專利名稱：過濾材料的改進的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于過濾芯及過濾材料的，特別是關于香煙煙霧過濾芯及其生產(chǎn)方法的，但又絕不僅限于此。
現(xiàn)有技術中已公開了很多種制造過濾材料的方法。在英國專利說明書中No.2205102A中申請人曾公開了這樣一種方法，即將一種顆粒狀塑料材料、多糖和水以及選擇性成份粘合劑送入一擠出機中，該擠出機的工作溫度和壓力條件要保證使擠出物排出擠出機模頭時其橫截面大于模具的出口截面。然后可將所述膨脹后的產(chǎn)品送入紙煙濾芯制造機的煙槍中，或者是先將其切碎，收集在一起，再于濾芯制造機的煙槍中成形為紙煙濾芯。按照該文獻方法所得產(chǎn)品的缺點是水份含量低，因此較脆易碎，盡管該產(chǎn)品被明顯地膨脹，但卻非常不適宜制造標準濾芯產(chǎn)品。故此，當把上述產(chǎn)品用于過濾嘴制造機中卷制成濾芯以便于與煙絲條相連接時，很可能會出現(xiàn)物理性斷裂現(xiàn)象。另外，還發(fā)現(xiàn)，聚丙烯及具有同樣熔點的其它塑料材料與其自身和/或多糖膨脹介質(zhì)熔合后如果放置在自然環(huán)境中不會熔化而產(chǎn)生遺留下熔融的混合(amalgamation)塑料材料。
本發(fā)明的目的是提供生產(chǎn)過濾產(chǎn)品的方法，該過濾產(chǎn)品特別適用于過濾香煙煙霧，并且是可降解的，尤其是在自然環(huán)境的氣候條件下是可降解的。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種過濾產(chǎn)品，該過濾產(chǎn)品具有適于制造香煙煙霧濾芯和過濾嘴紙煙的物理特性，并且是可降解的，尤其是在自然環(huán)境的氣候條件下是可降解的。
自然環(huán)境的氣候條件是利用Q-Panel公司制造的Q.U.V.老化試驗僅(水平式)模擬形成的。該儀器能夠再現(xiàn)由光照、雨淋和露水造成的對放置在室外材料的破壞情形。試驗采用本發(fā)明的過濾芯和作為對照用的常規(guī)醋酸纖維素和紙濾芯，將這些樣品暴露于變換紫外光和濕度循環(huán)及控制升高溫度的條件中一段預定的時間。所述的循環(huán)條件是1、8小時紫外光，60℃。
2、0.5小時“雨淋”，室溫。
3、3.5小時冷凝，50℃。
本發(fā)明提供了一種含有塑料材料、水溶性多糖膨脹介質(zhì)，粘合劑和水的擠出成型的過濾材料，所說的塑料材料的熔點大于擠壓過程中操作條件下的工作溫度，該擠出成型的過濾材料是可降解的。
本發(fā)明所用術語“可降解的”是指所有水溶性或水可分散性組分是可被溶解或可被分散的，非水溶性或非水分散性組分不會形成熔合或熔融混合物。這是一種物理變化，即擠出物由于水和/或陽光的作用其強度和形狀受到損失。
當采用多糖膨脹介質(zhì)時，“水溶性”一詞是指溶于溶液(完全或部分)，或形成水懸浮液的化合物。因此，水溶性多糖介質(zhì)還可以定義為水可懸浮性多糖介質(zhì)。最終擠出成型產(chǎn)品中的介質(zhì)因其所具有的特性還應該能夠吸收水份，該水份會造成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的破壞。
本發(fā)明所用術語“擠出成型”一詞是指任何能使物料在加壓或不加壓下擠出通過?？祝瑥亩箶D壓材料處于壓力降低狀況下這樣的一種方法。由模孔排出時，適宜的壓力降范圍為降低15巴至降低70巴，但是當以糖為增塑劑時，壓差可以高達170巴。壓力降可以通過擠出進入真空而達到。
本發(fā)明還提供了一種含有無機材料、水溶性多糖膨脹介質(zhì)、粘合劑和水的擠出成型的過濾材料，該過濾材料是可降解的。
本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)擠出成型過濾材料的方法，在該方法中，將塑料材料、水溶性多糖膨脹介質(zhì)、粘合劑和水混合在一起，使之擠壓通過擠出機模具的排出孔，其中所選用的塑料材料其熔點要高于在任何特定工作壓力下的擠壓過程中的工作溫度，由此所得的擠壓產(chǎn)品是多孔狀可降解的。
本發(fā)明還提供了另一種生產(chǎn)擠出成型過濾材料的方法，在該方法中，首先將無機材料、水溶性多糖膨脹介質(zhì)、粘合劑和水混合在一起，然后使之擠出通過擠出機模具的排出孔，其中所選用的無機材料其熔點要高于在任何特定工作壓力下的擠出過程中的工作溫度，由此所得的擠壓產(chǎn)品是多孔狀可降解的。
擠出最好是在擠出機模具處的壓力高于大氣壓下進行。另外，擠出可以在基本上大氣壓進入真空時發(fā)生，如注模法。
本發(fā)明還提供了一種可降解的吸煙制品及可降解的濾芯，前者包括包卷在可降解的外包裝材料中的可降解吸煙材料，后者包括包卷在可降解的外包裝材料中的擠出成型過濾材料，所說的過濾材料含有0-90%塑料材料，5-100%水溶性多糖膨脹介質(zhì)和0-50%粘合劑，以擠出成型的過濾材料的總干重計，并且該過濾材料是按前述方法制造的。
過濾材料最好是香煙煙霧過濾材料。
塑料材料最好是選自醋酸纖維素、聚丙烯、聚乙烯或聚苯乙烯中的一種或多種。本發(fā)明所用術語塑料材料包括只要能夠顯示塑料特性的任何人造纖維或天然材料，例如醋酸纖維素。材料的選擇取決于過濾材料的制造方法以及該方法的操作條件。如果采用醋酸纖維素，則最好使用醋酸纖維素片。塑料材料的最大顆粒尺寸自然是由擠出機的構(gòu)造決定的。顆粒尺寸范圍在75μ-500μ之內(nèi)。
醋酸纖維素片適用的級別與生產(chǎn)傳統(tǒng)醋酸纖維素短纖維所用的相同，即純度和取代程度相同。
適用的無機材料可以是礦物土材料，如蛭石和氧化鋁，或者是諸如炭、氫氧化鋁或白堊之類的材料。象Metaspheres50，硅鋁酸鹽如Garolite以及Trihyde這樣的材料也是可以使用的。Garolite是Croxton&Garry,Dorking的商品名稱，是一種惰性低密度空心硅酸鹽玻璃球填料。Metaspheres 50是Phillite有限公司的商品名稱。Trihyde是Croxton & Garry，Dorking的商品名稱，即氧化鋁三水合物。無機材料最好是顆粒狀的。也可以采用上述這些化合物的混合物。
膨脹介質(zhì)優(yōu)選淀粉，可以是天然淀粉，如具有高比例支鏈淀粉而非直鏈淀粉的玉米淀粉，或是具有高比例直鏈淀粉這樣的淀粉，如Natiohal Starch and Chemical公司出售的Hylon(Ⅶ)(注冊商標)。也可以采用大米或木薯淀粉。如果化學改性淀粉的水溶性達到足夠的程度，那么也是可以使用的，例如以Ecofoam注冊商標出售的羥丙基直鏈淀粉。酸解或酶解之類的化學改性淀粉也是適用的。適用的淀粉是食品級的淀粉?；旌系矸垡嗫刹捎谩；旌吓蛎浗橘|(zhì)同樣可以使用。
粘合劑材料優(yōu)選纖維素粘合劑，如羥乙基纖維素，特別是羥丙基纖維素，或者是羧甲基纖維素，如羧甲基纖維素鈉。果膠，藻酸鹽或其它類似水溶性的粘合劑同樣可以使用。亦可采用粘合劑混合物。
在擠壓法中，以送入擠出機的物料干重計，優(yōu)選將0-90%塑料材料、0-100%多糖材料和0-50%粘合劑送入擠出機中。按送入擠出機的物料加上水的重量計，水可以占1-35%，優(yōu)選1-30%，更優(yōu)選1-25%，最優(yōu)選5-20%。當上述某一組分為0%時，該組分應視為是選擇性組分。
按照本發(fā)明，當要求塑料材料以可降解的形式擠出成型時，該塑料材料的用量以50-90%(以干重計)為宜。在此情況下，多糖膨脹介質(zhì)的適宜用量為1-50%(重)，粘合劑為1-20%(重)。
然而，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，為了降低成本，提供更易降解，或至少使天然產(chǎn)品降解的過濾材料，塑料材料的用量可以減少，甚至減至0。相應地，多糖材料所占的比例可以提高到50%以上，甚至占送入擠出機干物料的100%，即可以僅以淀粉為干物料。使用增塑劑是有益的，尤其是在后一實施方式中。在本發(fā)明所列舉的所有實施方式中，增塑劑的存在能夠賦予擠出物以彈性，這對于擠出物的加工是特別有用的。因此，以送入擠出機的物料總干重計，塑料材料的適宜用量和0-50%，多糖膨脹介質(zhì)為50-100%，粘合劑為0-50%。
送入擠出機物料中的0-25%(以干重計)可以是選擇性成分增塑劑，如甘油、糖或一種濕潤劑。根據(jù)產(chǎn)品的要求，可以優(yōu)選使用0-20%，更優(yōu)選0-15%，最優(yōu)選0-10%的增塑劑。
在常用的一種實施方式中，塑料材料的用量優(yōu)選占送入擠出機中的干物質(zhì)的約80%(重)，多糖占15%(重)，粘合劑占5%(重)。根據(jù)所要求的產(chǎn)品特性，按照上述配方，送入擠出機的水優(yōu)選為送入擠出機中的包括水在內(nèi)的總物料重的8-20%，更優(yōu)選10-15%。
在本發(fā)明的另一類實施方式中，以送入擠出機中的物料干重計，其配方包括55-75%的塑料材料，20-35%的多糖材料以及5-15%的粘合劑材料。送入擠出機中的水可以占送入該機中的包括水在內(nèi)的總物料重量的8-20%，優(yōu)選10-15%。
在本發(fā)明的另一類實施方式中，以送入擠出機中的物料干重計，所用配方中包括65-95%的塑料材料，1-35%的多糖材料以及1-15%的粘合劑材料。送入擠出機中的水以占送入該機中的包括水在內(nèi)的總物料重量的8-15%為宜。
本發(fā)明還有一類實施方式，以送入擠出機中的干物質(zhì)重量計，其配方可以包括0-50%的塑料材料，50-100%的多糖材料以及0-50%的粘合劑材料，水占送入擠出機中的包括水在內(nèi)的總物料重的5-50%。
擠出機筒體的適宜溫度分布是進料部分即第一段低于65℃，第二段65℃，第三段85℃，模具端即第四段115℃。在模具處擠出物的溫度以大于100℃為宜，但也可以在50℃-200℃的范圍內(nèi)。當然，模具處的溫度將取決于送入擠出機的塑料材料，其熔點以及所制造的過濾材料的物理要求。
擠出機的工作壓力以及轉(zhuǎn)矩和排出物料的過程取決于例如試驗中所用的物料及物料配方，螺旋轉(zhuǎn)速，螺旋構(gòu)造，筒體內(nèi)混合物中的水量，進料速度以及模具尺寸。確切的操作條件將取決于物料配方，擠出機構(gòu)造以及所要求的擠出成型產(chǎn)品的特性。這些條件本領域技術人員是很容易確定的，無需花費創(chuàng)造性勞動。
向擠出機中引入水的目的是為了得到泡沫狀結(jié)構(gòu)的擠出物。送進擠出機的物料在其中受到加熱、剪切和壓力的作用，這樣，當從擠出機的模具出口排料時，水或者說至少有一部分水會立即蒸發(fā)變成為蒸汽，由此在擠出物內(nèi)部造成微孔，繼而得到膨脹的擠出物。水可以通過擠出機筒體上的各口注入進擠出機，并且可以同時/或通過擠出機的進料斗把水引入擠出機。
在擠出機的模具出口處排料時由于水份蒸發(fā)而產(chǎn)生的多孔結(jié)構(gòu)最好是能提供一種適于空氣和/或煙霧通過的多微孔結(jié)構(gòu)。多孔結(jié)構(gòu)可以包括一部分封閉的微孔和一部分相互連通或敞露的微孔，只要沿著擠出物的長度方向有足夠多的相互連通的微孔使截斷的擠出物部分具有可接受的壓力降即可。例如，把截斷的擠出物部分放入壓力降測試機中可以測定出壓力降。壓力降測定值表示空氣沿著擠出物截段的長度方向排出時對空氣的阻力大小。
過濾材料優(yōu)選被擠出成型為棒狀，例如，通過一圓形模具向大氣壓擠壓得到過濾材料棒。用作香煙煙霧過濾材料時，這種形狀的過濾材料是特別有好處的，因為其形式接近傳統(tǒng)濾芯棒的外觀。濾芯棒尺寸和特性也是可以得到控制的。另外，例如，擠出物可以制成片狀，然后再將其切碎，通過一個煙筒送入紙煙制造機的煙槍。還有一種方法是，可以在真空下把擠出物擠出排入一管形模具。
本發(fā)明提供了一種包括棒狀擠出成型過濾材料的香煙煙霧濾芯，該棒狀過濾材料是可降解的并是按本發(fā)明方法生產(chǎn)的。
在一種試驗規(guī)模的擠出機中，如Clextral BC21，模具直徑可以為2.5-10mm。然后可以將排出模具的膨脹擠出物規(guī)格成型化達到常規(guī)或要求的芯棒直徑。當把試驗設計按比例放大到實際尺寸時即可以很容易地確定用于生產(chǎn)目的的優(yōu)選模具尺寸。
擠出成型后的過濾材料的組成將會與送入擠出機的物料組成相類似，因為采用的是封閉系統(tǒng)操作。最終產(chǎn)品的組成取決于測定產(chǎn)品時的濕度條件。
擠出物排出模具時的水份含量一般為約5%-35%。擠出成型后成品的密度可以在100mg/cc-560mg/cc。成品的密度優(yōu)選100mg/cc-400mg/cc，最好為125mg/cc-300mg/cc。按照本發(fā)明方法可以生產(chǎn)得到密度與常規(guī)濾芯棒密度類似的棒狀過濾材料。當然，成品的密度取決于送入擠出機的原配方，擠出機的操作條件，擠出成型后對擠出物進行處理的方法。
本發(fā)明的過濾材料擠出成型棒當用外包葉加外包裝時可以先用激光穿孔，以改變當濾芯棒與吸煙材料桿連接時香煙煙霧的釋放。以在擠出成型棒的表面進行激光穿孔為宜。也可以采用多孔外包煙葉。
已發(fā)現(xiàn)，在壓力降為30-120mmW.G./20mm棒范圍內(nèi)，擠出成型的過濾材料的過濾效率基本上可以是恒定的。該特征是意想不到的，是從常規(guī)的棒狀過濾材料看不出的。
還發(fā)現(xiàn)，在老化試驗儀中，當暴露在自然環(huán)境中擠出過濾材料的截斷棒于老化試驗儀中會很快開始崩解，相當于24小時暴露在自然環(huán)境中。該特征是常規(guī)醋酸纖維素濾芯棒所不具有的。
本發(fā)明的濾芯棒在100mm長度上的棒壓力降為100mmWG-7000mmWG。該壓力降范圍明顯寬于常規(guī)醋酸纖維素濾芯棒的范圍。寬的壓力降范圍是有益的，例如，對于由從模具出來進一步加工擠出成型棒造成的壓降范圍的減少可提供很大的范圍。
本發(fā)明所述的對大多數(shù)樣品測定的壓力降是指不對模具出口的擠出棒進行下步加工的樣品的壓力降，而不是用手工把長棒收集到盤中處的壓力降。
已發(fā)現(xiàn)，按本發(fā)明擠出的濾芯棒的硬度比用常規(guī)醋酸纖維素短纖維制造的硬度至少高約10%。但是申請人發(fā)現(xiàn)，通過改變擠出機的進料配方可以使硬度值接近常規(guī)醋酸素濾棒的硬度值。目前申請人認為，調(diào)節(jié)擠出機操作條件對硬度的影響比改變配方要小。
擠出成型棒中還可以含有能夠促進在陽光下降解的可光降解物質(zhì)。
為了便于本發(fā)明，請參照附圖，其中

圖1示出了實施本發(fā)明方法的設備。
圖2中上圖為尚未經(jīng)過模擬自然環(huán)境氣候條件處理的常規(guī)醋酸纖維素濾芯，下圖為經(jīng)過模擬自然環(huán)境氣候條件處理后的相應濾芯。
圖3、4、5、6和7為經(jīng)過模擬自然環(huán)境氣候條件處理前后的本發(fā)明過濾芯，排列同圖2。
下面用實施例來進一步詳細說明本發(fā)明。
在實施例1，2，3和6中使用的是同樣的塑料，多糖和粘合劑摻混物，該摻混物由80%醋酸纖維素片，15%淀粉和5%羥丙基纖維素組成。如圖1所示，各組份可由供料器1，2，3送入摻混器4中。摻混后的物料通過一個K-tron進料器5送入Clextral BC 21擠出機6中，該擠出機6的筒體7包括4段100mm長筒身，筒體的長徑比為16∶1。擠出機筒體的進料部分即第一段是經(jīng)過改造的，不可能控制擠出機筒體特定段的溫度。水由供水源9經(jīng)泵8注入緊接著進料段下游的筒體部分。在擠出機模具11的出口處用手工即刻收集擠出成型產(chǎn)品10，并收集在一長形盤中。
增塑劑、糖或濕潤劑可由供料源13通過注入管12加入到擠壓機筒體7內(nèi)。
所有的樣品經(jīng)空氣干燥后，在實驗室中切成70mm或100mm標準長，稱重，再用Borgwaldt激光周長測規(guī)測定周長。壓力降是用BAT隨動機械壓力降測試儀測定的。也可以使用標準的Borgwaldt濾芯硬度測試儀測定硬度。發(fā)現(xiàn)，因為擠出物的實際尺寸大于常規(guī)測試器所能測定的最大尺寸，因此要測出其精確的尺寸是有困難的。
實施例1采用上述配方作若干試驗，并采用不同的螺旋轉(zhuǎn)速和進水速度，以確定對濾芯棒壓力降的影響。結(jié)果詳細列于表1和表2中。可以看出，尤其是從采用Hylon 7的試驗可以看出，提高螺旋轉(zhuǎn)速能夠增加棒的壓力降，減小進水速度也能夠增加棒的壓力降。
本發(fā)明的過濾材料的擠出成型棒其壓力降范圍比醋酸纖維素短纖維所達到的上下范圍要寬。


實施例2對取自不同試驗的幾個產(chǎn)品進行測試，注意其硬度。常規(guī)醋酸纖維素短纖維濾芯的平均硬度值為77%-88%。從下列數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明的濾芯棒的硬度值至少比常規(guī)醋酸纖維素濾芯的硬度高出約10%。
試驗ABCDEFG平均硬度(％)95.9 94.0 96.3 96.0 95.4 95.8 95.4實施例3為了估價大量不同操作參數(shù)對送入擠出機的配方或摻混物的影響，針對上述摻混物，也就是含80%醋酸纖維素片，15%玉米淀粉和5%羥丙基纖維素的摻混物設計了因子實驗方案。因子設計列于下表3中。用100mm長截斷擠出物測定了最終產(chǎn)品的物理特性。
數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析表明，提高螺旋轉(zhuǎn)速能增加棒的壓力降，減小進水速度也能增加棒的壓力降，但加大模具尺寸總的說來會減小棒的壓力降。
表3 *實測長度短，后放大到100mm實施例4在相同的操作條件下，把很多不同配方的摻混物擠壓通過擠出機。擠出機的模具孔為4mm，進水過度2.1升/小時，螺旋轉(zhuǎn)速500rpm，進料速度15kg/小時，表4給出了使用的配方及所測定的最終產(chǎn)品的物理特性。
表4
CA=醋酸纖維素HPC=羥丙基纖維素取100mm長測得壓力降*圖4+圖5#圖6＄圖7可以看出，這些實例中其中有一些濾芯棒的硬度可以降到常規(guī)醋酸纖維素濾芯棒的硬度范圍內(nèi)或接近該范圍。因此，這就有可能生產(chǎn)出硬度與目前過濾嘴煙消費者感覺相同的可降解的濾芯棒。此外，擠出成型的最終產(chǎn)品的周長，密度和壓力降也可以在這些參數(shù)的常規(guī)限度內(nèi)。
實施例5將實施例4所述的大量配方，但采用不同的多糖膨脹介質(zhì)在下述操作條件下擠壓通過擠出機模具孔4.5mm，進料速度16.2kg/小時以便使在1分鐘內(nèi)擠出的樣品的最終成品重270g，螺旋轉(zhuǎn)速500rpm。表5給出了所用配方及所測定的最終產(chǎn)品的物理特性。
表5 b=太大，無法測定v=可變-=未測s=太小，無法測定實施例6手工制造紙煙，即將20mm長的濾芯與64mm長的弗吉尼亞煙絲條組合連接在一起。所用濾芯是由實施例1和2的擠出物中選擇出的。在標準機械吸煙條件下，即每分鐘有一次持續(xù)2秒鐘的35cm3的噴煙，抽吸這些紙煙，直到濾嘴加上8mm長的煙蒂。每種類型的煙抽5支。下表6給出了釋放量和過濾效率以及具有同等長度和壓力降的純醋酸纖維素短纖維濾芯的理論效率。
用三種方法(A，B，C)測定了濾芯的壓力降，讀值上有差別。所說的壓力降差別可能是由于放入壓力降測試計的測試頭中時或當用過濾嘴紙與煙絲條粘接時在不同程度上未能完全把濾芯外部不規(guī)則表面包封住而造成的。用三個讀數(shù)的平均壓力降值計算出純醋酸纖維素濾芯的預期過濾效率值。由最大壓力降計算出的效率是純理論性的，因為具有這樣高壓力降的常規(guī)醋酸纖維素濾芯在目前的制造公差范圍內(nèi)是不存在的。
表6
A=整體紙煙減去煙絲條壓力降而得出的濾芯壓力降B=由20mm濾芯所測定的壓力降C=用濾芯棒(70mm長)壓力降計算出的濾芯壓力降*=因穿孔而減小可以注意到，試驗濾芯的過濾效率與常規(guī)結(jié)構(gòu)的純醋酸纖維素濾芯的預期過濾效率對壓力降的增大有不同的反響。本發(fā)明的濾芯棒的過濾效果在30-120mm WG壓力降范圍內(nèi)有效地保持不變。相反，常規(guī)濾芯隨著壓力降增大過濾效果提高。
常規(guī)醋酸纖維素濾芯的壓力降和效率與濾芯構(gòu)造中所用的纖維總表面積有直接的關系。本發(fā)明濾芯和常規(guī)醋酸纖維素短纖維濾芯在效率上的差異說明本發(fā)明濾芯具有不同的物理結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明濾芯在過濾效率上的同一性可以被紙煙設計者所利用。例如，對于長20mm，壓力降為20-120mm WG，過濾效率基本不變的濾芯棒來說，大概可以通過增加或減小濾芯棒的長度來改變所說濾芯棒的過濾效率。
還可以利用穿孔來改變?yōu)V芯壓力降和煙霧釋放量。本發(fā)明能夠生產(chǎn)出比同樣長度的常規(guī)醋酸纖維素短纖紙濾芯的壓力降大但過濾效率低的過濾芯。按本發(fā)明生產(chǎn)的穿孔的濾芯可以降低壓力降，但同時某些主要煙霧成份的釋放量總體上有所減少，這樣，由本發(fā)明生產(chǎn)的濾芯的壓力降和釋放量將與類似紙煙設計中所看到的醋酸纖維素濾芯的情況相同。但是，通常不受過濾影響的一些煙霧成份(如二氧化碳之類的氣體，蒸氣相組分等)通過所說的穿孔將會有所減少。
據(jù)信，改變擠出機的操作條件，可以使擠出物的直徑變得大得多。但是，擠出物的參數(shù)，如直徑，當比常規(guī)直徑大得多時，用常規(guī)測試設備是很難測定的。
實施例7圖2示出了常規(guī)醋酸纖維素和紙濾芯，并排還放置了用本發(fā)明方法生產(chǎn)的濾芯。
為了使這些濾芯處于模擬的自然環(huán)境氣候條件下，把它們放入Q、U、V老化試驗儀中2小時，承受前述的氣候循環(huán)條件。暴露在老化試驗儀中2小時大約相當于暴露在自然環(huán)境氣候條件中24小時。
圖3示出了經(jīng)過加速氣候循環(huán)處理后的樣品。由這些樣品可以清楚地看出，本發(fā)明的濾芯已經(jīng)明顯地崩解。相比之下，常規(guī)的醋酸纖維和紙濾芯在模擬氣候條件作用之后僅有很小的變化。
實施例8用包括65%的醋酸纖維素片，24%的玉米淀粉和11%的羥丙基纖維素的配方，進料速度為8.86kg/小時，作一實驗。把甘油以1.14升/小時的速度送入筒體中，擠出機的螺旋轉(zhuǎn)速為400rpm。沿筒體第二、第三和第四段的溫度分布分別為65℃，85℃和115℃。擠出機模具直徑為6mm。擠出機模具處的背壓為大約1巴(該低壓測定值實際上是在0-5巴內(nèi)變化的)。擠出機的通過量為9.36kg/小時。
擠出成型的產(chǎn)品具有如下物理特性直徑 14.4mm重量 1283mg/70mm長周長 24.97mm壓力降 1078mmWG/70mm長硬度 89.3%(Borgwaldt測法)
水份含量(排出模具) 9.8%甘油含量(排出模具) 5.0%實施例9將許多配方的摻混物擠出成型，以確定從配方中取消塑料材料的影響，這樣做可以提高產(chǎn)品對天然成份的降解能力。擠出機的操作條件為模具孔為6mm的圓，螺旋轉(zhuǎn)速400-420rpm。
下面是實驗號和配方。
實施號 擠出物混合物15/2/03 100%羥丙基直鏈淀粉15/2/04 100%羥丙基直鏈淀粉16/2/01 50%羥丙基直鏈淀粉50%果膠16/2/02 50%羥丙基直鏈淀粉50%果膠16/2/03 70%羥丙基直鏈淀粉30%藻酸丙二醇酯16/2/04 70%羥丙基直鏈淀粉30%藻酸丙二醇酯18/2/01 60%玉米淀粉40%羥乙基纖維素18/2/02 60%玉米淀粉40%羥乙基纖維素實驗號15/2/03和15/2/04，其第二、第三和第四段的筒體溫度為55℃，75℃，105℃。其余實驗的筒體溫度為65℃，85℃和115℃。
表7列出了操作條件和測得的物理特性。
當只向擠出機中加入水時，進水量為29-45%。當除水之外還向擠出機中加入甘油時，水占送入擠出機中的包括水在內(nèi)的總物料的7-22%。
應該注意的是，硬度數(shù)值可能會低于實際值，因為直徑比普通濾芯棒的直徑小，由此，測量是很困難的。這些樣品的螺旋構(gòu)型與前述各實施例所用的螺旋構(gòu)型是不同的。

實施例10利用Baker Perkins MPF 50擠出機，添加無機填料做一系列實驗。筒體分五段，沿著模具端段的方向，筒溫分別為50℃、65℃、75℃、85℃和95℃。
按近似的干重計，每種摻混物的基礎配方是65%的無機填料，10%淀粉，20%的粘合劑和5%的甘油，其中粘合劑是由12%的羥丙基纖維素和8%的羧甲基纖維素組成的。另外把水加到擠出機的筒體中。在一部分實驗中，無機填料是一種混合材料。無機填料的詳細情況和擠出成型產(chǎn)品的物理特性在下表8中給出。
表8 實施例11用白堊和碳進行另外一系列實驗，擠出機和筒體條件與實施例10相同，具體如下
材料重量(％干重)實驗A實驗B實驗C實驗D白堊－－8071炭6570－－淀粉108－15羥丙基纖維素121299羧甲基纖維素856－甘油5555另外將水送入擠出機筒體中。擠出成型棒的物理特性詳見下表9。
表9實驗 長度 重量 周長 壓力降 模具尺寸 螺旋轉(zhuǎn)速(mm) (mg) (mm) (mm W.G.) (mm) (rpm)A 70.2 1600 24.51 231 － －B 69.5 1700 24.24 390 － －C 71.1 2660 22.48 NM 6.5 225D 69.6 1450 24.08 NM 5.0 22權利要求
1.一種擠出成型的過濾材料，該材料包括塑料材料，水溶性多糖膨脹介質(zhì)、粘合劑和水，塑料材料的熔點高于擠出過程中操作條件下的工作溫度，其特征在于該擠出成型的過濾材料是可降解的。
2.根據(jù)權利要求1的擠出成型的過濾材料，其中所說的過濾材料是香煙煙霧過濾材料。
3.根據(jù)權利要求1或2的擠出成型的過濾材料，其中所說的塑料材料是選自醋酸纖維素、聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯中的一種或一種以上。
4.根據(jù)權利要求3的擠出成型的過濾材料，其中所說的醋酸纖維素是醋酸纖維素片。
5.根據(jù)權利要求1，2，3或4任意之一的擠出成型的過濾材料，其中所說的多糖膨脹介質(zhì)是淀粉。
6.根據(jù)權利要求5的擠出成型的過濾材料，其中所說的淀粉是玉米淀粉，直鏈淀粉比例高于支鏈淀粉這樣的淀粉或化學改性淀粉中的一種或一種以上。
7.根據(jù)前述權利要求任意之一的擠出成型的過濾材料，其中所說的粘合劑是纖維素粘合劑、果膠或藻酸鹽中的一種或一種以上。
8.根據(jù)前述權利要求任意之一的擠出成型的過濾材料，其中所說的過濾材料包括0-90%的塑料材料，0-100%的多糖材料和0-50%的粘合劑。
9.根據(jù)權利要求8的擠出成型的過濾材料，其中所說的過濾材料包括0-25%的增塑劑。
10.根據(jù)權利要求9的擠出成型的過濾材料，其中增塑劑是甘油、糖或濕潤劑中的一種或一種以上。
11.一種生產(chǎn)擠出成型的過濾材料的方法，其特征在于將塑料材料、水溶性多糖膨脹介質(zhì)、粘合劑和水混合在一起，擠壓通過擠出機模具的排出孔，選用的塑料材料其熔點高于在擠出過程中任一具體工作壓力下的工作溫度，由此而得的擠出成型產(chǎn)品是多孔可降解的。
12.根據(jù)權利要求11的方法，其中所說的塑料材料包括0-90%的下組物質(zhì)中的一種或一種以上醋酸纖維素、聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯，所說的多糖材料包括0-100%的下組物質(zhì)中的一種或一種以上玉米淀粉、直鏈淀粉比例高于支鏈淀粉的淀粉、大米淀粉、木薯淀粉和化學改性淀粉，所說的粘合劑包括0-50%的下組物質(zhì)中的一種或一種以上纖維素粘合劑、果膠和藻酸鹽，所有的材料均以送入擠出機中的材料的干重計，并且，以送入擠出機的材料加上水的重量計，送入擠出機中的水為1-35%(重)。
13.根據(jù)權利要求12的方法，其中以送入擠出機中的材料的干重計，所說的塑料材料占約80%(重)，所說的多糖材料占約15%(重)，所說的粘合劑占約5%(重)以送入擠出機中的包括水在內(nèi)的所有材料的重量計，所說的水為8-20%。
14.根據(jù)權利要求12的方法，其中以送入擠出機中的材料的干重計，所說的塑料材料占55-75%，所說的多糖材料占20-35%，所說的粘合劑材料占5-15%，以送入擠出機中的包括水在內(nèi)的所有材料的重量計，所說的水占8-20%。
15.根據(jù)權利要求12的方法，其中以送入擠出機中的材料的干重計，所說的塑料材料占65-95%，所說的多糖材料占1-35%，所說的粘合劑材料占1-15%，以送入擠出機中的包括水在內(nèi)的所有材料的重量計，所說的水占8-15%。
16.根據(jù)權利要求12的方法，其中以送入擠出機中的材料的干重計，所說的塑料材料占0-50%，所說的多糖材料占50-100%，所說的粘合劑材料占0-50%，以送入擠出機的包括水在內(nèi)的所有材料的重量計，所說的水占5-50%。
17.根據(jù)權利要求11-16任意之一的方法，其中所說的塑料材料是醋酸纖維素、聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯中的任一種或一種以上。
18.根據(jù)權利要求11-17任意之一的方法，其中所說的多糖材料是玉米淀粉，直鏈淀粉比例高于支鏈淀粉的淀粉、大米淀粉、木薯淀粉和化學改性淀粉中的任一種或一種以上。
19.根據(jù)權利要求11-18任意之一的方法，其中所說的粘合劑材料是纖維素粘合劑、果膠和藻酸鹽中的一種或一種以上。
20.根據(jù)權利要求11-19任意之一的方法，其中以送入擠出機中的材料的干重計，所說的過濾材料還包括0-25%的選自甘油、糖或濕潤劑中的一種增塑劑。
21.一種可降解的香煙制品，其包括用可降解的外包裝材料包卷的可降解的吸煙材料和可降解的過濾芯，該過濾芯包括用可降解的外包裝材料包卷的擠出成型的過濾材料，以擠出成型的過濾材料的總干重計，所說的過濾材料包含0-90%的塑料材料，0-100%的水溶性多糖材料和0-50%的粘合劑材料，并且所說的過濾材料是按權利要求11-20任意之一的方法生產(chǎn)而成的。
22.一種包含擠出成型的棒狀過濾材料的香煙煙霧過濾芯，所說的棒狀過濾材料是可降解的，并是按權利要求11-21任意之一的方法生產(chǎn)而成的。
23.根據(jù)權利要求22的一種香煙煙霧過濾芯，其中擠出成型過濾材料的過濾效率在壓力降為30-120mm W.G./20mm濾芯棒的范圍內(nèi)基本上是恒定不變的。
24.一種包含無機材料、水溶性多糖膨脹介質(zhì)、粘合劑和水的擠出成型的過濾材料，其特征在于過濾材料是可降解的。
25.一種制造權利要求24的擠出成型的過濾材料的方法，其特征在于將無機材料、水溶性多糖膨脹介質(zhì)、粘合劑與水混合在一起，使之擠壓通過擠出機模具的排出孔，選用的無機材料其熔點應高于在擠出過程中任一具體工作壓力下的工作溫度，其中所得的擠出成型產(chǎn)品是多孔狀可降解的。
26.根據(jù)權利要求24的擠出成型的過濾材料，其中所說的無機材料是下列物質(zhì)中的一種或一種以上蛭石、氧化鋁、氫氧化鋁、炭、白堊、Metaspheres 50(商品名)、硅鋁酸鹽、如Garolite(商品名)和Trihyde(商品名)。
27.根據(jù)權利要求25或26的擠出成型的過濾材料，其中以送入擠出機中的干物料重量計，所說的無機填充材料占60-85%(重量)，所說的多糖膨脹介質(zhì)占5-20%，所說的粘合劑占5-25%。
28.根據(jù)權利要求27的擠出成型的過濾材料，其中另將3-10%的增塑劑送入所說的擠出機。
29.一種基本上如圖3、4、5、6或7所示的擠出成型的過濾材料。
30.一種基本上如實施例1-10任意之一所述的擠出成型的過濾材料。
全文摘要
一種可降解的擠出成型的過濾材料，其包括熔點高于工作溫度的塑料材料或者無機材料，還包括多糖膨脹介質(zhì)、粘合劑和水。將這些成分送入擠出機，進行擠壓處理，包括當從模具排出孔擠出時，壓力降低高達大約70巴，致使擠出物膨脹為多孔結(jié)構(gòu)。當含上述材料的香煙煙霧過濾芯暴露于自然氣候條件中時，它會降解，不會留下塑料或無機材料的熔合混合物。
文檔編號A24DGK1099242SQ94104269
公開日1995年3月1日 申請日期1994年3月12日 優(yōu)先權日1993年3月12日
發(fā)明者J·L·比芬, P·D·凱斯, M·科里曼, C·C·格里格, P·R·懷特 申請人:英美煙草公司