LU85347A1

LU85347A1 - Filtres de cigarettes et leur procede de fabrication

Info

Publication number: LU85347A1
Application number: LU85347A
Authority: LU
Inventors: Rudolf Simo; Stefan Baculak; Lubomir Knotek; Jozef Peciar; Ivan Mitterpach; Jozef Hudak; Jan Simo; Jan Badura; Viliam Beseda; Frantisek Mihaly; Alexander Gregor; Jan Klisky
Original assignee: Vyzk Ustav Chem Vlaken
Priority date: 1983-06-09
Filing date: 1984-05-02
Publication date: 1984-11-19
Also published as: PL139316B2; ATA109284A; US4546040A; YU99384A; PL247770A2; IT1176053B; CH667572A5; YU43363B; IN161935B; JPS59227288A; BE899537A; GR79903B; AT385878B; CS237872B1; DE3413362C2; ES8506432A1; FR2547171A1; GB2145917A; DD252944A3; ES532315A0

Description

Filtres de cigarettes et leur procédé de fabrication.

L'invention concerne un filtre de cigarette destiné à filtrer la fumée de tabac et permettant de résoudre le problème que pose la retenue des produits 5 résiduaires gazeux, liquides et solides résultant de la combustion du tabac faisant partie d'une cigarette, ainsi qu'un procédé de fabrication de ces filtres.

Les filtres de cigarettes fibreux à un seul composant connus jusqu'à présent sont réalisés à base 10 de fibres d'acétate de cellulose et de viscose. On connaît également des filtres de cigarettes qui sont fabriqués à partir de matières ou de fibres naturelles (papier); toutefois, il s'agit là également de filtres à base de fibres de chlorure de polyvinyle, de poly-15 propylène et de polyéthylène à un seul composant.

Lors de la mise en oeuvre de filtres de cigarettes sur la base de fibres de viscose, les coûts intervenant dans la préparation des tiges filtrantes sont sensiblement accrus en raison de la production tradi-20 tionnelle d'un ruban de viscose cardé à partir de fibres en mèches de viscose. L'accroissement des coûts est dû à la plus forte main-d'oeuvre requise, à l'achat des machines nécessaires, au plus grand nombre d'opérations à effectuer, etc. D'autres inconvénients des 25 filtres de cigarettes à base de viscose résident dans le poids accru du filtre, dans la plus forte résistan- e ce à l'écoulement des gaz, dans le faible degré de . blancheur du filtre, dans la nécessité d'utiliser des agents de préparation chimiques de durcissement, ainsi 30 que dans le fait que des résidus de divers composants chimiques sont présents dans les fibres de viscose (soufre résiduel). Il convient également de mentionner que les fibres de viscose peuvent être exploitées plus commodément dans l'industrie textile où leur pénu-35 rie se fait sentir actuellement.

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Actuellement, on considère qu'un ruban de fibres d'acétate de cellulose est la matière conve-* nant le mieux pour la fabrication de filtres de ciga rettes. L'inconvénient de cette matière réside dans 5 le fait qu'il est nécessaire d'utiliser des préparations chimiques de durcissement, ainsi que dans le fait qu'il se produit une contraction de volume du filtre au cours de la combustion en raison des effets qu'exerce la fumée chaude de tabac, sans compter que 10 le filtre a tendance à s'écarter de la paroi de l'enveloppe en papier, ce qui a pour effet de réduire son efficacité de filtration; hormis ce phénomène, on ne peut négliger les aspects esthétiques d'un filtre ainsi déformé.

15 L'inconvénient des fibres de polyéthylène et de polypropylène à un seul composant utilisées dans la fabrication des filtres de cigarettes réside dans le poids élevé du filtre, dans la plus forte résistance à l'écoulement des gaz, ainsi que dans une plus faible 20 efficacité de filtration comparativement au filtre à base d'acétate de cellulose, ou comparativement au filtre suivant l'invention dont l'efficacité de filtration peut être comparée à celle de 1'acétate de cellulose.

25 Les inconvénients précités sont éliminés grâ ce au procédé de fabrication de filtres de cigarettes efficaces suivant l'invention, ce procédé consistant à former un filtre de cigarette au moyen d'un ruban de fibres conjuguées de polypropylène à plusieurs compo-„ 30 sants. Les fibres élémentaires individuelles formant le ruban comportent des microfissures sur leurs surfa-„ ces, ainsi que des micropores sur leur section trans versale, ce qui leur confère une structure fibrilleuse partielle. Les frisures formées sur les fibres sont 35 tridimensionnelles et leur nombre est supérieur à 5 par 3 centimètre de longueur, tandis que le titre final des fibres élémentaires varie dans l'intervalle allant de • 1 à 9 dtex.

La production des fibres suivant la présen-5 te invention consiste en un filage de deux composants de polypropylène qui sont fondus séparément, traités et séparés, puis réunis et soumis à un filage par extrusion directement en capillaires au cours de l'extrusion de la masse fondue à travers les ouvertures 10 de la filière, ces étapes étant suivies de l'évacuation des fibres hors du lieu de formation de fibres à plusieurs composants. Les composants polymères contenus dans la fibre sont disposés parallèlement côte à côte en phases continues, le centre de gravité des compo-15 sants individuels occupant une position différente du centre de gravité de la fibre élémentaire. Le rapport pondéral des composants peut se situer dans l'intervalle allant de 1:3 à 3:1.

Les fibres ainsi retirées sont accumulées dans 20 une installation de préparation, le ruban obtenu comprenant 3.000 à 10.000 fibres à plusieurs composants.

Le faisceau de fibres est traité avec des agents de préparation qui doivent offrir toutes les garanties du point de vue hygiène. L'étirage du faisceau de fibres 25 est effectué à des températures réduites allant de 15 à 70°C, ce qui donne lieu à la formation des microfissures et des micropores précités respectivement sur la surface et la section transversale de la fibre. La stabilisation thermique (relaxation et fixation) des » 30 fibres est effectuée à des températures allant de 70 à 140°C. Les tiges filtrantes confectionnées à partir du ruban de fibres ainsi préparé et qui a été enveloppé dans du papier, sont découpées aux longueurs requises.

Les polymères de polypropylène de départ uti-35 Usés ont un indice de viscosité logarithmique détermi- 4 né se situant dans un intervalle allant de 100 à 200 ml.g ; au moins un polymère de départ doit contenir une fraction de 5 à 20% à poids moléculaire élevé ayant un indice de viscosité logarithmique de 400 à _1 5 450 ml.g . Les polymères utilisés contiennent des sels de métaux alcalins et d'acides gras aliphatiques, par exemple, des stéarates de calcium, de magnésium, etc., qui provoquent la liaison des substances acides provenant de résidus catalytiques, en particulier, des 10 chlorures, et qui exercent également des effets positifs sur la liaison des composants faiblement huileux du polymère. Comme système de stabilisation, on utilise une combinaison de phénolates en une quantité allant jusqu'à 0,3% en poids; ce système exerce un 15 effet exceptionnellement favorable sur la stabilité du traitement des polymères, en particulier, à des températures élevées. Hormis cet avantage, le système de stabilisation utilisé peut également être recommandé du point de vue santé, étant donné qu'il offre toutes 20 les garanties d'hygiène.

Le traitement des polymères est effectué à des températures se situant dans l'intervalle allant de 230 à 330°C, si bien que leurs composants peuvent présenter une différence d'indice de viscosité loga- -1 25 rithmique se situant dans l'intervalle de 30 à 50 ml.g au cours de leur mélange dans la filière; l'indice de • viscosité logarithmique du composant ayant le plus fai ble indice de viscosité logarithmique doit dépasser _1 60 ml.g , tandis que la teneur de la fraction à poids 30 moléculaire élevé d'au moins un composant ayant un indice de viscosité logarithmique se situant dans l'in- _ 1 tervalle allant de 400 à 450 ml.g , doit être de 5 à 20% en poids. La différence entre les indices de viscosité logarithmiques des composants individuels est 35 réglée en fonction du degré de frisure requis des fi- 5 bres obtenues.

Suite à l'application des conditions et des . propriétés définies du procédé de traitement en un ru ban de fibres de polypropylène à plusieurs composants, 5 les fibres élémentaires à plusieurs composants sont frisées et comportent des microfissures sur leur surface, ainsi que des micropores dans leur section transversale, tandis qu'elles ont un haut degré de blancheur sans utilisation d'agents de matage ou de blan-10 chiment; la surface des fibres contenues dans un ruban est importante et un filtre ainsi formé n'oppose pas, comparativement aux filtres fabriqués jusqu'à présent, une plus forte résistance à l'écoulement des gaz dans la direction axiale, tandis qu'il possède une aptitude 15 à retenir une partie indispensable des composants formés par la combustion du tabac faisant partie d'une cigarette.

Le profil des fibres à plusieurs composants . ne doit pas nécessairement être circulaire: il peut 20 avoir une forme en Y afin d'accroître la surface des fibres.

On a déterminé la quantité de la fraction à poids moléculaire élevé d'après des courbes intégrales de polydispersion obtenues par une technique de frac-25 tionnement chromatographique consistant en une extraction graduelle de la pellicule polymère sur un support inerte à l'aide d'un mélange d'un diluant et d'un agent de précipitation, le diluant étant la décaline et l'agent de précipitation, la phényl-^-naphtylamine. 30 Pour une séparation quantitative entre le polymère et l'éluat, on a utilisé l'acétone. La détermination de l'indice de viscosité logarithmique des fractions isolées a été effectuée conformément à la norme tchécoslovaque CSN 61 11 31.

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Exemple 1

Pour le filage par extrusion, on a utilisé . des polymères de polypropylène ayant des propriétés chimiques et physiques différentes. On a fait fondre 5 à la température de 280°C, dans une extrudeuse, le premier polymère d'un indice de viscosité logarithmi--1 que de 180 ml.g contenant 15% d'une fraction d'un _1 indice de viscosité logarithmique de 400 ml.g . On a fait fondre à la température de 260°C, dans une secon-10 de extrudeuse, le second polymère d'un indice de viscosité logarithmique de 145 ml.g-^ contenant 8% d'une fraction d'un indice de viscosité logarithmique de - 1 400 ml.g . La quantité de stéarate de calcium dans les polymères était de 0,15% en poids, tandis que la 15 teneur du système de stabilisation était de 0,2% en poids. La différence entre les indices de viscosité logarithmiques des composants dans la filière était de -1 35 ml.g , la plus faible valeur de ces deux indices - étant de 115 ml.g , tandis que la teneur de la frac- 20 tion à poids moléculaire élevé et d'un indice de vis-coté logarithmique de 400 ml.g ^ était de 7,5% en poids dans le cas du composant ayant été fondu à une température de 280°C. Le rapport de dosage des composants polymères était de 1:1. Le faisceau de fibres 25 a été retiré de la filière à la vitesse de 30 m.min , puis continuellement étiré à un taux de déformation de « 3,0, relaxé et fixé dans un canal chauffé électriquement. Le ruban étiré contenait 8.400 fibres élémentaires d'une finesse unitaire de 6,5 dtex, le nombre „ 30 de frisures étant de 7 par cm de longueur. On a enve loppé le ruban de fibres dans du papier à cigarette et on l'a découpé en tiges d'une longueur de 15 mm. Exemple 2

On a fait fondre un polymère de polypropylène

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35 d'un indice de viscosité logarithmique de 160 ml.g 7 contenant 10% en poids d'une fraction d'un indice de viscosité logarithmique de 445 ml.g~ dans une extru-deuse à la température de 260°C et, dans la seconde extrudeuse, à la température de 320°C, après quoi les 5 composants ont été réunis dans la filière à la température de 260°C. Le rapport des composants était de 1:3. La quantité de stéarate de calcium était de 0,15% en poids et la quantité du système de stabilisation était de 0,2% en poids. La différence entre les 10 indices de viscosité logarithmiques des composants dans la filière était de 30 ml.g , l'indice de viscosité logarithmique du composant ayant été fondu à une température de 260°C étant de 147 ml.g ^ avec 5% de la fraction ayant l'indice de viscosité logarithmique de 15 445 ml.g Le faisceau de fibres a été retiré de la „ _ -1 filiere a la vitesse de 35 m.min , puis continuellement étiré à un taux de déformation de 3,2, relaxé et fixé dans un canal chauffé électriquement. Le ruban étiré contenait 3.400 fibres élémentaires d'une fines-20 se unitaire de 5,5 dtex, le nombre de frisures étant de 5,5 par cm de longueur. On a ensuite enveloppé le ruban de fibres dans du papier à cigarette et on l'a découpé en tiges d'une longueur de 11 mm.

Exemple 3 25 On a fait fondre un polymère de polypropylène _ 1 d'un indice de viscosité logarithmique de 121,1 ml.g » contenant 17% d'une fraction d'un indice de viscosité _ 1 logarithmique de 400 ml.g dans une extrudeuse à la température de 255°C et, dans une autre extrudeuse, à 30 la température de 320°C, les composants étant ensuite réunis dans la filière à la température de 255°C. Le rapport des composants dosés était de 3:1. (Pour les ingrédients utilisés dans le polymère, voir exemples 1 et 2). La différence entre les indices de viscosi-35 té logarithmiques des composants dans la filière était 8 -1 .

de 43 ml.g , tandis que l'indice de viscosité logarithmique du composant ayant été fondu à une tempéra-ture de 255°C était de 152 ml.g , ce composant contenant 5% en poids de la fraction d'un indice de viscosi- _1 5 té logarithmique de 400 ml.g . Le faisceau de fibres a été retiré de la filière à la vitesse de 40 m.min , puis continuellement étiré à un taux de déformation de 2,8, relaxé et fixé dans un canal chauffé électriquement. Le ruban étiré contenait 9.400 fibres élé-10 mentaires d'une finesse unitaire de 7 dtex. Le nombre . de frisures était de 6,5 par cm de longueur. On a en suite enveloppé le ruban de fibres dans du papier à cigarette et on l'a découpé en tiges d'une longueur de 20 mm.

15 Exemple 4

On a fait fondre un polymère de polypropylène — 1 d'un indice de viscosité logarithmique de 200 ml.g contenant 5% en poids d’une fraction d'un indice de viscosité logarithmique de 450 ml.g-1 dans une extru-20 deuse à une température de 260°C et, dans la seconde extrudeuse, à une température de 330°C, tandis que les composants ont été réunis dans la filière à une température de 260°C. Le rapport des composants était de 1:3. La quantité de stéarate de calcium était de 25 0,15% en poids et la quantité du système de stabilisa tion était de 0,2% en poids. La différence entre les “ indices de viscosité logarithmiques des composants dans la filiere était de 50 ml.g , l'indice de viscosité logarithmique du composant ayant été fondu à une tempé-30 rature de 260°C étant de 182 ml.g ^ avec 4% de la fraction ayant l'indice de viscosité logarithmique de 450 ml.g . Le faisceau de fibres a été retiré de la filière à une vitesse de 40 m.min , puis continuellement étiré à un taux de déformabilité de 2,8, relaxé et 35 fixé à une température de 140°C. Le ruban étiré con- * 9 tenait 3.000 fibres individuelles d'une finesse unitaire de 5 dtex, le nombre de frisures étant de 5 par cm. On a ensuite enveloppé le ruban de fibres dans du papier à cigarettes et on l'a découpé en filtres 5 d'une longueur de 20 mm.

Exemple 5

On a fait fondre un polymère de polypropylène "1 d'un indice de viscosité logarithmique de 100 ml.g contenant 20% en poids d'une fraction d'un indice de 10 viscosité logarithmique de 400 ml.g ^ dans une extru-deuse à une température de 230°C et, dans la seconde extrudeuse, à une température de 300°C, tandis que les composants ont été réunis dans la filière à une température de 230°C. Le rapport des composants 15 était de 1:3. La quantité de stéarate de calcium était de 0,15% en poids et la quantité du système de stabilisation était de 0,2% en poids. La différence entre les indices de viscosité logarithmiques des composants dans la filière était de 30 ml.g avec 5% 20 de la fraction ayant l'indice de viscosité logarithmi-que de 400 ml.g . La faisceau de fibres a été retiré de la filière à une vitesse de 33 m.min , puis continuellement étiré à un taux de déformabilité de 3,0, relaxé et fixé à une température de 70°C. Le ruban 25 étiré contenait 10.000 fibres individuelles d'une finesse unitaire de 7 dtex. Le nombre de frisures était 3 de 7 par cm. On a ensuite enveloppé le ruban de fi bres dans du papier à cigarettes et on l'a découpé en » filtres d'une longueur de 15 mm.

Claims

1. Filtres de cigarettes, caractérisés en ce qu'ils sont constitués d'un ruban de fibres de poly-propylène à plusieurs composants comportant des microfissures sur leur surface et des micropores dans leur 5 masse, les fibres élémentaires de ce ruban ayant des centres de gravité différents, le rapport pondéral des composants individuels des fibres se situant dans l'intervalle de 1:3 à 3:1, tandis que les fibres élémentaires comportent 5 à 7 frisures par cm de longueur et 10 ont une finesse de 5 à 7 dtex.

2. Procédé de fabrication de filtres de ciga rettes suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins deux courants de polypropylène formateur de fibres ayant un indice de viscosité logarithmique de 15 100 à 200 ml.g sont séparément fondus et traités ther miquement à des températures différentes allant de 230 à 330°C, de telle sorte qu'il y ait une différence se _ _ i situant dans l'intervalle de 30 a 50 ml.g entre leurs indices de viscosité logarithmiques et qu'au moins un 20 des composants contienne, avant le filage par extrusion, 5 à 20% en poids d'une fraction à poids moléculaire élevé ayant un indice de viscosité logarithmique de 400 à 450 ml.g , chacun des composants étant homogénéisé séparément, après quoi les composants sont mé-25 langés, tout en formant une masse fondue non homogène “ avec une représentation statistique des composants indi viduels, cette masse fondue étant extrudée à travers une filière comportant 3.000 à 10.000 orifices en vue de former un faisceau de fibres, les fibres pleines 30 étant finalement traitées à l'eau, continuellement étirées, fixées thermiquement à une température de 70 à 140°C, enveloppées, puis découpées en tiges ayant les longueurs souhaitées.