專利名稱:除去香煙煙霧中氧化氮的方法和裝置的制作方法
本發(fā)明涉及選擇性過濾香煙煙霧用的經(jīng)化學處理的過濾元件的制備方法。
纖維基過濾元件是眾所周知的，已用于香煙制造業(yè)至少40年。盡管市面上已試銷了各種合成纖維和纖維混合物，并進行了評價，但大部分香煙過濾元件中仍含有醋酸纖維素基纖維。
合成纖維，特別是象聚丙烯之類的聚烯烴纖維，比醋酸纖維素基纖維容易拉伸成旦數(shù)更小的纖維，因而具有更好的過濾功能而同時又不會損失卷曲和高速生產(chǎn)所需的強度。然而，這些纖維也有缺點。主要是開松的或松開的纖維束等基料惰性較大，不易被大多數(shù)粘合劑/增塑劑或其它親水型改性劑成分所濕潤或軟化。
增添化學活性成分以實現(xiàn)香煙煙霧的選擇性過濾已引起各種困難，如影響基料特性，分布不均勻，以及過濾元件功能與過濾元件的尺寸穩(wěn)定性、彈性和硬度之間的相互關系。業(yè)已證實，喂入過濾條制造裝置中的含聚烯烴纖維的基料(即纖維束和纖維條，在過濾元件的壓力降(抽吸阻力)和尺寸穩(wěn)定性或硬度之間的關系上是相當矛盾的。此外，在經(jīng)浸漬的聚烯烴或其它合成基料以高速喂入常規(guī)的過濾條制造設備中時，也常常難以避免發(fā)生堵塞，尤其是在向包覆物料中或其上加入粘合劑、潤滑劑、芳香劑、藥劑、吸收劑、吸附劑等大量的改性劑成分時更是這樣。其部分原因是由于香煙過濾條制造工藝中所用的許多添加劑組分缺乏內在的潤滑性能。
例如，美國專利3，428，056指出，添加水溶性無機鹽能有效地除去香煙煙霧中的氰化氫，但會導致粉末分布的不均勻和過濾效果變差。該專利試圖用下列聚烯烴粉末解決上列問題，即給這些聚烯烴粉末涂上無機鹽，如碳酸鈉和碳酸鉀，它們被振動到已用甘油三乙酸酯之類粘合劑處理過的醋酸纖維素纖維束上，然后被壓緊包卷成過濾條。
美國專利3，618，619解決除去氰化氫的辦法是，將金屬氧化物，如氧化鋅、氧化鐵或氧化亞銅分散在醋酸纖維素的溶液中，然后將作過濾元件用的醋酸纖維素紡成絲束，再用包括甘油三乙酸酯在內的某些有機“活化劑”處理這種絲束，使纖維絲束對于氰化氫具有可滲透性。
美國專利3，618，619公開了使用醋酸鋅和其它化合物的混合物滲入氧化鋁基質中，這種混合物以顆粒形式分散在醋酸纖維素之類的過濾纖維中。許多其它美國專利已經(jīng)詳細說明并試圖解決將鋅化合物混入香煙過濾材料中的問題。沒有一份專利明確地提出用這類化合物處理含聚烯烴纖維基料的問題。
按照本發(fā)明的制造經(jīng)化學處理的香煙過濾元件的方法中，使用以含聚烯烴基料作為包覆物料，并以常規(guī)過濾條制造裝置制得香煙過濾元件，該過濾元件用鋅化合物，如氧化鋅或醋酸鋅等作為活性改性劑成分處理，以除去香煙煙霧中的氧化氮和氧化氮副產(chǎn)物，方法的特征在于，將含氧化鋅或醋酸鋅的非離子溶液或分散液涂到包覆物料中的全部基料或部分基料上，該非離子溶液或分散液也含有脫水山梨糖醇脂肪酸酯的聚氧化烯衍生物、多羥基醇的一酯、或多羥基醇的二酯等作為分散劑，或含有這些分散劑的混合物。
按照本技術領域：
中的習慣說法，該非離子溶液或分散液被稱為非離子“紡絲溶液”。該非離子紡絲溶液中，以含有約0.1～10%(重量)、特別是0.5～10%(重量)的一種或數(shù)種表面活性劑為好。
在非離子紡絲溶液中，所含的表面活性劑以乙氧基化合物，羧酸酯，甘油酯，聚氧乙烯酯，脫水山梨糖醇酯，乙氧基化脫水山梨糖醇酯，乙氧基化天然脂肪、油和蠟，脂肪酸的乙二醇酯，聚氧乙烯脂肪酸酰胺，聚烯化氧嵌段共聚物，和氧化乙烯一氧化丙烯共聚物為好。
所用改性劑成分的量以纖維重量的1～10%(重量)左右為好。
這里所用的術語“基料”是指適于在過濾條制造裝置中作包覆物料用的含纖維成分或含原纖化薄膜成分。基料可以是(a)開松的含聚烯烴纖維束，(b)開松的含聚烯烴非織造材料的帶材，或(c)與活性改性劑成分相結合的聚烯烴原纖化薄膜的開松纖維網(wǎng)。
當非織造織物用作包覆物料的基料成分時，該開松織物帶可包含高達約100%，最好為10%-100%(重量)的聚烯烴(單、雙或三組分)纖維，它一般是聚丙烯短纖維，或可由具有混合纖度長絲的纖維網(wǎng)組成，或由下列纖維相組合而成(a)聚丙烯/聚乙烯，聚丙烯/聚偏二氯乙烯，聚丙烯/醋酸纖維素，聚丙烯/人造絲，聚丙烯/尼龍，醋酸纖維素/聚乙烯，塑化醋酸纖維素，聚丙烯/紙;或(b)聚丙烯/聚苯乙烯/聚乙烯等，其優(yōu)選的比例，按纖維重量計約為(a)10%-90%/90%-10%，或(b)10%-90%/45%-5%/45%-5%。
最好以開松的聚烯烴纖維網(wǎng)或聚丙烯或聚乙烯開松絲束或開松非織造帶為基料。
這類包覆物料可包括高達四種基料成分，這些基料成分之一種或數(shù)種有活性改性劑成分涂布在其一面或兩面，涂布的方式和涂布的面數(shù)取決于制得過濾元件所要求的過濾效率、味覺、手感、硬度和抽吸性。
對于本發(fā)明的目的以及由于活性成分的性質的緣故，包覆物料是就地制造(即直接置于包覆裝置的上游)還是在使用前經(jīng)已生產(chǎn)和貯存的，一般是無關緊要的。還發(fā)現(xiàn)，對于本發(fā)明目的而言，使用一種或數(shù)種具有相同或不同纖維的組分和纖度的非織造織物也是有用的，特別是當并非所有基料都用作活性改性劑成分的載體或具有不同的吸收性質時更是這樣。
含聚烯烴基料在涂布活性改性劑成分的溶液或分散液之前，最好先經(jīng)電暈放電或等離子體放電預處理。
適用于實施本發(fā)明方法的常規(guī)過濾條制造裝置，按照本領域中眾所周知的部件和工藝過程，可包括絲束導管、包覆裝置、成形裝置、包卷裝置和切割裝置，例如在美國專利3，144，023和2，794，480中所述。然而，如果需要，也可進行明顯的調整，以使在形成過濾芯之前有助于在原地或事先進行噴霧、浸漬、涂刷或用其它傳統(tǒng)方法涂布改性劑成分。
通常，成包的基料可用連續(xù)浸涂或與從活性成分貯槽供料的一個或數(shù)個涂刷輥接觸，接著經(jīng)夾持輥、熱干燥輥、烤爐等，一般在約70℃-125℃溫度范圍內進行常規(guī)干燥來制備。
一般來說，用本領域的已知技術，可獲得纖度范圍較寬纖維的非織造材料。這種材料的重量范圍最好約為10-50克/米2，帶寬約4-12英寸，一般能成功地保證它以生產(chǎn)速度通過常規(guī)過濾條生產(chǎn)裝置的包覆裝置。
如上所述，包覆物料可包括1種，最高達約4種或更多種基料成分，這些成分的重量、尺寸、粘結性、吸收能力、纖維成分和纖度可相同或不同，可以全部或部分地經(jīng)調配后通過包覆裝置。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為了得到更好的結果，用一種非織造織物調配的，或夾在兩種非織造織物之間的較輕的熱粘結的開松織物、絲束或原纖化膜具有高度的柔韌性，能使制成的過濾元件適合各方面的市場需要，包括成本、過濾抽吸性和硬度參數(shù)等。
包覆物料中加入低熔融纖維(如聚乙烯)和其它聚烯烴纖維，對于獲得粘結性能和液體吸收或吸附性能變化范圍較大的絲束濾芯是有價值的(雖然不是必須的)。
從成本上考慮，開松纖維絲束和非織造帶特別合適，因為它們允許使用較廉價的具有混合纖度和型號的聚烯烴纖維網(wǎng)，并簡化過濾元件中改性劑成分的精確分布，而在形成濾芯之前，不需要更換上述行業(yè)技術和設備，如涂布一種或數(shù)種非織造織物的涂刷輥和噴霧頭等。
除上述活性改性劑成分外，還可使用一些補充成分，如下列一種或數(shù)種物質的溶液、乳液、懸浮液或分散液一般以多元醇為代表的濕潤劑，如甘油、乙二醇;調味劑和香料，如酮糖和多糖類，包括冬青油、薄菏油、薄菏、肉桂油、水果香料等;如在美國專利4，485，828中所述的一些添加劑;藥物，如薄菏醇、減充血劑等。
然而，為了對這些添加劑能保持精確控制，有用的做法是將每種處理的基料在轉化成過濾元件之前，干燥至水分含量低于約3%。此外，如果需要，可將過濾元件及其活性添加劑成分適當?shù)仄帘纹饋?，以防止它與嘴唇直接接觸，方法是將活性成分涂布到絲束或非織造織物上，后者是依次被夾在2層或多層滲透性較小的未處理織造織物之間(參見圖3)。此外，所得的過濾元件可以在外部包上軟木或類似的惰性絕熱材料(未示出)。按這種方法涂布到過濾元件上的改性劑的量和有效性，基本上由下述指標決定基料寬度、同時喂入包覆裝置的基料數(shù)目，以及在過濾元件中與香煙煙霧接觸的經(jīng)處理表面的面積。
對于本發(fā)明的用途而言，處理過的和未處理的織物帶均可包上一般的濾芯包紙，紙的重量約為25-90克/平方米，若有需要還可更重些。
本發(fā)明還可用附圖進一步說明。在圖1-3中，圖1示出經(jīng)改裝的常規(guī)香煙過濾條制造裝置，它可將按本發(fā)明制得的基料制成過濾元件。圖2-4示出本發(fā)明方法的進一步修改和改進，從而使調配或部分調配過的一種或數(shù)種非織造條帶或其它基料，容易通過噴霧或浸漬方法滲進一種或數(shù)種活性改性劑成分，并通過使用多種基料使過濾元件的松密度增加，改進耐壓性即硬度。
為了進一步詳細說明，參考圖1。圖1示出一單束連續(xù)基料，如開松纖維絲束、原纖化薄膜或非織造織物帶(10)，由加料軸(11)或物料包(未示出)喂入并通過與外源(未示出)加料管線(21)相連的噴霧頭(20)，使基料涂上各種活性改性劑成分(22)。然后用熱空氣干燥輥(12)和干燥裝置(未示出)將經(jīng)處理的基料(10)干燥到所需的程度，再用導輥(17)將其導入香煙過濾條制造裝置(1)的包覆裝置導管(15)和包覆裝置(14)，裝置(1)包括包覆部分(2)、包卷裝置和將包好的濾芯或濾條切成過濾元件(16)的切割裝置，包覆部分(2)包含(但未示出)基料的成形和保持裝置;包卷裝置可方便地由支承輥(19)支承的包裝料軸(5)供給絲束包，并移動到引入該裝置(1)的連續(xù)包覆帶(3)上。
如上所述的裝置包括常規(guī)的密封裝置，密封包在濾芯(未示出)外的絲束，濾芯由切割裝置(未示出)切成所需長度的圓柱形過濾元件(16)(長度一般為90毫米)，然后由過濾元件卸料管(18)(僅示其片段)卸入容器(23)進行包裝。
圖2以圖示說明向兩個相同或不同類型的開松基料上分別涂布活性改性劑成分的合理排布，按這種排布，由相連的加料管線(21A)供料的噴霧頭(20A)向基料(10A，10B)上噴涂相同或不同的活性改性劑成分(22A)，物料經(jīng)調配，用空氣和加熱輥(12A)干燥，然后經(jīng)過濾條制造裝置(1A)的包覆裝置(14A)，形成上述的過濾元件(16A)?；?10A和10B)由料輥(11A)和(11B)或加料包(未示出)喂入，并在加熱夾持輥(12A)處方便地進行調配，然后由導輥(17A)導入包覆裝置(14A)，圖1-3中每個圖上的相同阿拉伯數(shù)字表示相同的包覆物料或基料成分。
圖3以圖示說明圖1、2的設備和工藝過程的進一步變化，從料軸或料箱(未示出)送出的幾種相同或不同類型的基料(10C，10D和10E)，經(jīng)加熱輥(12B)的輥隙喂入，根據(jù)所要求的過濾程度，中間的基料(10D)的寬度可變化，最好其吸收和吸附性能比兩邊未處理基料(10C和10E)的更高。如圖所示，基料(10D)的兩面由加料管線(21B)的噴霧頭(20B)充分噴涂上所選的一種或數(shù)種活性改性劑成分(22B)，基料(10E)最好較寬，并排布成可截留未被纖維帶(10D)所保留或捕獲的活性改性劑的剩余料滴或噴涂方向不合適的活性改性劑，然后所有三種基料按上述方式在調配下經(jīng)過加熱夾持輥(12B)進行干燥，再按如上述圖1、2的方式由導輥(未示出)導入過濾條制造裝置的包覆裝置。
圖4是本方法進一步變化的圖示說明，其中一種或數(shù)種基料(未示出)可由料包或料箱(24C)分別喂入，通過導輥(17C)，浸入含活性改性劑成分(22C)的貯槽(25C)，然后通過夾持輥(26C)，加熱爐(27C)、拖動輥(28C)和三級干燥爐(29C)，進入上述圖1-3方式排布的香煙過濾條制造裝置的包覆裝置(14C)，或裝箱備用。
當將連續(xù)纖維絲束作基料成分使用時，可方便地按常用的方法準備絲束，即將纖維從一個或幾個筒子架抽出并經(jīng)過流體膨化噴射或變形噴射，然后按上述方式處理。
如上所述，上述方式使用的基料可以是各種合成纖維絲。因而，可能使用聚酯、聚酰胺、丙烯酸酯類，以及聚丙烯或醋酸纖維素材料。丙烯單體與乙烯或其它低級烯烴單體的成絲共聚物的組合，與其它合成成纖材料相比，由于其密度低和優(yōu)良的紡絲性能，是優(yōu)選的絲束、絲帶和原纖化薄膜材料。
本發(fā)明所用的絲束，其膨松纖度可約為2000-10000旦。如上所指出的，這種基料可以是來自單個筒子架或絲包的卷曲纖維，或幾個筒子架或絲包同時并合和流經(jīng)一流體噴射而形成的復合料。然而，為了使香煙過濾嘴具有最好的性能，最好至少有一些絲束在進入流體噴射之前，基本上是無捻的和無卷曲的。
下面用實施例對本發(fā)明作進一步說明。
實施例1(A)將具有“Y”形截面的全同立構聚丙烯切斷纖維(每根纖維4.5旦，1.5英寸長)，以40±5克/10分的流速梳制成重量約為0.18克/碼2的纖維網(wǎng)。將該纖維網(wǎng)轉移到連續(xù)玻璃纖維帶上，用鉆石花型熱軋光機在140℃/40磅/平方英寸輥壓下使之輕度熱粘結，得到一種非織造織物，將其沖切成12英寸寬的試驗帶基料，以下稱為TS-1。
(B)將在常規(guī)工業(yè)紡絲條件下得到的2.5旦醋酸纖維素紗(圓形橫截面)，在0.01克/旦張力下從筒子架上平行退繞，并并合形成纖維束。然后將該纖維束通過70磅/平方英寸(107-110℃)的蒸汽膨化噴射，得到展開的纖維束基料，以下稱為TS-2。
(C)按上述方式(B)得到紡成4.5旦的聚丙烯膨體紗(“Y”形截面)，所得聚丙烯膨體絲束基料以下稱為TS-3。
按下列實施例中指出的方式，將表1中定義的活性改性劑成分C-1，C-2和C-3涂布到基料TS-1，TS-2和TS-3上，作為精整組合物。
表Ⅰ精整組合物 組成C-1 5%(重) 醋酸鋅5%(重) Atmos(商標)300(＊1)5%(重) 聚氧乙烯化山梨糖醇的一月桂酸酯(＊2)85%(重) 水C-2 5%(重) 醋酸鋅0.25%(重) Atmos 3000.25%(重) 吐溫 2094.5%(重) 水C-3 5%(重) 醋酸鋅10%(重) 三醋酸酯85%(重) 水＊1可從ICI Americas公司買到此商標的非離子表面活性劑。
＊2可從ICI Americas公司買到，商標名為吐溫20。
實施例ⅡA.將從實施例1制得的兩條12英寸寬連續(xù)非織造開松聚丙烯材料帶(TS-1)中的一條，按圖4所示的方式，邊卷邊浸入含C-1精整組合物浴中30秒鐘，然后通過加熱夾持輥、干燥爐，用手卷成標準寬度的過濾條，將其切成27毫米長的過濾元件(0.18克重，周長24.35毫米)作試驗用，稱為F-1。
用相同方法將第二條未經(jīng)處理(未浸漬)的TS-1帶制成過濾元件(FC-1)，作對照用。按下列實施例Ⅲ對這兩種過濾元件進行試驗，所得結果示于下表Ⅱ。
B.對實施例ⅠC.所述的四個4.5dpf膨體聚丙烯基料樣品按下法處理(1)將兩個樣品按ⅡA.所述，分別邊卷邊浸入含C-2和C-3的精整組合物，加熱、干燥并卷攏，制成試驗過濾元件F-3和F-3A;(2)對其余兩個樣品作同樣處理，但不作邊卷邊浸漬處理，得到作對照用的對照試驗過濾元件FC-3和FC-3A。
C.對實施例ⅠB.所述的兩個TS-2樣品按下法處理(1)將一個樣品邊卷邊浸入C-1精整組合物，加熱、干燥并卷攏制得試驗過濾元件F-2;(2)將第2個樣品作相同處理，但不作邊卷邊浸漬處理，得到作對照用的對照試驗過濾元件FC-2。
實施例Ⅲ將實施例Ⅰ和Ⅱ所述的試驗過濾元件F-1、FC-1、F-2和FC-2在其過濾元件試驗裝置上測試，試驗裝置包括一個帶閥門的恒壓NO/N2氣源，保證向下游方向安全流動，通過玻璃管和Tygon管道連接到與Drager管(賓夕法尼亞匹茲堡的National Drager公司生產(chǎn))相連的盛過濾元件的塑料容器上，Drager管預先填充了Cr(Vl)催化劑和對，對′-二氨基，間，間′-二甲基聯(lián)苯作為檢測氧化亞氮(NO)的顯色指示劑。
試驗氣體是含有100ppm NO的氮氣，在50毫升/分流速下與過濾元件接觸30分鐘。試驗結果列于下表Ⅱ。
實施例Ⅳ將實施例Ⅰ和Ⅱ所述的試驗過濾元件F-3、FC-3、F-3A、FC-3A粘到駱駝牌(Camel)淡味煙草條上，放入Borg-Waldt吸煙機內吸煙，吸煙速率為2秒鐘一股煙(35毫升)共八股，兩股煙之間的時間間隔為58秒鐘。吸煙機的排出氣直接聯(lián)到英國Chem Lot氧化氮分析器上(利用化學熒光性質檢測NO濃度，用50、100和1000ppm NO/N 標準氣校準)。試驗結果列于表Ⅱ。
表Ⅱ精整組合物 基料 試驗過 NO脫除量濾元件 %C-1 S-1 F-1 22- S-1 FC-1 0C-2 S-3 F-3 48- S-3 FC-3 0C-3 S-3 F-3A 5- S-3 FC-3A 0C-1 S-2 F-2 16- S-2 FC-2 0
權利要求
1.一種制備經(jīng)化學處理的香煙過濾元件的方法，其中從用含聚烯烴纖維基料作包覆物料的常規(guī)過濾條制造裝置制得的香煙過濾元件，用一種鋅的化合物，如氧化鋅或醋酸鋅作活性改性劑成分進行處理，其特征在于將含氧化鋅或醋酸鋅的非離子溶液或分散液涂布到包覆物料的部分或全部基料上，該非離子溶液或分散液還含有下列分散劑脫水山梨糖醇脂肪酸酯的聚氧化烯衍生物、多羥基醇的一酯或二酯，或含有這些分散劑的混合物。
2.按照權利要求
1所述的制備經(jīng)化學處理的過濾元件的方法，其特征還在于該非離子溶液或分散液含有約0.1～10%(重)，最好是0.5～10%(重)的一種或數(shù)種所述的表面活性劑。
3.按照權利要求
1或2所述的制備經(jīng)化學處理的過濾元件的方法，其特征還在于非離子溶液或分散液中所含的活性改性劑成分的量約為纖維重量的1～10%。
4.按照權利要求
1或2所述的制備經(jīng)化學處理的過濾元件的方法，其特征還在于將該非離子溶液或分散液涂布到包含一種開松聚烯烴纖維網(wǎng)或聚丙烯或聚乙烯的開松絲束或非織造帶的不同基料表面上。
5.按照權利要求
1所述的方法，其中含聚烯烴的基料在涂布活性改性劑成分之前，先經(jīng)電暈放電或等離子體放電預處理。
專利摘要
制備經(jīng)化學處理的香煙過濾元件的方法，以減少香煙煙霧中產(chǎn)生的氧化氮副產(chǎn)物的濃度，方法是在包覆物料的基料表面涂布含氧化鋅或醋酸鋅的非離子溶液或分散液，而且，該非離子溶液或分散液還含有一種脫水山梨糖醇脂肪酸酯的聚氧化烯衍生物或多羥基醇的一酯或二酯，或者是含有這些分散劑的混合物。
文檔編號A24D3/02GK87104595SQ87104595
公開日1988年1月13日 申請日期1987年6月30日
發(fā)明者邁克爾·丹尼斯·萊拉爾 申請人:赫爾克里斯有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan