft of the cigarette. In addition, a cigarette filter should be firm enough to support the cigarette without curling or becoming undesirably soft and flabby. It will be appreciated, from the conditions to be satisfied indicated above, that a good draft is usually inversely proportional to the value of the filtering, i.e. the more dense the filter, the more effective the filtering, but the suction necessary to draw. the smoke through the filter also becomes higher.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the element which is the subject of the invention and an apparatus for its manufacture.
Fig. 1 is a perspective view of this embodiment of the element.
Fig. 2 is a perspective view of a cigarette filter formed by means of the element of FIG. 1.
Fig. 3 is a perspective view showing the filter of FIG. 2 incorporated into a cigarette.
Fig. 4 is a schematic sectional view of the device.
Fig. 5 is a section, on an enlarged scale, along V-V of FIG. 4.
The element shown in FIG. 1 consists of a wick A composed of a mixture of non-adhesive regenerated cellulose fibers, such as rayon fibers or thermoplastic fibers formed from the compound sold commercially under the registered name of Vinyon, and of thermoplastic fibers capable of be made adhesive under conditions where the non-adhesive fibers remain so. The fibers mentioned above belong to the class of textile fibers which have diameters of at least 9 microns.
The blend can be satisfactorily formed by uniformly distributing 10 to 25% by weight of such tackifiable fibers in 75 to 90% by weight of creped rayon fibers. The fibers capable of being made adhesive generally represent at least 10% by weight of the mixture and, preferably, from 10 to 15% by weight.
The length of the individual, non-adhesive and other type fibers can vary from 15 to 60 mm, and should preferably be 1 to 1 t / 2 denier. Due to the embossing in the non-adhesive fibers and, if desired, in the fibers of the other type, small voids are formed inside the body of the element, which increases the absorbency of the element. element and also provides porosity which in turn allows for easier smoke draft.
The fibers specified above are, by weight, in the range of 100 to 125 grains, i.e. 6.5 to 8.1 g, and fine fibers of relatively short length provide a dense and compact structure in which a large number of fibers of shorter length will be placed transversely to the longitudinal axis of the element.
An important characteristic of the element is that the non-adhesive fibers or rayon fibers within the fibrous mass are creped. In the case of rayon, the fibers can be chemically creped as opposed to mechanically creped fibers. This embossing remains in the fiber, even when it is wet. The filaments, however, can be mechanically creped according to well known methods and apparatus. Since relatively small denier fibers are used to form the element and since the fibers are crimped, many and small gaps or voids are formed within the element, making the element fibrous. capable of retaining liquids, moisture and small solid particles. The fibers capable of being made adhesive may or may not be crimped.
When converting the fibrous wick into a fit for use article, the adhesivable fibers are activated, as will be discussed later, to provide an autogenous bond between the non-adhesive fibers in the wick A. The fibers are compressed, as will also be explained, after the adhesive capable fibers have been activated, in order to obtain a compact article of good strength.
The filter B for tobacco smoke (fig. 2) is formed by means of the wick A of fig. 1. It is cylindrical in shape. The adhesivable fibers have been activated and compressed to provide an autogenous bond between the non-adhesive rayon fibers and the fibers of the other type, resulting in a compact article of cylindrical shape and good strength. When the wick is to be used as a cigarette filter, it is wrapped in a paper envelope 2 and cut into suitable lengths to form the filter B.
Fig. 3 represents the enveloped filter B of FIG. 2 incorporated into a cigarette C. The tobacco 10 and the filter B constitute a single mass wrapped in a conventional cigarette paper 11.
The apparatus for forming and converting the wick into a rod from which filter elements can be cut has been established to provide a combination of all of the properties necessary and desirable to form a cigarette filter. Such a filter element should have firmness or body, maximum filterability and porosity to allow free and easy suction of tobacco smoke. As is well known in the filter art, the density of the filter is directly proportional to the pressure required to force the fluid through the filter. Indicated in reverse, a good draft which is, of course, at low pressure, is inversely proportional to the filtration efficiency or to the density of the filter.
In the present filter and in the associated apparatus, it has been possible to obtain the maximum filtering and absorption properties, without increasing the density to the point where there would be a noticeable loss in the possibility of draft. cigarette. Crimped fibers which are autogenously bonded to form a uniform element with the crimped or uncrimped fibers capable of being tacky cooperate to provide this desired and unexpected result.
The apparatus shown in FIG. 4, in which the relatively loose wick is activated and transformed into a comparatively strong, dense, but porous rod, comprises a tubular chamber 18 in which the wick 19 is drawn through an inlet die 20 in the form of a pipe, mounted in the front wall 21 of the chamber. The sticky wick is drawn from chamber 18 through an outlet die 23 longer than die 20, mounted in the rear wall 24 of the chamber in alignment with die 20. Die 23 has a diameter substantially smaller than that. of die 20. Preferred diameters for the inlet and outlet dies are 18 and 9 mm, respectively, when it is desired to make cigarette filters.
For other items, the size of the holes can be changed, but the same ratio can be substantially maintained. The interior of chamber 18 is maintained at an elevated temperature of about 110 degrees centigrade by means of heating elements 25 which surround the walls of the chamber. The heating elements are coated with an insulating material 27 through which electrical connections to the heating elements can be made using terminals 28. At a point approximately midway between the downstream end of the matrix 20 and the upstream end of the matrix 23, an activating agent, for example acetone, is introduced into the chamber through a projection nozzle 30.
Acetone may fall directly on the wick in the chamber, or it may be vaporized as it falls on the wall of the heated chamber.
In either case, the adhesivable fibers in the wick are softened so that when the wick is stretched through the die 23, compression or re-arrangement of the wick occurs. structure to provide a firm, compact, internally connected, but porous rod 31. The adhesive fibers attach after leaving die 23 when cooled, and the acetone is evaporated or otherwise removed. Partial fixation may occur in the hole of the die 23, and the length as well as the axial position of this die in the end wall 24 is controlled to provide the results which may be desired.
In order to prevent the material constituting the wick from sticking to the hole of one or the other of the dies or from depositing in these holes, the dies are preferably made of polytetrafluoroethylene sold commercially under the trademark Teflon.
Depending on the degree of activation which is deemed desirable and the speed with which the wick is drawn through chamber 18 by means of drive rollers R, R, it may be found necessary or desirable to provide limited ventilation for bedroom. This can be achieved by forming flats 35 (Fig. 5) along the wall of the inlet die 20. These flats extend through the pa-. end king 21 so that limited ventilation of the interior of the chamber 18 is obtained. By forming an annular chamfered portion 40 at the downstream end of the die 20, it is possible to prevent the adhesion of the fibers to all or part of the die 20.
When the activated wick is used to form tobacco smoke filters, the rod 31, after leaving the chamber 18, passes through a wrapping device 50 in which a continuous sheet of wrapping paper 55, supplied to from a roll 56, is folded around the rod 31.
Sheet 55 is sealed by applying an adhesive material from an applicator 60 connected with a supply container 61 of an adhesive material.
The diameter of the hole in the wrapping device 50 through which the activated bit passes is somewhat smaller than the diameter of the outlet die 23 of the chamber 18, whereby the diameter of the rod is reduced. so as to correspond to the diameter of a cigarette or a tobacco cylinder with which the filter B is to be associated.
Vaporized acetone is preferably used as an activating agent for the fibers capable of being made adhesive, since it has been found that the fibers within the wick 31 which have been subjected to the action of the adhesive. The vaporized acetone are more firmly bonded together and the completed filter assembly exhibits greater rigidity coupled with excellent tobacco smoke draft properties. It has also been found that a very clean section of the rod can be made when the filter has been activated with acetone. In the apparatus described above, the softening of the fibers capable of being made adhesive is obtained firstly by means of a solvent, namely acetone, which is applied to the fibers.
However, it is understood that the temperature in chamber 18 can be high enough to assist or, if desired, to completely provide softening of a minor proportion of fibers.
The filtering efficiency of the described filter improves
during its use. An inherent property of
rayon made from viscose is that it swells con
sorely when it comes into contact with
water or moisture. When the filter is incorporated
in a cigarette, the filtering action improves
when the tobacco burns as the fibers of
rayon swell when put in con
tact with the humidity carried by the smoke. The
smoke components or ingredients
which have been filtered by the base part of the cylinder
of tobacco will therefore be more effectively
filtered by the swollen fibers when the part of
tobacco cylinder base is burning.
Fibers colored in various ways can be used in the filter to provide a colored filter. Dye pigments can be incorporated into the fiber spinning solution. Non-tinted extruded filaments, from which the assembly is cut, can be dyed by passing the filaments through dye baths.
If desired, aromatic substances such as perfumes or menthol can be incorporated into the filter material to provide a filter having a pleasant aroma. In addition, essential oils can be incorporated into the filter.
It is obvious, in the preceding description, that by fibers capable of being made adhesive is meant fibers which become tacky or adhesive under the effect of certain conditions which, relatively, will not affect the other non-adhesive fibers. When the tacky or adhesive state results from a high temperature, the fibers capable of being made adhesive will, of course, be of the thermoplastic type. Ordinarily, the non-adhesive fiber will not be thermoplastic, but a thermoplastic fiber can be used provided the temperature at which it becomes tacky is sufficiently higher than the temperature at which fibers of the other type become tacky.
The fibers capable of being made adhesive may be vinyl resin fibers resulting from the polymerization of compounds containing a vinyl group such as
than polyvinyl chloride or copolymers of
vinyl chloride and vinyl acetate. Other fibers, however, can be used successfully, for example certain copolymers of vinyl chloride and acrylonitrile.
The fibrous element described has uses nom
breux since it has excellent
retention for liquids and moisture. Among
these possible uses it can serve as a den buffer
shut up to absorb excess saliva in the mouth
of a patient. Surgical swabs can also be
may be produced from the fibrous element
absorbent.
Protection for the present invention is not
claimed only in so far as it is not a
invention within the meaning of art. 111 of the law on bre
vets of invention.