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WO2024089303A1 - Máquina, procedimiento de fabricación y filtro reductor de alquitranes y compuestos tóxicos del tabaco - Google Patents

Máquina, procedimiento de fabricación y filtro reductor de alquitranes y compuestos tóxicos del tabaco Download PDF

Info

Publication number
WO2024089303A1
WO2024089303A1 PCT/ES2023/070473 ES2023070473W WO2024089303A1 WO 2024089303 A1 WO2024089303 A1 WO 2024089303A1 ES 2023070473 W ES2023070473 W ES 2023070473W WO 2024089303 A1 WO2024089303 A1 WO 2024089303A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
membrane
fibrous
machine
housings
filter
Prior art date
Application number
PCT/ES2023/070473
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Antonio Marcilla Gomis
Original Assignee
Universidad De Alicante
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universidad De Alicante filed Critical Universidad De Alicante
Publication of WO2024089303A1 publication Critical patent/WO2024089303A1/es

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
    • A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter-tips, filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces for cigars or cigarettes
    • A24D3/04—Tobacco smoke filters characterised by their shape or structure
    • A24D3/045—Tobacco smoke filters characterised by their shape or structure with smoke acceleration means, e.g. impact-filters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24C—MACHINES FOR MAKING CIGARS OR CIGARETTES
    • A24C5/00—Making cigarettes; Making tipping materials for, or attaching filters or mouthpieces to, cigars or cigarettes
    • A24C5/56—Making tipping materials, e.g. sheet cork for mouthpieces of cigars or cigarettes, by mechanical means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
    • A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter-tips, filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces for cigars or cigarettes
    • A24D3/02—Manufacture of tobacco smoke filters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
    • A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter-tips, filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces for cigars or cigarettes
    • A24D3/04—Tobacco smoke filters characterised by their shape or structure

Definitions

  • the present invention can be included within the technical field of cigarette filters, in particular combined filters and machines and procedures for their manufacture. More specifically, the object of the invention refers to the machine, process and filter as a final product, where the resulting filter comprises a primary membrane of impermeable or semipermeable material intended to be in intimate contact with one end of a column of tobacco. , which is perforated by at least one hole, and said primary membrane is inseparably sealed with the classic fibrous membrane of traditional filters.
  • Tobacco smoke contains more than 8000 chemical compounds [J.P. Schaller, D. Keller, L. Poget, P. Pratte, E. Kaelin, D. McHugh, G. Cudazzo, D. Smart, A.R. Tricker, L. Gautier, M. Yerly, R. Pires, S. Le Bouhellec, D. Ghoh, Hofer, I. Garc ⁇ a, E. Vanscheeuwijck, S. Maeder Evaluation of the Tobacco Heating System 2.2. Part 2: Chemical Composition, Genotoxicity, Cytotoxicity, and Physical Properties of the Aerosol, Regul. Toxicol. Pharmacol., (81) (2016), pp.
  • a first aspect of the present invention describes a machine for the manufacture of filters of the type that incorporate a primary membrane that is impermeable or semi-impermeable and comprises at least one orifice, where said membrane is sealed inseparably to a fibrous membrane that can be , for example, cellulose acetate.
  • the machine comprises a carousel configured to rotate on itself, provided with a plurality of cavities that allow the fibrous membranes to be housed (typically conventional cellulose acetate filters).
  • the machine may have a plate to pierce the membranes. Said drilling plate can be moved and is arranged along a circumferential portion parallel to the carousel housings.
  • said punching plate may be provided with a plurality of spikes that are coaxial to at least a plurality of the housings of the carousel.
  • perforations can be made by mechanical means or by laser radiation or any other procedure, such as the use of cores or inserts.
  • said Drilling cannot have any diameter or length, since increasing any of these magnitudes decreases its effectiveness. Consequently, the drilling plate, instead of spikes, may have other mechanical means such as those set out above.
  • the perforation elements are sized to perforate between 0.2% and 30% of the total section of a waterproof membrane adhered to the fibrous membranes in the mold.
  • the perforation can be circular in section, and have a diameter (or equivalent) between 0.5 and 2 mm, preferably between 0.8 and 1.2 mm.
  • the length of the cut can be the thickness of the watertight membrane and can penetrate up to an additional 5 mm into the fibrous membrane.
  • the perforation plate is arranged along a circumferential portion parallel to the housings of the carousel.
  • the spikes are coaxial to at least a plurality of the carousel housings within the circumferential section covering the punching plate.
  • the machine may be provided with sealing elements arranged along a second circumferential portion parallel to the housing, where said second circumferential portion is different from the first circumferential portion, and the sealing elements inseparably seal the waterproof membrane. with the fibrous membrane.
  • the sealing elements can be movable heating elements configured to come into intimate contact with the sealed membrane, where said heating elements are heated to temperatures between 180 to 300°C. Therefore, the watertight membrane (unperforated membrane) is placed in the mold adjacent to the fibrous membrane and, subsequently, the sealing is carried out.
  • said heating element is placed in intimate contact with the fibrous membrane to melt and seal one end of it, which would also remain inseparably attached to the membrane, where said heating element is heated. at temperatures between 180 and 350°C.
  • the watertight membrane is formed by casting and, consequently, placing a watertight membrane in the mold is omitted.
  • the sealing elements comprise a dispenser comprising a roller that impregnates a film of a waterproof sealant at one end of the fibrous membrane arranged in the mold, in such a way that said film forms the waterproof membrane.
  • the sealant film has adhesive and waterproof properties and has a viscosity between 5000cp and 25000cp,
  • the sealing elements are materialized by a movable actuator that comprises a plurality of projections whose ends are adhered to a waterproof membrane provided with two adhesive faces, and where the actuator moves so that the end exerts pressure on the fibrous membrane thus joining the watertight membrane to the fibrous membrane.
  • the present invention contemplates a plurality of options.
  • the machine also comprises an intake disc provided with a plurality of intake housings of semi-cylindrical configuration, where said intake housings comprise internal molds that receive the fibrous membranes.
  • the mold can also house the sealing membrane arranged contiguously and in intimate contact with the fibrous membranes.
  • the machine comprises a hopper with an inverted pyramidal configuration, provided with a lower opening, where said hopper receives the fibrous membranes and dispenses them into the intake housings through the lower opening.
  • the carousel rotates on itself, preferably by means of a motor, and the intake housings fill with fibrous membranes.
  • said waterproof membranes may already be arranged in the mold and the fibrous membranes fall adjacent to them.
  • an actuator pushes the assembled mold with the sealed membrane and the fibrous membrane to the carousel housings for subsequent sealing.
  • the actuator pushes the mold comprising only the fibrous membrane.
  • the machine may be provided with a rear alignment disc comprising a plurality of holes coaxial to the intake housings and the housings, such that the actuator moves coaxially to said holes to push the mold.
  • the machine may be provided with extraction elements arranged along a third circumferential portion parallel to the housing, said third circumferential portion distinct from the first and second circumferential portions, where the extraction elements extract the filters from the housing.
  • the intake disc can rotate until filled, the actuator pushes the molds to the carousel, and a sealing stage, a piercing stage, and an extraction stage are executed on the carousel.
  • a sealing stage, a piercing stage, and an extraction stage are executed on the carousel.
  • a plurality of sealed membranes and/or fibrous membranes can execute one stage or another and move from one stage to another, significantly increasing the production capacity of the filters.
  • a motor rotates the carousel and control elements regulate the rotation of said motor, executing rotation angles that are defined for the first circumferential portion (drilling stage) and the second circumferential portion (sealing stage).
  • a plurality of membranes can be sealed, then pierced and finally removed. While that plurality of membranes is perforated, another plurality of membranes in another circumferential portion can be sealed, and another plurality comprising the finished filters can be removed.
  • the machine may have cutting elements, for example in the form of bovines, that cut the fibrous membrane from its distal or rear portion once the primary membrane (with hole) has been sealed to it.
  • a second aspect of the invention describes a manufacturing process for the filter that reduces tar and toxic compounds in tobacco smoke that has been described above.
  • the method comprises the steps of: a.) providing at least one mold, b.) placing at least one fibrous membrane in the mold, c.) inseparably sealing the fibrous membrane with a waterproof membrane. minus one end of it, where the sealing is carried out by a step selected from a group consisting of:
  • the procedure comprises sealing a waterproof membrane at both ends of the fibrous membrane and cutting said fibrous membrane in half, thus generating two filters in each step.
  • the fibrous membrane that is arranged in the mold is elongated with longitudinal dimensions suitable for manufacturing a plurality of filters from it, and the procedure further comprises:
  • the procedure described above would be the one that must be executed to carry out the sealing for each of the filters formed in each housing of the machine carousel.
  • the implementation of the machine described above to execute said procedure significantly increases the filter manufacturing capacity.
  • the stages can be carried out simultaneously on the machine for different membranes.
  • the sealant film comprises at least one material selected from a list consisting of:
  • the present invention describes a filter suitable for being manufactured with the machine or method described above, which comprises a primary membrane intended to be in intimate contact with a distal end of a column of tobacco, and which comprises a disc of material impermeable or semipermeable, of cylindrical shape, which is perforated by at least one hole that passes through it in a direction perpendicular to the cross section of the primary membrane, in such a way that the perforated surface has a free passage section of between 0.2 % and 30% of the total section of the primary membrane, where the Primary membrane is inseparably sealed with a distal end of a fibrous membrane.
  • the primary membrane comprises a waterproof paint.
  • the primary membrane comprises plasticized cellulose acetate, formed by the evaporation of a solvent from a concentrated solution thereof.
  • the resulting thickness is between 200 to 500 microns.
  • the waterproof membrane could have up to 5000 microns.
  • Figure 1a Shows a perspective view of a first embodiment of the filter that reduces tar and toxic compounds from tobacco smoke according to a first preferred embodiment of the present invention.
  • Figure 1b Shows a perspective view of a second embodiment of the filter according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 2. Shows a front view of a preferred embodiment of the machine for manufacturing the filter in Figure 1, which includes heating elements for sealing the watertight membrane.
  • Figure 3. Shows an exploded perspective view of the preferred embodiment of Figure 2.
  • Figure 4. Shows a perspective view of a preferred embodiment of a machine for manufacturing the filter of Figure 1, which includes a sealing film dispenser for forming the waterproof membrane.
  • Figure 5. Shows a perspective view of a preferred embodiment of a machine for manufacturing the filter of Figure 1, which comprises cutting elements and an elongated fibrous membrane suitable for the manufacture of a plurality of filters according to the figure. 1.
  • Figure 6. Shows a perspective view of a preferred embodiment of a machine for manufacturing the filter of Figure 1, which comprises an actuator to pressure seal the primary membrane with an adhesive surface.
  • Figure 1a shows a perspective view of the filter (1) that reduces tar and toxic compounds from tobacco smoke, object of the present invention, which comprises a primary membrane (M1) intended to be in intimate contact with a distal end of a tobacco column (T), and comprising a disc of impermeable or semipermeable material, cylindrical in shape, which is perforated by at least one hole (2) that passes through it in a direction perpendicular to the cross section of the primary membrane (M1) , in such a way that the perforated surface has a free passage section of between 0.2% and 30% of the total section of the primary membrane (M1), where the primary membrane (M1) is inseparably sealed. with a distal end of a fibrous membrane (M3).
  • M1 primary membrane
  • T distal end of a tobacco column
  • M3 fibrous membrane
  • Figure 1b comprises a filter according to the present invention, of the type that further comprises a secondary membrane (M2) inseparably attached to the opposite end of the fibrous membrane (M3) which in turn comprises a weakened section so that a user makes the cut through said weakened section.
  • M2 secondary membrane
  • M3 fibrous membrane
  • the filter (1) of Figure 1b can also be an intermediate product of the process that will be described later, which includes cutting the fibrous membrane (M3) in half, generating two filters (1) of the type represented in the Figure 1a, said filters (1) ready to be used by the user or smoker, or in conventional cigarette making machines.
  • Figure 2 shows a preferred embodiment of the machine (3) for manufacturing any of the filters (1) of figure 1a or 1 b.
  • the machine (3) for manufacturing a filter (1) comprises a carousel (4) configured to rotate on itself, provided with a plurality of housings (5 ) that receive or comprise a mold with fibrous membranes (M3),
  • the machine (3) has a movable drilling plate (8) that is arranged along a first circumferential portion parallel to the housings (5).
  • the drilling plate (8) may have mechanical means or laser radiation or any other element capable of drilling the hole (2) with the proportions described above.
  • the drilling plate (8) comprises a plurality of spikes that are coaxial to at least a plurality of the housings (5) of the carousel (4). Particularly to the housings (5) of the first circumferential portion that covers the drilling plate (8).
  • the machine (3) also includes a hopper (6) with an inverted pyramidal configuration, equipped with a lower opening (7), where said hopper (6) receives the fibrous membranes (M3) and dispenses them into intake housings ( 16) of an admission disc (15) represented in Figure 3.
  • Figure 2 further shows that the machine comprises movable heating elements (10) arranged along a second circumferential portion different from the first circumferential portion where the drilling plate (8) is arranged, and said heating elements (10) ) are configured to come into intimate contact with a plurality of waterproof membranes (M4) arranged in the housings (5) adjacent to the fibrous membranes (M3), where said heating elements (10) are heated to temperatures between 180 to 300° c.
  • Figure 3 shows a perspective view of the preferred embodiment described. More particularly, it illustrates that the intake disc (15) is provided with a plurality of intake housings (16) of semi-cylindrical configuration, where said intake housings (16) comprise internal molds that receive the fibrous membranes (M3). , and the machine (3) also comprises an actuator (not shown) that pushes the mold with the fibrous membrane (M3) and the watertight membrane (M4) to the housings (5) of the carousel (4) for subsequent sealing. .
  • the machine (3) comprises a rear alignment disc (17) that comprises a plurality of holes (18) coaxial to the intake housings (16) and the housings (5), of such that the actuator moves coaxially to said housings (5) to push the mold.
  • the sealed membrane (M4) is the primary membrane (M1) before drilling the hole (2).
  • the machine (3) also comprises extraction elements (9) arranged along a third circumferential portion parallel to the housing (5), said third distinct circumferential portion to the first and second circumferential portion, where the extraction elements are configured to extract the filters (1) from the housings (5).
  • the extraction elements (9) comprise suction cups (9') or a negative pressure element, which allows the already formed filters (1) to be extracted through the third circumferential portion.
  • the actuators that introduce the molds into the housings (5) can selectively expel the already formed filters (1) from the housings (5) arranged in the third circumferential portion.
  • FIG 4 shows an alternative embodiment of the machine (3), particularly regarding the sealing elements to inseparably seal the fibrous membrane (M3) with the watertight membrane (M4).
  • the sealing elements are materialized by a dispenser (11) that comprises a roller (11') that in turn comprises a film of a waterproof sealant that is dispensed by the ends of the fibrous membrane ( M3) in the mold, in such a way that said sealing film forms the waterproof membrane (M4).
  • the machine (3) can be equipped with drying elements (12), which can be by blowing hot air, or in the form of heating elements, any of them configured to facilitate the drying of the sealant film.
  • FIG. 5 shows another example of embodiment where the fibrous membrane (M3) is of the elongated type suitable for forming a plurality of filters (1), and the machine (3) comprises a cutting element (13) to cut the filter (1). ) once the watertight membranes (M4) have been perforated and sealed to the fibrous membrane (M3).
  • the machine executes an iterative process of sealing, perforation, cutting and extraction, without the need to constantly feed new fibrous membranes (M3). It is fed through the hopper only when the elongated column of fibrous material is exhausted.
  • M3 fibrous membranes
  • Figure 6 shows another embodiment example that differs only in the elements used for sealing.
  • the sealing elements comprise a movable actuator (14) comprising a plurality of projections (19) whose ends are adhered to a watertight membrane (M4) provided with two adhesive faces, and where the actuator ( 14) moves and exerts pressure on the fibrous membrane (M3), thus joining the watertight membrane (M4) to the fibrous membrane (M3).
  • a process is described to manufacture the filter (1), executable by the machine (3) in any of its embodiments described above, where said procedure includes the steps of: a.) providing at least one mold, b.) place at least one fibrous membrane (M3) in the mold, c.) inseparably seal the fibrous membrane (M3) with a watertight membrane (M4) at at least one end of it, where the sealing is carried out by a selected step of a group consisting of: - impregnate a film of a sealant with adhesive and waterproof properties with a viscosity between 5000cp and 25000cp, thus forming the waterproof membrane (M4) directly on the fibrous membrane (M3),
  • the method comprises sealing a watertight membrane (M4) at both ends of the fibrous membrane (M3) and then cutting substantially in half.
  • M4 watertight membrane
  • the thickness of the carousel (4) could be that necessary for two filters (1), and it could include the sealing elements and the perforation plate (8) on both sides. Finally, the fibrous membrane is cut in half, thus generating two final filters (1) for each housing.
  • the cigarettes are conditioned at room temperature and 60% relative humidity, keeping them in a desiccator provided with a saturated solution of sodium nitrite, for at least 48 hours before being smoked.
  • the condensable products retained in the trap after the filter are extracted with 2-propanol, ensuring that all the compounds retained in the trap are recovered.
  • the extract is then dried with sodium sulfate and reserved for subsequent analysis by GC.
  • the determination of the CO and CO2 content in the non-condensable fraction is carried out by GC, using a thermal conductivity detector (GC-TCD) and a CTRI concentric column, in a SHIMADZU GC-14A equipment, using calibration by standards. external.
  • the quantification has been carried out by calculating the response factor.
  • the compounds present in the condensed fraction are analyzed by GC with a mass spectrometry detector (GC-MS), using an HP-5MS column.
  • GC-MS mass spectrometry detector
  • the first example shows the result of using a membrane consisting of a circle of filter cardboard 8 mm in diameter with a 1 mm diameter perforation. This primary membrane is located between the tobacco column (T) and the 8 mm diameter, 17 mm long cellulose acetate filter of 3R4F cigarettes.
  • Table 1 shows the nicotine, tars and carbon monoxide collected in the gas stream and in the condensed matter in the Cambridge filter located downstream of the cigarette. As well as that of a series of major compounds in the chromatogram corresponding to gases and condensed products.
  • the perforated membrane has generated a reduction of around 57% in nicotine and tar. In the case of CO and other compounds present in gases, the reduction obtained is smaller.
  • Cigarettes have been smoked using filters of the same type as those described in the first embodiment but with holes of different diameters (0.8, 0.9, 1.0 and 1.1 mm). It has been observed that the reductions increase with decreasing orifice diameter, but the pressure loss increases considerably, so it would not be feasible to use a single perforation of less than 0.9 mm in diameter. It has also been tried to increase the number of holes of the same diameter, and it has been proven that the reductions decrease as the number of them increases.
  • Modified filters have been prepared for the inclusion of the perforated membrane by two procedures, the first of which has been carried out in a prototype machine that includes a mold where the filter is positioned, a hot iron with a controlled temperature that allows partial fusion of the material of the filter. filter and a tool that allows perforation of the molten layer.
  • Another alternative procedure has consisted of the preparation of a concentrated solution of cellulose acetate in acetone, the impregnation of one of the outsides of the filter with said concentrated solution and the subsequent evaporation of the solvent, to generate the impermeable film (membrane). The membrane was subsequently pierced with the tool described above.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Cigarettes, Filters, And Manufacturing Of Filters (AREA)

Abstract

Máquina (3) y procedimiento de fabricación de un filtro (1) reductor de alquitranes y compuestos tóxicos del humo del tabaco, donde dicho filtro (1) comprende una membrana primaria (M1) destinada a estar en contacto íntimo con un extremo distal de una columna de tabaco (T), y que comprende un disco de material impermeable o semipermeable, de forma cilíndrica, que está perforado por al menos un orificio (2) que lo atraviesa en dirección perpendicular a la sección transversal de la membrana primaria (M1), de tal forma que la superficie perforada presenta una sección libre de paso de entre el 0,2% y el 30% del total de la sección de la membrana primaria (M1), donde la membrana primaria (M1) está sellada de manera inseparable con un extremo distal de una membrana fibrosa (M3).

Description

MÁQUINA, PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN Y FILTRO REDUCTOR DE ALQUITRANES Y COMPUESTOS TÓXICOS DEL TABACO
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se puede incluir dentro del campo técnico de filtros para cigarrillos, en particular de filtros combinados y de máquinas y procedimientos para la fabricación de éstos. De manera más concreta, el objeto de la invención se refiere a la máquina, procedimiento y filtro como producto final, donde el filtro resultante comprende una membrana primaria de material impermeable o semipermeable destinada a estar en contacto íntimo con un extremo de una columna de tabaco, que está perforado por al menos un orificio, y dicha membrana primaria está sellada de manera inseparable con la membrana fibrosa clásica de los filtros tradicionales.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El humo del tabaco contiene más de 8000 compuestos químicos [J.P. Schaller, D. Keller, L. Poget, P. Pratte, E. Kaelin, D. McHugh, G. Cudazzo, D. Smart, A.R. Tricker, L. Gautier, M. Yerly, R. Pires, S. Le Bouhellec, D. Ghoh, Hofer, I. García, E. Vanscheeuwijck, S. Maeder Evaluation of the Tobacco Heating System 2.2. Part 2: Chemical Composition, Genotoxicity, Cytotoxicity, and Physical Properties of the Aerosol, Regul. Toxicol. Pharmacol., (81) (2016), pp. S27-S47, DOI: 10.1016/j.yrtph.2O16.10.001 ] y siguen identificándose más conforme se van concluyendo distintos estudios y se dispone de equipos analíticos más sensibles. Muchos de ellos, del orden de 100 (Federal Register /Vol. 77, No. 64 /Tuesday, April 3, 2012) son considerados tóxicos y/o cancerígenos. Por ello, el consumo de tabaco representa un gran problema de salud pública a nivel mundial, pero también representa un importante negocio, lo que ha generado desde hace muchos años un enorme conflicto de intereses, sociológicos, políticos, económicos y científicos. De este modo, tanto las empresas tabaqueras, así como numerosos investigadores están desarrollando interesantes trabajos de investigación encaminados a la reducción de la toxicidad de los humos del tabaco, reducción de las dosis inhaladas por los fumadores, el desarrollo de nuevos productos sustitutivos e incluso las limitaciones legales a los aditivos, emisiones y hasta su uso.
Se ha estudiado intensamente todos los constituyentes de los cigarrillos, desde el papel, los aditivos, el tabaco y los filtros. Por ejemplo, se ha estudiado el efecto de la permeabilidad del papel (“Effect of potassium inorganic and organic salts on the pyrolysis kinetics of cigarette paper” de Deqing Zao y colaboradores, (Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 102 (2013) 114-123). Se han desarrollado papeles que autoextinguen la combustión (por ejemplo, el descrito en PCT/KR2009/003425).
Se han estudiado modificaciones genéticas del tabaco para reducir la generación de nicotina y alquitranes (WHO study group on tobacco prodcut regulation, Report on the scientific basis of tobacco product regulations: Fifth report of a WHO group study, ISBN 978 922 4 120989 2, 2015), así como el empleo de aditivos o catalizadores capaces de reducir la emisión de productos tóxicos (Reduction of tobacco smoke components yield in commercial cigarette brands by addition of HIISY, NaY and AI-MCM-41 to the cigarette rod, A. Marcilla y colaboradores, Toxicology Reports (Open access), 2 (2015b) 152-164), o nitrosaminas específicas del tabaco (J. Asensio, Tesis doctoral 2020, Pirólisis térmica y catalítica de la nicotina y NNK y NNN, dos nitrosaminas específicas del tabaco).
El efecto que produce la interposición de un orifico en una corriente de vapor es conocido desde hace mucho tiempo. La utilización de este de sistemas para la condensación de alquitranes del humo del tabaco también se conoce desde hace tiempo, así se han registrado numerosas patentes sobre el tema, que van desde las iniciales de los años 60 del siglo pasado (Tamag Basel AG, Patent Specification 996,891 Date of Application and Filing Complete Specification April 12 1962 No. 14139/62 Application made in Austria (NO. 2969) April 14, 1961 Filter Suitable for Cigarettes Cigars or Filter Cartridges) que suponían la interposición de una membrana perforada en la corriente del humo y que se situaba entre el filtro convencional y la columna del tabaco, hasta sistemas más o menos sofisticados que incluyen diseños especiales de boquillas para situar después del filtro del cigarrillo convencional. Estos sistemas responden a patentes posteriores, aunque utilizan el mismo principio de la primera patente, es decir, hacer pasar la corriente de humo por un orificio. Así como estos sistemas, basados en el mismo principio físico que la patente inicial, se ha comercializado y existen en el mercado una serie de productos muy similares, basados en los mismos conceptos e incluyendo ligeras vahantes y todos ellos protegidos por su correspondiente patente, no se conoce ningún producto que utilice exactamente lo reflejado en la solicitud arriba mencionada. Se han estudiado intensamente los filtros, tanto su diseño como los materiales que los componen. El acetato de celulosa es el material que se ha impuesto y su uso es el más extendido. Se han descrito distintas configuraciones que modifican la trayectoria del humo a través del filtro, donde se emplean sustancias activas, adsorbentes capaces de reducir la inhalación de alquitranes, por ejemplo W02008142420 y W02008018617 donde los elementos activos están sobre soportes de materiales granulares.
Se han descrito numerosos diseños especiales como los que incluyen cilindros concéntricos de material adsorbente dentro del filtro de acetato de celulosa; estructuras ventiladas con distintas membranas (DE19924205658); o con ranuras en forma de hélice con adsorbentes, (EA200401360). También se ha estudiado profundamente la hidrodinámica del proceso de filtración y los distintos mecanismos implicados, así se han desarrollado sistemas muy eficaces como el conocido sistema “tar gard”, protegido por un gran número de patentes (por ejemplo: US3434480).
Todos ellos tienen, además, una característica común que es un elevado coste, ya que se trata de piezas de plástico con un diseño más o menos complejo que incluye más de una pieza. Sin embargo, no se tiene constancia de ningún sistema comercial del tipo del descrito en la patente de 1961. Este sistema podría ser mucho más económico que los comercializados posteriormente. El motivo de esta falta de presencia en el mercado puede deberse a diversas causas. La principal podría ser la falta de una máquina capaz de fabricar estos filtros que incorporen esas membranas, lo que unido al aumento de la resistencia al fumado que representa este obstáculo en la corriente principal del humo ha impedido que este producto alcance el mercado.
El hecho fundamental que podría explicar la ausencia de un producto de estas características en el mercado puede ser la dificultad de adaptar las máquinas convencionales de fabricación de filtros para su incorporación, que no están pensadas para incorporar este tipo de membranas en los filtros convencionales, ni en los cigarrillos. Esta dificultad se podría superar por los usuarios de tabaco RYO o MYO, que podrían incorporarlas manualmente al elaborar sus cigarrillos, pero, evidentemente esto representa un serio hándicap para su comercialización.
Numerosas patentes han aparecido posteriormente que reivindican el mantenimiento de la resistencia al fumado al aumentar el número de caladas (por ejemplo: la EP 0364256 A1 de 19899 de Liew, Tow Pin de Rothmans International Tobacco (UK) Limited, Cigarette filter rod elements and cigarettes incorporationg such filter rod elements). Sin embargo, ninguna de ellas se ha traducido en un producto comercial y sus costes son elevados.
Un interesante estudio, “The intractable cigarette ‘filter problem” (de B Harris, Tobacco Control, 2011 20 supl 1 , ¡10416) analiza la historia y la problemática de los filtros y se pone de manifiesto la existencia de un conflicto de intereses. Además de las dificultades técnicas en el diseño de los mismos, se abordan las estrategias de los distintos actores, empresas tabaqueras, autoridades, etc., así como el problema de costes en muchos de los diseños más sofisticados. Todas las soluciones adoptadas presentan posibles ventajas e inconvenientes y se concluye la efectividad de los filtros de acetato de celulosa, que son los que se han impuesto comercialmente, así como la eficacia de la ventilación en los mismos. No obstante, dicho artículo pone de manifiesto que el problema está todavía sin resolver, por lo que es preciso desarrollar nuevas soluciones
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Un primer aspecto de la presente invención describe una máquina para la fabricación de filtros del tipo que incorporan una membrana primaria que es impermeable o semi impermeable y comprende al menos un orificio, donde dicha membrana está sellada de manera inseparable a una membrana fibrosa que puede ser, por ejemplo, de acetato de celulosa.
En una realización preferente la máquina comprende un carrusel configurado para rotar sobre sí mismo, dotado de una pluralidad de cavidades que permiten alojar las membranas fibrosas (típicamente filtros convencionales de acetato de celulosa).
La máquina puede presentar una plancha para perforar las membranas. Dicha plancha de perforado puede ser desplazadle y está dispuesta a lo largo de una porción circunferencial paralela a los alojamientos del carrusel.
Por ejemplo, dicha plancha de perforado puede estar dotada de una pluralidad de pinchos que son coaxiales a, al menos, una pluralidad de los alojamientos del carrusel.
Estas perforaciones se pueden realizar por medios mecánicos o por radiación láser o cualquier otro procedimiento, como la utilización de noyos o insertos. Sin embargo, dicha perforación no puede tener cualquier diámetro ni longitud, ya que al aumentar cualquiera de estas magnitudes disminuye su eficacia. En consecuencia, la plancha de perforado en lugar de pinchos puede presentar otros medios mecánicos como los arriba expuestos.
Más en particular, los elementos de perforación están dimensionados para perforar entre el 0,2% y el 30% del total de la sección de una membrana estanca adherida a las membranas fibrosas en el molde.
La perforación puede ser de sección circular, y tener un diámetro (o equivalente) entre 0.5 y 2 mm, preferentemente entre 0.8 y 1.2 mm.
La longitud del corte puede ser el espesor de la membrana estanca y puede penetrar hasta 5 mm adicionales en la membrana fibrosa.
Preferentemente, la plancha de perforado está dispuesta a lo largo de una porción circunferencial paralela a los alojamientos del carrusel.
En la realización con pinchos para perforar, los pinchos son coaxiales a al menos una pluralidad de los alojamientos del carrusel dentro de la sección circunferencial que cubre la plancha de perforado.
Además, la máquina puede estar dotada de unos elementos de sellado dispuestos a lo largo de una segunda porción circunferencial paralela al alojamiento, donde dicha segunda porción circunferencial es distinta a la primera porción circunferencial, y los elementos de sellado sellan de manera inseparable la membrana estanca con la membrana fibrosa.
Existen múltiples alternativas para resolver el problema arriba expuesto, a saber, el de unir de manera inseparable la membrana principal con la membrana fibrosa.
En un primer ejemplo, los elementos de sellado pueden ser unos elementos calefactores desplazadles configurados para entrar en contacto íntimo con la membrana estanca, donde dichos elementos calefactores son calentados a temperaturas de entre 180 a 300°C. Por lo tanto, la membrana estanca (membrana sin perforar) es colocada en el molde contigua a la membrana fibrosa y, posteriormente, se realiza el sellado. En una vanante de este primer ejemplo de realización, alternativamente, dicho elemento calefactor es puesto en contacto íntimo con la membrana fibrosa para fundir y sellar un extremo de ésta, que quedaría igualmente unido de manera inseparable a la membrana, donde dicho elemento calefactor es calentado a temperaturas de entre 180 y 350°C. Nótese que, en esta vanante la membrana estanca es formada por la fundición y, por consiguiente, se omite el colocar una membrana estanca en el molde.
En un segundo ejemplo, los elementos de sellado comprenden un dispensador que comprende un rodillo que impregna una película de un sellante impermeable en un extremo de la membrana fibrosa dispuesta en el molde, de tal manera que dicha película forma la membrana estanca. La película de sellante presenta propiedades adhesivas e impermeables y presenta una viscosidad de entre 5000cp y 25000cp,
En un tercer ejemplo, los elementos de sellado están materializados por un accionador desplazadle que comprende una pluralidad de salientes cuyos extremos están adheridos a una membrana estanca dotada de dos caras adhesivas, y donde el accionador se desplaza de manera que el extremo ejerce presión sobre la membrana fibrosa uniéndose así la membrana estanca a la membrana fibrosa.
En cuanto a la admisión y a la recepción de las membranas fibrosas hasta que son alojadas en el carrusel la presente invención contempla una pluralidad de opciones.
En una realización preferente, la máquina comprende, además, un disco de admisión dotado de una pluralidad de alojamientos de admisión de configuración semicilíndrica, donde dichos alojamientos de admisión comprenden unos moldes internos que reciben las membranas fibrosas.
En función del tipo de elemento de sellado, el molde puede alojar también la membrana estanca dispuesta de manera contigua y en contacto íntimo con las membranas fibrosas.
Preferentemente, la máquina comprende una tolva de configuración piramidal invertida, dotada de una abertura inferior, donde dicha tolva recibe las membranas fibrosas y las dispensa en los alojamientos de admisión a través de la abertura inferior. El carrusel rota sobre si mismo, preferentemente por medio de un motor, y los alojamientos de admisión se van llenando de membranas fibrosas. Cuando el sellado se realiza por adhesión de membranas estancas, dichas membranas estancas pueden estar ya dispuestas en el molde y las membranas fibrosas caen de manera contigua a las mismas.
Preferentemente, un actuador empuja el molde ensamblado con la membrana estanca y la membrana fibrosa hasta los alojamientos del carrusel para su posterior sellado. Alternativamente, el actuador empuja el molde que comprende únicamente la membrana fibrosa.
La máquina puede estar dotada de un disco de alineamiento trasero que comprende una pluralidad de orificios coaxiales a los alojamientos de admisión y a los alojamientos, de tal manera que el actuador se desplaza coaxialmente a dichos orificios para empujar el molde.
Asimismo, la máquina puede estar dotada de elementos de extracción dispuestos a lo largo de una tercera porción circunferencial paralela al alojamiento, dicha tercera porción circunferencial distinta a la primera y segunda porción circunferencial, donde los elementos de extracción extraen los filtros del alojamiento.
Por consiguiente, el disco de admisión puede girar hasta su llenado, el actuador empuja los moldes hasta el carrusel, y en el carrusel se ejecuta una etapa de sellado, una etapa de perforación y una etapa de extracción. Mediante el giro parcial del carrusel una pluralidad de membranas estancas y/o membranas fibrosas pueden ejecutar una etapa u otra y pasar de una etapa a otra, aumentando significativamente la capacidad de producción de los filtros.
Preferentemente, un motor gira el carrusel y unos elementos de control regulan el giro de dicho motor, ejecutando ángulos de giro que están definidos para la primera porción circunferencial (etapa de perforación) y la segunda porción circunferencial (etapa de sellado).
Nótese que una pluralidad de membranas pueden ser selladas, luego perforadas y finalmente extraídas. Mientras esa pluralidad de membranas es perforada, otra pluralidad de membranas en otra porción circunferencial puede ser sellada, y otra pluralidad que comprende los filtros ya acabados puede ser extraída. La máquina puede presentar unos elementos de corte, por ejemplo en forma de bovinas, que cortan la membrana fibrosa por su porción distal o trasera una vez la membrana primaria (con orificio) ha sido sellada a la misma.
Un segundo aspecto de la invención describe un procedimiento de fabricación del filtro reductor de alquitranes y compuestos tóxicos del humo del tabaco que ha sido más arriba descrito.
Más en particular, el procedimiento comprende las etapas de: a.) proveer de al menos un molde, b.) colocar en el molde al menos una membrana fibrosa, c.) sellar de manera inseparable la membrana fibrosa con una membrana estanca en al menos un extremo de ésta, donde el sellado se realiza por una etapa seleccionada de un grupo que consiste en:
- impregnar una película de un sellante con propiedades adhesivas e impermeables dotado de una viscosidad de entre 5000cp y 25000cp, formando así la membrana estanca directamente sobre la membrana fibrosa,
- poner en contacto íntimo un elemento calefactor con la membrana estanca hasta sellar de manera inseparable dicha membrana estanca con la membrana fibrosa; o alternativamente, poner en contacto íntimo dicho elemento calefactor con la membrana fibrosa para fundir y sellar ese extremo formando así la membrana estanca que quedaría igualmente unida de manera inseparable a la membrana, donde dicho elemento calefactor es calentado a temperaturas de entre 180 y 350°C,
- accionar al menos un vástago que presenta un extremo que está adherido a la membrana estanca que comprende a su vez una cara con un adhesivo que se une a presión a un extremo de la membrana fibrosa mediante una fuerza axial del vástago sobre el mismo, d) perforar al menos un orificio en la membrana estanca dicho orificio presentando una sección de entre 0,2% y el 30% del total de la sección de la membrana estanca.
En un ejemplo de realización, el procedimiento comprende sellar una membrana estanca por ambos extremos de la membrana fibrosa y cortar por la mitad dicha membrana fibrosa generando así dos filtros en cada paso. En otro ejemplo de realización, la membrana fibrosa que es dispuesta en el molde es alargada con unas dimensiones longitudinales aptas para fabricar una pluralidad de filtros a partir de la misma, y el procedimiento comprende, además:
- cortar una porción de la membrana fibrosa (M3) una vez la membrana estanca (M4) ha sido sellada a ésta y ha sido perforada formando el orificio (2),
- extraer un primer filtro (1) con la membrana primaria (M1) sellada a la membrana fibrosa (M3),
- repetir etapas b.) hasta d.),
- cortar una segunda porción de la membrana fibrosa (M3),
- extraer un segundo filtro (1) con la membrana primaria (M1) sellada a la membrana fibrosa (M3),
- repetir hasta agotar la membrana fibrosa (M3).
El procedimiento arriba descrito sería el que debe ser ejecutado para realizar el sellado para cada uno de los filtros conformados en cada alojamiento del carrusel de la máquina. Como consecuencia, la implementación de la máquina arriba descrita para ejecutar dicho procedimiento aumenta significativamente la capacidad de fabricación de filtros. Asimismo, las etapas se pueden realizar simultáneamente en la máquina para distintas membranas.
Preferentemente, la película de sellante comprende al menos un material seleccionado de una lista que consiste en:
- acetato de celulosa disuelto en acetona,
- polihidroxibutirato,
- ácido poliláctico,
- goma guar,
- almidón,
- pinturas.
En tercer aspecto la presente invención describe un filtro apto para ser fabricado con la máquina o el procedimiento arriba descrito, que comprende una membrana primaria destinada a estar en contacto íntimo con un extremo distal de una columna de tabaco, y que comprende un disco de material impermeable o semipermeable, de forma cilindrica, que está perforado por al menos un orificio que lo atraviesa en dirección perpendicular a la sección transversal de la membrana primaria, de tal forma que la superficie perforada presenta una sección libre de paso de entre el 0,2% y el 30% del total de la sección de la membrana primaria, donde la membrana primaria está sellada de manera inseparable con un extremo distal de una membrana fibrosa.
En una realización preferente, la membrana primaria comprende una pintura impermeable.
Alternativamente, la membrana primaria comprende acetato de celulosa plastificado, formándose por la evaporación de un disolvente a partir de una disolución concentrada del mismo.
De acuerdo con las realizaciones del filtro donde la membrana principal es formada a través de una película de un sellante, el espesor resultante es de entre 200 a 500 mieras.
En otras realizaciones le membrana estanca podría presentar hasta 5000 mieras.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1a.- Muestra una vista en perspectiva de una primera realización del filtro reductor de alquitranes y compuestos tóxicos del humo del tabaco de acuerdo con una primera realización preferente de la presente invención.
Figura 1b.- Muestra una vista en perspectiva de una segunda realización del filtro de acuerdo con una segunda realización de la presente invención.
Figura 2.- Muestra una vista frontal una realización preferente de la máquina para fabricar el filtro de la figura 1 , que comprende elementos calefactores para el sellado de la membrana estanca.
Figura 3.- Muestra una vista en perspectiva explosionada de la realización preferente de la figura 2. Figura 4.- Muestra una vista en perspectiva de una realización preferente de una máquina para la fabricación del filtro de la figura 1 , que comprende un dispensador de una película sellante para el conformado de la membrana estanca.
Figura 5.- Muestra una vista en perspectiva de una realización preferente de una máquina para la fabricación del filtro de la figura 1 , que comprende elementos de corte y una membrana fibrosa alargada apta para la fabricación de una pluralidad de filtros de acuerdo con la figura 1.
Figura 6.- Muestra una vista en perspectiva de una realización preferente de una máquina para la fabricación del filtro de la figura 1 , que comprende un accionador para sellar a presión la membrana primaria con una superficie adhesiva.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
La figura 1a muestra una vista en perspectiva del filtro (1) reductor de alquitranes y compuestos tóxicos del humo del tabaco, objeto de la presente invención, que comprende una membrana primaria (M1) destinada a estar en contacto íntimo con un extremo distal de una columna de tabaco (T), y que comprende un disco de material impermeable o semipermeable, de forma cilindrica, que está perforado por al menos un orificio (2) que lo atraviesa en dirección perpendicular a la sección transversal de la membrana primaria (M1), de tal forma que la superficie perforada presenta una sección libre de paso de entre el 0,2% y el 30% del total de la sección de la membrana primaria (M1), donde la membrana primaria (M1) está sellada de manera inseparable con un extremo distal de una membrana fibrosa (M3).
La figura 1b comprende un filtro de acuerdo con la presente invención, del tipo que comprende, además, una membrana secundaria (M2) unida de manera inseparable al extremo opuesto de la membrana fibrosa (M3) que comprende a su vez una sección debilitada para que un usuario realice el corte a través de dicha sección debilitada.
El filtro (1) de la figura 1b, puede ser también un producto intermedio del proceso que se describirá más adelante, que comprende realizar el corte de la membrana fibrosa (M3) por la mitad generando dos filtros (1) del tipo representado en la figura 1a, dichos filtros (1) listos para ser utilizados por el usuario o fumador, o en máquinas de elaboración de cigarrillos convencionales. La figura 2 muestra una realización preferente de la máquina (3) de fabricación de cualquiera de los filtros (1) de la figura 1a o 1 b.
Más en particular, de acuerdo con la realización preferente de la figura 2, la máquina (3) de fabricación de un filtro (1), comprende un carrusel (4) configurado para rotar sobre sí mismo, dotado de una pluralidad de alojamientos (5) que reciben o comprenden un molde con unas membranas fibrosas (M3),
Asimismo, en dicha realización preferente, la máquina (3) presenta una plancha de perforado (8) desplazadle que está dispuesta a lo largo de una primera porción circunferencial paralela a los alojamientos (5).
La plancha de perforado (8) puede disponer de medios mecánicos o por radiación láser o cualquier otro elemento capaz de perforar el orificio (2) con las proporciones arriba descritas.
En la realización preferente ¡lustrada a modo de ejemplo, la plancha de perforado (8) comprende una pluralidad de pinchos que son coaxiales a al menos una pluralidad de los alojamientos (5) del carrusel (4). Particularmente a los alojamientos (5) de la primera porción circunferencial que cubre la plancha de perforado (8).
La máquina (3) comprende, además, una tolva (6) de configuración piramidal invertida, dotada de una abertura inferior (7), donde dicha tolva (6) recibe las membranas fibrosas (M3) y las dispensa en unos alojamientos de admisión (16) de un disco de admisión (15) representado en la figura 3.
La figura 2 muestra, además, que la máquina comprende unos elementos calefactores (10) desplazadles dispuestos a lo largo de una segunda porción circunferencial distinta a la primera porción circunferencial donde está dispuesta la plancha de perforado (8), y dichos elementos calefactores (10) están configurados para entrar en contacto íntimo con una pluralidad de membranas estancas (M4) dispuestas en los alojamientos (5) contiguas a las membranas fibrosas (M3), donde dichos elementos calefactores (10) son calentados a temperaturas de entre 180 a 300°C. La figura 3 muestra una vista en perspectiva de la realización preferente descrita. Más en particular, ¡lustra que el disco de admisión (15) está dotado de una pluralidad de alojamientos de admisión (16) de configuración semicilíndrica, donde dichos alojamientos de admisión (16) comprenden unos moldes internos que reciben las membranas fibrosas (M3), y la máquina (3) comprende, además, un actuador (no mostrado) que empuja el molde con la membrana fibrosa (M3) y la membrana estanca (M4) hasta los alojamientos (5) del carrusel (4) para su posterior sellado.
Preferentemente, tal y como muestra la figura 3, la máquina (3) comprende un disco de alineamiento trasero (17) que comprende una pluralidad de orificios (18) coaxiales a los alojamientos de admisión (16) y a los alojamientos (5), de tal manera que el actuador se desplaza coaxialmente a dichos alojamientos (5) para empujar el molde.
De acuerdo con la presente invención, la membrana estanca (M4) es la membrana primaria (M1) antes de perforar el orificio (2).
Tal y como ¡lustra la figura 3, en la realización preferente descrita la máquina (3) comprende, además unos elementos de extracción (9) dispuestos a lo largo de una tercera porción circunferencial paralela al alojamiento (5), dicha tercera porción circunferencial distinta a la primera y segunda porción circunferencial, donde los elementos de extracción están configurados para extraer los filtros (1) de los alojamientos (5).
En la realización preferente, los elementos de extracción (9) comprenden unas ventosas (9’) o un elemento de presión negativa, que permite extraer los filtros (1) ya conformados a través de la tercera porción circunferencial.
Alternativamente, los actuadores que introducen los moldes en los alojamientos (5) pueden expulsar selectivamente los filtros (1) ya conformados de los alojamientos (5) dispuestos en la tercera porción circunferencial.
La figura 4 muestra una realización alternativa de la máquina (3), particularmente en cuanto a los elementos de sellado para sellar de manera inseparable la membrana fibrosa (M3) con la membrana estanca (M4). En la realización de la figura 4, los elementos de sellado están materializados por un dispensador (11) que comprende un rodillo (11’) que a su vez comprende una película de un sellante impermeable que es dispensada por los extremos de la membrana fibrosa (M3) en el molde, de tal manera que dicha película sellante forma la membrana estanca (M4).
En dicha realización preferente, la máquina (3) puede estar dotada de unos elementos de secado (12), los cuales pueden ser por un soplido de aire caliente, o en forma de elementos calefactores, cualquiera de ellos configurados para facilitar el secado de la película de sellante.
La figura 5 muestra otro ejemplo de realización donde la membrana fibrosa (M3) es del tipo alargada apta para conformar una pluralidad de filtros (1), y la máquina (3) comprende un elemento de corte (13) para cortar el filtro (1) una vez las membranas estancas (M4) han sido perforadas y selladas a la membrana fibrosa (M3).
De esta manera, la máquina ejecuta un proceso iterativo de sellado, perforación, corte y extracción, sin necesidad de alimentar constantemente de nuevas membranas fibrosas (M3). Se alimenta mediante la tolva únicamente cuando la columna alargada de material fibroso se agote.
La figura 6 muestra otro ejemplo de realización que se diferencia únicamente por los elementos utilizados para el sellado. Más en particular, en esta realización, los elementos de sellado comprenden un accionador (14) desplazadle que comprende una pluralidad de salientes (19) cuyos extremos están adheridos a una membrana estanca (M4) dotada de dos caras adhesivas, y donde el accionador (14) se desplaza y ejerce presión sobre la membrana fibrosa (M3) uniéndose así la membrana estanca (M4) a la membrana fibrosa (M3).
Seguidamente, se describe un proceso para fabricar el filtro (1), ejecutable por la máquina (3) en cualquiera de sus realizaciones arriba descritas, donde dicho procedimiento comprende las etapas de: a.) proveer de al menos un molde, b.) colocar en el molde al menos una membrana fibrosa (M3), c.) sellar de manera inseparable la membrana fibrosa (M3) con una membrana estanca (M4) en al menos un extremo de ésta, donde el sellado se realiza por una etapa seleccionada de un grupo que consiste en: - impregnar una película de un sellante con propiedades adhesivas e impermeables dotado de una viscosidad de entre 5000cp y 25000cp, formando así la membrana estanca (M4) directamente sobre la membrana fibrosa (M3),
- poner en contacto íntimo un elemento calefactor (10) con la membrana estanca (M4) hasta sellar de manera inseparable dicha membrana estanca (M4) con la membrana fibrosa (M3); o alternativamente, poner en contacto íntimo dicho elemento calefactor con la membrana fibrosa (M3) para fundir y sellar ese extremo formando así la membrana estanca (M4), que quedaría igualmente unido de manera inseparable a la membrana (M3), donde en ambos casos dicho elemento calefactor (10) es calentado a temperaturas de entre 180 y 350°C,
- accionar al menos un vástago que presenta un extremo que está adherido a la membrana estanca (M4) que comprende a su vez una cara con un adhesivo que se une a presión a un extremo de la membrana fibrosa (M3) por una fuerza axial ejercida por el vástago sobre el mismo, d) perforar al menos un orificio (2) en la membrana estanca (M4) dicho orificio (2) presentando una sección de entre 0,2% y el 30% del total de la sección de la membrana estanca (M4).
Preferentemente, el procedimiento comprende sellar una membrana estanca (M4) por ambos extremos de la membrana fibrosa (M3) y luego cortar substancialmente por la mitad.
Para ello, el espesor del carrusel (4) podría ser el necesario para dos filtros (1), y podría comprender los elementos de sellado y la plancha de perforación (8) por sendas caras. Finalmente, se corta la membrana fibrosa por la mitad generando así dos filtros (1) finales por cada alojamiento.
En otro ejemplo de realización del procedimiento, éste comprende:
- proveer de una membrana fibrosa (M3) alargada con unas dimensiones longitudinales aptas para fabricar una pluralidad de filtros (1) a partir de ésta,
- cortar una porción de la membrana fibrosa (M3) una vez la membrana estanca (M4) ha sido sellada a ésta y ha sido perforada formando el orificio (2),
- extraer un primer filtro (1) con la membrana primaria (M1) sellada a la membrana fibrosa (M3),
- repetir etapas b.) hasta d.) , - cortar una segunda porción de la membrana fibrosa (M3),
- extraer un segundo filtro (1) con la membrana primaria (M1) sellada a la membrana fibrosa (M3),
- repetir hasta agotar membrana fibrosa (M3).
EJEMPLOS
Para ¡lustrar el efecto de estas membranas, así como los posibles métodos de fabricación y uso, se han realizado diversos experimentos de fumado con tabaco 3R4F de la Universidad de Kentucky. Se han utilizado las condiciones de acondicionamiento y fumado descritas en la norma ISO 3308, tanto para los cigarrillos de referencia como para los que utilizan las distintas membranas de los ejemplos. Para preparar los cigarrillos se ha vaciado el tabaco de los cigarrillos 3R4F. Se han utilizado siempre los mismos tubos del 3R4F al que se han incorporado los filtros descritos, bien los propios filtros (se han extraído y se han vuelto a incorporar) o bien los filtros incluyendo la correspondiente membrana (M1). Se ha utilizado una máquina de fumar ya de acuerdo con las especificaciones de la norma ISO 3308. Se han analizado los gases obtenidos, así como la composición de la materia condensada en unos filtros Cambridge situados a continuación de los filtros estudiados, que corresponde a los alquitranes que inhalaría el fumador. Se han realizado distintos experimentos con membranas de papel, cartón, plancha de espuma de EVA de 2 mm de espesor, obtenidas todas ellas por troquelado, que se han dispuesto en la posición adecuada en los tubos de los cigarrillos 3R4F, así como con membranas obtenidas por fusión superficial del extremo del filtro en contacto con el tabaco y posterior perforación, por deposición de una película de una disolución de acetato de celulosa en el mismo extremo del filtro y posterior perforación, por pintado con una pintura acrílica y posterior perforación, así como otras realizaciones. Todas ellas han proporcionado los mismos resultados en función del diámetro de los orificios, por lo que sólo se presentan algunos de ellos.
En todos los casos se han fumado 15 cigarrillos siguiendo las especificaciones de la norma ISO 3308 (caladas de 2 s de duración, volumen aspirado 35 mL, frecuencia de caladas 60 s y pérdida de presión en la calada menor de 300 Pa, se fuma hasta 4 mm del filtro). Todas las muestras han generado pérdidas de presión menores a las especificadas.
Los cigarrillos se acondicionan a temperatura ambiente y 60% de humedad relativa, manteniéndolos en un desecador provisto de una disolución saturada de nitrito sódico, al menos durante 48 h antes de ser fumados.
Los productos condensables retenidos en la trampa posterior al filtro se extraen con 2- propanol, asegurándose que se recuperan todos los compuestos retenidos en la trampa. A continuación, el extracto se seca con sulfato sódico y se reserva para su posterior análisis por GC.
La determinación del contenido en CO y CO2 en la fracción no condensable se lleva a cabo por GC, utilizando un detector de conductividad térmica (GC-TCD) y una columna concéntrica CTRI, en un equipo SHIMADZU GC-14A, utilizando un calibrado mediante patrones externos. La cuantificación ha sido realizada calculando el factor de respuesta.
Los compuestos presentes en la fracción condensada se analizan por GC con detector por espectrometría de masas (GC-MS), utilizando una columna HP-5MS.
Los compuestos se han identificado utilizando la biblioteca Wiley MS.
A continuación, describiremos algunas realizaciones a modo de ejemplo del resultado de la utilización de este tipo de sistemas en experimentos de fumado.
Realización 1
En el primer ejemplo se muestra el resultado de utilizar una membrana consistente en un círculo de cartulina de filtro de 8 mm de diámetro con una perforación de 1 mm de diámetro. Esta membrana primaria está ubicada entre la columna de tabaco (T) y el filtro de acetato de celulosa de 8 mm de diámetro y 17 mm de longitud de los cigarrillos 3R4F.
Se produce una importante condensación de alquitranes inmediatamente después del orificio. El extremo del filtro convencional en contacto con el fumador está considerablemente menos sucio que en el caso de no utilizar la membrana perforada. La Tabla 1 muestra la nicotina, alquitranes y monóxido de carbono recogidos en la corriente gaseosa y en la materia condensadas en el filtro Cambridge situado aguas abajo del cigarrillo. Así como la de una serie de compuestos mayoritarios en el cromatograma correspondiente a los gases y los productos condensados. La membrana perforada ha generado una reducción del orden del 57 % en nicotina y alquitranes. En el caso del CO y otros compuestos presentes en los gases la reducción obtenida es menor. Tabla 1. Reducciones obtenidas al utilizar la membrana perforada de cartulina de 8mm de diámetro y un orifico de 1 mm de diámetro y filtro convencional (MF), respecto a la utilización de sólo el filtro convencional (F). (Reducción=100x(masa de producto usando F-masa de producto usando MF)/masa de producto usando F)
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Realización 2
Se han fumado cigarrillos utilizando filtros del mismo tipo de los descritos la primera realización pero con orificios de distintos diámetros (0.8, 0.9, 1 ,0 y 1 ,1 mm). Se ha observado que las reducciones aumentan al disminuir el diámetro del orificio, pero la pérdida de presión aumenta considerablemente, por lo que no sería viable utilizar una única perforación de menos de 0.9 mm de diámetro. También se ha probado a aumentar el número de orificios del mismo diámetro, y se ha comprobado que las reducciones disminuyen al aumentar el número de ellos
Tabla 2. Reducciones (%) obtenidas con los filtros con membranas de un orificio de 0.8, 0.9,1 y 1.1 mm.
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Realización 3
Se han preparado filtros modificados para la inclusión de la membrana perforada por dos procedimientos el primero de ellos se ha realizado en una máquina prototipo que incluye un molde donde se posiciona el filtro, una plancha caliente de temperatura controlada que permite la fusión parcial del material del filtro y un útil que permite la perforación de la capa fundida. Otro procedimiento alternativo ha consistido en la preparación de una disolución concentrada de acetato de celulosa en acetona, la impregnación de uno de los externos del filtro con dicha disolución concentrada y la posterior evaporación del disolvente, para generar la película (membrana) impermeable. Posteriormente se ha perforado la membrana con el útil descrito anteriormente. Los resultados obtenidos con estos filtros, que incluyen la membrana con un orificio de 1 mm, han sido totalmente análogos a los descritos en la realización 1. Este sistema presenta la ventaja adicional de que la membrana es inseparable del filtro, lo que supone un aspecto muy importante para el usuario, permite la fabricación en serie de estos filtros y es el principal avance de la presente invención.

Claims

1.- Máquina de fabricación de un filtro (1) reductor de alquitranes y compuestos tóxicos del humo del tabaco, caracterizada por que comprende:
- un carrusel (4) configurado para rotar sobre sí mismo, dotado de una pluralidad de alojamientos (5) que reciben o comprenden un molde con unas membranas fibrosas (M3),
- una plancha de perforado (8) desplazadle que está dispuesta a lo largo de una porción circunferencial paralela a los alojamientos (5), dicha plancha de perforado (8) dotada de una pluralidad de pinchos que son coaxiales a al menos una pluralidad de los alojamientos (5) del carrusel (4), y están dimensionados para perforar entre el 0,2% y el 30% del total de la sección de una membrana estanca (M4) contigua a las membranas fibrosas (M3) en el molde,
- elementos de sellado dispuestos a lo largo de una segunda porción circunferencial paralela al alojamiento (5), dicha segunda porción circunferencial distinta a la primera porción circunferencial, donde dichos elementos de sellado sellan de manera inseparable la membrana estanca (M4) con la membrana fibrosa (M3).
2.- La máquina de la reivindicación 1 , en la que en cada alojamiento (5), la membrana estanca (M4) está colocada en el molde contigua a la membrana fibrosa (M3) y los elementos de sellado comprenden elementos calefactores (10) desplazadles configurados para entrar en contacto íntimo con la membrana estanca (M4), donde dichos elementos calefactores (10) son calentados a temperaturas de entre 180 a 300°C,
3.- La máquina de la reivindicación 1 , en la que los elementos de sellado comprenden elementos calefactores (10) desplazadles configurados para entrar en contacto íntimo con la membrana fibrosa (M3) para fundir y sellar ese extremo formando así la membrana estanca (M4), que quedaría unida de manera inseparable a la membrana fibrosa (M3),
4.- La máquina de la reivindicación 1 , en el que los elementos de sellado comprenden un dispensador (11) que comprende un rodillo (11’) que a su vez comprende una película de un sellante impermeable que es dispensada en un extremo de la membrana fibrosa (M3) que está dispuesta en el molde, donde dicha película forma la membrana estanca (M4).
5.- La máquina de la reivindicación 4, en la que está dotada de unos elementos de secado (12) configurados para facilitar el secado de la película de sellante.
6.- La máquina de la reivindicación 1 , en la que los elementos de sellado comprenden un accionador (14) desplazadle que comprende una pluralidad de salientes (19) cuyos extremos están adheridos a una membrana estanca (M4) dotada de dos caras adhesivas, y donde el accionador (14) se desplaza y ejerce presión sobre la membrana fibrosa (M3) uniéndose así la membrana estanca (M4) a la membrana fibrosa (M3).
7.- La máquina de una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, que comprende un disco de admisión (15) dotado de una pluralidad de alojamientos de admisión (16) de configuración semicilíndrica, donde dichos alojamientos de admisión (16) comprenden unos moldes internos que reciben las membranas fibrosas (M3), y un actuador que empuja el molde con la membrana fibrosa (M3) hasta los alojamientos (5) del carrusel (4) para su posterior sellado.
8.- La máquina de la reivindicación 2, que comprende un disco de admisión (15) dotado de una pluralidad de alojamientos de admisión (16) de configuración semicilíndrica, donde dichos alojamientos de admisión (16) comprenden unos moldes internos que reciben las membranas fibrosas (M3) de manera contigua a las membranas estancas (M4) que están dispuestas en dicho molde, y la máquina (3) comprende, además, un actuador que empuja el molde ensamblado con la membrana estanca (M4) y la membrana fibrosa (M3) hasta los alojamientos (5) del carrusel (4) para su posterior sellado.
9.- La máquina de una cualquiera de las reivindicaciones 7 o 8, que comprende un disco de alineamiento trasero (17) que comprende a su vez una pluralidad de orificios (18) coaxiales a los alojamientos de admisión (16) y a los alojamientos (5), de tal manera que el actuador es desplazadle coaxialmente a dichos alojamientos (5) para empujar el molde.
10.- La máquina de una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, que comprende una tolva (6) de configuración piramidal invertida, dotada de una abertura inferior (7), donde dicha tolva (6) recibe las membranas fibrosas (M3) y las dispensa en los alojamientos de admisión (16) a través de la abertura inferior (7).
11.- La máquina de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende unos elementos de extracción (9) dispuestos a lo largo de una tercera porción circunferencial paralela al alojamiento (5), dicha tercera porción circunferencial distinta a la primera y segunda porción circunferencial, donde los elementos de extracción están configurados para extraer los filtros (1) de los alojamientos (5).
12.- La máquina de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende uno o más elementos de corte (13) dispuestos en una cuarta porción circunferencial distinta a la primera y segunda porción circunferencial, donde dichos elementos de corte (13) están configurados para cortar el filtro (1) una vez las membranas estancas (M4) han sido selladas a la membrana fibrosa (M3).
13.- La máquina de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un motor que gira el carrusel (4) y unos elementos de control configurados para controlar el motor y hacer girar el carrusel unos ángulos de giro que están definidos por al menos la primera porción circunferencial y la segunda porción circunferencial.
14.- Procedimiento de fabricación de un filtro (1) reductor de alquitranes y compuestos tóxicos del humo del tabaco, que comprende: a.) proveer de al menos un molde, b.) colocar en el molde al menos una membrana fibrosa (M3), c.) sellar de manera inseparable la membrana fibrosa (M3) con una membrana estanca (M4) en al menos un extremo de ésta, donde el sellado se realiza por una etapa seleccionada de un grupo que consiste en:
- impregnar una película de un sellante con propiedades adhesivas e impermeables dotado de una viscosidad de entre 5000cp y 25000cp, formando así la membrana estanca (M4) directamente sobre la membrana fibrosa (M3),
- poner en contacto íntimo un elemento calefactor (10) con la membrana estanca (M4) hasta sellar de manera inseparable dicha membrana estanca (M4) con la membrana fibrosa (M3); o alternativamente, poner en contacto íntimo dicho elemento calefactor con la membrana fibrosa (M3) para fundir y sellar ese extremo formando así la membrana estanca (M4), que quedaría unida de manera inseparable a la membrana (M3), donde en ambos casos dicho elemento calefactor (10) es calentado a temperaturas de entre 180 y 350°C,
- accionar al menos un vástago que presenta un extremo que está adherido a la membrana estanca (M4) que comprende a su vez una cara con un adhesivo que se une a presión a un extremo de la membrana fibrosa (M3) por el empuje del vástago sobre el mismo, d) perforar al menos un orificio (2) en la membrana estanca (M4) dicho orificio (2) presentando una sección de entre 0,2% y el 30% del total de la sección de la membrana estanca (M4).
15.- El procedimiento de la reivindicación 14, que comprende sellar una membrana estanca (M4) por ambos extremos de la membrana fibrosa (M3).
16.- El procedimiento de la reivindicación 14, donde la membrana fibrosa (M3) es alargada con unas dimensiones longitudinales aptas para fabricar una pluralidad de filtros (1) a partir de ésta, y el procedimiento comprende, además:
- cortar una porción de la membrana fibrosa (M3) una vez la membrana estanca (M4) ha sido sellada a ésta y ha sido perforada formando el orificio (2),
- extraer un primer filtro (1) con una membrana primaria (M1) sellada a la membrana fibrosa (M3), donde la membrana primaria (M1) es la membrana estanca (M4) una vez perforado el orificio (2)
- repetir etapas b.) hasta d.),
- cortar una segunda porción de la membrana fibrosa (M3),
- extraer un segundo filtro (1) con la membrana primaria (M1) sellada a la membrana fibrosa (M3),
- repetir hasta agotar membrana fibrosa (M3).
17.- El procedimiento de la reivindicación 14, donde la película de sellante comprende al menos un material seleccionado de una lista que consiste en:
- acetato de celulosa disuelto en acetona,
- polihidroxibutirato,
- ácido poliláctico,
- goma guar,
- almidón,
- pinturas.
18.- Filtro (1) fabricado por el procedimiento de la reivindicación 14, que comprende una membrana primaria (M1) destinada a estar en contacto íntimo con un extremo distal de una columna de tabaco (T), y que comprende un disco de material impermeable o semipermeable, de forma cilindrica, que está perforado por al menos un orificio (2) que lo atraviesa en dirección perpendicular a la sección transversal de la membrana primaria (M1), de tal forma que la superficie perforada presenta una sección libre de paso de entre el 0,2% y el 30% del total de la sección de la membrana primaria (M1), donde la membrana primaria (M1) está sellada de manera inseparable con un extremo distal de una membrana fibrosa (M3).
19.- El filtro de la reivindicación 18, en el que dos membranas primarias (M1) están unidas de manera inseparable a ambos extremos de la membrana fibrosa (M3) que comprende a su vez una sección debilitada para que un usuario realiza el corte a través de dicha sección debilitada.
20.- El filtro de la reivindicación 18, en el que la membrana primaria (M1) comprende una pintura impermeable.
21.- El filtro de la reivindicación 18, en el que la membrana primaria (M1) comprende acetato de celulosa plastificado por la evaporación de un disolvente.
22.- El filtro de la reivindicación 20 o 21 , en el que la membrana primaria (M1) comprende un espesor de entre 200 a 500 mieras.
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