專利名稱:應(yīng)用粘膠方法生產(chǎn)香煙過濾元件的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于一種將含聚丙烯的纖維用外殼封起以制造香煙過濾元件的方法。
許多專利，特別是美國4，366，826，號專利中描述了用以濾除香煙煙中微粒物質(zhì)和焦油的纖維基過濾元件，尤其是由醋酸纖維或聚烯烴類(如聚丙烯)卷曲的織物束做成的過濾元件。這些纖維束制成過濾桿是用眾所周知的工藝方法，如公開在已述美國專利4，366，826和美國專利3393685中，其工藝包括將大塊的約有4000到60000支卷曲而松疏的纖維束利用空氣或蒸汽供入絲孔機。粘結(jié)劑組份則印或噴射到展開的纖維束上，并被根根纖維所吸收使相鄰纖維間彼此粘附在一起。
纖維束然后導入濾桿制造設(shè)備的成形區(qū)或裝具中，在那里成形為一連續(xù)的園柱形過濾“芯”，當必要時可冷卻或干燥，并可任選用芯包卷材料如紙或無紡材料加以包卷。有些場合。
如公開在美國3，144，025，號專利中的纖維具有較低的熔點與融熔設(shè)備和冷卻設(shè)備結(jié)合在一起而作為粘結(jié)手段。
所有這些傳統(tǒng)的方法中，粘結(jié)劑或低熔點纖維的量以及纖維的排列(即纖維和卷曲的取向等)在很大程度上決定了所得的過濾元件的剛性(硬度)和韌性。由于粘結(jié)劑或多或少地擴散到纖維上，造成了空氣通路或內(nèi)腔體積的減小而影響了完美的“抽吸”，也影響了與未粘結(jié)軟纖維相關(guān)聯(lián)的韌性。
在美國專利4，366，826中沒有注意到使用醋酸纖維和按常規(guī)與它一起使用的粘結(jié)劑配方有些缺點。舉例來說，醋酸纖維相對地比含聚丙烯的合成纖維要脆些，這勢必引起在纖維束導入標準過濾桿制造機的成形裝具之前對可能施加于疏松的纖維束上的拉伸量和卷曲量上的限制。
在本文中用于香煙過濾元件的含聚丙烯的纖維束或細條一般稱為“聚丙烯纖維”。聚丙烯纖維具有絲較細的優(yōu)點，通常會具有更有效的過濾性質(zhì)，但它也有缺點。松疏或浮散的聚丙烯纖維束不易被大多數(shù)醋酸纖維粘結(jié)劑配方所浸潤，不能具有傳統(tǒng)高速過濾器制造方法中所需的輔助潤滑特性，除非過量使用，但又將使過濾效率和其它所希望的性質(zhì)受到不利影響。
事實上，已知一個有適當牢固度的聚烯烴纖維束制成的過濾桿，由于這些傳統(tǒng)方法中壓降(△P)或“抽吸”和“硬度值”(%F)之間的成反比而可能影響抽煙中所希望的易吸性。(壓降和硬度值的測定用的是Filtrona硬度和韌度及壓降測試儀，V系列，英國Abbey Manufacturing Fstates，Wembly Middlesex制造)
按照本發(fā)明制作香煙過濾元件的方法，含聚丙烯纖維束或細條可供入濾桿制造機的裝具中使成型為纖維芯，在切成過濾元件之前用紙或無紡材料包卷，其特征是濾芯中的纖維絲在包卷之前不用粘結(jié)材料，而是將能與聚丙烯浸潤的粘結(jié)材料施加在包卷材料上，通過包卷，所說的粘結(jié)材料立即透印至過濾芯從而浸注到它的外層，形成一圈占過濾元件總橫截面約1%到20%的環(huán)形截面。
浸注濾芯的環(huán)形截面最好占過濾元件總橫截面的1%到10%。
施加在單位長度包卷材料上的粘結(jié)材料的量最好是該長度被包卷纖維重的10%到60%。
根據(jù)本發(fā)明，按本發(fā)明所說的工藝制造的香煙過濾桿其硬度值至少在80%左右，由下式?jīng)Q定
F＝ (D-△D)/(D) ×100%
其中F定義為硬度值，D為濾芯的直徑以毫米表示，△D是包好的過濾元件經(jīng)受300克載荷15秒鐘的作用其直徑的偏移或縮小量，以百分之幾毫米表示。
為適合大多數(shù)使用者的喜愛，本發(fā)明的香煙過濾桿具有硬度值最好約在85%以上，最佳硬度在90%左右但不應(yīng)超過94%。
本發(fā)明制造香煙過濾桿的工藝中，粘結(jié)材料(可當作一種塑化劑及一種粘膠劑)的涂灑事實上是與芯體包裝步驟同時進行的，因而纖維桿通過機器的運轉(zhuǎn)并不因粘結(jié)劑或塑化劑存在于桿的表面或者傳到機器表面而引起的摩擦力的增加而受到妨礙。最重要的是有控制的涂灑透印過程是在包裝材料的平坦表面上完成的，這造成了對粘膠滲進過濾元件的均勻性和質(zhì)量的一個極好的控制，在粘結(jié)區(qū)內(nèi)留下了一個纖維尚未粘結(jié)的核心。
從數(shù)字上說，透印到濾芯的程度就是聚丙烯浸潤粘結(jié)材料滲入其中的程度，浸注入濾芯外層占到濾芯總橫截面的1%到20%的量，可以近似以下式表示
A= (d(2R-d))/(R2) ×100%
其中A定義為環(huán)形橫截面面積，以占總橫截面面積的百分數(shù)表示，粘結(jié)劑塑化劑組分滲入包芯的平均深度d，以微米表示;R是包芯或過濾元件的外半徑(假定濾桿基本上是園形截面)以毫米表示。
按本發(fā)明的香煙濾桿由此而“易抽”，這是因為包好的過濾元件或濾芯有一個占總橫截面面積99%到80%，最佳為99%到90%的未粘結(jié)的軟纖維核心，且不失其堅固度或硬度。
對工藝熟練者來說顯然粘結(jié)劑/塑化劑組分的撓曲系數(shù)越低，則希望硬度值落在80%到94%范圍內(nèi)所要求的環(huán)形面積“A”值就越大，合適而較佳的“A”值要求粘結(jié)劑能滲透入包芯達150到400微米。
按本發(fā)明工藝被包卷的聚丙烯纖維過濾芯含約10%到100%重量的聚丙烯纖維束或細條，如100%的聚丙烯纖維(最佳)，或者聚丙烯和其它聚烯烴(如聚乙烯)纖維的混合物(也較佳)，或者聚丙烯與聚偏二氯乙烯、醋酸纖維、人造絲、尼龍、聚苯乙烯或紙的混合物。這些適宜的纖維的配比在美國專利3，393，685中有所描述。
任何傳統(tǒng)的、市場上買得到的芯包裝紙如以Ecusta商標注冊的和商業(yè)牌號646銷售的無氣孔包裝紙均可用作束芯包裝材料，事實上在本發(fā)明中包裝材料是作為透印敷涂機的介質(zhì)使用的。顯然對工藝熟練者來說一種有足夠抗磨性、拉伸強度和表面粘著性的無紡織物膜也能作為濾芯包裝。
例如，合適的束包裝紙要求重量范圍在約7.5到23克/平方米(30到90克/平方碼)之間，而相應(yīng)的無紡束包裝材料其重量范圍可在約2.50到10.2克/平方米(10到40克/平方碼)。后者可以用濕法或干法商業(yè)過程生產(chǎn)，利用熱粘結(jié)、離心澆鑄粘結(jié)、針孔沖壓或其它已知方法，只要(假如不是過分包裝的話)當舌、唇和這種材料接觸時沒有刺激作用就行，否則是不能采用的。
按本發(fā)明來制造香煙過濾桿及其工藝過程進一步描繪于圖中
圖1表示是按照本發(fā)明為將粘結(jié)劑/塑化劑組份周緣透印到濾芯，而設(shè)置的一個標準香煙過濾桿制造機的側(cè)視圖;
圖2是放大了的一個經(jīng)粘結(jié)劑處理過的顯示了周緣粘結(jié)和束包裝的、組份處理過的纖維過濾元件的縱斷面剖視圖;
圖3是圖1的改進過的側(cè)視圖，其中粘結(jié)劑/塑化劑配方在進入包卷處(未畫出)前從一噴頭噴到作為透印敷料介質(zhì)的芯包裝材料上。
圖1中的(10)表示一條纖維束或細條的連續(xù)帶子，從一卷筒或捆包(11)處供料，通過喂料和定位滾筒(12)、導軸(17)進入喇叭型的裝具注入口(15)及裝具(14)，它們附屬于標準香煙過濾標制造機(5)，它包括有(a)成型設(shè)備，(b)包裝設(shè)備，(c)冷卻或干燥設(shè)備以及(d)在裝具工段(6)內(nèi)切斷所得的濾桿。從喂料卷盤(8)供給的濾芯包裝材料(7)有雙重功用，一是作為束包卷材料;二是作為傳送粘結(jié)劑塑化劑(24)組份的介質(zhì)，帶著粘結(jié)劑送入裝具段(6)內(nèi)的包裝處(未畫出)，包卷到芯束上(未畫出)。粘結(jié)劑的傳送是由敷料器介質(zhì)(7)與一個或多個潤濕了粘結(jié)劑的滾軸接觸而開始進行的，以加熱的濕潤滾軸(19)來代表，它可與存放在槽(20)中的粘結(jié)材料(24)相接觸，可加熱或不加熱(取決于它是熱熔體還是液體，半懸浮體或溶液)，包裝/敷料介質(zhì)(7)及粘結(jié)劑(24)由導軸(13)送到一連續(xù)的裝具傳送帶(9)上，該帶送涂好的介質(zhì)進入裝具段(6)。
施加在包裝材料上并為其攜帶的粘結(jié)劑(24)的量以及施加到包卷處的束芯上的粘結(jié)劑量很大程度上取決于纖維束的濕潤性，印染滾軸(19)表面的濕潤性，粘結(jié)劑組份本身的粘度和浸潤特性以及下面討論的布局情況，還取決于圖3中壓力和噴咀的大小。
上面提到，傳統(tǒng)的冷卻或干燥處理纖維芯的設(shè)備(未畫出)，及切割包好的纖維芯成過濾元件的設(shè)備(未畫出)通常安設(shè)在包卷處的下方。切好的過濾元件(16)然后送至滑槽(18)并在容器(23)中裝箱。
圖2是一根粘結(jié)好的和包卷好的桿形纖維束過濾元件(1)的縱向剖視圖。該元件有一未經(jīng)粘結(jié)的纖維芯(2)，周緣粘結(jié)區(qū)(3)由纖維(3B)和硬化的粘結(jié)劑/塑化劑組份(3c)構(gòu)成，硬化了的粘結(jié)劑排布在纖維之間形成了一個殼架其外部接著為束包裝材料(7B)所粘合。
圖3是圖1的改進，其中濕潤滾軸(19)和粘結(jié)劑存放槽(20)，改換為一個噴頭(21A)由噴料管(22A)從一個源(未畫出)提供熱熔的或其它適宜的粘結(jié)劑/塑化劑組份到透印敷料介質(zhì)(7A)上。為統(tǒng)一起見兩圖中同樣的組成部份使用了同樣的阿拉伯數(shù)字。
除有關(guān)的聚丙烯纖維的浸潤特性，常規(guī)的熔融，硬化或其他為工藝熟練者熟知的一些特性外，適用于本發(fā)明的粘結(jié)劑/塑化劑配方不受限制，已知下列一般類別的粘結(jié)劑特別合適
Ⅰ.非離子型或陰離子型的聚丁烯/苯乙烯基橡膠，以重量比約為95-65/55-35的懸浮液形態(tài)，或乙烯/醋酸乙烯酯基與松香酯的共聚物，該類松香酯可在加里福尼亞聯(lián)合石油公司售得，商標為AMSCO-RESTM，特別是AMSCO-RES-4125，還有相應(yīng)的熱熔體如AMSCO-MELTTM204;
Ⅱ.丙烯酸丁酯或含甲基丙烯酸丁酯與碳氫樹脂添加劑的聚合物，該類添加劑可從ROhm和Haas公司售得其商標為RhoplexR，特別是Rhoplex 621，631和P-376;
Ⅲ.α-甲基苯乙烯與碳氫類樹脂共聚物，該類樹脂可從大力神股份有限公司售得，其商標為特KRISTALEXR特別是KRISTALEX3100，包括水分散體或懸浮液。
其它適用于本發(fā)明的粘結(jié)劑配方為乙烯/醋酸乙烯酯基共聚物，可從Eastman Kodak公司售得其商標為EastobondR，包括“A”系列如Eastobond A-381，配方可以表示為“X”及“Y”兩種成份，(X)對(Y)的重量比約為5-30/95-70，其中(X)成份定義為松香酯改性劑，它以硬樹脂固體的懸浮液形式存在，樹脂中的一部份最好有約45%到100%是加氫處理的。
以上后面部份的配方中改性樹脂可以含約5到25重量百分的松香酯，酯中含松香酸的濃度可以高達約5%，酯的軟化點約在60℃到95℃，但其平均分子量不超過2000左右?！癤”成份可購固體或某些場合可購得固體產(chǎn)品的懸浮液，其商標為ForalR＊85或105(甘油和季戊四醇酯，高度氫化的樹脂，平均分子量為600到1000);Hercolyn DR(氫化松香樹脂甲基酯);PiccolyteRA115樹脂(多萜);Staybelite EsterR10(氫化松香樹脂的甘油酯，平均分子量600到1000);PentalynRH氫化松香樹脂的，(季戊四醇酯平均分子量600到1000)，或PiccotexR樹脂(甲基苯乙烯和乙烯基甲苯的共聚物)。
這些配方中相應(yīng)的(Y)成分可由下列幾種物質(zhì)構(gòu)成a)單體聚合如醋酸乙烯酯單獨聚合或者與一多聚單體如乙烯混合共聚b)丙烯酸，甲基丙烯酸，丙烯酸乙酯，丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸甲酯等等單體聚合或它們與多聚單體如苯乙烯，乙烯，丙烯，丁烯及同類物的混合共聚。以上適宜的共聚物在英國專利№ 1，514，217中有敘述或可從市場購得，其商標如VinacR881(醋酸乙烯酯的均聚物)，或AirflexR405(90份醋酸乙烯酯/10份乙烯的共聚物)。
適于本發(fā)明所用的大團纖維束或細條實用總支數(shù)可在6000到60，000間變化，并可從單個紗架或多個紗架用流體噴射供給。但最佳方案是纖維束最好基本上是未捻的和無紋理的狀態(tài)。
流體噴射對本發(fā)明而言是可選用的且可以按常規(guī)設(shè)計。還發(fā)現(xiàn)導管對控制纖維束進入裝具是有用的，如圖1中的喇叭口(15)。對纖維絲給以高度紋理化，以及噴射口周圍的湍流如果在該處不加導管控制的話，則可能造成纖維絲失去結(jié)構(gòu)完善性而不希望地纏結(jié)。
下面的實例進一步說明了本發(fā)明，例中的成份和百分數(shù)均按重量計除非另有規(guī)定。
實例Ⅰ
兩個連續(xù)的每股為4.5支(dpf)的、有一“Y”型截面的聚丙烯纖維束被展開到一約30到36厘米寬(12到14英吋)的薄的帶上并被拽經(jīng)按圖3改進一般方式操作的標準過濾桿制造機的裝具以形成纖維過濾芯，該芯用一重為29.0克/平方米的紙包裝材料包卷并粘結(jié)，該包裝紙上被一個略為張開的多口噴頭噴涂了六條均勻間隔的平行粘結(jié)劑線，基于濾芯重量的增加該噴印上的粘結(jié)劑量表示為“加上的百分數(shù)”。所用粘結(jié)劑配方是那些上述可買到的商標為(a)Rhoplex 631，(b)Phoplex P376，(c)KRISTALEXR3100＊及(d)AMSCO-RESR4125。涂好、卷好和切好的試驗過濾元件其長度為90毫米，周長為24.35毫米，然后用標準的Filtrona香煙測試儀測試，并作顯微鏡檢驗以估計粘結(jié)材料滲透的近似深度“d”。結(jié)果報告在下表的樣品T-1到T-7中。
對照例I-B
按例I條件用同樣每股4.5支(dpf)展開的纖維束重復，但不在纖維束上加任一種粘結(jié)劑。包裝材料上加少量的膠以固定之。該試驗結(jié)果報告在表Ⅰ中的樣品C-IA-欄中。

勘誤表
CPCH 86603權(quán)利要求
1、一種把含聚丙烯纖維束或細條供進濾桿制造機的裝具中并在切斷成過濾元件之前成型為包有紙或無紡材料的濾芯用以制造香煙過濾元件的方法，其特征為濾芯中的纖維在包卷之前是不加粘結(jié)材料的，聚丙烯浸潤粘結(jié)材料施加在包裝材料上面，在包卷同時所說的粘結(jié)材料立即透印到濾芯，從而粘結(jié)材料浸注到濾芯的外層，形成一圈占過濾元件總截面約1%到20%的環(huán)形截面。
2、根據(jù)權(quán)利要求
1所說的制造過濾元件的工藝，其進一步特征為浸注濾芯的環(huán)形截面占過濾元件總截面的1%到10%。
3、根據(jù)權(quán)利要求
1或2所說的制造過濾元件的工藝，其更進一步的特征為施加到包裝材料上的粘結(jié)材料的量約占所包長度濾芯重量的10%到60%。
4、根據(jù)權(quán)利要求
1、2或3所說方法制成的香煙過濾元件，其特征為過濾元件的硬度值至少為80%左右，可由下式?jīng)Q定
F＝ (D-△D)/(D) ×100%
其中F是硬度值，D是過濾元件的直徑以毫米表示，△D是包好的過濾元件在經(jīng)受300克載荷15秒鐘下其直徑的偏離或縮減量以百分之幾毫米表示。
5、根據(jù)權(quán)利要求
4所述的過濾元件，其特征為其硬度值高于約85%但不超過約94%。
6、根據(jù)權(quán)利要求
4或5所述的過濾元件，其進一步的特征為濾芯中的聚丙烯纖維實質(zhì)上完全由聚烯烴纖維束組成。
7、根據(jù)權(quán)利要求
6所述的過濾元件，其更進一步的特征為聚烯烴纖維束完全由聚丙烯組成。
專利摘要
應(yīng)用粘膠方法生產(chǎn)香煙過濾元件，是將一種粘結(jié)材料配方施加到包裝紙材上并在濾桿制造機的包卷處讓粘結(jié)材料透印到一個未粘結(jié)的桿形纖維芯上，該芯由含聚烯烴的纖維束所組成，利用包裝材料作為一種透印敷料的介質(zhì)為全面控制粘結(jié)材料滲入濾桿的程度，以及香煙過濾桿的堅固性、韌性和抽吸性質(zhì)提供保證。
文檔編號B01J20/28GK86101153SQ86101153
公開日1986年9月24日 申請日期1986年1月30日
發(fā)明者喬治·朱爾基威伊奇 申請人:赫爾克里斯公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan