JP3789959B2 - Cellulose ester substance, process for producing the same and cigarette filter using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たばこフィルターをはじめとする各種フィルター類、各種不織布類、緩衝材類、錠剤類などを製造するのに有用なセルロースエステルの粉体およびセルロースエステル繊維に関する。さらに、本発明は、喫煙後に環境中に廃棄されたとしても、雨水などによって容易に崩壊または分散するたばこフィルターおよびその製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】
セルロースエステルの粉体は、長径が数ミリ〜数センチ程度のペレット状、繊維状またはフレーク状のものから粒径が数十ミクロン程度の微粉末まで、様々な大きさのものが市販されている。
【0003】
このようなセルロースエステル粉体から、たばこフィルターをはじめとする各種フィルター類、各種不織布、緩衝材、錠剤などを成形する際に、粉体相互の結合剤として、一般に、可塑剤例えば、トリアセチン、トリエチレングリコールジアセテート、トリエチレングリコールジプロピオネート、ジブチルフタレート、ジメトキシエチルフタレート、クエン酸トリエチルエステルなどが用いられる。
【0004】
前記可塑剤を用いて成形した各種フィルター類、各種不織布、緩衝材および錠剤などは、可塑剤により粉体同士が部分的に融着している。すなわち、可塑剤は、セルロースエステル粉体の接着部位で、ランダムに結合するバインダーとしての機能を有する。そのため、使用後に廃棄すると、環境中で形状が崩壊するまで長時間を要し、美観を損なうだけでなく、環境汚染の一因となる。
【0005】
セルロースエステル繊維の繊維束は、たばこフィルターをはじめとする各種フィルター類、各種不織布および緩衝材の製造に利用されている。このようなセルロースエステル繊維の繊維束は、一般に、乾式紡糸法で製造される。すなわち、セルロースエステルを溶剤に溶解した溶液を紡糸口金の細孔から連続的に押出し乾燥した繊維を数千〜数百万本束ねて製造される。
【0006】
このようなセルロースエステル繊維の繊維束からたばこフィルターをはじめとする各種フィルター類、各種不織布および緩衝材を成形する際に、繊維相互の結合剤として、一般に、可塑剤例えば、トリアセチン、トリエチレングリコールジアセテート、トリエチレングリコールジプロピオネート、ジブチルフタレート、ジメトキシエチルフタレート、クエン酸トリエチルエステルなどが用いられる。
【0007】
前記可塑剤を用いて成形した各種フィルター類、各種不織布および緩衝材などは、可塑剤により繊維同士が部分的に融着している。すなわち、可塑剤は、セルロースエステル繊維の接着部位で、ランダムに結合するバインダーとしての機能を有する。そのため、使用後に廃棄すると、環境中で形状が崩壊するまで長時間を要し、美観を損なうだけでなく、環境汚染の一因となる。
【0008】
たばこ煙中のタール類を除去し、喫味を損なわないため、セルロースエステルの繊維束で構成されたたばこフィルターが広く使用されている。このようなたばこフィルターでは、フィルタープラグの形状を維持し、かつフィルタープラグからフィルターチップを切断するために必要な硬度を得るため、バインダーとして可塑剤例えば、トリアセチン、トリエチレングリコールジアセテート、トリエチレングリコールジプロピオネート、ジブチルフタレート、ジメトキシエチルフタレート、クエン酸トリエチルエステルなどが用いられる。
【0009】
前記可塑剤を用いて成形したフィルタープラグは、可塑剤により繊維同士が部分的に融着している。すなわち、可塑剤は、セルロースエステル繊維の接着部位で、ランダムに結合するバインダーとしての機能を有する。そのため、使用後に廃棄すると、環境中で形状が崩壊するまで長時間を要し、美観を損なうだけでなく、環境汚染の一因となる。
【0010】
一方、クレープ状に加工した木材パルプを原料とした紙製のたばこフィルターや再生セルロース繊維束からなるたばこフィルターも知られている。これらのフィルターは、セルロースエステルの繊維束からなるフィルターと比較して、湿潤時の崩壊性が若干高く、環境汚染をある程度軽減できる。しかし、たばこの喫味が劣ると共に、フィルターとして必要なフェノール類の選択除去性がセルロースエステルに比べて極端に低く、しかも、同じ圧力損失においてフィルター硬度がセルロースエステルに比して低い。
【0011】
特開昭56−24151号公報には、酢酸セルロース繊維と、これらの繊維を交差点で熱融着させるための熱融着性繊維とを含むフィルターが開示されている。熱融着性繊維としては、フィブリル化したポリオレフィン繊維などが使用され、その使用量は、酢酸セルロースに対し25〜50重量%である。このようなフィルターは、熱融着繊維により、酢酸セルロース繊維が多数の交点で三次元的に節接合しているため、水中で実質的に崩壊性を示さない。
【0012】
米国特許番号411117号に対応する特開昭50−75223号公報には、高沸点のポリオールと、ポリエステル、ポリアミドおよびポリエステルアミドからなる群から選択され、前記ポリオールに可溶であるとともに水溶性または水分散性のポリマーとで構成された接着組成物を用い、セルロース繊維を接着させることにより、たばこフィルターを製造することが開示されている。
【0013】
WO 93/24685には、セルロースエステル繊維と光活性金属酸化物とで構成された生分解性のたばこフィルターに関し、繊維が水溶性結合剤により結合されたフィルター束と、このフィルター束部分を巻紙で覆い、かつ固定するための水溶性接着剤とで構成されたフィルターロッド(たばこフィルター)が開示されている。
【0014】
一方、フィルターロッドは、セルロースエステル繊維の繊維束を、巻紙を用いて、例えば、400m/分程度の高速で巻き上げることにより製造される。そのため、フィルターロッドの製造には、繊維束を高速で円滑に巻き上げるための高速作業適性が求められる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、湿潤時の崩壊性に優れ、環境汚染を軽減できるセルロースエステル繊維の繊維束を提供することにある。
【0016】
本発明の他の目的は、湿潤時の崩壊性に優れ、環境汚染を軽減できるフィルターロッド(たばこフィルター)およびその製造法を提供することにある。
【0017】
本発明のさらに他の目的は、雨水などの水によって、容易に崩壊または分散し、喫煙後に廃棄されても、環境の美観を損ねることのないフィルターロッド(たばこフィルター)およびその製造方法を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意検討の結果、セルロースエステル粉体または繊維の少なくとも表面の一部を、水に濡らしてから成形して乾燥することにより相互に接着力を発現するまで加水分解処理したセルロースエステル繊維束を用いて、前記セルロースエステルの可塑剤に代えて、水に濡らした後成形し乾燥することにより調製した成形物が、水との接触により速やかに崩壊することを見い出し、本発明を完成した。
【0019】
すなわち、本発明のセルロースエステルの粉体およびセルロースエステル繊維の繊維束は、常法に従って得られるセルロースエステル繊維の繊維束を、水を作用させた後乾燥することによって相互に接着力を発現するまで、少なくとも繊維表面の一部を加水分解する事によって得ることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
前記セルロースエステルとしては、例えば、セルロースアセテート、セルロースブチレート、セルロースプロピオネートなどの有機酸エステル;セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートフタレート、硝酸酢酸セルロースなどの混酸エステル;およびポリカプロラクトングラフト化セルロースエステルなどのセルロースエステル誘導体などが例示される。これらのセルロースエステルは単独でまたは二種以上混合して使用できる。
【0021】
セルロースエステルの平均重合度は、例えば50〜900、好ましくは200〜800程度である。セルロースエステルの平均置換度は例えば、1.5〜3.0程度である。
【0022】
好ましいセルロースエステルには、有機酸エステル(例えば、炭素数2〜4程度の有機酸エステル)、特にセルロースアセテートが含まれる。セルロースアセテートの酢化度は、43%〜62%程度である場合が多いが、酢化度30〜50%程度のセルロースエステルは生分解性にも優れている。そのため、セルロースアセテートの酢化度は30〜62%程度の範囲で適当に選択できる。
【0023】
なお、前記セルロースエステルの繊維は、種々の添加剤、例えば、カオリン、タルク、ケイソウ土、石英、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化チタン、アルミナなどの無機粉末;カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ土類金属塩等の熱安定化剤;着色剤;油剤;歩留り向上剤などを含んでいてもよい。また、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸などの環境分解促進剤(生分解促進剤)、アナターゼ型酸化チタンなどの光分解促進剤などを含有させることにより粉体および繊維の分解性を高めることが出来る。
【0024】
また、セルロースエステル繊維は、白色度改良剤、例えば、酸化チタン、好ましくはアナターゼ型酸化チタンを含む場合が多い。酸化チタンの平均粒径は、例えば、0.1〜10μm、好ましくは0.2〜5μm程度である場合が多い。酸化チタンの含有量は、セルロースエステル全体に対し、0.05〜2.0重量%、好ましくは0.1〜1重量%、さらに好ましくは0.2〜0.8重量%程度であり、0.4〜0.6重量%程度である場合が多い。
【0026】
セルロースエステル繊維の繊度は、1〜16デニール、好ましくは1〜10デニール、さらに好ましくは2〜8デニール程度である。セルロースエステル繊維は、非捲縮繊維であってもよいが、捲縮繊維であるのが好ましい。捲縮繊維の捲縮度は、例えば、1インチ当たり5〜75個、好ましくは10〜50個、さらに好ましくは15〜50個程度である。繊維の捲縮度は、1インチ当たり20〜50個程度である場合が多い。また、均一に捲縮した捲縮繊維を用いる場合が多い。たばこフィルターに用いる場合、捲縮繊維を用いると、適度な通気抵抗を有し、チャンネリングが抑制されたフィルターロッドを得ることができるとともに、加水分解の程度が小さくても前記繊維を有効に接合できる。
【0027】
セルロースエステル繊維の断面形状は、特に限定されず、例えば、円形、楕円形、異形(例えば、Y字状、X字状、I字状、R字状など)や中空状などのいずれであってもよい。
【0028】
セルロースエステル繊維で構成された繊維束は、例えば、3,000〜1,000,000本、好ましくは5,000〜1,000,000本程度のセルロースエステル繊維の単繊維を束ねることにより形成できる。繊維束は、3,000〜1,000,000本程度の連続繊維を集束して構成する場合が多い。
【0029】
本発明のセルロースエステル繊維の加水分解の方法は特に限定されないが、無機、有機のアルカリまたは酸の溶液と接触させることによって容易に加水分解することができる。
【0030】
アルカリとして、例えば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化カリウム、トリエタノールアミン、酸として塩酸、硫酸、硝酸、蟻酸、酢酸、リンゴ酸、グリコール酸などがあげられる。これらの酸およびアルカリは水溶液または水と親水性有機溶剤の混合溶液の溶液として使用される。安全性と扱いやすさの点で、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムまたは炭酸水素ナトリウムを適当な濃度の水または水と親水性有機溶剤の混合溶液の溶液として用いるのが特に好ましい。
【0031】
親水性有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、t−ブタノールなどのアルコール類、1,2−プロパンンジオール、1,3−プロパンンジオール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオールなどの多価アルコール類、セルソルブ類、ジオキサン、テトラヒドロフランなどのエーテル類、これらの混合溶媒が使用できる。
【0032】
加水分解の条件(使用するアルカリまたは酸の濃度、温度、使用量、加水分解時間など)は用いるアルカリまたは酸の種類によって異なるため、限定することはできないが、加水分解後の繊維束に水を添加し、成形、乾燥した後、成形物として十分な強度と水崩壊性の両方が実現されるように調整すればよい。
【0033】
使用するアルカリまたは酸の濃度は、例えば、0.01〜10Nの範囲が適当である。好ましくは、0.1〜5Nの範囲が好ましい。濃度が濃すぎると加水分解のコントロールが難しくなるし、薄すぎると十分な効果が得られない。
【0035】
前記のアルカリまたは酸の溶液をシャワーリング、塗布等の方法により、セルロースエステルの粉体またはセルロースエステル繊維に添加し、加水分解を行い、洗浄、乾燥することによって、本発明の水に濡らして乾燥することにより相互に接着力を発現するセルロースエステル繊維を得ることができる。
【0036】
前記のアルカリまたは酸の溶液による加水分解処理は、セルロースエステル繊維全体に不均一に行なう。例えば、たばこフィルターに求められるセルロースエステル本来のたばこ煙のろ過性能を出来る限り損なわずに、水に濡らして乾燥することにより相互に接着力を発現させるためには、加水分解処理は不均一に行った方が有効であるといえる。
【0037】
本発明のたばこフィルターは、前記のごとく部分的に加水分解して得られた繊維束または粉体に水を添加し、巻紙により巻き上げることにより調製できる。水の添加は、水単独で行ってもよいが、前記のような親水性の有機溶剤との混合溶液として添加しても構わない。
【0038】
また、本発明のたばこフィルターは、本発明の加水分解処理で処理されていない通常のセルロースエステルの繊維束に、巻き上げ時に、前記のアルカリまたは酸の水溶液または水と親水性有機溶剤の溶液を添加し、引き続き連続して、巻紙により巻き上げることにより、加水分解と巻き上げを同時に行って得ることができる。
【0039】
たばこフィルターの製造に際し、水、水と親水性有機溶剤の混合溶媒またはこれらとアルカリまたは酸の溶液の添加方法は、セルロースエステルの繊維にこれらの溶媒または溶液を付着できる限り特に制限されず、ディッピンしてから脱液する方法、スプレーガンなどによる噴霧方法、コーティング方法などにより、セルロースエステルの繊維に付着できる。このとき、繊維束の場合は開繊した状態で添加することが好ましい。
【0040】
前記のたばこフィルターの製造に際し、水、水と親水性有機溶剤の混合溶媒またはこれらとアルカリまたは酸の溶液の添加は、セルロースエステル繊維の繊維束全体に不均一に行ってもよい。たばこフィルターに求められるセルロースエステル本来のたばこ煙のろ過性能を出来る限り損なわずに、水に濡らして乾燥することにより相互に接着力を発現させるためには、加水分解処理は不均一に行った方が有効であるといえる。
【0041】
セルロースエステル繊維の繊維束に対する溶媒、特に水の適用量は、繊維束の巻き上げを含めた生産性に大きな影響を及ぼす。すなわち、繊維束に対する溶媒の適用量が多いと、フィルターの強度および硬度が著しく低下し、巻紙による巻き上げやカッターによる切断が困難となる。また、フィルターの強度発現に時間を要するだけでなく、乾燥に大きなエネルギーを必要とする。一方、水の適用量が少ないと、セルロースエステル繊維を一体化するのが困難である。そのため、トウ100重量部に対する水の適用量は、25重量部以下、好ましくは0.5〜20重量部、さらに好ましくは1〜15重量部、特に1〜10重量部である。繊維束に対する水の適用量を上記のようにすることにより、繊維束の巻き上げ速度が200〜800m/分、好ましくは300〜800m/分程度であっても、フィルターロッド(たばこフィルター)を円滑に製造できる。
【0042】
とくに、本発明のセルロースエステル繊維の繊維束を用いる場合、前記の方法を採用することにより、たばこフィルターの製造装置に、水、水と親水性有機溶剤の混合溶媒またはこれらとアルカリまたは酸の溶液の添加装置と、必要に応じて、巻紙による巻き上げ工程または巻き上げ後に水および/または溶剤を除去するための乾燥装置を装着するだけで、たばこフィルターを容易に製造できる。
【0043】
【実施例】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【0044】
参考例1
アセチル置換度(以下DS)=2.54、重合度(以下DP)=280、平均粒径=220μmのセルロースアセテートの粉末100gを0.2Nの水酸化ナトリウム水溶液1lに、撹拌しながら、60分間浸漬し、大量の水で洗浄後、乾燥して、表面が加水分解されたセルロースアセテートの粉末を得た。
【0045】
この粉末10重量部に対し5重量部の水を噴霧器を用いて均一に添加することによって、ホットプレス装置を用いて容易にシート状に成形することが出来た。このシートを水中に投入すると、速やかに粉末状に崩壊した。
【0046】
参考例2
参考例1と同じセルロースアセテートの粉末100gを0.5Nの炭酸ナトリウム水溶液1lに、撹拌しながら、180分間浸漬し、大量の水で洗浄後、乾燥して、表面が加水分解されたセルロースアセテートの粉末を得た。
【0047】
この粉末10重量部に対し5重量部の水を噴霧器を用いて均一に添加することによって、ホットプレス装置を用いて容易にシート状に成形することが出来た。このシートを水中に投入すると、速やかに粉末状に形状が崩壊した。
【0048】
参考例3
セルロースアセテートの粉末の形状が、長径が約5mm、短径が約1mmのフレーク状である以外は参考例1と同様の方法で、表面が加水分解されたセルロースアセテートのフレーク状の粉末を得た。
【0049】
この粉末10重量部に対し5重量部の水を噴霧器を用いて均一に添加することによって、ホットプレス装置を用いて容易にシート状に成形することが出来た。このシートを水中に投入すると、速やかにフレーク状に崩壊した。
【0050】
参考例4
断面形状Y型、4デニールのフィラメントを束ねたトータルデニール43000デニールのセルロースアセテートの捲縮繊維の繊維束(捲縮数26/25mm)100gを0.2Nの水酸化ナトリウム水溶液1lに、60分間浸漬し、大量の水で洗浄後、乾燥して、表面が加水分解されたセルロースアセテート繊維の繊維束を得た。
【0051】
この繊維束を開繊したもの2枚を、繊維方向が直行するように重ね、繊維束10重量部に対し5重量部の水を噴霧器を用いて均一に添加した後、ホットプレスすることにより容易に網目状のシートを得る事ができた。このシートを水中に投入すると、速やかに形状が崩壊した。
【0052】
参考例5
参考例4で得られた表面が加水分解されたセルロースアセテート繊維の繊維束を幅25cmに開繊し、繊維束100重量部に対し15重量部の水をスプレーし、繊維束を巻紙装置に送りフィルターを巻取紙で巻き上げ、過剰の水分を加熱乾燥により除去した後、長さ25mmに切断し、たばこフィルターチップを得た。
【0053】
参考例6
参考例4で得られた表面が加水分解されたセルロースアセテート繊維の繊維束を幅25mmに開繊し、繊維束100重量部に対し、1,2−プロパンジオールと水の混合溶液(重量比=1:1)20重量部をスプレーし、繊維束を巻紙装置に送りフィルターを巻取紙で巻き上げ、過剰の水分を加熱乾燥により除去した後、長さ25mmに切断し、たばこフィルターチップを得た。
【0054】
実施例1
参考例4と同じセルロースアセテートの捲縮繊維束を幅25mmに開繊し、繊維束100重量部に対し10重量部の1Nの水酸化ナトリウム水溶液をスプレーし、繊維束を巻紙装置に送りフィルターを巻取紙で巻き上げ、過剰の水分を加熱乾燥により除去した後、長さ25mmに切断し、たばこフィルターチップを得た。
実施例2
参考例4と同じセルロースアセテートの捲縮繊維トウを幅25mmに開繊し、繊維束100重量部に対し、1,2−プロパンジオールと1Nの水酸化ナトリウム水溶液の混合溶液(重量比=1:1)20重量部をスプレーし、繊維束を巻紙装置に送りフィルターを巻取紙で巻き上げ、過剰の水分を加熱乾燥により除去した後、長さ25mmに切断し、たばこフィルターチップを得た。
【0055】
比較例1〜3
1Nの水酸化ナトリウム水溶液の代わりにバインダーとして、セルロースアセテートの可塑剤であるトリアセチン(比較例1)、トリエチレングリコールジアセテート(比較例2)、トリエチレングリコールプロピオネート(比較例3)を用いる以外は、実施例7と同様にして、たばこフィルターチップを得た。
【0056】
参考例5〜6、実施例1〜2および比較例1〜3で得られたたばこフィルターチップのフィルター硬度および水中崩壊性を評価したところ、表1に示す結果をえた。なお供試サンプルは、温度20°C、相対湿度65%の雰囲気中で24時間放置することにより、調湿し、試験に供した。
【0057】
[フィルター硬度]
長さ90mmのフィルター上に、直径12mm、重さ300gの円柱状のおもりにより荷重をかけ、10秒後のフィルターのへこみ量を0.1mmを1として評価した。上記測定方法におけるフィルター硬度の実用的な値は、10.0以下である。
【0058】
[水中崩壊性試験]
25mmに切断したフィルターチップを、ビーカー内の水500mlに投入し、渦中心部の高さが最も高い液面の3/4の高さとなるように、マグネチックスターラーで撹拌し、10分後のフィルターチップの形状を目視で観察し、下記の基準で崩壊性を判断した。
【0059】
優:速やかに綿状に崩壊する。
【0060】
良:部分的に綿状に崩壊する。
【0061】
不可:崩壊せず当初の形状を維持する。
【0062】
[表1]
【0063】
【発明の効果】
本発明によるセルロースエステル粉体およびセルロースエステル繊維は、可塑剤や接着剤などを用いないで、単に水で湿らせた後、成形し乾燥することによって、容易にたばこフィルターをはじめとするフィルター類、不織布類、緩衝材類、錠剤類などの成形物を得ることができる。また、得られた成形物は、水崩壊性に優れるため、使用後あやまって環境中に捨てられても、雨水などの作用により、速やかに繊維状に崩壊し、環境の美観の保全に有効である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to cellulose ester powder and cellulose ester fibers useful for producing various filters including tobacco filters, various non-woven fabrics, buffer materials, tablets and the like. Furthermore, the present invention relates to a tobacco filter that easily disintegrates or disperses by rainwater or the like even if it is discarded in the environment after smoking, and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Cellulose ester powders are commercially available in various sizes, from pellets, fibers or flakes with a long diameter of several millimeters to several centimeters to fine powders with a particle diameter of several tens of microns. .
[0003]
When forming various types of filters including tobacco filters, various nonwoven fabrics, cushioning materials, tablets, etc. from such cellulose ester powder, generally as plastic binders such as triacetin and triacetin, Ethylene glycol diacetate, triethylene glycol dipropionate, dibutyl phthalate, dimethoxyethyl phthalate, citric acid triethyl ester and the like are used.
[0004]
Various filters, various nonwoven fabrics, cushioning materials, tablets, and the like molded using the plasticizer are partially fused with each other by the plasticizer. That is, the plasticizer has a function as a binder that is randomly bonded at the bonding site of the cellulose ester powder. Therefore, when it is discarded after use, it takes a long time until the shape collapses in the environment, which not only impairs the beauty but also contributes to environmental pollution.
[0005]
Fiber bundles of cellulose ester fibers are used in the manufacture of various filters including tobacco filters, various non-woven fabrics and buffer materials. Such a fiber bundle of cellulose ester fibers is generally produced by a dry spinning method. That is, it is produced by bundling thousands to millions of fibers obtained by continuously extruding a solution obtained by dissolving a cellulose ester in a solvent from the pores of a spinneret and drying it.
[0006]
When forming various filters such as a cigarette filter, various non-woven fabrics and cushioning materials from a fiber bundle of such cellulose ester fibers, generally, as a binder between the fibers, a plasticizer such as triacetin, triethylene glycol diethylene is generally used. Acetate, triethylene glycol dipropionate, dibutyl phthalate, dimethoxyethyl phthalate, citric acid triethyl ester and the like are used.
[0007]
In various filters, various non-woven fabrics, cushioning materials and the like molded using the plasticizer, the fibers are partially fused by the plasticizer. That is, the plasticizer has a function as a binder that is randomly bonded at the bonding site of the cellulose ester fiber. Therefore, when it is discarded after use, it takes a long time until the shape collapses in the environment, which not only impairs the beauty but also contributes to environmental pollution.
[0008]
To remove tars in cigarette smoke and not impair the taste, cigarette filters composed of fiber bundles of cellulose ester are widely used. In such a cigarette filter, a plasticizer such as triacetin, triethylene glycol diacetate, triethylene glycol is used as a binder to maintain the shape of the filter plug and to obtain the hardness necessary to cut the filter tip from the filter plug. Dipropionate, dibutyl phthalate, dimethoxyethyl phthalate, citric acid triethyl ester and the like are used.
[0009]
In the filter plug formed using the plasticizer, the fibers are partially fused by the plasticizer. That is, the plasticizer has a function as a binder that is randomly bonded at the bonding site of the cellulose ester fiber. Therefore, when it is discarded after use, it takes a long time until the shape collapses in the environment, which not only impairs the beauty but also contributes to environmental pollution.
[0010]
On the other hand, a paper-made tobacco filter made of wood pulp processed into a crepe shape and a tobacco filter made of a regenerated cellulose fiber bundle are also known. These filters have a slightly higher disintegration property when wet compared to a filter made of a fiber bundle of cellulose ester, and can reduce environmental pollution to some extent. However, the taste of tobacco is inferior, the selective removability of phenols required as a filter is extremely low compared to cellulose esters, and the filter hardness is low compared to cellulose esters at the same pressure loss.
[0011]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-24151 discloses a filter including cellulose acetate fibers and heat-fusible fibers for heat-sealing these fibers at intersections. As the heat-fusible fiber, a fibrillated polyolefin fiber or the like is used, and the amount used is 25 to 50% by weight with respect to cellulose acetate. Such a filter has substantially no disintegration in water because cellulose acetate fibers are three-dimensionally joined at a number of intersections by heat-sealing fibers.
[0012]
JP-A-50-75223, which corresponds to US Pat. No. 4,111,117, is selected from the group consisting of high-boiling polyols and polyesters, polyamides and polyesteramides, and is soluble in water and water-soluble or water-soluble. It is disclosed that a cigarette filter is produced by adhering cellulose fibers using an adhesive composition composed of a dispersible polymer.
[0013]
WO 93/24685 relates to a biodegradable cigarette filter composed of cellulose ester fibers and photoactive metal oxides, a filter bundle in which the fibers are bound by a water-soluble binder, and the filter bundle portion using a wrapping paper. A filter rod (cigarette filter) composed of a water-soluble adhesive for covering and fixing is disclosed.
[0014]
On the other hand, the filter rod is manufactured by winding a fiber bundle of cellulose ester fibers at a high speed of, for example, about 400 m / min using a wrapping paper. For this reason, the manufacture of the filter rod requires high-speed workability for winding the fiber bundle smoothly at high speed.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a fiber bundle of cellulose ester fibers that is excellent in disintegration when wet and can reduce environmental pollution.
[0016]
Another object of the present invention is to provide a filter rod (cigarette filter) that is excellent in disintegration when wet and can reduce environmental pollution, and a method for producing the same.
[0017]
Still another object of the present invention is to provide a filter rod (tobacco filter) that can be easily disintegrated or dispersed by water such as rainwater and that does not impair the aesthetics of the environment even if discarded after smoking, and a method for producing the same. There is.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors of the present invention develop an adhesive force by mutually shaping at least a part of the surface of the cellulose ester powder or fiber after being wetted with water and then drying. Using a cellulose ester fiber bundle hydrolyzed to the point, instead of the cellulose ester plasticizer, a molded product prepared by wetting with water, molding and drying rapidly disintegrates by contact with water. The present invention has been completed.
[0019]
That is, the cellulose ester powder of the present invention and the fiber bundle of cellulose ester fiber until the fiber bundle of cellulose ester fiber obtained in accordance with a conventional method develops an adhesive force by allowing water to act and then drying. It can be obtained by hydrolyzing at least a part of the fiber surface.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Examples of the cellulose ester include organic acid esters such as cellulose acetate, cellulose butyrate, and cellulose propionate; mixed acid esters such as cellulose acetate propionate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate phthalate, and cellulose nitrate acetate; and poly Examples include cellulose ester derivatives such as caprolactone-grafted cellulose ester. These cellulose esters can be used alone or in admixture of two or more.
[0021]
The average degree of polymerization of the cellulose ester is, for example, about 50 to 900, preferably about 200 to 800. The average degree of substitution of the cellulose ester is, for example, about 1.5 to 3.0.
[0022]
Preferred cellulose esters include organic acid esters (for example, organic acid esters having about 2 to 4 carbon atoms), particularly cellulose acetate. Although the acetylation degree of cellulose acetate is often about 43% to 62%, a cellulose ester having an acetylation degree of about 30 to 50% is excellent in biodegradability. Therefore, the acetylation degree of cellulose acetate can be appropriately selected within a range of about 30 to 62%.
[0023]
The fiber of the cellulose ester includes various additives such as kaolin, talc, diatomaceous earth, quartz, calcium carbonate, barium sulfate, titanium oxide, alumina and the like; alkaline earth metal salts such as calcium and magnesium. A heat stabilizer such as, a colorant, an oil agent, a yield improver, and the like. Moreover, the degradability of powders and fibers can be enhanced by including an environmental degradation accelerator (biodegradation accelerator) such as citric acid, tartaric acid, malic acid, and a photodegradation accelerator such as anatase-type titanium oxide. .
[0024]
In addition, the cellulose ester fiber often contains a whiteness improver such as titanium oxide, preferably anatase type titanium oxide. In many cases, the average particle diameter of titanium oxide is, for example, about 0.1 to 10 μm, preferably about 0.2 to 5 μm. The content of titanium oxide is 0.05 to 2.0% by weight, preferably 0.1 to 1% by weight, more preferably about 0.2 to 0.8% by weight, based on the whole cellulose ester. It is often about 4 to 0.6% by weight.
[0026]
The fineness of the cellulose ester fiber is 1 to 16 denier, preferably 1 to 10 denier, more preferably about 2 to 8 denier. The cellulose ester fiber may be a non-crimped fiber, but is preferably a crimped fiber. The degree of crimp of the crimped fibers is, for example, about 5 to 75, preferably 10 to 50, and more preferably about 15 to 50 per inch. The degree of crimp of the fiber is often about 20-50 per inch. Further, a crimped fiber that is uniformly crimped is often used. When used in a cigarette filter, when crimped fibers are used, it is possible to obtain a filter rod having moderate ventilation resistance and suppressed channeling, and effectively bonding the fibers even if the degree of hydrolysis is small. it can.
[0027]
The cross-sectional shape of the cellulose ester fiber is not particularly limited, and may be any of, for example, a circular shape, an oval shape, an irregular shape (for example, a Y shape, an X shape, an I shape, an R shape) or a hollow shape. Also good.
[0028]
A fiber bundle composed of cellulose ester fibers can be formed, for example, by bundling about 3,000 to 1,000,000, preferably about 5,000 to 1,000,000 cellulose ester fibers. . In many cases, the fiber bundle is formed by collecting approximately 3,000 to 1,000,000 continuous fibers.
[0029]
The method for hydrolysis of the cellulose ester fiber of the present invention is not particularly limited, but can be easily hydrolyzed by contacting with an inorganic, organic alkali or acid solution.
[0030]
Examples of the alkali include sodium hydroxide, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydroxide, triethanolamine, and examples of the acid include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, formic acid, acetic acid, malic acid, glycolic acid, and the like. These acids and alkalis are used as an aqueous solution or a mixed solution of water and a hydrophilic organic solvent. In view of safety and ease of handling, it is particularly preferable to use sodium hydroxide, sodium carbonate or sodium hydrogen carbonate as a solution of water having a suitable concentration or a mixed solution of water and a hydrophilic organic solvent.
[0031]
Examples of the hydrophilic organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, butanol, and t-butanol, 1,2-propanenediol, 1,3-propandiol, ethylene glycol, diethylene glycol, glycerin, 1, Polyhydric alcohols such as 2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, and 2,3-butanediol, ethers such as cellosolve, dioxane, and tetrahydrofuran, and mixed solvents thereof can be used. .
[0032]
Hydrolysis conditions (concentration of alkali or acid used, temperature, amount used, hydrolysis time, etc.) vary depending on the type of alkali or acid used, so it cannot be limited, but water is added to the fiber bundle after hydrolysis. After adding, molding, and drying, adjustment may be made so that both strength sufficient as a molded product and water disintegration are realized.
[0033]
The concentration of the alkali or acid used is suitably in the range of 0.01 to 10N, for example. Preferably, the range of 0.1-5N is preferable. If the concentration is too high, it becomes difficult to control the hydrolysis, and if it is too thin, a sufficient effect cannot be obtained.
[0035]
The solution showered with alkali or acid of the, by a method such as coating, was added to the powder or cellulose ester fiber of a cellulose ester, was hydrolyzed, washed, to dry Thus, wetted in water of the present invention By drying, cellulose ester fibers that express mutual adhesive strength can be obtained.
[0036]
The hydrolysis treatment with the alkali or acid solution is performed unevenly on the entire cellulose ester fiber . For example, the hydrolysis treatment should be performed non-uniformly in order to develop mutual adhesive strength by wetting with water and drying without losing the cigarette ester's original cigarette smoke filtering performance as much as possible. Can be said to be more effective.
[0037]
The cigarette filter of the present invention can be prepared by adding water to the fiber bundle or powder obtained by partial hydrolysis as described above, and winding up with a wrapping paper. Water may be added by water alone, but may be added as a mixed solution with the hydrophilic organic solvent as described above.
[0038]
In addition, the cigarette filter of the present invention adds the above-mentioned alkali or acid aqueous solution or water and a hydrophilic organic solvent solution to the normal cellulose ester fiber bundle not treated by the hydrolysis treatment of the present invention at the time of winding. and, continuing in succession, by rolling up the wrapping paper, hoisting and hydrolysis can be a can be performed at the same time.
[0039]
In the production of a cigarette filter, the method of adding water, a mixed solvent of water and a hydrophilic organic solvent, or a solution of these and an alkali or acid solution is not particularly limited as long as these solvents or solutions can adhere to the cellulose ester fiber. Then, it can be adhered to the cellulose ester fiber by a method of draining, a spraying method using a spray gun or the like, or a coating method. At this time, in the case of a fiber bundle, it is preferable to add it in the opened state.
[0040]
In the production of the cigarette filter, the addition of water, a mixed solvent of water and a hydrophilic organic solvent, or a solution of these and an alkali or acid may be performed unevenly over the entire fiber bundle of cellulose ester fibers . Non-uniform hydrolysis treatment in order to develop mutual adhesive strength by wetting with water and drying without damaging the inherent cigarette smoke filtration performance required for cigarette filters Can be said to be effective.
[0041]
The amount of the solvent, particularly water, applied to the fiber bundle of the cellulose ester fiber has a great influence on the productivity including the winding of the fiber bundle. That is, when the amount of the solvent applied to the fiber bundle is large, the strength and hardness of the filter are remarkably lowered, and winding with a wrapping paper or cutting with a cutter becomes difficult. Moreover, not only does it take time to develop the strength of the filter, but it also requires large energy for drying. On the other hand, when the amount of water applied is small, it is difficult to integrate the cellulose ester fibers. Therefore, the amount of water applied to 100 parts by weight of tow is 25 parts by weight or less, preferably 0.5 to 20 parts by weight, more preferably 1 to 15 parts by weight, and particularly 1 to 10 parts by weight. By setting the amount of water applied to the fiber bundle as described above, the filter rod (cigarette filter) can be smoothly moved even when the fiber bundle winding speed is 200 to 800 m / min, preferably about 300 to 800 m / min. Can be manufactured.
[0042]
In particular, when the fiber bundle of the cellulose ester fiber of the present invention is used, by adopting the above-described method, the cigarette filter manufacturing apparatus is equipped with water, a mixed solvent of water and a hydrophilic organic solvent, or a solution of these with an alkali or an acid. The cigarette filter can be easily produced simply by installing the addition device and a drying device for removing water and / or the solvent after the winding process or the winding process if necessary.
[0043]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
[0044]
Reference example 1
Degree of acetyl substitution (hereinafter DS) = 2.54, degree of polymerization (hereinafter DP) = 280, average particle size = 100 μm of cellulose acetate powder 100 g in 1 liter of 0.2N sodium hydroxide solution with stirring for 60 minutes It was immersed, washed with a large amount of water, and then dried to obtain a cellulose acetate powder whose surface was hydrolyzed.
[0045]
By uniformly adding 5 parts by weight of water to 10 parts by weight of the powder using a sprayer, the powder could be easily formed into a sheet using a hot press apparatus. When this sheet was put into water, it quickly disintegrated into powder.
[0046]
Reference example 2
100 g of the same cellulose acetate powder as in Reference Example 1 was immersed in 1 liter of 0.5 N sodium carbonate solution for 180 minutes with stirring, washed with a large amount of water, dried, and hydrolyzed on the surface of cellulose acetate. A powder was obtained.
[0047]
By uniformly adding 5 parts by weight of water to 10 parts by weight of the powder using a sprayer, the powder could be easily formed into a sheet using a hot press apparatus. When this sheet was put into water, the shape quickly collapsed into a powder form.
[0048]
Reference example 3
A cellulose acetate flaky powder whose surface was hydrolyzed was obtained in the same manner as in Reference Example 1 except that the cellulose acetate powder was flakes having a major axis of about 5 mm and a minor axis of about 1 mm. .
[0049]
By uniformly adding 5 parts by weight of water to 10 parts by weight of the powder using a sprayer, the powder could be easily formed into a sheet using a hot press apparatus. When this sheet was put into water, it quickly disintegrated into flakes.
[0050]
Reference example 4
Cross-sectional shape Y-shaped, 4 denier filament bundled total denier 43,000 denier cellulose acetate crimped fiber bundle 100g (crimp number 26 / 25mm) immersed in 1L of 0.2N sodium hydroxide aqueous solution for 60 minutes Then, it was washed with a large amount of water and then dried to obtain a fiber bundle of cellulose acetate fibers whose surface was hydrolyzed.
[0051]
Two fiber bundles that have been opened are stacked so that the fiber direction is perpendicular, and 5 parts by weight of water is uniformly added to the fiber bundle by 10 parts by weight using a sprayer. A mesh-like sheet could be obtained. When this sheet was put into water, the shape quickly collapsed.
[0052]
Reference Example 5
The fiber bundle of cellulose acetate fiber hydrolyzed on the surface obtained in Reference Example 4 is opened to a width of 25 cm, 15 parts by weight of water is sprayed on 100 parts by weight of the fiber bundle, and the fiber bundle is sent to a paper roll device. The filter was rolled up with a web and excess moisture was removed by heat drying, and then cut to a length of 25 mm to obtain a tobacco filter chip.
[0053]
Reference Example 6
The fiber bundle of cellulose acetate fiber hydrolyzed on the surface obtained in Reference Example 4 was opened to a width of 25 mm, and a mixed solution of 1,2-propanediol and water (weight ratio = weight ratio = 100 parts by weight of the fiber bundle). 1: 1) 20 parts by weight were sprayed, the fiber bundle was sent to a paper roll device, the filter was wound up with a web, and excess water was removed by heating and drying, and then cut to a length of 25 mm to obtain a tobacco filter chip.
[0054]
Example 1
The same crimped fiber bundle of cellulose acetate as in Reference Example 4 is opened to a width of 25 mm, and 10 parts by weight of 1N sodium hydroxide aqueous solution is sprayed on 100 parts by weight of the fiber bundle. The paper was wound up with a paper roll and excess water was removed by heating and drying, and then cut to a length of 25 mm to obtain a tobacco filter chip.
Example 2
The same crimped fiber tow of cellulose acetate as in Reference Example 4 was opened to a width of 25 mm, and a mixed solution of 1,2-propanediol and 1N aqueous sodium hydroxide solution (weight ratio = 1: 1) with respect to 100 parts by weight of the fiber bundle. 1) 20 parts by weight was sprayed, the fiber bundle was sent to a wrapping machine, the filter was wound up with a web, and excess moisture was removed by heating and drying, and then cut to a length of 25 mm to obtain a tobacco filter chip.
[0055]
Comparative Examples 1-3
Triacetin (Comparative Example 1), triethylene glycol diacetate (Comparative Example 2), and triethylene glycol propionate (Comparative Example 3), which are plasticizers of cellulose acetate, are used as binders in place of the 1N aqueous sodium hydroxide solution. Except for the above, a tobacco filter chip was obtained in the same manner as in Example 7.
[0056]
When the filter hardness and the underwater disintegration property of the tobacco filter chips obtained in Reference Examples 5-6, Examples 1-2, and Comparative Examples 1-3 were evaluated, the results shown in Table 1 were obtained. The test sample was conditioned by leaving it to stand for 24 hours in an atmosphere having a temperature of 20 ° C. and a relative humidity of 65%, and was subjected to the test.
[0057]
[Filter hardness]
A load was applied to a 90 mm long filter with a cylindrical weight having a diameter of 12 mm and a weight of 300 g, and the dent amount of the filter after 10 seconds was evaluated with 0.1 mm as 1. The practical value of the filter hardness in the measurement method is 10.0 or less.
[0058]
[Underwater disintegration test]
The filter chip cut to 25 mm is put into 500 ml of water in a beaker, and stirred with a magnetic stirrer so that the height of the vortex center is 3/4 of the highest liquid level. The shape of the filter chip was visually observed, and the disintegration was judged according to the following criteria.
[0059]
Excellent: Disintegrates quickly into cotton.
[0060]
Good: Partially disintegrates in a cotton-like shape.
[0061]
Impossible: Keep the original shape without collapsing.
[0062]
[Table 1]
[0063]
【The invention's effect】
The cellulose ester powder and the cellulose ester fiber according to the present invention can be easily damped with water without using a plasticizer or an adhesive, and then molded and dried to easily filter tobacco filters and the like, Molded articles such as non-woven fabrics, buffer materials, and tablets can be obtained. In addition, since the obtained molded product is excellent in water disintegration property, even if it is abandoned after use and thrown into the environment, it is rapidly disintegrated into fibers by the action of rainwater, etc. is there.
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