Фильтр

Союз Советсиик Социалистическия Рвслублик(23) Приоритет - (32) 06. 10, 76 А 24 0 3/10 Государстееииый комитет СССР по делам изобретений и открытий. Иностранцы ьз Герберт Кейт и Ричард Оувен(72 Авторы изобрете Иностранная фирма(7) Заявите 4) ФИЛЬТ ильтр не обесэффективность15 Изобретение относится к пищевой проьишленности, а именно , к табачным изделиям, и предназначено для фильтрования табачного дыма с целью удаления вредных составляющих табачного дыма, в частности смолы и никотина, а также для использования в качестве фильтрата для маски хирурга.Известен Фильтр, преимущественно для табачных изделий, состоящий из волокнистого эфирцеллюлозного материала Г 11Однако известный фпечивает достаточнуюфильтрации дыма.Цель изобретения - повышение эффективности фильтрации дыма.Поставленная цель достигается тем, что фильтр, состоящий из эфир- целлюлозного волокнистого материала, 20 дополнительно содержит 65-95 штапельных эфирцеллюлозных волокон, при этом площадь поверхности эфирцеллюлозного волокнистого материала составляет .5-25 м 1/г, а количество 5-35.Причем, эфирцеллюлозный волокнистыйматериал выбран из группы веществ, содержащей ацетатцеллюлоэу, триацетатцеллюлозу, битуратацетатную целлюлозу, бензоатцеллюлозу или их смеси.30 Наряду с этим, фильтр состоит10-25 эфирцеллюлозных волокон и90 штапельных эфирцеллюлозных вокон. При этом толщина нити штапельного волокна составляет 1-8 денье, а его длина 3,2-16 мм.Кроме того, площадь поверхности эфирцеллюлозных волокон равна 12- 25 м/г, диаметр - 0,5-50 мкм, а дли на - 1-500 мкм.Помимо этого, эфирцеллюлозные и эфирцеллюлозные штапельные волокна расположены так, что образуют лист, вес квадратного метра. которого равен 20-40 г.На фиг. 1 изображено устройство для производства эфнрцеллюлозного материала, используемого в Фильтре; на фиг. 2 - технологическая схема процесса получениялистообразной структуры; на фиг. 3 - устройство для сморщивания листообразного материала и придания ему цилиндрической формы фильтра в вертикальной проекции; на фиг. 4 - фотография эфирцеллюлозного волокнистого материала, увеличенная в 600 раз; на фиг. 5 - фотография листообразного материала, увеличенная в 100 раз.Фильтр, преимущественно для табачных иэделий, состоящий из волокнистого эфирцеллюлозного материала дополнительно содержит 65-95 штапельныхэфирцеллюлоэных волоков, площадь поверхности эфирцеллюлоэного волокнистого материала составляет 5-25 м/г,а количество 5-35 и расположены онитаким образом, что образуют лист,вес квадратного метра, которого равен20-40 г. Эфирцеллюлозные волокна выбраны из группы веществ, содержащей 1 Оацетатцеллюлсзу, триацетатцеллюлозу,битуратацетатную целлюлозу, .бенэоатцеллюлозу или их смеси. Толщина нити штапельного волокна составляет1-8 денье, а длина 3,2-16 мм. Плащадь поверхности эфирцеллюлозных волокон составляет 12-25 м/г, днаметр равен 0,5-50 мм, а длина 1500 мкм.Получение высоковолокнистого аце Отатного волокна происходит путем подачи ацетатцеллюлозы, раствореннойв ацетоне или в уксусной кислоте,при помощи насоса через капиллярнуюиглу (фиг. 1), расположенную в горловине трубки Вентури, через которуюпроходит коагулирующая жидкость,обычно горячая или холодная вода.Высокая скорость потока воды в области горловины служит для разбавлениягустого потока из иглы и экстрагирования добавленного растворителя, врезультате чего образуется эфирцеллюлозный волокнистый материал (фибрет),(фиг. 4). Изменяя концентрацию растворителя, скорость потока воды, температуру воды или добавляя другиерастворители в поток воды, регулируют размер, степень волокнистости идлину .Фибрета,По технологической схеме (Фиг. 2) 40шламм Фибрета подается из емкости 1для фибрета через битер 2 в складской резервуар 3, где к нему добавляется шлам штапельных волокон из емкости 4 для шламма штапельных волокон. В смесителе 5 полученная в результате жидкая масса перемешивается с тем, чтобы получить равномерноераспределение твердых частиц. Здесьже регулируется необходимое количест- Ово жидкости. Иэ смесителя масса передается в головную часть б установки7 Фурдриньера, которая имеет водянойслой. Далее продукт проходит черезсушилку 8 и затем подается на барабан 9.В результате получается листообразный материал (фиг. 5), который поступает на дальнейшую обработку при помощи устройства, изображенного нафиг. 3. Посредством поддерживающего ЬОбарабана 10 листообразная ткань 11,разрезанная на полосы соответствующейширины, направляется на сжатие прнпомощи двух, работающих от привода,сморщивающих катушек 12, устроенных 65 таким образом, что йа листах образуют,ся складки и углубления, а также не полные разрывы в продольном направлении относительно движения ткани 11. Неподвижные фильтры 13 установлены несколько ниже по отношению к движущемуся листу, чтобы задержать кусочки ткани, которые образуются на обеих катушках. Затем сморщенный листовидный материал проходит последний вал 14, а с него на вход раструба 15 установки, производящей из этого материала фильтр, свернутый в виде стрежня. Сюда же поступает полоса оберточной бумаги 16, поддерживаемая валом 17. Собранный в поперечном направлении с продольными сборками листовидный материал, свернутый в виде цилиндра, появляется из раструба 15. Приподнимающийся край 18 цилиндра снабжается клеем при помощи распределительного устройства 19. Далее склеенный цилиндр проходит через обогреваемое прессовочное устройство 20 и образуется фильтр в виде цилиндрического стержня 21, который известным способом можно разрезать на Фильтры необходимой длины.П р и м е р 1. Чтобы приготовить фибрет крутильным способом, который затем используется для изготовления листообраэного материала, фявляющегося предметом настоящего изобретения, образуют пасту, содержащую 7, 5твердых частиц, а также волокнистыйтип ацетатцеллюлозы, имеющий ацетильное число примерно 55, а именно, пас-,та имеет следующий состав, вес.и.;Хлопья ацетат целлюлозы 90, 5 Ацетон 1080 Вода 120, 0 Сначала смешивают ацетон и воду, а затем добавляют ацетатные хлопья. Смесь слегка встряхивают до тех пор, пока полностью не растворится ацетатцеллюлоза. Затем добавляют 20 вес. индикаторного материала Т 10, в пере- счете на вес твердых частиц в пасте, используя устройство, пасту помещают в складной резервуар, а затем нагйе= тают при помощи шестеренчатого насоса через трубопровод в пустотелый вал, проходящий через вращающуюся соединительную муфту вовнутрь шестидюймового (15 см) полого диска, который вращается со скоростью 2900 об/мин (окружная скорость составляет 1390 м/мин). Диск погружают в ванну для осаждения пасты, которая состоит из воды, нагретой до температуры от 75 до 85 С. Полый вращающийся диск имеет три отверстия диаметром 0,014 дюймов (0,035 см) по своей периферической поверхности. Диск вращается внутри кольцевидной стенки или кольца, который расположен вокруг диска на расстоянии около 3/16 дюймов (0,45 см) от периферической поверхности. Вода поддерживается при температуре от 75 до 85 ОС и нагнетается в резервуар для осаждения; она проходит через промежуточное пространство между периферической поверхностью диска и стенкой со скоростью 6,7 л/мин отверстие. Короткие "воздушные" волокна, имеющие высокую степень расслоенности, образуются при быстром осаждении ацетатцеллюлоэы, при сильном среэающем воздействии и высокой тяге, которые действуют на поток пасты, выходящей иэ отверстий для выдавливания.Далее. материал поднимают на поверхность ванны для осаждения и сливают на сборный сетчатый фильтр, где отделяют от волокнистого материала15 часть воды и ацетона. Затем, собранный материал подвергают кипячению в течение около 20 мин под давлением 1,055 кг/см , с тем, чтобы удалить1остаточный растворитель и закрепить 20 "воздушную" структуру.Волокнистый материал далее вновь диспергируют в воде и подают в гомо;генизатор типа Гаулин 15 М (Сад)1 п), в котором длина фибрета под давле нием 211 кг/см снижается до 500 мкм и менее, Затем, волокнистый материал .фильтруют отсасыванием, чтобы в результате образовался брикет, содержащий около 12 вес.Ъ ацетатцеллюлозного фибрета и 88 вес.о воды. Фибрет, после того, как он извлечен из ванны для осаждения, имеет относительно мягкую структуру и относительно короткую длину волокон. После стадии гомогени- З 5 зации и термической обработки фибрет уже не является мягким, а скорее жестким 1 кроме того, он несколько разбухает и приобретает "воздушную" структуру. В общем случае, фибрет имеет неодинаковую форму, причем его 4 О длина варьируется в диапазоне от 1 до примерно 500 мкм, а диметр от менее 1 до примерно 50 мкм. Фибрет и 1,4 дюймовый штапель с величинОй денье на волокно 1,8, 3,0 и 8,0 (по перечное сечение вида У) при помощи лабораторной установки для производства нетканного листообразного материала превращаются в листообразный материал. Далее фибрет диспергируют 50 с концентрацией 0,5 в смеситель Варинга, а образовавшийся шлам диспергируют затем в 846 л, содержащий 227 г штапельных волокон.этот шлам нагнетают на латунное 55 решето с числом отверстий на один дюйм бох 40 (на один см. Зох 20), которое движется со скоростью 168 см/мин, Чтобы удалить воду используют вакуум 20-25 см рт.ст., а затем полученныи лист поступает на войлочную ленту, и, ф наконец,в два паровых сушильных бидона, содержащих пар под .давлением . в 9 кг и 13,5 кг соответственно. В результате получают листы шириной 3 О см и толщиной от О,ОО 37 до 0,0038 дюймов (от 0,009 до 0,0093 см) и обла" дающие свойствами, представленными в табл. 1.От этих листов отрезают полосы шириной, которые указаны ниже, и пропускают через обогреваемые сморщивающие валы, содержащие 25 зубьев на дюйм (10 зубьев на 1 см) с температурой поверхности приблизительноо120 по стоградусной шкале. Сморщенные полосы собирают в пучок и обертывают бумагой с тем, чтобы получить цилиндрический фильтр длиной 80 мм и 25 мм по окружности. Эти цилиндрические фильтры разрезают на фильтры длиной 20 мм, которые затем стыкуют со столбиками иэ табака длиной 65 мм для измерения показателей фильтрации (Ъ вещества, удаляемого при помощи фильтра) для различных специфических веществ (5 ВЕ), алкалоидов никотина (НЕЕ) и дегтя. Полученные результаты приведены в табл. 2. Листы, содержащие волокна с более низким значением денье на волокно, более предпочтительны по нескольким причинам. Улучшается удерживание фибрета в течение обработки на бумагоделательной установке, кроме того, облегчается процесс получения сморщенного листа, Снижаются такие показатели, как перепад давления в фильтре, а также его вес, а в случае,когда величина деньена волокно равна 1,8, значительно улучшаются показатели фильтрации .П р и м е р 2. Чтобы приготовить. фибрет способом крутящейся струи, который используют для изготовления материала для фильтра, снова используется состав пасты из примера 1. Используя жиклер и колпак для разбрызгивающей установки, пасту помещают в складной резервуар, а затем нагнетают через расположенное в центре отверстие для выдавливания диаметром 0,40 дюйма (0,6 см) со скоростью 420 г/мин.Воду, при помощи которой осуществляется осаждение и разбавление, имеющую температуру от 60 до 65, нагнетают через три отверстия, которые расположены вокруг отверстия для выдавливания, со скоростью от 9 до 10 л/мин под давлением 12,6 кг/см. Смесь воды и пасты проходит через 0,275 см отверстие, расположенное на расстоянии 0,350 см от отверстий для выдавливания, в трубу, заполненную водой, где осаждается фибрет. Далее фибрет собирают и очищают, затем из него получают бумагу в соответствии с тем же способом, который использовался в примере 1, за исключением того момента, что материал подвергают кипячению при атмосферном давлении, а стадия гомогениэации исключается.4П р и м е р 3. Повторяются все стадии из примера 2 за исключением того, что Фибрет, полученный способом крутящейся струи, подвергают кипячению при атмосферном давлении, а затем направляется в.гомогенизатор Гаулина.П р и м е р 4. Повторяется способ из примера 2 за исключением того, что материал, полученный способом крутящейся струи, подвергают кипячению под давлением и при 120 , а затем гомогениэируют при помощи гомогениэатора Гаулина. Образцы материалов, полученных в соответствии со способами из примеров 2,3 и 4, превращают в листообразныв материалы; результаты приведены ов табл. 3.сИз результатов, приведенных в табл. 3 можно сделать следующий вы О вод; стадии кипячения под давлением и гомогенизации обеспечивают более тонкий материал, который, в свою очередь, дает более мягкий, более легко сморщиваемый лист, который, в свою очередь, обладает лучшими показателями Фильтрации табачного дыма при заданном перепаде давления.Для того, чтобы определить влияние процентного содержания фибрета на раэличные характеристики листообразного материала, полученного предлагаемым способом, образец Фибрета, полученного крутильным способом по примеру 1 и образец Фибрета, полученного способом крутящейся струиЗ 5 по примеру 4, смешивают со штапельным волокном и волокнами целлюлозы с целью получения листообраэного материала, содержащего от 5 до 100 фибрета. 40Полученные данные приведены в табл. 4Как .можно видеть из табл.4, пояученные данные показывают, что содержание фибрета оказывает влияние на прочность листа, при содержании Фибрета, менее 30 изменения в его содержании не оказывают значительного влияния на показателиФильтрации табачного дыма. Если содержание фибрета составляет 30 и более, то прочность листа является излишне высокой, поэтому процесс сморщивания листа является, недостаточным, чтобы получить структуру, пригодную для изготовления хориаего фильтра.Следовательно, с увеличением процентного содержания фибрета выае 30 показатели фильтрации табачного дыма непрерывно ухудшаются. Увеличение содержания фибрета влечет за собой ф 0 увеличение веса Фильтра, что было бы нежелательно с экономической точки зрения. При низком содержании фибре,та, около 5 показатели Фильтрации табачного дыма являются высокими, Я частично по той причине, что используется штапельное волокно с низким значением величины денье на волокно, а также частично потому, что при этом получается сморщенный лист хорошего качества. Прочность листа очень низкая и материал в этом случае трудно поддается обработке при получении как самого листа, так и фильтра,П р и м е р 5. Используется 0,6 см ацетатцеллюлозный штапель со значением денье на волокно, равным 3, вместе с ацетатцеллюлозным фибретом, приготовленным по примеру 4.Иэ этих волокон приготавливают листообразный материал. Используют лабораторную установку Фурдриньера для производства листа шириной 25 см, имеющую решето с числом отверстий.на 1 см 36 х 40 условия сушки являются такими, что в результате получается несатинированный лист (давление струи на сушильные ролики может составлять 10 фунтов на кв,дюйм, - 0,7 кг/см). Полученный листообразный материал далее используют для изготовления Фильтров для сигарет.данные исследований представлены в табл.5.П р и м е р 6. Чтобы изготовить листообразный материал, используется ацетатцеллюлозный штапель вместе с ацетатцеллюлозным Фибретом, изготовленным по примеру 4. Концентрация штапельных волокон и Фибрета в исходном шлеме снижены до 113 и 32 г на 427 л воды соответственно. Для изготовления листообразного материала используют лабораторную установку Фурдриньера, имеющую решето с числом отверстий Збх 40 на 1 см, в результате получают лист шириной 25 см.Условия сушки выбираются такими, чтобы изготавливать несатинированный лист (можно использовать давление струи н". сушильные ролики 0,7 кг/см 1), Результаты, Юлученные при исследовании материала в соответствии с настоящим примером, приведены в табл.6.Данные табл, 5 и 6 указывают на тот факт, что существует оптимальный вес листа, идущего на изготовление Фильтров, оптимальный вес листообразного материала находится в области от 26 до 36 г/м. Необходимо также отметить, что оптимальный вес листа будет очень сильно зависеть от других физических параметров листа.Для того, чтобы определить эффективность предлагаемых цилиндрических фильтров для сигарет, производимых из листообразного материала, в сравнении с известными цилиндрическими Фильтрами, приготавливается следующий листообраэный материал.П р и м е р 7. Повторяет способ из примера, 6 с использованием достаточного количества Фибрета, чтобы приготовить листообраэный материал,10 860678,Таблица 1 Прочностьна разрыв,г/полоса5 смШтапель д/во лок- но Веслиста г/см Содержа ние фибрета в конечном продукте,Ъ авв м,300 Таблица 2 Ширинаполосы,дюйм Весфильтра в 20 мм,мг Волокно,д/во- локно Показатель фильтрации при падении давления 60 мм вод.ст.,Ъ Среднее падение давления на фильтре, мм вод.ст,ЯКЕ ййЕ ТВЕ 65,7 64,958,8 57,2,56,7 57,5 6,60 62,5 62,5 содержащий 17,3 фибрета, а его вес составлял бы 26,8 г/м 1. Далее лист сморщивают в продольном направлении и иэ него изготавливают Фильтр для сигарет. Затем сравнивают характеристики предлагаемого фильтра с известными фильтрами, которые произво 5 дятся промышленностью. Полученные данные представлены в табл. 7.Как можно видеть из данных, приведенных в табл. 7, сморщенный ацетатный листообразный материал имеет гораздо более высокие показатели фильтрации табачного дыма по сравнению с другими структурами и, следовательно, является более предпочтительным материалом, Если, однако,по каким-либо 15 причинам, например, в соответствии со вкусом курильщика, необходимо изменить технологию изготовления фильтра или снизить его показатели фильтрации, листообразный материал можно 20 разрезать на мелкие кусочки или наколоть иглой, прежде чем изготовить из него фильтр. Для этого древесную целлюлозу можно смешать с целлюлоэным фибретом н целлюлозным штапельным волокном и зту смесь использовать для изготовления предлагаемого листообразного материала. Для того, чтобы доказать виаеупомянутое снижение показателей фильтрации, листообраэный материал, приготовленный по примеру 7, накалывают иглой перед приготовлением Фильтра и перемешивают с древесной целлюлозой.Полученные результаты представлены в табл. 8. Наиболее предпочтительной конструкцией для регулирования показателей 1,8 7,5 118 43 3 0 9 0 167 62 8 0 10 0 204 ; 70 эфФективности фильтрации табачного дыма, которая используется для изготовления предлагаемого листообраэиого материала, является прокладывание сморщенного листообраэного материала ацетатцеллюлоэной куделью перед стадией изготовления цилиндрических фильтров. Однако, в предпочтительном варианте используют стадию .сморщивания слоистой структуры. Если, например, сморщенный листообраэный материал из примера 7 перекладывают ацетатцеллюлозной куделью с величиной денье на волокно, равной 3,3, и одновременно сморщивают (слои по весу составляют пропорцию 50/50), то фильтр сигареты, весящий 0,154 г, имеющий перепад . давления 78 мм вод.ст, имеет показатель фильтрации табачного дыма, равный 65,9.Предлагаемый фильтр позволяет повысить эффективность фильтрации дыма. 1 8 101 37 3 16 5 3,0 216 33,0 17,6 8 0 209 32,1 20 1 755860678 Таблица 3 Обработ ес ка по иста примеру г/мф Прочност ьффна разрыв,г/5 см Содержание фибрета, Ъ Весфильтра, г фильтрация табака при падении давления 50 мм вод.ст,% 2 32,1 3 37,1 4 32,1 24,3 1300 1300 181 16,0 182 55 101 В 58 Результат интерполирован и зкстраполирован из данных,полученных при более высоких и более низких перепадахдавления.Высокая прочность листа - результат сушки йри болееЬЯЕ МЙЕ ТЙЕФ 182 115 60 СтруйныйКрутильный 228 121 354 119 58 58 459 160 505 127 771 124 60 60 60 767 114 168 В 222 23060 СтруйныйКрутильный 60 56 ФПолучен на ручной установке для производства листа, содержаниефибрета оценивается исходя из концентрации фибрета в шламме иудерживания на решетке определенного вида.ффЦеллюлоза замешена штапельным волокном Таблица 5 54,8 50,0 53,1 ,116 57,2 51,2 54,0 .139 56,6 50,0 52,0 39,540,5 100 22,8 325 3,6 1,9 3,2 0 35,5 41,1 5 1,8 х 1/411,9 3,0 х 1/415,8 3,0 х 1/417,6 3,0 х 1/423,1 3,0 х 1/427,7 1,8 х 1/430" 1,8 х 1/450 ФвФ75 фф100 ф 23,6 195 Способ Вес получения фильт ра, г13 860678 Таблица 6 Показ атели фильтрациипри падении давления60 мм вод.ст.ш ща 51 ЮШШШШ ШеваЬВЕ ййЕ ТКЕ СодержаниеФибрета,Среднеепадениедавления,мм вод.ст,26,8 17,3 ,148 52 66,5 68,5 37,3 26,5 ,118 43 65,7 64,9 71,0 68,0 Таблица 7 Перепад Вес давления, фильтмм вод.ст. ра, г Конструкция Ацетатный фильтр (1,8 денье/волокно, суммарная величина, денье 53000) 16 6,0 о ж(3, 3 денье/волокно,суммарная величина,денье 44000) 53,0 Сморщенная целлюлознаябумага О,08 Сморщенный ацетатнетканный материал(17,3 Фибрета) 15 а блица Падение Вес давления фильтмм вод.ст. ра, г онструкция филь Ацетатный нет канныйматериал накапываетсиглой,5 12 Измельченный на мелкиекусочки сморщенный нетканный материал 7/ 138 материал из древесной (17,5). сденье/волокНет канный ацетата и целлюлозы величиной но 1,8 66,0 формула изобретения1. Фильтр, преимущественно для табачных иэделий, состояп(ий из эфирцеллюлоэного волокнистого материала, о т л и ч а"ю щ и й с я тем, что,ю повышения эфф дыма, Фильтр д 65-9.5 штапел волокон, при сти эфирцеллюл с цел раций держилоэны 65 .верхи Веслиста,г/см СреднийвесФильтра,г Показательфильтрациитабачногодыма,Показ ательфильтрациитабачногодыма,активности фильтполнительно сонвх эфирцеллюэтом площадь позного волокнис(уифмт/ 1 г О 3 того материала составляет 5-25 мф/г а количество 5-35.2. Фильтр по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что эфирцеллюлозный волокнистый материал выбран из группы веществ, содержащей ацетатцеллю.лозу, триацетатцеллюлозу, битурат 5 ацетатную целлюлозу, бензоатцеллюлозу или их смеси.. 3. Фильтр по п.1,и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что он состоит 10 из 10-25 эфирцеллюлозного волокнис,того материала и 75-90 штапельных эфирцеллюлоэных волокон.4. Фильтр по пп.1, 2 и 3, о т л и - ч а ющ и й с я тем, что толщина 15Пйгта нити штапельного волокна составляет1-8 денье, а его длина 3,2-16 мм,5Фильтр по пп. 1-4, о т л ич а ю щ и й с я тем, что площадьповерхности эфнрцеллкдозных волоконравна 12-25 м/г, диаметр 0,5-50 мкм,а длина -1-500 мкм.6. Фильтр по пп.1-5, о т л н ч а -ю щ и й с я тем, что эфирцеллюлозныеи эфирцеллюлозные штапельные волокнарасположены так, что образуют лист,вес квадратного метра которого равен20"40 г.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Великобритании 91318113,кл. А 24 С 5/50, опублик. 1973.ожо Подписное Заказ 7585/32В Тираж 352ИПИ Государственного комитета СССо делам изобретений и открытий5, Москва, Ж, Раушская наб., д