專利名稱：卷煙制造業(yè)的廢料中纖維素酯的回收的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廢物的回收，尤其是過濾嘴卷煙生產(chǎn)中得到的纖維素的回收。
纖維素酯，特別是乙酸纖維素，是商業(yè)中用于過濾過濾嘴卷煙的煙霧的優(yōu)選介體。這種商業(yè)上的應(yīng)用世界范圍內(nèi)每年要消耗數(shù)億磅的乙酸纖維素纖維。在這些過濾嘴卷煙生產(chǎn)過程中，因成品的損壞、不符合規(guī)格或其它原因而有一定百分比的卷煙不能上市。這些無法上市的卷煙通常置于下列的回收方法裝填煙草部分和過濾嘴部分機械分離，煙草在一個篩子裝置中通過振搖而被除去。通過引用、并入本文的美國專利3，224，451給出了這種分離方法的例子。煙草回收之后，留下數(shù)千磅由乙酸纖維素(通常被如甘油三醋酸酯塑化)、紙、殘留的煙草、調(diào)料和香料組成剩余物〔工業(yè)上稱為“剝落廢料”(ripperwaste)〕。這種“剝落廢料”最普遍的處理方法是用作土地填料，這不僅造成自然資源的浪費，而且還有土地填充容量的負擔(dān)。
“剝落廢料”的組成根據(jù)卷煙制品的種類和采用的煙草回收方法的不同而不同?！皠兟鋸U料”的典型重量組成范圍為a)乙酸纖維素，40-55%;b)塑化劑，1-12%;c)紙，25-45%;d)殘留煙草，1-15%;e)粘合劑，2-3%;和調(diào)料/香料，＜1%。根據(jù)具體的卷煙制品，也可能在廢料物流中存在其它組份，例如活性炭。
用于回收卷煙的組分的物理/機械分離方法過去集中在把煙草從其它組分中篩選出來，如美國專利3，224，451，或者是將乙酸纖維素過濾介質(zhì)從它的紙?zhí)坠苤蟹蛛x出來，如美國專利4，261，790，通過引用上述專利，并入本文中。其它方法包括酶催化降解乙酸纖維素以生產(chǎn)有用的糖，如美國專利4，298，013。
從“剝落廢料”中分離乙酸纖維紗不足以得到具有高商業(yè)價值的回收產(chǎn)品。在卷煙生產(chǎn)過程中，為了提高成品的機械性能，乙酸纖維素用塑化劑處理過。乙酸纖維素也可能用調(diào)料如薄荷醇處理過，乙酸纖維素中還有從煙草中吸收的一定量的尼古丁和其它物質(zhì)。如果這種乙酸纖維素/塑化劑/調(diào)料混合物溶于典型的纖維素酯溶劑中，并轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，則這些外加的物質(zhì)將改變乙酸纖維素的機械性能和感覺性能，從而降低以這些回收物質(zhì)制造的產(chǎn)品的總體質(zhì)量。用通用溶劑如乙醇萃取，可以從乙酸纖維素中除去大部分不受歡迎的污染物。但是萃取溶劑本身卻變成不受歡迎的污染物，降低了產(chǎn)品的質(zhì)量。這種萃取溶劑的使用產(chǎn)生的另外困難是，溶劑向環(huán)境中的揮發(fā)，因而需要昂貴的預(yù)防措施。
以前已公開了超臨界或近超臨界的流體用于下列萃取過程從纖維素中除去粘合劑(U.S.5，009，746);從木材的中分離萜類和油類(U.S.4，308，200);從牛皮紙流漿中分離木質(zhì)素(U.S.4，493，797);和從植物材料中分離天然油(U.S.4，675，198)。這種技術(shù)在商業(yè)中的應(yīng)用包括從咖啡和茶葉中脫咖啡因;釀制啤酒中啤酒花調(diào)料的提取;和煙草中脫尼古丁。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員熟知這些商業(yè)方法，并在如下列綜述中描述McHughandKrukonis，SubercriticalFluidExtractionprinciplesandPractice，Butterworats，(1986);Eckerd等，EnvironmentalScienceandTechnology，Vol.20，pp.319-325，(1986);“SupercriticalFluids”，Kirk-OthmerEncyclopediaofChemicalTechnology3rd，JohnWiley&Son，NewYork，上述每一文獻通過引用收錄于本文中。
雖然美國專利No.5，009，746公開了纖維素中天然產(chǎn)物的超臨界萃取，但它沒有描述乙酸纖維素中高分子添加劑和雜質(zhì)的除去，那些熟悉纖維素和乙酸纖維素化學(xué)和熟悉纖維素和乙酸纖維素的粘合性質(zhì)和溶液性質(zhì)的人知道，這兩種結(jié)構(gòu)的高分子具有很少共同的性質(zhì)，因此，必須把它們當(dāng)作不同的材料來對待。參看“Cellulose”和“Celluloseacetate”Kirk-OthmerEncyclopedinofChemicalTechnology3rd，JohnWiley&Sons，NewYork，兩部分均通過引用而并入本文中。
這里公開了過濾嘴卷煙生產(chǎn)中的廢料回收方法。該方法包括以下步驟從過濾嘴卷煙生產(chǎn)中得到廢料物流，該廢料物流包括煙草、纖維素酯聚合物和紙。絕大部分的纖維素酯聚合物從廢料物流中分離。纖維素酯聚合物和足量的流體接觸從中萃取除去污染雜質(zhì)。流體是在使其呈超臨界狀態(tài)或近超臨界狀態(tài)的壓力和溫度條件下。
涉及過濾嘴卷煙生產(chǎn)中的廢料回收方法的本發(fā)明以下給予詳細說明。
過濾嘴卷煙生產(chǎn)中的廢料物流通常由煙草、紙和纖維素酯過濾材料組成。該廢料物流可以是如上所述的“剝落廢料”，也可以是完全破碎的過濾嘴卷煙(后者與前者的差別在于后者具有較大的煙草含量)。纖維素酯過濾材料一般包括纖維狀乙酸纖維素〔工業(yè)上稱之為“絲束(Tow)”〕以及各種污染雜質(zhì)，我們將在下面討論它們。
纖維素酯過濾材料或聚合物一般包括乙酸纖維素(乙酰值約為40.3%)，但也可能包括其它傳統(tǒng)已知的或商用的纖維素酯。乙酸纖維素過濾體在制備成過濾嘴和過濾嘴卷煙時，通常被塑化劑、粘合劑和調(diào)料/香料“污染”，代表性的塑化劑包括，三醋精(也稱為甘油三乙酸酯)，三亞甲基二醇二乙酸酯(也稱作TEGDA)和它們的混合物，但不僅限于此。代表性的粘合劑包括聚醋酸乙烯酯(PVA)，乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，乙酸纖維素和它們的混合物，但不僅限于此。調(diào)料/香料可以是過濾物質(zhì)從煙草中吸附的如尼古丁，或可以是添加的如薄荷醇。在與純凈的纖維素酯聚合物一起使用而回收利用“污染”的酯聚合物之前，這些污染物必須除去或大大減少。
在除去這些污染物之前，優(yōu)選把纖維素酯聚合物從廢料物流中分離出來。分離后，纖維素酯聚合物中煙草的重量含量應(yīng)小于1%(重量)，最適宜的應(yīng)小于0.1%。
可用任一傳統(tǒng)的方法從廢料物流中分離纖維素酯聚合物。代表性的方法包括從纖維素酯聚合物中手工分離出煙草和紙;從纖維素酯聚合物中篩選除去紙和煙草;從纖維素酯聚合物中旋流分離或淘洗紙和煙草。優(yōu)選用空氣淘析方法從廢料物流中分離纖維素酯聚合物。
或在上述的分離前、或在該分離后，廢料物流可以非限定地用任意減小粒徑的方法進行處理。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知這些減少粒徑的過程有助于分離和萃取，這些方法包括研磨、切碎、碾磨和造粒，但不僅限于此。
從纖維素酯聚合物清除污染物采用，將聚合物與足量的流體接觸以從中萃取污染物。該流體是在使其呈超臨界狀態(tài)或近超臨界狀態(tài)的壓力與溫度條件下。
超臨界流體在其“三相點”或其“三相點”之上存在。某種物質(zhì)的固、液、氣三相互為平衡時的溫度和壓力稱為“三相點”。超臨界流體具有近似于氣體的滲透性能同時也具有液體的溶劑性能。因此，超臨界流體萃取具有高的滲透性和好的溶解性的優(yōu)點。代表性的流體包括二氧化碳和丙烷，但不僅限于此。其它流體列于Kirk-Othmer，Ibid.的“SupercriticalFluids”部分中的表2，通過引用，將其并入本文中。優(yōu)選的流體是二氧化碳，其三相點是30℃和72.9個大氣壓(約1072psia)。
在優(yōu)選的實施方案中，纖維素酯聚合物與在約1400psia-約10，000psia的壓力范圍、約20℃-約80℃的溫度范圍內(nèi)的二氧化碳接觸。
超臨界或近超臨界流體從纖維素酯聚合物中萃取出污染物。萃取后得到的纖維素酯聚合物具有足夠好的性能，它可以重新溶解，用作純凈的聚合物或與純凈的聚合物合用。但是，需要地話，如果仍有殘存的煙草和紙，回收的聚合物可進行進一步的分離。存在于流體中的污染物可在流體膨脹后得到，然后收集和處理污染物。膨脹的流體經(jīng)過壓縮，然后重新返回分離過程。
通過以下的實施例，進一步說明上述發(fā)明，但不對它有任何限制。
實施例1本實施例說明卷煙生產(chǎn)操作中的廢料物流即“剝落廢料”的分離。廢料物流的主要組分包括煙草、紙和過濾頭(纖維狀乙酸纖維素)?？傊貫?95磅的廢料物流被分成三個主要成分。每一成分物流的最終重量為煙草66.5磅;紙65磅;過濾頭163.5磅。
用空氣淘析(airelutriation)方法進行分離。使用商用的淘析器(SterlingModel1608EL，SterlingBlowerCompanyofLynchbury，VA)。操作時氣流速度為5000英尺/分鐘。將295磅廢棄產(chǎn)品送入淘析器中進行第一次分離。第一次分離結(jié)束后，61磅煙草和48磅紙的混合物從殘留物中分離出來。使用熟知的振動篩選裝置將該煙草和紙的混合物分離為各自的組分。
第一次分離以后的殘留物重新送入淘析器中進行第二次分離。第二次分離結(jié)束后，5磅煙草和10磅紙的混合物被分離出，并用上述的振動篩選方法進一步分離的各自的組分。
第二次分離后的殘留物再送入淘析器中進行第三次分離，這次分離結(jié)束后，0.5磅煙草和7磅紙被分離并如前所述進一步分離。第三次的剩余物總重163.5磅，主要由過濾頭組成，但包含可明顯觀察到的少量的煙草和紙。
實施例2用如實施例1的方法除去了煙草和紙的廢料產(chǎn)品，主要由卷煙組成的過濾頭組成。通過使用超臨界二氧化碳的萃取方法除去該物質(zhì)中的污染物。
萃取前，分析過濾頭廢料以確定其污染物的含量。采用普通氣相色譜技術(shù)，測出塑化劑(甘油三醋酸酯)的含量為7.59%(重量百分比)。使用工業(yè)中可接受的技術(shù)可以檢測出樣品具有的強烈的煙草氣味和味覺。
萃取的條件范圍列于表1。使用的二氧化碳與醋酸纖維素的重量比為120∶1。
萃取后，用上述的手段分析，樣品中沒有測出塑化劑的痕跡(儀器檢測極限為0.0001%)，也沒有任何氣味和味覺。
權(quán)利要求
1.過濾嘴卷煙生產(chǎn)中的廢料的回收方法，該方法包括以下步驟從過濾嘴卷煙生產(chǎn)中得到廢料物流，該廢料物流包括煙草、纖維素酯聚合物和紙；從廢料物流中分離出絕大部分的纖維素酯聚合物；和該纖維素酯聚合物與足量的流體接觸以從聚合物中萃取污染物；臨界流體是在使其呈超臨界或近超臨界流體的壓力和溫度條件下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中用空氣淘析的方法進行分離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在分離時，纖維素酯聚合物中的煙草含量降低至至多1%(重量)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，它進一步地包括減小廢料物流粒徑的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述流體是二氧化碳。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中二氧化碳與纖維素酯聚合物的配比為120∶1。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中流體的溫度范圍為從約20℃至約80℃。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中流體的壓力范圍為從約1400psia至10，000psia。
全文摘要
本文公開了過濾嘴卷煙生產(chǎn)中的廢料的回收方法。該方法包括以下步驟從過濾嘴卷煙生產(chǎn)中得到廢料物流。該廢料物流包括煙草、纖維素酯聚合物和紙。從該廢料物流中分離出絕大部分的纖維素酯聚合物。該纖維素酯聚合物與足量的流體接觸，以從聚合物中萃取出污染物。該流體是在使其呈超臨界或近超臨界的流體的壓力和溫度條件下。
文檔編號A24D3/02GK1089117SQ93119498
公開日1994年7月13日 申請日期1993年10月26日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月27日
發(fā)明者D·A·西拉迪 申請人:赫希斯特人造絲公司