專利名稱：一種煙草過濾材料和其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有滿意的生物降解能力，濕分解能力或其它特征的煙草過濾材料，一種生產(chǎn)該煙草過濾材料的方法，和一種保證在使用過濾材料時煙草具有良好的芳香氣味和可口性的煙草過濾嘴。
作為一種具有有效去除煙草中有害組分如焦油，并能保證滿意吸煙質(zhì)量的煙草過濾嘴，已知過濾塞是通過使一種醋酸纖維素(例如，一種具有平均取代度約為2.4的醋酸纖維素)纖維和一種增塑劑如三醋精成型為絲束(纖維束)而制備的。但是，這種過濾塞，生物降解力很低，并且形成的長絲被增塑劑部分地熔結(jié)在一起，導(dǎo)致吸煙后被丟棄時，過濾塞在環(huán)境中需要很長的時間才能自動分解，因此增加了污染問地而且，這種過濾塞很難完全回收清除掉并將需要幾乎令人望而生畏的回收費(fèi)用。使用燃燒的方法處理過濾塞，將導(dǎo)致釋放大量的燃燒熱而使燃燒爐的可使用壽命大大減少。
同時，已知還有從木漿粕加工成片狀或縐紙形而制成的煙草過濾嘴和以再生纖維素纖維為原料制成的煙草過濾嘴。與由醋酸纖維素纖維絲束(纖維素)組成的過濾塞相比，這些過濾嘴具有可稱贊的生物降解能力和稍好的濕可分解性(濕崩解能力)，因此，多少具有降低污染的能力。但是，在這些過濾嘴中，不僅煙草的芳香氣味(味覺)和可口性很差，而且與醋酸纖維素過濾嘴相比，它們作為煙草過濾嘴所必須具有的選擇性消除酚類的能力很令人失望。此外，在給定壓力降基礎(chǔ)上，那些過濾嘴的堅實(shí)性或硬度低于醋酸纖維素過濾嘴。再者，這些由木漿粕制成的片狀材料具有很低的膨松度，因此，需給予材料較高的膨松度以減少壓力降引起的毛絲或磨損和低的壓模加工性。
日本專利申請公開No.45468/1978(JP-A-53-45463)相應(yīng)的美國專利申請?zhí)朜o.730039公開了一種過濾材料由含有5-35％重量的具有大表面積的纖維素酯原纖維和65-95％重量的纖維素酯短纖維的無紡片組成。而且，這個現(xiàn)有技術(shù)指出在纖維素酯原纖維和纖維素酯短纖維的混合物中可摻入木漿粕。但是，由于纖維素酯很難轉(zhuǎn)化為好的原纖維，提供具有大表面積的原纖維需要特殊的技術(shù)。而且，這種過濾材料的分解能力和生物降解能力還不夠高，所以存在著很大的污染危險。
日本專利申請公開NO.141185/1980(JP-A-55-141185)公開了一種由主要由木漿纖維組成的片狀實(shí)體和由纖維素酯衍生纖維絲束組成的片狀實(shí)體密封或粘接而制成的片狀復(fù)合材料組成的過濾材料。但是，這種過濾材料，盡管多少提高了吸煙的芳香性和可口性，但在壓模片狀實(shí)體和密封或粘接兩片時必須使用增塑劑如三醋精以使纖維之間和片之間可熔結(jié)，這就不能滿足濕分解能力的要求。
此外，片狀煙草過濾材料在壓?；蚨ㄐ瓦^程中偶爾也會起縐或其它現(xiàn)象，但是在這些過程中或干處理過程中需要這種煙草過濾材料保持高干強(qiáng)度，因此，它的濕分解性很低。同樣的制作，片狀材料能提供高度濕分解性但是即使在干處理?xiàng)l件下它的強(qiáng)度也很低。
同時，日本專利申請公開No.227939/1993(JP-A68-227939)公開了一種香煙過濾嘴，其由生物可降解的具有微孔的脂肪族聚酯制成，能減少環(huán)境污染。這種過濾嘴多少提高了生物降解能力，但是使用這種過濾嘴吸煙的芳香性和可口性與醋酸纖維素過濾嘴相比較差。
日本專利申請公開No.72900/1977(JP-A-52-72900)公開了一種煙草過濾嘴由平均乙?；潭仍?0-50％之間的纖維狀乙?；w維素聚集體組成。這篇文獻(xiàn)指出纖維狀乙?；w維素是通過使用乙酰化催化劑如硫酸對纖維素纖維如紙漿進(jìn)行乙?；@得的。但是，通過此技術(shù)獲得的纖維雖然對于煙草在抽煙時有良好的芳香性和可口性，但是不能滿足生物降解能力的要求。
日本專利公開No.1944/1969(JP-B-44-1944)公開了一種煙草過濾嘴，這是一種通過浸漬或噴淋的方法向紙中加入含有疏水性聚合物的溶液，并將所得紙定型為棒狀以增加其堅實(shí)性和伸縮性(彈性)的紙過濾嘴。盡管這種煙草過濾嘴的吸煙質(zhì)量有所提高，但是，由于疏水性聚合物的加入使組成的纖維或紙的其它組分粘結(jié)或涂層，這種過濾嘴的濕分解力大大喪失了。
因此，煙草過濾嘴的優(yōu)秀特征如好的吸煙質(zhì)量，高效去除有害組分的能力，高于強(qiáng)度，和高生物降解能力和/或濕分解能力在傳統(tǒng)的煙草過濾嘴中很難綜合得到。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種不減少吸煙的芳香性，味覺和可口性的，具有高的生物可降解性并因此解決了污染問題的煙草過濾材料及其制備方法。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種除了具有如上所述的優(yōu)秀特點(diǎn)，還能保證有效去除吸煙時煙草中有害組分的煙草過濾材料及其制備方法。
本發(fā)明的第三個目的是提供一種不降低吸煙質(zhì)量并具有極好的濕分解性和生物降解能力并因此減少了環(huán)境污染負(fù)擔(dān)的煙草過濾材料及其制備方法。
本發(fā)明的第四個目的是提供一種具有很好的干強(qiáng)度但遇濕則很快自動降解的煙草過濾材料及其制備方法。
本發(fā)明的第五個目的是提供一種保證有效去掉吸煙時煙草中有害成分并具有足夠的耐抽吸(壓降)能力的煙草過濾材料。
本發(fā)明的第六個目的是提供一種具有上述值得稱贊的特點(diǎn)的煙草過濾嘴。
本發(fā)明的發(fā)明者為完成上述目的進(jìn)行了集中深入研究，注意到材料表面參與或與提高過濾嘴的吸煙質(zhì)量有關(guān)，并發(fā)現(xiàn)通過使用纖維素酯對纖維狀或特定纖維素涂層而制得的涂層纖維素不會降低吸煙的芳香性和可口性并且能有效去除吸煙時的有害成分，而且這種過濾材料是遇水如自然環(huán)境中的雨水就能很容易的分解并且是生物可降解的。他們還發(fā)現(xiàn)，只在纖維狀或特定的纖維素衍生物表面酯化不會降低吸煙質(zhì)量(如，芳香性，味覺，可口性)，而且在自然環(huán)境中顯示出高降解力(分解能力)。本發(fā)明是在上述發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上完成的。
因此，本發(fā)明所述煙草過濾材料是一種由纖維或顆粒組成的過濾材料，它們有一核心和包圍所述核心的表面層，所述表面層由纖維素酯組成且所述核心由非酯化的纖維素組成。
在這種纖維或顆粒中，表面層中的纖維素酯可以用的例子是含約2-4個碳原子的有機(jī)酸酯，(例如，纖維素醋酸酯)。在核心中非酯化纖維素可以由木漿組成。過濾材料通常以具有圓狀結(jié)構(gòu)的片型使用，但也可以任意地弄縐或壓紋。
舉例說明，在過濾材料中的纖維或顆粒可以是(A)應(yīng)用纖維素酯對纖維狀或特定纖維素涂層的涂層纖維素。在涂層纖維素(A)中所涂覆的纖維素酯的量可在較大范圍內(nèi)選擇，例如，以滌層纖維素(A)總量為基礎(chǔ)，不少于0.1重量％。
所述纖維或顆粒也可以是(B)一種從天然或再生纖維素纖維或顆粒衍變而來的纖維狀或特定纖維素衍生物。它們由核心和包圍核心的表面層組成，通過酯化表面的纖維或顆粒形成表面層的酯化部分和核心的非酯化部分，而且，總的纖維素衍生物的平均取代度不超過1.5。
這種涂層纖維素(A)，纖維狀或特定纖維素衍生物(B)及含有這些組成的材料的過濾材料是生物可降解的并且可顯示，例如，根據(jù)ASTMD 5209-91以釋放出二氧化碳的量作為指示，測定4星期降解率不低于重量的20％。
過濾材料中涂層纖維素(A)或纖維狀或特定纖維素衍生物(B)的比率可在較大范圍內(nèi)選擇，例如，不少于過濾材料總重量的30％。
本發(fā)明所述煙草過濾嘴含有如上所述煙草過濾材料。
所述煙草過濾材料可通過(A)使用纖維素酯對纖維狀或特定纖維素表面涂層而制備。涂層可這樣進(jìn)行，例如，使用浸漬，噴淋或其他技術(shù)使纖維或顆粒表面附上或粘上纖維素酯和干燥得到的涂層纖維素，或向纖維素酯的不良溶劑中加入纖維素酯和纖維狀或特定纖維素的混合物，或噴啉干燥此混合物。
另外，組成過濾材料的纖維素衍生物(B)可以通過以下來獲得，例如，在液相中，用有機(jī)酸和有機(jī)酸酸酐或鹵化物處理天然或再生纖維素纖維或顆粒。
此處說明書所用的術(shù)語“片”應(yīng)被理解為特指具有二維擴(kuò)展性可制成滾筒狀的紙樣實(shí)體。
本說明書中，所述“生物降解”是指降解或分解過程中，其每一步，都是在有機(jī)體如微生物或其類似物的幫助下進(jìn)行的生物上的降解或分解。
本發(fā)明的過濾材料是由如上所述的纖維或顆粒作為組分材料組成的。
按照本發(fā)明的煙草過濾材料，對吸煙時煙草過濾作出貢獻(xiàn)的纖維或顆粒的表面是由纖維素酯組成的。因此，這種材料的過濾特性如吸煙質(zhì)量和有效去除有害物質(zhì)如焦油的能力與由醋酸纖維素纖維組成的過濾嘴一樣好。使用在足夠的壓降(耐抽吸)條件仍保持良好的壓模加工性的材料。因此，本發(fā)明的過濾材料由這種纖維或顆粒組成，它們的功能由表面層和核心分別承擔(dān)，其特征是具有雙方的優(yōu)點(diǎn)，即優(yōu)秀的吸煙質(zhì)量和高度生物降解能力，并能彼此很好協(xié)調(diào)。
本發(fā)明的纖維或顆粒，具體地說，是涂層纖維素(A)和/或纖維素衍生物(B)。
涂層纖維素(A)具體描述如下
纖維素可以任意地為一種天然纖維素或一種再生纖維素。這種纖維素包括從木纖維[例如，從軟木(針葉樹)或硬木(闊葉樹)]得來的木漿，種子纖維(例如，棉花如皮棉，木棉，木棉等)，韌皮纖維(例如，大麻，亞麻，黃麻，苧麻，紙桑皮和mitsumata(Edgeworthia papyrifera)或樹葉纖維(例如，馬尼拉大麻和紐西蘭大麻)獲得的天然纖維素；再生纖維素如粘膠人造絲，銅氨纖維和硝酸鹽絲。這些種類的纖維素可以單獨(dú)使用或結(jié)合使用。
這些纖維素的形態(tài)是纖維狀或一種特定形狀(例如，粉末狀)。纖維狀的纖維素可以進(jìn)行原纖維化。纖維素的原纖維化技術(shù)并不很難，舉例說明，這種原纖維化可通過傳統(tǒng)方式如打漿原材料以獲得纖維素，例如，使用打漿機(jī)打漿而得到的木漿。被原纖維化的纖維素可進(jìn)一步通過允許沖擊力作用其上進(jìn)行精制處理而得到精制纖維素(微原纖維化的纖維素)。
纖維狀纖維素的纖維直徑和纖維長度可在不影響作為過濾嘴所需特征的范圍內(nèi)適當(dāng)選擇，因此，纖維狀纖維素纖維的直徑?jīng)]有特制的限定，實(shí)際可以是約0.01-100μm，優(yōu)選約0.1-50μm。纖維的長度也沒有特別的限定，可以是能使用的任意長度，一般約為50μm-10mm(例如，約50-3，000μm)，優(yōu)選約100-2000μm。
纖維狀纖維素的截面形狀也沒有專門的限定，可以的例子有圓形，橢圓或其它形狀。因此，纖維狀纖維素可以有改變的截面(例如，Y-，X-，R-或I-型)或中空的。如果需要的話，纖維狀纖維素可以卷曲，但一般使用非卷曲型。
本發(fā)明所用纖維素優(yōu)選使用纖維狀的，但特定的(專指粉末狀)纖維素也可使用。特定的纖維素的顆粒大小可在對壓模加工性(可成形性)和分解能力無不利影響的條件下在較大范圍內(nèi)選擇。因此，特定的纖維素的平均顆粒大小為約0.1-600μm，優(yōu)選約10-500μm，且更優(yōu)選約20-250μm。如果平均顆粒大小小于0.1μm，則這種顆粒將從材料中去除，而當(dāng)顆粒大于600μm的上限時，則材料將失去表面光滑度且材料的比表面積將減小。
優(yōu)選的纖維狀或特定的纖維素包括木纖維特別是木漿。常規(guī)漿可被用作這種木漿，漿的純度沒有特別限定。因此，任何含有90％或90％以上的α-纖維素的高純度的木漿，或含有高濃度的半纖維素的木漿如低純度的低級漿都可以使用。木漿可以任意地被裂解，或使用打漿的方法將其原纖維化。通過使用干或濕制造法(成網(wǎng)技術(shù))制造這種原纖維化漿以獲得片狀木漿。木漿的打漿的程度可以充分選擇，且具有加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度值，即，打漿度的值是使用加拿大打漿度檢測器測量的，范圍在約100-800ml，實(shí)際應(yīng)用優(yōu)選約150-700ml。在這種木漿中，增加了纖維間的纏結(jié)或交織，因此，這種木漿具有提高的強(qiáng)度和高度膨松性且具有高的濕分解性。
使用纖維素酯在纖維狀或特定的纖維素表面涂層以形成涂層纖維素。在這種涂層纖維素中，至少在纖維或顆粒的一部分表面被涂覆了纖維素酯，但涂層纖維素需要在其整個表面均勻地涂覆。
本發(fā)明的涂層纖維素(A)的特點(diǎn)，一方面，通過在纖維狀或特定纖維素的表面涂覆上纖維素酯以使其能夠協(xié)調(diào)作為煙草過濾嘴的各種特征，如好的吸煙質(zhì)量，優(yōu)秀的生物降解能力和濕分解能力。那就是說，在煙草過濾材料中包含涂層纖維素(A)，在對吸煙過濾作用做出貢獻(xiàn)或有關(guān)的纖維或顆粒表面涂覆上了纖維素酯。因此，這種材料的過濾特征如吸煙質(zhì)量和有效去除有害組分如焦油的能力與由醋酸纖維素組成的過濾嘴一樣優(yōu)秀。這種材料同時具有與由木漿或再生纖維素形成的過濾嘴同樣高的生物可降解性。另外，涂層纖維素可在不使用增塑劑的條件下壓?；蚨ㄐ?，并因此提供了值得稱贊的好的濕分解能力。再者，涂層了的纖維或顆粒具有大的表面積，并因此具有高效去除有害成分的能力，且使這種材料在足夠的壓降(耐抽吸)條件下仍保持好的成形性。
作為纖維素酯可使用的例子有有機(jī)酸酯如纖維素醋酸酯，纖維素丙酸酯，纖維素丁酸酯及其類似物；無機(jī)酸酯如纖維素硝酸酯，纖維素硫酸酯，纖維素磷酸酯等，混合酸酯如纖維素醋酸丙酸酯，纖維素醋酸丁酸酯，纖維素醋酸酞酸酯和纖維素硝酸醋酸酯；纖維素酯衍生物如聚乙內(nèi)酯接枝的纖維素醋酸酯等。這些纖維素醌可以單獨(dú)使用或結(jié)合使用。
作為纖維素酯的原料，可應(yīng)用不同的纖維素如上述舉例說明的天然的或再生的纖維素，例如木漿。木漿的純度可任意地高或低。
纖維素酯的平均聚合度(聚合的平均粘度值)可以是約10-1000(例如，約50-1,000)，優(yōu)選約50-900(例如約100-800)且更優(yōu)選約200-800。當(dāng)平均聚合度過小時，過濾材料將喪失機(jī)械強(qiáng)度，當(dāng)平均聚合度高于上限時，則不僅流動性和壓模加工性，而且過濾材料的生物降解性也會喪失。
纖維素酯的平均取代度可在約1-3的范圍內(nèi)選擇。但應(yīng)該理解為，具有平均取代度在約1-2.15范圍內(nèi)，優(yōu)選1.1-2.0的級別的纖維素酯對提高生物降解能力是有用的。同時，本發(fā)明所述的使用涂層纖維素(A)的過濾材料，其特征在于即使所使用的纖維素酯的平均取代度為2.0-2.6，它也能提供高的生物降解能力。
在纖維素醌中，剩余堿金屬或堿土金屬與剩余硫酸的當(dāng)量比約為0.1-1.5，優(yōu)選約0.3-1.3(例如，約0.5-1.1)時，具有優(yōu)秀的耐熱性和生物降解能力。硫酸是從在制備纖維素酯時作為催化劑的硫酸衍生而來的。硫酸不僅包括游離酸，還包括留在纖維素酯中的硫酸鹽，磺基乙酸鹽和硫酸酯。堿金屬(如，鋰，鈉，鉀，等)和堿土金屬(例如，鎂，鈣，鍶，鋇等)作為催化劑硫酸的中和劑同時也是為了提高纖維素酯的耐熱性而加入的。同時，至于剩余堿金屬或堿土金屬與剩余硫酸的當(dāng)量比可參見US專利申請序號No.08/151,037。
優(yōu)選的纖維素醋包括有機(jī)酸酯(例如，含有2-4個碳原子的有機(jī)酸酯)如纖維素醋酸酯，纖維素丙酸酯，纖維素丁酸酯，纖維素醋酸丙酸酯，和纖維素醋酸丁酸酯，其中纖維素醋酸酯是特別優(yōu)選的。纖維素醋酸酯的乙?；潭纫话阍诩s43％-62％范圍內(nèi)，那些結(jié)合乙酸在30-50％范圍內(nèi)的具有高的生物可降解性。因此，纖維素醋酸酯的乙酰化程度可在30-62％范圍內(nèi)選擇。
在涂層纖維素(A)中纖維素酯的涂覆量可以是，以涂層纖維素總量為基礎(chǔ)，不少于總重量的約0.1％。(例如，約為重量的0.1-50％)，優(yōu)選不少于重量的約1％(例如，約為重量的1-30％)，更加優(yōu)選不少于重量的約5％(例如，約為重量的5-15％)。實(shí)際應(yīng)用時，涂層纖維素可被纖維素酯涂層的比例約為重量的0.5-15％，優(yōu)選重量的約1-12％。具體地說，如果涂層量少于重量的0.1％，吸煙質(zhì)量和有效去除煙草中有害成分的能力將會降低，但當(dāng)涂層量超過重量的50％時，生物降解能力和分解能力將會降低。
本發(fā)明所述作為過濾材料組分的涂層纖維素(A)可以通過給纖維狀或特定的纖維素涂上一層纖維素酯而得到。涂覆過程是通過下列技術(shù)完成的。通過使用(1)浸漬，或(2)噴啉，且干燥所得產(chǎn)物(下面分別指溶液-浸漬法和溶液-噴淋干燥法)；(3)將纖維狀或特定纖維素和纖維素酯溶液的混合物加入到纖維素酯的不良溶劑中的技術(shù)(下面指混合加入法)；或(4)噴淋上述混合物的技術(shù)(下面指混合-噴啉干燥法)使纖維或顆粒表面附上或粘上纖維素酯溶液。
纖維素酯溶液所用的溶劑可以纖維素酯的良性溶劑中選擇，它們包括，例如，有機(jī)溶劑如丙酮，丁酮，二惡烷，醋酸等；混合溶劑如丙酮-水混合物，二氯甲烷-醇混合物，乙酸-水混合物，二氯甲烷-甲醇混合物等。優(yōu)選丙酮為所用溶劑。
現(xiàn)詳細(xì)解釋上述每一種制造方法。
(1)溶液-浸漬法這種方法包括將纖維狀或特定纖維素浸漬在纖維素酯溶液中，并將所得產(chǎn)物干燥以形成纖維素酯的涂覆或覆蓋。
纖維素酯在纖維素酯溶液中的濃度，一般約為溶液總重量的0.01-30％，優(yōu)選約0.1-20％，更加優(yōu)選約0.1-10％。當(dāng)濃度超過重量的30％時，溶液的粘度將增加并因此導(dǎo)致加工性(可加工性)喪失。纖維狀或特定纖維素相對于纖維素酯溶液的比率可在較大范圍內(nèi)選擇，一般前者后者約為1∶10000到1∶1(重量比)，優(yōu)選約1∶200-1∶20(重量比)。浸漬時間可根據(jù)纖維素酯溶液的濃度或其他條件適當(dāng)選擇，例如，約幾秒鐘或更多。(例如，約3秒到10分鐘，優(yōu)選5秒到3分鐘)。
在纖維素酯溶液中浸漬的纖維素纖維或顆粒將在空氣中晾干或者加熱干燥，以便在纖維素纖維或顆粒表面形成涂覆層。
(2)溶液-噴淋干燥法這種方法是使用纖維素酯溶液對纖維素纖維或顆粒進(jìn)行噴淋，并將所得產(chǎn)物干燥以形成涂覆層。
在這種方法中，纖維素酯在纖維素酯溶液中的濃度一般約為重量的0.01-25％。(例如，約點(diǎn)重量的0.1-15％)，優(yōu)選重量的0.5-10％(例如，約占重量的0.1-7％)。纖維狀或特定纖維素相對于纖維素酯溶液的比率可在較大范圍內(nèi)選擇，比如前者后者為1∶100-1∶0.5(重量比)，優(yōu)選約1∶20-1∶1(重量比)，且更加優(yōu)選約1∶10-1∶2(重量比)。當(dāng)使用纖維狀纖維素如紙漿時，預(yù)先裂解這種纖維狀纖維素可保證纖維素酯溶液噴淋的均勻性，使用纖維素酯對纖維或顆粒表面涂層的涂層纖維素可通過使用纖維素酯溶液噴淋過的纖維或顆粒晾干或者加熱干燥獲得。
(3)混合物-加入法這種方法被描述為向纖維素纖維或顆粒與纖維素酯溶液的混合物中加入纖維素酯溶液的不良溶劑并攪拌以形成涂覆層的方法。
在這種方法中，涂覆層是纖維素酯溶液在纖維或顆粒表面凝結(jié)或沉淀形成的。在這一過程中，在將不良溶劑加入到混合物時，允許一剪切力作用其上，則會抑制成阻止纖維素酯在表面附著過量，并因此可高效且均勻的獲得纖維或顆粒表面的涂層。切力一般可通過在其上使用混合機(jī)，均化器，離心泵，攪拌器或類似物獲得。
纖維素酯溶液可實(shí)際含有的纖維素酯的比率，以溶液總重量為基礎(chǔ)，重量比約為0.1-30％，優(yōu)選重量比為1-25％(例如，重量比為1-10％)。如果所用溶液含有纖維素酯的重量比大于30％，則溶液的粘度增大，特別是當(dāng)纖維素纖維或顆粒的比率很大時，纖維或顆粒的均勻分散或混合很難達(dá)到，并因此導(dǎo)致纖維或顆粒表面的涂度效果降低。
纖維素纖維或顆粒在混合物中的濃度，以混合物總量為基礎(chǔ)以固體計，占重量的約0.01-80％重量，優(yōu)選約0.1-40重量％，更優(yōu)選約為1-20重量％，實(shí)際上，混合物可由重量約0.1-10％的纖維素纖維或顆粒組成，優(yōu)選占重量的約1-5％。
作為纖維素酯不良溶劑的例子可以是水；芳烴如苯，甲苯和二甲苯；脂肪烴如己烷；脂環(huán)烴如環(huán)己烷；和燈油(煤油)。優(yōu)選的不良溶劑包括水。不良溶劑的用量可在較大范圍內(nèi)選擇，其是混合物總量的約1-1000倍(重量比)，優(yōu)選約10-100倍(重量比)。
(4)混合物-噴淋干燥法按照這種方法，涂層可通過混合纖維狀或特定纖維素與纖維素酯溶液，并噴淋干燥所得混合物來得到。
舉例說明，在這種方法中，使用噴霧干燥機(jī)或類似物將混合物噴灑入氣流中(例如高溫氣流)以使纖維素酯在纖維或顆粒表面涂層。
纖維素酯在纖維素溶液中的濃度通常約為0.1-30％重量，優(yōu)選重量為1-25％。(例如，重量約為1-10％)。當(dāng)纖維素酯濃度超過重量的30％的上限時，溶液的粘度將增加，并因此，在實(shí)際情況中纖維素酯纖維或顆粒的比率很高，纖維或顆粒很難被均勻地分散或混合，以致纖維或顆粒表面很難獲得有效的涂層。纖維素纖維或顆粒在混合物中的比率為，以固體計，占混合物總重量的約0.01-20％，優(yōu)選重量約為0.1-10％，更加優(yōu)選重量約為0.5-5％。
在生產(chǎn)涂層纖維素的干燥過程中涂層纖維素形成的集聚現(xiàn)象，這種集聚將被使用裂解裝置如精制器被裂解掉。另外，纖維素酯的涂層量可通過允許纖維素酯的溶劑(例如，很少量)與這種集聚的表面接觸，以便部分地去除或消除纖維素酯來控制，并因此可以減少集聚的大小。
偶然地，如上所述，日本專利公開No.1944/1969(JP-B-44-1944)公開了一種煙草過濾嘴是通過用含有疏水性聚合物的溶液浸漬或噴淋紙，并將所得紙定型為棒狀制成的。在這種煙草過濾嘴中，由于疏水性聚合物的加入而使纖維素纖維或類似物粘連或被涂層，因此，這種過濾嘴的濕分解性大大地喪失了。
與其相反，根據(jù)本發(fā)明，過濾材料是通過預(yù)先使用纖維素酯對組分纖維或顆粒涂層，再定型為想要的形狀(例如片狀)而制備的。因此，本發(fā)明的過濾材料是遇濕時有高的分解能力，且其吸煙時芳香性和可口性都大大地提高了。
如所描述的，本發(fā)明的方法，在纖維狀或特定纖維素的表面涂覆了纖維素酯，其特征在于較容易地獲得具有薄或良好堅實(shí)性的涂層纖維或較小顆粒大小的涂層顆粒以使涂層纖維素具有較大的表面積。
現(xiàn)具體描述纖維素衍生物(B)。
纖維素衍生物(B)是纖維狀或特定形狀的，其中的表面層的酯化部分和核心的非酯化部分是通過酯化表面形成的。纖維狀或特定纖維素衍生物的酯化部分是由纖維素酯組成的。作為這種酯，可以是如上所述解釋涂層纖維素(A)時舉例說明的酯。
酯化部分優(yōu)選有機(jī)酸酯(例如，含有2-4個碳原子的有機(jī)酸酯)形成或組成，特別優(yōu)選醋酸酯。
這種纖維狀或特定纖維素衍生物的平均取代度應(yīng)不大于1.5(例如約0.01-1.5)，優(yōu)選約0.02-1.2，并更優(yōu)選0.05-0.5。如果平均取代度超過1.5，酯化將會過度，而使纖維或顆粒的核心(內(nèi)部)也被酯化，并將因此導(dǎo)致生物降解力的減小。當(dāng)平均取代度小于0.01時，作為過濾嘴所需的特征如吸煙質(zhì)量將會下降。
同時，這里用來解釋纖維素衍生物(B)的“平均取代度”是指纖維素纖維或顆粒取代的平均程度，作為整體，酯化是不均勻的，這里所指的或概念不同于使用所述的增溶酯化以便均相反應(yīng)或取代制造纖維素酯纖維或顆粒時所用的“取代度”概念。
纖維狀纖維素衍生物(B)的纖維直徑和纖維長度可在不影響作為過濾嘴所需特征的條件下，在較大范圍內(nèi)適當(dāng)選擇，但纖維狀纖維素衍生物實(shí)際應(yīng)用短纖維。纖維狀纖維素衍生物一般具有纖維直徑約為0.01-100μm(例如，約1-50μm)和纖維長度約為50μm-10mm(例如，約0.1-10mm，優(yōu)選約0.5-4mm)使用纖維直徑和纖維長度在上述范圍內(nèi)的纖維素衍生物可使過濾材料具有高強(qiáng)度和好的壓模加工性。
纖維狀纖維素衍生物的截面形狀沒有特別的限定，可以是圓形，橢圓或其他任何形狀。因此，纖維狀纖維素可將截面定型為(例如，Y-，X-，R-或T-形)或中空的。如果需要的話可將纖維狀纖維素卷曲，但一般使用非卷曲形。
本發(fā)明優(yōu)選使用纖維狀纖維素，但特定形狀(專指粉末狀)纖維素也可使用。特定的纖維素顆粒的大小可在對壓模加工性(可成形性)和崩解能力無不利影響的條件下在較大范圍內(nèi)選擇。因此，特定的纖維素的平均顆粒大小約為0.1-600μm，優(yōu)選10-500μm且更優(yōu)選約20-250μ。如果平均顆粒大小小于0.1μm，則這種顆粒將從材料中去除，而當(dāng)顆粒大于600μm上限時，則材料將失去表面光滑度且材料的比表面積將減小。
纖維狀或特定的纖維素衍生物(B)在承纖維或顆粒的表面(表面層)酯化，且纖維或顆粒在纖維或顆粒的中心還含有一個非酯化的區(qū)域。在這種纖維狀或特定纖維素衍生物中，參與或與吸煙過濾有關(guān)的纖維或顆粒表面被酯化了。因此，這種衍生物的過濾特征如吸煙質(zhì)量和有效去除煙草有害組分的能力與由醋酸酯纖維絲束組成的傳統(tǒng)過濾嘴一樣好。另外，由于纖維或顆粒的核心沒有被酯化，且由非酯化的天然或再生纖維素組成，所以這種纖維素衍生物具有與木漿或再生纖維素纖維或其類似物同樣高的生物降解能力。因此，本發(fā)明的纖維素衍生物(B)，其功能由表面層和核心分別承擔(dān)，其特征在于有雙方的功能，即好的吸煙質(zhì)量和高的生物降解能力協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
纖維狀或特定的纖維素衍生物的酯化分布可以被確證或證實(shí)，通過例如，使用直接染料(直接的顏色)或分散染料對纖維狀或特定的纖維素衍生物染色，并觀察纖維或顆粒的截面。即，酯化部分可被分散染料染色，而不能被直接染料染色。相反，未酯化和未取代的部分可被直接染料染色而不能被分散染料染色。纖維狀或特定的纖維素衍生物(B)由能被分散染料染色的纖維或顆粒表面部分(表面層)和能被直接染料染色的核心部分組成。
纖維狀或特定纖維素衍生物可從天然或再生纖維素衍生來。作為纖維素纖維或顆粒的原材料，可以是在解釋涂層纖維素(A)時舉例說明的那些天然或再生纖維素。這些天然或再生纖維素可以單獨(dú)使用或結(jié)合使用。
纖維狀或特定的纖維素衍生物(B)可通過如下方法制備，例如，(5)在纖維素酯的不良溶劑中如己烷和甲苯，在催化劑存在下(以下指催化劑法)，用有機(jī)酸酸酐，有機(jī)酸鹵化物或類似物處理天然或再生纖維素纖維或顆粒，(6)包括用有機(jī)酸，和有機(jī)酸酸酐或鹵化物，或類似技術(shù)處理天然或再生纖維素纖維或顆粒的方法。
作為催化劑法(5)的催化劑可以使用堿，如吡啶；和有機(jī)羧酸的堿金屬鹽如乙酸鈉，乙酸鉀。在傳統(tǒng)工藝中，纖維素纖維或顆粒酯化使用酸催化劑如硫酸和高氯酸。但是，由于這種催化劑對纖維素纖維或顆粒具有很強(qiáng)的穿透力或滲透力，很難得到在纖維素纖維或顆粒表面被脂化而核心部分卻保持非酯化狀態(tài)。
在方法(6)中，處理可在催化劑存在下進(jìn)行，但是優(yōu)選不使用催化劑的處理。同時，纖維素酯的不良溶劑可用在解釋涂層纖維素(A)時舉例說明的那些。
根據(jù)方法(6)纖維或顆粒在液相有機(jī)酸和有機(jī)酸酸酐或液相有機(jī)酸和有機(jī)酸鹵化物中處理。即使在無催化劑存在下也能將纖維素纖維或顆粒表面酯化，并可減少纖維或顆粒內(nèi)部(核心)的進(jìn)一步酯化。因此，本發(fā)明的纖維狀或特定纖維素衍生物可容易或迅速地獲得。另外，在本方法中不需使用芳烴溶劑(例如己烷，甲苯等)，因此，不需溶劑處理過程及類似操作，并因此改善了工作條件。再者，此方法中所用的有機(jī)酸和有機(jī)酸酸酐或鹵化物本身是高度生物可降解的，并因此，即使它們留在纖維狀或特定纖維素衍生物中，也不會降低材料的生物降低能力。
有機(jī)酸的例子包括含2-4個碳原子的脂肪族飽和羧酸如乙酸，丙酸和丁酸。這些有機(jī)酸可單獨(dú)使用或結(jié)合使用。優(yōu)選的有機(jī)酸包括，代表性的如乙酸。
作為有機(jī)酸酐或有機(jī)酸鹵化物，可以選用有機(jī)酸的酸酐或其鹵化物如氯化物，溴化物，和碘化物等。如果所需的酯是混合酸酯，可適當(dāng)結(jié)合應(yīng)用酸酐和/或酸鹵化物。
只要保證纖維狀或特定的纖維素衍生物的表面被酯化而纖維或顆粒的核心部分未被酯化所情況下，可在較大范圍內(nèi)選擇反應(yīng)條件。因此，反應(yīng)溫度一般為約40-120℃，且優(yōu)選約60-100℃，反應(yīng)時間一般約為10分鐘到10小時并優(yōu)選30分鐘到3小時。
有機(jī)酸的用量可在較大范圍內(nèi)選擇，例如為原材料纖維素纖維或顆粒重量的約5-500倍(重量比)，優(yōu)選約20-200倍(重量比)。有機(jī)酸酸酐或/鹵化物的比率可從較大范圍內(nèi)選擇，例如相對于原材料纖維素纖維或顆粒重量的5-500倍(重量比)，且優(yōu)選20-200倍(例如20-100倍)(重量比)。
根據(jù)如上所述的方法，纖維素纖維或顆粒的表面可被酯化，但纖維或顆粒的核心部分仍保持未被酯化的天然和再生纖維素。因此，如上所述可在不降低吸煙質(zhì)量(芳香性，味覺，可口性等)的條件下獲得優(yōu)秀的生物可降解性。另外，可通過酯化纖維狀或特定的原材料較容易地獲得具有較小纖維直徑的細(xì)纖維或具有較小直徑的小顆粒，并因此使過濾材料具有較大的比表面積和高效去除煙草有害組分的能力。
本發(fā)明的涂層纖維素(A)和纖維素衍生物(B)具有高的生物可降解性，并因此可用作生產(chǎn)生物可降解材料如生物可降解纖維，紙和過濾嘴。
本發(fā)明所述的過濾材料由上述纖維或顆粒組成，即纖維或顆粒具有一個核心和包圍核心的表面層，其中表面層由纖維素酯組成且核心由未酯化的纖維素組成，例如，涂層纖維素(A)和/或纖維素衍生物(B)。這些組分材料可單獨(dú)使用或結(jié)合使用，也可以應(yīng)用涂層纖維素(A)和纖維素衍生物(B)的結(jié)合物。
涂層纖維素(A)，纖維素衍生物(B)，及其含有這些組合材料的本發(fā)明過濾材料具有高的生物可降解性，并可顯示，例如，根據(jù)ASTM(美國試驗(yàn)及材料學(xué)會)(D5209-91，以釋放出二氧化碳的量作為指示，測定4-星期的降解率不低于重量的20％，(例如，30％-100％重量)，優(yōu)選不低于重量的40％，(例如，約為50-100重量％)。在生物降解性的測試中，城市污水處理廠使用的活性污泥可作為活性污泥。纖維狀或特定纖維素衍生物的降解率可通過測定轉(zhuǎn)化為二氧化碳釋放的碳原子數(shù)相對于未降解前的可能的碳原子總數(shù)的百分比計算。這些材料和組分材料在酶如纖維素酶作用下同樣有高的生物可降解性。
材料的形態(tài)沒有特別的限定，例如，可以是纖維，絨類(皮毛或絨毛)，機(jī)織織物，無紡織物，絲束(纖維束)或片狀。優(yōu)選的材料是具有非機(jī)織網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的片狀材料。同時，這里所用的“網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”是指纖維交織或纏結(jié)的織物結(jié)構(gòu)?；谏鲜鲈?，片形過濾材料具有高的干紙強(qiáng)度且在遇到如雨水或類似物被弄濕的情況下可迅速自動分解。
過濾材料可被制造，例如，(1)將涂層纖維素(A)和/或纖維素衍生物(B)的過濾材料或定型為網(wǎng)狀片得到過濾材料，通過打包使之完整來成型的方法，(2)通過使含有涂層纖維素和/或纖維素衍生物的漿料在片型模中濕成網(wǎng)以制成片狀過濾材料的方法。
本發(fā)明所述過濾材料除了含有上述范圍內(nèi)的纖維或顆粒外還可含有其他對材料特征無壞影響的組分。這些組分可與組分材料即纖維或顆粒一起使用，例如，作為纖維素纖維原材料的舉例說明的天然或再生纖維素纖維；天然纖維如羊毛；合成纖維如纖維素酯纖維，聚烯烴纖維(例如，聚乙烯纖維或聚丙烯纖維)，聚酯纖維(例如，聚對苯二甲酸乙二酯纖維)，聚乙烯醇纖維，聚酰胺纖維及其類似物。這些組分也可以顆粒形式使用，并可單獨(dú)或結(jié)合使用。天然或再生纖維，特別是木漿，由于它的高的生物可降解性使用起來非常有利。
只要不降低過濾材料的特征如吸煙質(zhì)量和生物降解能力，纖維或顆粒與其他組分的比率可在較大范圍內(nèi)選擇，它們是，例如，前者/后者比約為99/1-20/80(重量比)，優(yōu)選約99/1-40/60(重量比)，更優(yōu)選為98/2-60/40(重量比)。實(shí)際應(yīng)用比率為95/5-80/20(重量比)。
在對過濾材料的特征如生物降解性無壞影響的條件下，纖維或顆粒在過濾材料中所占比率可在較大范圍內(nèi)選擇，它們是，例如不低于過濾材料總重量的30％(例如，約為重量的40-100％)，優(yōu)選不低于重量的50％，(例如重量的55-100％)，且更優(yōu)選不低于總重量的60％(例如，總重量的65-100％)。
纖維或顆粒和過濾材料只要不影響它們的特征可含有多種添加劑。這些添加劑的例子包括上漿材料，粉碎很好的無機(jī)材料粉末包括高嶺土，滑石，硅藻土，二氧化鈦，氧化鋁，石英，碳酸鈣和硫酸鋇；穩(wěn)定劑如熱穩(wěn)定劑包括堿土金屬鹽(鈣，鎂等)，抗氧劑和紫外線吸收劑；著色劑和增產(chǎn)劑。另外，與紙-強(qiáng)度增強(qiáng)劑混合如微原纖維化的纖維素(例如，具有比表面積為100-300m2/g的微原纖維化纖維素，纖維直徑不超過2μm，優(yōu)選不超過1μm且纖維長度約為50-1000μm)，可提高干紙強(qiáng)度。過濾材料的環(huán)境降解可通過與上述高生物降解性或崩解性的材料混合而提高。加入生物降解加速劑如檸檬酸，酒石酸，馬來酸及其類似物和/或光降解加速劑如anatase形成的二氧化鈦。
只要在不影響材料的特征如崩解性和生物降解能力的情況下，過濾材料還可含有增塑劑如三醋精或三甘醇二醋酸酯，但因?yàn)閺?qiáng)調(diào)濕分解性，最好過濾材料不合這些增塑劑并因此可提高過濾嘴的降解性或分解性。
必要時過濾材料可含有粘合劑。在這種情況下，優(yōu)選使用水溶性粘合劑以提高濕分解性。作為水溶性粘合劑，可以有的例子如，天然粘合劑如淀粉，改性淀粉，可溶性淀粉，葡聚糖阿拉伯樹膠，藻酸鈉，蛋白質(zhì)(例如，酪蛋白，白明膠等)；纖維素衍生物如羧甲基纖維素，羥乙基纖維素；乙基纖維素和及類似物；及合成樹脂粘合劑如聚乙烯醇，聚-N-乙烯吡咯烷酮，水溶性丙烯樹脂等。這些粘合劑可獨(dú)立或結(jié)合使用。
當(dāng)水溶性粘合劑以水溶液或分散體的形式應(yīng)用時，根據(jù)水溶劑的用量可引起過濾嘴棒強(qiáng)度和堅實(shí)性的喪失，甚至不僅在用包裝紙包裝過濾材料時，而且在截斷棒至過濾嘴長度時強(qiáng)度也大大降低了。特別是當(dāng)對作為組分的纖維或顆粒應(yīng)用浸漬方法使用水溶性粘合劑的水溶液時，材料的強(qiáng)度和堅實(shí)性大大減少了。因此，當(dāng)水溶性粘合劑以水溶液或分散液的形式應(yīng)用時，最好減少向纖維或顆粒中加入水的量。另一方面，熱熔粘合劑(水溶性熱熔粘合劑)是在熔化一凝固過程中起粘合作用的無溶劑粘合劑，并因此無上述麻煩，這種類型的水溶性粘合劑(水溶性熱熔粘合劑)包括那些顯示熱熔粘合性的聚合物，作為代表的有聚乙烯醇，聚烷撐氧，聚酰胺，聚酯和丙烯聚合物。
本發(fā)明所述煙草過濾材料具有如上所述的高的生物降解力，且在煙草過濾嘴(香煙過濾棒)的制造中很有用。上述煙草過濾嘴可通過傳統(tǒng)制造過程制造，例如(a)包括使過濾棒形成模子用纖維狀，粉末狀或類似的過濾材料作為填充物，形成過濾塞的過程，或(b)包括使用塞卷繞機(jī)器螺旋地卷繞或折疊片狀材料以形成過濾塞的過程。按照過程(b)，將片狀材料通過卷繞或折疊定型后再干燥，或，可選擇地，在定型過程前先將片狀材料干燥。
優(yōu)選使用折縐或壓紋的過濾材料以保證煙草抽吸通過過濾塞時無溝流而是一平滑和均勻的通道。通過將折縐或壓紋過濾材料包起來，可獲得一個有均勻截面和吸引人的表面的過濾塞。折縐可通過使片狀材料通過一對具有多槽的向前進(jìn)方向旋轉(zhuǎn)的折縐滾筒來形成皺紋，并且順前進(jìn)方向有輕度的裂痕。壓紋是通過是使片狀材料通過一由凸和/或凹部分的格子狀或任意的浮雕模子形成的滾筒或?qū)⑵瑺畈牧蠅涸诰哂羞@些浮雕模子的滾筒上進(jìn)行的。
折縐槽的間距和深度及壓紋模具的間距和深度可在間距約為0.3-5mm(例如約0.5-5mm)和深度約為0.1-2mm(例如約0.1-1mm)范圍內(nèi)選擇。
片狀過濾材料的特征如壓降(耐抽吸)和吸收度和消除率都可控制的優(yōu)點(diǎn)。另外，通過折皺或壓紋，使過濾嘴在煙草抽吸時具有足夠的透氣性(喘息性)。
舉例說明，通過折縐或壓紋可使過濾嘴在煙草抽吸時有滿意的透氣性，例如具有壓降(耐抽吸)約為200-600mmWG(水柱)且優(yōu)選約300-500mmWG(mmH2O或mmAq)。
在上述塞成形機(jī)器中，將折縐或壓紋的片狀材料放入一漏斗，用包裝薄紙或紙包成一圓柱體，粘貼并截成一定長度制過濾塞。在包裝過程中，對折縐的片形過濾材料的實(shí)際包裝是與它的縐紋或細(xì)紋長度方向垂直的方向進(jìn)行包裝的。
在制造過濾塞中，在包裝紙邊緣粘貼和在柱形過濾材料與包裝紙之間的粘貼是必要的，優(yōu)選水溶性粘合劑作為膠水以使?jié)癖澜饽芰Σ唤档汀？蓱?yīng)用的這種水溶性粘合劑包括，例如，如上所述的，這些水溶性粘合劑可單獨(dú)或結(jié)合使用。
如上所述的煙草過濾嘴，保持了令人滿意的吸煙的芳香柱(味覺)和可口性。即，它的組分纖維或顆粒，例如，涂層纖維素(A)和/或纖維素衍生物(B)可提供優(yōu)秀的吸煙質(zhì)量和高的生物降解性，并實(shí)際的濕分解性。因此，即使過濾嘴被丟棄在門外，它也會在接觸了雨水或類似物后迅速分解，因此減少了污染的危險。
煙草過濾嘴的有意的生物降解可在室外暴露條件下進(jìn)行，例如在溫度為0-50℃，優(yōu)選10-40℃，相對濕度約為30-90％。為加速過濾嘴的生物降解，將過渡嘴置于含有適應(yīng)纖維素的微生物和構(gòu)成纖維素酯的有機(jī)酸的土壤或水中是很有用的。使用含有這些微生物的活性泥漿能夠提高過濾嘴的生物降解能力。
由于本發(fā)明的煙草過濾材料和煙草過濾嘴是由非酯化的纖維素組成核心和纖維素酯組成的包圍核心的表面層構(gòu)成的纖維或顆粒組成的，所以不會降低吸煙質(zhì)量并具有生物降解能力，并因此減輕了環(huán)境污染負(fù)擔(dān)。另外，這種過濾材料和過濾嘴還能提供高的過濾效率。再者，當(dāng)過濾材料和過濾嘴組成時，例如，涂層纖維素(A)，也可同時獲得高濕分解性，并且，盡管它們具有高的干紙強(qiáng)度，當(dāng)它們被弄濕時，它們會很快自動降解。另外，它們還保證了有效去除吸煙時煙草中的有害成分并具有足夠的耐抽吸(壓降)能力，和優(yōu)秀的壓模加工性和生物降解能力。
依照本發(fā)明生產(chǎn)過程，具有上述值得稱贊的特點(diǎn)的煙草過濾材料可以被生產(chǎn)。
下述實(shí)施例是為了進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明，不應(yīng)理解為對本發(fā)明范圍的限定。
實(shí)施例分(崩)解性，堅實(shí)性，重量，涂層量，平均取代度，粘度一平均聚合度和耐抽吸力在實(shí)施例和對照例中是按如下方法計算的。
水分解率(％)將準(zhǔn)確稱量的約0.2g樣品放入含有500ml水的1升燒瓶中(其外直徑為110mm，高為150mm)并用磁攪拌器攪拌使旋渦中心高度為液面高度的1/2。30分鐘后，將漿料通過5目金屬篩過濾并測量濾餅的干重。
然后，用來估計濕分解性的水分解性(％)按下面方程計算。
水分解率(％)＝100×[1-(B/A)]其中A代表樣品的重量(g)，B代表濾餅的干重(g)。
加拿大標(biāo)準(zhǔn)堅實(shí)性(ml)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)P-8121重量(g/m2)JIS-P-8121涂層量(重量％)精確稱量原材料纖維或粉末，然后用醋酸纖維素涂層。所得涂層纖維素在105℃干燥2小時并稱量。醋酸纖維素的涂層量是通過按下面方程計算重量增量來測定的。
涂層量(重量％)＝100×[(D-C)/D]其中C代表原材料纖維素(木漿)的重量(g)，D代表涂層后纖維素的重量(g)。
平均取代度向1.9g樣品中加入丙酮(120ml)和二甲基亞砜(30ml)使之溶脹，然后向其中加入30ml 1N-NaOH水溶液，在室溫攪拌下皂化2小時。反應(yīng)完成后，向所得混合物中加入熱水100ml且攪拌5分鐘，再向混合物中加入純水25ml。這樣，平均取代度是使用1N-H2SO4水溶液反滴定消耗堿以酚酞為指示劑來測定的。
粘度一平均聚合度將干燥樣品(0.5000g)準(zhǔn)確稱重量(C)并放入100ml計量瓶中。向樣品中加入丙酮約70ml使之成為溶液。將溶液溫度調(diào)至25℃并繼續(xù)加入丙酮使溶液達(dá)到100ml。在奧氏粘度計中加入10ml所得溶液。分別測定溶液和溶劑(丙酮)在25℃時滴落時間，準(zhǔn)確到0.01秒，且粘度一平均聚合度(DP)按下面公式計算。－(ηsp/C)/(l/k×ηsp)ηsp＝t/t0－1k－0.366DP＝169.93×[η]1.623
其中t代表纖維素酯溶液的滴落時間(秒)，t0代表溶劑(丙酮)的滴落時間(秒)，C代表樣品(纖維素酯)的重量。
耐抽吸力將過濾嘴與U-型管水柱平行放置并連接上一真空泵，耐抽吸力是以17.5ml/秒量空氣通過過濾嘴時水柱變化值代表的(Water Gauge，H2O)。
生物降解度可通過下列兩種方法測定(1)活性泥漿法根據(jù)ASTMD 5209-91，城市污水處理廠培養(yǎng)的活性泥漿可用作活性泥漿。至于實(shí)驗(yàn)樣品，每個試驗(yàn)樣品2g預(yù)先在液氮中冷凍3分鐘并加入咖啡粉中3分鐘?；显谝旱欣鋬?分鐘并用震蕩粉碎機(jī)粉碎3分鐘得到實(shí)驗(yàn)樣品(100目過篩)。
使用實(shí)驗(yàn)樣品濃度為100ppm(投料30mg)且所述活性泥漿濃度為30ppm(投料9mg)，試驗(yàn)在25±1℃條件下進(jìn)行4星期，降解率按釋放出的二氧化碳量轉(zhuǎn)化的游離碳原子數(shù)相對于試驗(yàn)樣品中總碳原子數(shù)的百分比計算。
(2)酶降解法這種方法測定的降解性(分解性)是由酶引起的。即，向0.1g樣品中加入含288CUN的纖維素酶[Cellcrast 1.5N(商品名)，由Novo Nordisk Bioindustries，Ltd.制造]的20ml緩沖液(PH4.8)，并將所得混合物在45℃下，攪拌7小時進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)完全后，用G4-玻璃過濾器過濾反應(yīng)混合物，將剩余物干燥，測定反應(yīng)完全后樣品重量。樣品的剩余率以下式方程計算。
剩余率(％)＝[X/0.1]×100其中X代表反應(yīng)后樣品的重量。
吸煙質(zhì)量試驗(yàn)進(jìn)行如下將樣品預(yù)先定型為過濾塞，將市場買來的香煙(商品名Wakaba，由Japan Tobacco Inc制造)，過濾嘴去除掉，接上樣品過濾塞。并且使用這種樣品，使用5個習(xí)慣吸煙者為目標(biāo)按下列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行芳香性(味覺)和可口性等吸煙質(zhì)量的測試。樣品芳香性和可口性的級別為5個人測定值的平均值。
測定標(biāo)準(zhǔn)3級芳香性和可口性通過樣品吸的香煙無熱(辛辣味)味覺(芳香性)且香煙很可口。
2級芳香性和可口性香煙吸起來無辛辣味覺但不可口。
1級芳香級和可口性香煙吸起來有辛辣味。實(shí)施例1將10g具有加拿大標(biāo)準(zhǔn)堅實(shí)度值為270ml的漂白軟木硫酸鹽漿粕浸到含0.15％重量的纖維素醋酸酯(乙?；潭葹?5.5％，平均取代度為2.45，剩余鈣與剩余硫酸摩爾比為1.2，平均聚合度為370)的500ml丙酮溶液中15秒，并攪拌，其中漿料是用水裂解，用丙酮取代，攪拌15秒獲得的。將浸漬過的漿料拿出在空氣中干燥得到在表面涂覆了纖維素醋酸酯的涂層纖維。在涂層纖維中，纖維素醋酸酯的涂層量占總涂層纖維重量的5.0％。將所得涂層纖維均勻分散在50升水中，并用所得漿料，利用傳統(tǒng)濕編織技術(shù)編織成網(wǎng)。將此網(wǎng)脫水并干燥得到一片狀物重30g/m2。此片狀物的水分解率為65.9％。至于生物降解性，此片狀物按活性泥漿法測定的4-星期降解率為63％，接酶降解法測定的剩余率為72.2％。
實(shí)施例2將10g通過用水裂解，再置于丙酮中，再通過過濾除去溶劑所得的具有加拿大標(biāo)準(zhǔn)堅實(shí)度值為270ml的漂白軟木接枝漿粕，在攪拌下，加入到含3％重量的纖維素醋酸酯(乙?；潭葹?5.5％，平均取代度為2.45，剩余鈣與剩余硫酸摩爾比為1.2，平均聚合度為370)的400ml丙酮溶液中。將所得混合物置于-水浴中用攪拌器充分?jǐn)嚢?，并因此，纖維素醋酸酯聚集或固化。所得物在空氣中干燥得到表面涂覆了纖維素醋酸酯的涂層纖維。使用所得纖維，應(yīng)用傳統(tǒng)技術(shù)按實(shí)施例1同樣操作織網(wǎng)，并脫水干燥得到重量為34.1g/m2的片狀物。作為測量崩解性和生物降解性的結(jié)果，證明此片狀物水分解性為63.2％，使用活性泥漿法的降解率為63％，使用酶降解法的剩余率為71.5％。實(shí)施例3重復(fù)實(shí)施例2的操作過程，只是將使用含5.0％重量的纖維素醋酸酯丙酮溶液涂層，得到纖維素醋酸酯的涂層量為9.7％重量的涂層纖維。使用這樣得到的涂層纖維，按實(shí)施例1操作得到重量為34.6g/m2的片狀物。測定此片狀物的分解性和生物降解能力，其結(jié)果顯示，片狀物的水崩解性為60.2％，按活性泥漿法測定的降解率為59％，按酶降解法測定的剩余率為72.1％。實(shí)施例4將30g粉末纖維素(裂解并漂白的軟木硫酸鹽漿粕60目過篩)加入到含有5.0％重量的纖維素醋酸酯(乙?；潭葹?5.5％，平均取代度為2.45，剩余鈣與剩余硫酸的摩爾比為1.2，平均聚合度為370)的1升丙酮溶液中，使用攪拌器攪拌均勻分散。使用具有直徑為1mm的噴嘴，以1mm每秒的速率，將所得混合物擠入水浴，所述水浴有葉片(漿葉)以10,000rpm的速率旋轉(zhuǎn)攪拌，因此制得了涂層為重量的9.76％的在表面涂覆上纖維素醋酸酯的涂層纖維。使用此涂層纖維如實(shí)施例1操作，得到重量為25.0g/m2的片狀物。此片狀物的水崩解性為58.6％，至于生物降解性，此片狀物按活性泥漿法測定的4-星期降解率為60％，以酶降解法測得剩余率為76.4％。實(shí)施例5將10g粉末狀纖維素(從漂白軟木硫酸鹽漿粕330目過篩得來)加入到含有1.0％重量的纖維素醋酸酯(乙?；潭葹?5.5％，平均取代度為2.45，剩余鈣與剩余硫酸的摩爾比為1.2，平均聚合度為370)的1升丙酮溶液中，使用攪拌器均勻地分散得到一混合物。此混合物噴淋并用噴霧干燥器在100℃氣流下干燥，得到表面被纖維素醋酸酯涂覆的纖維素粉末。纖維素醋酸酯在涂層粉末中所占比例約為10.2％重量。使用所得的涂層粉末，采用實(shí)施例1中相同的濕編織技術(shù)織網(wǎng)，將此網(wǎng)脫水并干燥得到重量為25.0g/m2的片狀物。測定此片狀物的分解率和生物降解率，所得結(jié)果，片狀物的水分解率為61.2％，使用活性泥漿法測得降解率為60％，且使用酶降解法測得剩余率為73.0％。實(shí)施例610g經(jīng)水裂解再用丙酮取代并充分弄皺但未纏結(jié)的漂白軟木硫酸鹽漿粕，向這未纏結(jié)的漿料表面噴淋30g丙酮溶液，此溶液含有重量為1.0％的纖維素醋酸酯(乙?；潭葹?5.5％，平均取代度為2.45，剩余鈣與剩余硫酸的摩爾比為1.2，平均聚合度為370)，并在空氣中干燥，得到纖維表面被纖維素醋酸酯涂覆的涂層纖維。涂覆量占總涂層纖維重量的1.8％。使用此涂層纖維，按實(shí)施例1同樣操作，得到一網(wǎng)，將此網(wǎng)脫水并干燥，得到重量為28.4g/m2的片狀物。測定此片狀物的分解率和生物降解能力，此片狀物的水分解率為64.8％，使用活性泥漿法測定的降解率為66％，使用酶降解法的剩余率為70.1％。實(shí)施例7按實(shí)施例6操作，除了丙酮溶液含重量為3.0％的纖維素醋酸酯之外，得到纖維素醋酸酯涂層量為5.7％重量比的涂層纖維。使用此涂層纖維按實(shí)施例1操作，得到重量為29.0g/m2的片狀物。測定此片狀物的分解率和生物降解率，結(jié)果此片狀物的水分解率為62.2％，使用活性泥漿法測定的降解率為65％，使用酶降解法測定的剩余率為71.6％。實(shí)施例8重復(fù)實(shí)施例6操作，除了丙酮溶液含重量為5.0％的纖維素醋酸酯，得到涂層纖維(纖維素醋酸酯的涂層量為9.4％重量)。使用此涂層纖維，按實(shí)施例1同樣操作，得到重量為28.6g/m2的片狀物。此片狀物的水分解性，用活性泥漿法測得的降解率和用酶降解法測定的剩余率分別為56.1％，61％和73.5％。
對比例1使用與實(shí)施例1相同的漂白軟木硫酸鹽漿粕，但不用其它的，按傳統(tǒng)濕編織方法織網(wǎng)，并將網(wǎng)脫水，干燥得到重量為29.5g/m2的片狀物，作為此片狀物的分解率和生物降解率的測定結(jié)果，此片狀物顯示出的水分解率為69.7％，使用活性泥漿法測定的降解率為73％，使用酶降解法的剩余率為54.3％。對比例2測定具有Y-型截面的折縐的纖維素醋酸酯短纖維(堅實(shí)度為3旦，纖維長度為5mm，乙酰化程度為55.5％，平均取代度為2.45，剩余鈣與剩余硫酸的摩爾比為1.2，平均聚合度為370)，作為結(jié)果，此纖維用活性泥漿法測得的降解率為6％，用酶降解法測定的剩余率為96.8％。實(shí)施例9將由實(shí)施例1獲得的寬度為28cm的片狀過濾材料用打縐滾筒(表面溫度為150℃，槽間距為2.0mm，槽深為0.7mm)以100m/min的速度打縐。材料顯示出良好的可加工性。打縐的過濾材料可以250m/min的速度，不加增塑劑的條件下，制成過濾塞。這種過濾塞長為108mm，周長為23.5mm，重量為1.05g/塞。實(shí)施例10-16按實(shí)施例9的操作制成過濾塞，但分別使用實(shí)施例2-8的片狀過濾材料。
對比例3重復(fù)實(shí)施例9的過程，但使用對比例2得到的片狀過濾材料制成過濾塞。對比例4過濾塞(108mm長，23.5mm周長，重1.10g/塞)如上述同樣方法獲得，除了使用如對比例子中的纖維素醋酸酯短纖維束，還使用三醋精作為增塑劑。
分別測定實(shí)施例9-16和對比例3，4過濾塞的分解率和吸煙質(zhì)量，結(jié)果如下表所示。
表濕崩解性芳香性和可口性級別實(shí)施例 967.62.6實(shí)施例1065.62.8實(shí)施例1161.82.4實(shí)施例1260.22.2實(shí)施例1362.82.6實(shí)施例1466.42.8實(shí)施例1563.52.6實(shí)施例1657.72.4對比例 371.81.2對比例 4 4.02.8從上表結(jié)果可以看出，由實(shí)施例9-16制得的過濾嘴比對比例4的過濾嘴有較好的水分解率，且與對比例3的過濾嘴相比有較好的吸煙質(zhì)量，其吸煙質(zhì)量與對比例4一樣好。實(shí)施例17將10g軟木磺化漿料(α-纖維素含量為94％)在1000ml水中浸漬1小時，并將此浸漬的漿料脫水至含水量為漿料的5倍，所得物用100ml醋酸取代。另外，向上述混合物中再加入600ml醋酸和600ml醋酐。在氮?dú)饬髦杏驮?0℃反應(yīng)1小時。將反應(yīng)混合物倒入3000ml水中，因此，過量醋酐將分解。將所得混合物過濾，用水洗滌并干燥得到具有平均取代度為0.15的纖維狀纖維素衍生物(纖維長4mm，纖維直徑20μm)。這種纖維素衍生物用活性泥漿法測定的生物降解度為61％。將纖維狀纖維素衍生物用分散染料染色(分解黃3，由Aldrich Chemical Company Inc.制造)，并用顯微鏡觀察纖維截面。作為結(jié)果，只有纖維的外圓區(qū)域(表面層)被染上了顏色，并因此確定只有纖維的表面被乙酰化了。對比例5測定市場上煙草過濾嘴中平均取代度為2.4的纖維素醋酸酯纖維(堅實(shí)度為3旦，Y-型截面)的生物降解率。結(jié)果，使用活性泥漿法測定的降解為2％。實(shí)施例18將由實(shí)施例17得到的纖維狀纖維素衍生物用包裝紙包裝為內(nèi)直徑為7.9mm且長度為17mm的過濾嘴，且此煙草過濾塞承受50mm水柱的壓降。根據(jù)吸煙質(zhì)量試驗(yàn)測定這種過濾嘴的吸煙質(zhì)量，其結(jié)果，芳香性和可口性級別為2.8。實(shí)施例19按重量比，將90份從實(shí)施例17獲得的纖維狀纖維素衍生物和10份漂白軟木硫酸鹽漿粕在10000重量份水中分散為一均勻漿料，漿料用多孔板脫水并干燥得到重量為35g/m2的片狀物，將此片狀物定型為波紋型，并用包裝紙將此波紋片包裝為能承受50mm水柱壓降，具有內(nèi)直徑為7.9mm和長度為17mm的過濾嘴。將此過濾塞進(jìn)行吸煙質(zhì)量試驗(yàn)，其結(jié)果，此過濾嘴的芳香性和可口性級別為2.6。對比例6如實(shí)施例19類似方法，使用漂白軟木硫酸鹽漿粕而不用其他材料，制成過濾嘴(內(nèi)直徑為7.9mm，長度為17mm，耐抽吸力為50mmWG)。使用吸煙質(zhì)量測試法測定其吸煙質(zhì)量，其結(jié)果，此過濾嘴的芳香性和可口性級別為1.2。
權(quán)利要求
1.一種煙草過濾材料由具有核心和包圍核心的表面層的纖維或顆粒組成，其中表面層由纖維素酯組成且核心由非酯化纖維素組成。
2.權(quán)利要求1所述的煙草過濾材料，其中纖維或顆粒是(A)由纖維狀或特定纖維素和纖維素酯組成的涂層纖維素，其中所述纖維狀或特定纖維素的表面被所述纖維素酯涂覆，或(B)由天然纖維素或再生纖維素纖維或顆粒衍生來的纖維狀或特定纖維素衍生物，其中表面層的酯化部分和核心的非酯化部分是通過酯化纖維或顆粒表面形成的，所述纖維素衍生物作為整體的平均取代度不超過1.5。
3.權(quán)利要求1所述的煙草過濾材料，其中纖維素是含有2-4個碳原子的有機(jī)酸酯。
4.權(quán)利要求1所述的煙草過濾材料，其中纖維素酯是纖維素醋酸酯。
5.權(quán)利要求1所述的煙草過濾材料，其中非酯化纖維素是木漿。
6.權(quán)利要求2所述的煙草過濾材料，其中在涂層纖維素(A)中，所述纖維素酯的涂覆量不少于涂層纖維素(A)總重量的0.1％重量。
7.權(quán)利要求2所述的煙草過濾材料，其中涂層纖維素(A)由木漿和纖維素醋酸酯組成，所述木漿的表面被纖維素酯涂覆，所述纖維素酯的平均取代度為1-3，纖維素酯的涂層量為所述涂層纖維素(A)總量的0.1-50％重量。
8.權(quán)利要求2所述的煙草過濾材料，其中所述纖維狀或特定纖維素衍生物(B)的整體平均取代度為0.02-1.2。
9.權(quán)利要求2所述的煙草過濾材料，其中所述涂層纖維素(A)或所述纖維素衍生物(B)是生物可降解的。
10.權(quán)利要求9所述的煙草過濾材料，其中所述涂層纖維素(A)或所述纖維素衍生物(B)按照ASTM D 5209-91以二氧化碳的釋放量為指示測定的4星期降解率不少于總重量的20％重量。
11.權(quán)利要求2所述的煙草過濾材料，其中所述涂層纖維素(A)或所述纖維狀或特定纖維素衍生物(B)是具有纖維直徑為0.01-100μm和纖維長度為50μm-10mm的纖維。
12.權(quán)利要求2所述的煙草過濾材料，其中所含涂層纖維素(A)或纖維狀或特定纖維素衍生物(B)的比例不少于過濾材料總量的30％重量。
13.權(quán)利要求1所述煙草過濾材料，為片形。
14.權(quán)利要求13所述煙草過濾材料，是被折皺或壓紋的。
15.權(quán)利要求1所述的煙草過濾材料，是具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的片形，并且包括(A)由木漿或粉末狀木漿和纖維素醋酸酯組成的涂層纖維素，其中所述木漿表面被占涂層纖維素總量1.0-30％重量的乙?；潭葹?0-62％的纖維素醋酸酯涂覆的，且涂層纖維素是生物可降解的，或(B)從天然或再生纖維素纖維或顆粒衍生來的纖維失或特定纖維素衍生物，其中的乙?；砻娌糠趾头且阴；暮诵牟糠质峭ㄟ^酯化所述纖維或顆粒表面形成的，且所述纖維素衍生物作為整體的平均取代度為0.05-0.5，且所述纖維素衍生物是生物可降解的。在過濾材料總重量中所述涂層纖維素(A)或所述纖維狀或特定纖維素衍生物(B)所占比率不少于50％。
16.權(quán)利要求15所述的煙草過濾材料，按ASTMD5209.91以二氧化碳的釋放量為指示測定的4星期降解率不少于總重量的40％。
17.從天然或再生纖維素纖維或顆粒衍生來的纖維狀或特定纖維素衍生物，其中所述纖維素衍生物由核心和包圍所述核心的表面構(gòu)成，其中酯化的表面層部分和非酯化的核心部分是通過酯化所述纖維或顆粒表面形成的，纖維素衍生物作為整體的平均取代度不大于1.5。
18.從天然或再生纖維素纖維或顆粒衍生來的纖維狀或特定纖維素衍生物，其中所述纖維素衍生物由核心和包圍核心的表面層構(gòu)成，其酯化的表面層部分和非酯化的核心部分是通過酯化所述纖維或顆粒表面形成的，且纖維素衍生物作為整體的平均取代度不大于1.5，且所述纖維素衍生物是通過用有機(jī)酸和有機(jī)酸酐或有機(jī)酸鹵化物在液相中處理天然或再生纖維素纖維或顆粒得到的。
19.一種煙草過濾嘴由核心和表面層構(gòu)成的纖維或顆粒組成的過濾材料組成，其中所述包圍核心的表面層是由纖維素酯組成的，所述核心由非酯化的纖維素組成。
20.一種生產(chǎn)煙草過濾材料的方法，包括(A)使用纖維素酯對纖維狀或特定纖維素表面涂覆以得到涂層纖維素的涂覆方法，或(B)用有機(jī)酸和有機(jī)酸酐或有機(jī)酸鹵化物在液相中處理天然或再生纖維素纖維或顆粒以得到纖維素衍生物的處理方法
21.權(quán)利要求20所述的煙草過濾材料的生產(chǎn)方法，其中所述涂覆方法(A)是通過使所述纖維狀或特定纖維素表面附著或粘附纖維素酯而完成的，并干燥所得涂層纖維素。
22.權(quán)利要求21所述的煙草過濾材料的生產(chǎn)方法，其中是用所述纖維素酯浸漬或噴淋所述纖維狀或特定纖維素使所述纖維素酯附著或粘附在所述纖維素表面的。
23.權(quán)利要求20所述的生產(chǎn)煙草過濾材料的方法，其中在涂覆過程(A)中，向纖維狀或特定纖維素與纖維素酯溶液的混合物中加入纖維素酯的不良溶劑。
24.權(quán)利要求20所述的生產(chǎn)煙草過濾材料的方法，其中在涂覆過程中，纖維狀或特定纖維素和纖維素酯溶液的混合物是噴淋干燥的。
25.權(quán)利要求20所述的生產(chǎn)煙草過濾材料的方法，其中處理過程(B)是在無催化劑條件下進(jìn)行的。
全文摘要
一種煙草過濾材料含有具有核心和包圍所述核心的表面層的纖維或顆粒，其中表面層由纖維素酯構(gòu)成且核心由非酯化的纖維素構(gòu)成。纖維或顆?？梢允?A)使用纖維素酯例如纖維素醋酸酯在纖維或顆粒表面涂覆的涂層纖維素纖維或顆粒或(B)從天然或再生纖維素衍生來的，具有平均取代度不大于1.5的纖維狀或特定纖維素衍生物。作為纖維素纖維或顆粒，木漿被使用。
文檔編號A24D3/10GK1129089SQ9511862
公開日1996年8月21日 申請日期1995年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月22日
發(fā)明者淺井種美, 島本周, 松村裕之, 柴田徹 申請人:大世呂化學(xué)工業(yè)株式會社