專利名稱：煙氣的過濾材料、纖維狀纖維素酯及其生產(chǎn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及濕分解性得以改善的一種煙氣過濾材料，用于該材料的纖維素酯纖維，生產(chǎn)這種纖維的方法及用該種材料生產(chǎn)出的香煙過濾嘴。這種過濾嘴的特點是煙氣的內在質量高并且其濕分解性得到了改善。
因為，香煙過濾嘴是為了除去煙氣的焦油成份而設計，并且它同時提供了令人滿意的煙氣內在質量，因此，過濾棒通常是用加有增塑劑(如甘油三乙酸酯)的乙酸纖維素的纖維束鑄塑而成的。因為纖維束中的單絲是通過增塑劑部分地彼此熔合在一起，所以在過濾棒用過而扔掉后，這種過濾棒在外部環(huán)境中要花很長的時間，才能進行自身的分解，因此，這就增加了對環(huán)境的污染。
眾所周知，香煙過濾嘴的包裹紙是由褶皺的木漿板制成，而香煙過濾嘴是由再生的纖維束組成。這種香煙過濾嘴與含有乙酸纖維素濾絲(纖維束)的過濾棒相比，它的濕分解性有所增大，這就在某種程度上減緩了對環(huán)境的污染。然而，用這種過濾嘴過濾煙氣的效果不僅很差，而且，與乙酸纖維過濾嘴相比，它選擇性地去除苯酚類的性能大大地降低了，而這種性能對任何香煙過濾嘴來說，均是必需的。另外，在給定的壓力損失下，上述過濾嘴的硬度要低一些。
日本專利申請公開號為第96208/1977(JP-A-52-96208)的專利公開了一種含有乙酸纖維漿的板材，這種板材是用特殊的技術來加工短纖維熱塑性樹脂而制成的。因為，這種板材是用木漿和短纖維混合而紡成的紙，并且它是在加熱的情況下壓制而成的，因此它的拉力強度及用水浸泡后延伸率增大了，防水性增強，但是它的分解性極差。
日本專利公告第38720/1975(JP-B-50-38720)號公開了一種含有人造纖維的過濾嘴，它的表面積不少于3m2/g，這種人造纖維是由直徑為0.1至10μm的乙酸纖維素的微細纖維組成的。然而，由于這種人造纖維具有很致密的纖維組織，因此，纖維內部的粘著足以使過濾嘴具有很高的強度，但是它很難分解。再者，因為，過濾嘴的表面面積很大，因此，它能很好地從煙氣中除掉其有害成份，但同時也除去芳香成份，這樣，煙氣的質量受到了嚴重損失。
日本專利公開第45468/1978(JP-A-53-45468)公開了一種由無紡纖維板材組成的過濾材料，纖維素酯纖維占該纖維板材重量的5％至35％，該纖維素的直徑為0.5至50μm，其表面積不小于5m2/g。短纖維占該纖維素酯重量的65％至95％。然而，因為這種纖維素酯纖維具有著致密的纖維組織，因此，這種過濾材料的分解性仍不足以解決其污染環(huán)境的問題，另外，這種過濾嘴可能會降低香煙的煙氣內在的質量(香味、吸味和可口性)。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種不影響煙葉的香味、吸味和可口性的煙氣過濾材料，該材料具有極高的濕分解性，以減少其對環(huán)境所造成的危害。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種煙氣過濾材料，它的干強度很高，并且在濕潤的狀態(tài)下，它本身可迅速分解。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種煙氣過濾材料，它可很有效地去除煙氣中的有害成份，而不影響煙氣的內在質量。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種用于過濾嘴材料的并具有以上優(yōu)點的纖維素酯纖維及生產(chǎn)這種纖維的方法。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種具有以上優(yōu)點的煙氣過濾嘴。
本發(fā)明的發(fā)明人在為完成上述目的所作的大量的研究工作中發(fā)現(xiàn)與一般的致密的單纖維相比，含有大直徑及小的比表面積的纖維素酯纖維的過濾嘴不僅煙氣的內在質量很高，可有效地從煙氣中去除其有害成份，而且經(jīng)過環(huán)境中的雨水及其它水分的浸泡，它極易分解。本發(fā)明就是基于上述發(fā)現(xiàn)而發(fā)展起來的。
因此，本發(fā)明的纖維狀的纖維素酯是一種有纖維組織的纖維素酯纖維，該纖維的平均直徑為15至250μm，它的BET的比表面積為0.5至4.5m2/g。本發(fā)明的煙氣過濾材料包括纖維狀的纖維素酯。在材料中纖維狀纖維素酯的比例可在很寬的范圍內自由選擇，例如，該比例不小于材料總重量的20％。上述提到的纖維素酯通常包括含有2至4個碳原子的有機酸的各種纖維素酯。而這種過濾材料可為具有紙網(wǎng)結構的板材及該板材可被壓紋或壓皺。本發(fā)明的香煙過濾嘴就包括這種煙氣過濾材料。
上面所提到的纖維狀纖維素酯是在纖維素酯的沉淀劑(非溶劑或不良溶劑)的作用下，從噴嘴中擠出纖維素酯溶液而得到的，同時壓出物受到了剪切力作用。
在說明書中所用的詞“板材”為二維象紙一樣的人工制品，可將其卷成筒狀?！捌骄睆健敝冈跐駶櫟臈l件下測得的各個單絲直徑的平均值。當單絲有許多分支時，它的最堅固部分的直徑就是該單絲的直徑。


圖1為用本發(fā)明的方法進行生產(chǎn)時所用的設備的剖面示意圖。
圖2為圖1所示的設備中的噴嘴的透視圖。
圖3為用本發(fā)明的方法進行生產(chǎn)時所用的另一種設備的剖面示意圖。
圖4為圖3所示的設備中的噴嘴的透視圖。
所述的纖維素酯包括纖維素的有機酸酯如乙酸纖維素、丁酸纖維素、丙酸纖維素等；纖維素的無機酸酯，如硝酸纖維素、硫酸纖維素、磷酸纖維素等；還包括纖維素的混酸酯，如乙酸丙酸纖維素、乙酸-丁酸纖維素、乙酸鄰苯二甲酸纖維素，硝酸-乙酸纖維等；及纖維素酯的衍生物，如由聚己酸內酯接枝的乙酸纖維素等，但又不局限于所列舉的材料。這些纖維素酯可單獨使用，也可合在一起使用。本發(fā)明的纖維狀纖維素酯可包括除了這纖維素酯或多種纖維素酯以外的其它物質。然而纖維中的纖維素酯的含量最好不得小于纖維狀纖維素酯總重量的50％。
纖維素酯的平均聚合度可約為10至1000，最好約為50至900，當然在200至800之間更好。并且纖維素酯的平均取代度可約為1至3(如約為1至2.7)纖維素酯的平均取代度約在1至2.15的范圍內，最好是在1.1至2.0的范圍內，這樣，有利于促進生物降解能力。
這些并不是對纖維素酯原料的具體限定。因此，天然纖維素及再生纖維素均可以使用。實際上，通常使用木漿。雖然，纖維素酯的原料最好為高純度的纖維素，但是，本發(fā)明的特點是可有效地利用低等級的纖維素材料(如約占重量5-20％半纖維的木漿)。
在纖維素酯中，剩余的堿金屬或堿土金屬與剩余的硫酸的當量比約為0.1至1.5，最好約為0.3至1.3(如約為0.5至1.1)，這樣不僅纖維素的抗熱性很高，而且它的生物降解性也很高。上面所提到的殘余硫酸是在纖維素酯的生產(chǎn)中用作催化劑的硫酸的殘余物，它可以游離的硫酸、硫酸鹽、硫酸乙酯或硫酸酯的形式存在于纖維素酯中。加入的堿金屬(如，鋰、鈉或鉀)或堿土金屬(如鎂、鈣、鍶、鋇)不僅是作為硫酸催化劑的中和劑，而且，也用于改善纖維素酯的抗熱性。
優(yōu)選的纖維素酯包括有機酸酯(如具有2至4個碳原子的有機酸酯)，特別是乙酸纖維素。盡管通常乙酸占乙酸纖維素(乙?；?的約43％至62％，乙酸纖維素的乙酰化度在約29％至52％的范圍內，最好是在約31％對49％的范圍內，其生物降解性最好。由此可見，乙酸纖維素的乙?；潭瓤稍诩s29％至62％的范圍內選擇。
乙酸纖維素的形狀是成纖維形的，另外，纖維可能更接近于沒有確定的形狀，如有很多分支。纖維素酯纖維的平均直徑約為15至250μm(如約為20至200μm)，最好約為20至200μm，當然在30-150μm的范圍內更好。如果纖維的平均直徑小于15μm，材料的強度就會降低，另一方面，如果纖維的平均直徑超過250μm，它的可塑性就會下降。纖維狀纖維素酯纖維的長度可在不影響材料強度及可塑性的范圍內自由地選擇，其長度一般約為0.1至10mm，最好約為0.2至5mm。
在此，并不特別限定纖維狀纖維素酯的截面形狀。因此，它可以是圓形的、橢圓形的或不規(guī)則的形狀(如Y形、R形、X形、I形)及環(huán)形(中空的)，如果必要的話，纖維素酯纖維也可是卷曲的。
纖維狀纖維素酯是有纖維組織的纖維，由低溫氮吸附法(BET)所測得的纖維的比表面積(以下稱為BET比表面積)約為0.5至4.5m2/g，最好約為0.5至4m2/g(如1至3m2g)。在很多例子中，它是在約0.7至3.8m2/g的范圍內(如0.7至3.5m2g)。若BET比表面積小于0.5m2/g，那么，從煙氣中除去有害成份的效率就會降低，相反，若該比表面積超過4.5m2/g，那么，香煙中的香味或香料成份也會被除去，與此同時，就會降低香煙的煙氣的內在質量。
與非纖維組織的短纖維及具有致密纖維組織的微細纖維不一樣，具有上面所提到的平均直徑及BET比表面積的有纖維組織的纖維素酯纖維盡管強度很高，但同時它的濕分解性也很好。因此，可以滿足強度及分解性兩方面的要求。另外，該纖維具有足夠的過濾效率，它在不破壞煙氣的香味、吸味及可口性的情況下，可有效地去除煙氣中的有害成份。
上面所提到的纖維狀纖維素酯是用下面的方法生產(chǎn)出來的，例如，把纖維素酯溶液或紡絲原液從噴嘴中擠到纖維素酯的沉淀劑或介質(下面有時稱其為凝固劑或不良溶劑)中，并且在壓出物上作用著剪切力。從噴嘴中擠出的纖維素酯溶液與沉淀劑(凝固劑)接觸，在纖維的圓周表面上開始凝固。在這一過程中，剪切力作用在纖維素酯的溶液(紡絲原液)上，以擠壓出部分纖維組織，并切斷未凝固的纖維束或纖維，得到具有上述平均直徑和BET比表面積的纖維素酯纖維。在使用噴嘴，用以上的方法使紡絲原液形成纖維并凝固時，生產(chǎn)本發(fā)明的纖維狀纖維素酯的效率很高。然而，生產(chǎn)纖維狀纖維素酯的技術并不限于以上的方法。但是，在所有的方法中，在纖維素酯凝固的同時，必須在其上作用著剪切力。
現(xiàn)在，結合下面的附圖來詳細地描述本發(fā)明的生產(chǎn)工藝。
在本發(fā)明的實際操作中，可以使用各種設備，但是必須在擠壓紡絲原液的同時，使其受到剪切力。在許多情況下，這種設備包括一個凝固液的通道，把纖維素酯溶液(下面有時稱為紡絲原液)輸送到通道中的噴嘴元件，和把從噴嘴元件中擠壓出的纖維狀紡絲原液切斷的切割元件。
圖1為用本發(fā)明的方法進行生產(chǎn)時所用設備的示意圖。圖2為圖1所示的設備中噴嘴元件的透視圖。
圖1和圖2所示的設備包括限定在圓柱形管壁1a內的通道1，它用于提供凝固液；裝在通道1內的噴嘴元件2，它用于把紡絲原液輸送到通道內；和把紡絲原液從噴嘴元件中擠出而形成的纖維在剪切力的作用下而切斷的切割元件6。
噴嘴2包括裝有用于提供紡絲原液的喂料口4的圓柱形殼體3，在殼體3的下游的端壁上的許多小孔5。切割元件6包括在殼體3內軸向延伸的軸7及安裝在軸前端的切刀8，切刀8在旋轉驅動裝置如電機的帶動下旋轉。切割元件6的切刀8以滑動的方式進行旋轉，即它以幾何上更接近于擠出紡絲原液的圓柱形管壁1a的方式進行旋轉。
在上述的設備中，紡絲原液在壓力下從喂料口4送入圓柱形殼體3中，并從噴嘴元件2的小孔5中擠出。紡絲原液從小孔5中擠出成纖維狀的纖維后，由切割元件的切刀8切斷，與此同時，它與通道1所提供的凝固液接觸?；剞D切刀8的旋轉力和振動力切斷了從小孔5中擠出的纖維狀紡絲原液，這樣，擠出來的纖維狀紡絲原液被切成(凝固的)短纖維，同時，該纖維具有部分的纖維組織。
圖3為用本發(fā)明的方法進行生產(chǎn)時所用的另一種設備的示意圖，圖4為圖3所示的設備中噴嘴的透視圖。
圖3和圖4所示的設備包括限定在圓柱形管壁11a內的通道11，它用于提供凝固液；裝在通道11內的噴嘴元件12，它用于把紡絲原液輸送到通道內；和把紋絲原液從噴嘴元件中擠出而形成的纖維在由切割元件所產(chǎn)生的渦螺流的剪切力的作用下而切斷的切割元件17。
上面的噴嘴元件12也包括裝有喂料口14的圓柱形殼體13，及在通道下游及殼體的卸料端壁上的許多小孔15組成。紡絲原液在壓力下從喂料口4送入殼體13中，并從噴嘴元件12的小孔15中擠出，從紡絲原液中所得到的纖維16在通道11中與凝固劑接觸。
為了在剪切力的作用下切斷未凝固的纖維狀的紡絲原液，該設備配有一個裝有葉輪型的可旋轉切刀，它與通道11下游的開有小孔15的卸料端有一段距離。在該設備中，從小孔15中擠出的紡絲原液16在凝固液的作用下開始凝固，同時，它在切割裝置17的旋轉切刀的回轉力及振動力所產(chǎn)生的渦流的作用下被切斷。因此，纖維狀紡絲原液16被切成了短纖維，并且在該纖維凝固的同時，它就具有了部分的纖維組織。
切割裝置的切刀可旋轉地裝在殼體卸料端的附近即它與卸料端有一個很小的距離。另外，纖維的纖維化程度及短纖維的長度可通過改變紡絲原液擠出速度，卸料端與切割元件之間的距離與由切割元件所產(chǎn)生(切刀的旋轉速度)的剪切力的大小等因素來控制。只在紡絲原液完全凝固之前，作用著剪切力，當然在它部分凝固時也作用著剪切力。所作用的剪切力并不局限于切刀的旋轉或螺線型的葉輪的剪切力，它可是噴射流的力或脈沖波的沖擊力。
剪切力的大小可根據(jù)原料的種類及其它因素在適當?shù)姆秶鷥冗M行選擇。例如，該剪切力是由直徑為8cm轉速為1,000至10,000rpm，最好約為1,500至5,000rpm的旋轉著的切刀產(chǎn)生的。
當使用圓孔噴嘴時，圓孔的直徑可根據(jù)所需的單絲直徑進行適當?shù)剡x擇，它通常約為10至1000μm。噴嘴也不必是如圖所示的圓孔噴嘴，也可以是一種非圓孔形噴嘴，但是它的截面積通常與圓孔形噴嘴的截面積相等。
通過把纖維素酯溶解在良溶劑中的方法，來制備纖維素酯溶液或紡絲原液，良溶劑通常是根據(jù)纖維素酯的類型及平均取代度而進行適當?shù)剡x擇的。因此，所用的良溶劑包括各種有機溶劑如酮類象丙酮，甲乙酮等；醚類象二氧雜環(huán)己烷；羧酸類象乙酸；酯類象甲基乙酸酯、乙基乙酸酯、甲基溶纖乙酸酯和乙基溶纖乙酸酯；鹵代烷烴類象二氯甲烷，這些有機溶劑的混合物，及由這些溶劑的任一種與醇象甲醇或水組成的混合溶劑。經(jīng)常使用的良溶劑包括丙酮、甲乙酮、二氧雜環(huán)己烷、乙酸及混合溶劑如二氯甲烷-甲醇，丙酮-水和乙酸-水。纖維素酯是把溶劑中的原料纖維素酯化后制備成的紡絲原液，如果必須的話，可水解該酯。
在纖維素酯溶液或紡絲原液中的纖維素酯的濃度通常約占重量的2至50％，最好約為重量的5至40％，當然約占重量的10至25％更好。如果，該濃度小于重量的2％，就不能高效率地生產(chǎn)出纖維素酯纖維。相反，如果該濃度超過重量的50％，就會因溶液的粘度太高，而不能得到所需形狀的纖維。
凝固液(凝固劑)可根據(jù)纖維素酯的類型及所用的良溶劑的類型，在纖維素酯的非溶劑或不良溶劑中進行選擇，例如，所提到的水、醇如甲醇及水與良溶劑的混合物。凝固液通常包括水、甲醇、丙酮-水、二氧雜環(huán)己烷-水和乙酸-水等。用作凝固液的任一混合溶劑要比用作良溶劑的混合溶劑更利于溶于水。
實際上，良溶劑和凝固液的混合物并無一定的局限，以纖維素酯為例，下面推薦一些作為例子的混合物。
(i)平均取代度約為2.5的雙乙酸纖維素，(a)良溶劑丙酮，重量大于或等于70％的丙酮-水凝固液水，或重量小于或等于50％的丙酮-水(b)良溶劑二氧雜環(huán)己烷凝固液水，或重量小于或等于30％的二氧雜環(huán)己烷-水(c)良溶劑乙酸，或重量大于或等于60％的乙酸-水凝固液水，或重量小于或等于40％的乙酸-水。
(ii)平均取代度約為3的三乙酸纖維素(d)良溶劑亞甲基氯化甲醇＝9/1(占重量)凝固液甲醇凝固液與纖維素酯溶液的比例可在不影響產(chǎn)品纖維特性的情況下，進行適當?shù)剡x擇，但是前者與后者的比例通常約不低于10/1(重量)，例如約為30/1至200/1(重量)。
用上面的方法所得到的有纖維組織的纖維素酯的纖維產(chǎn)品并含有很多游離溶劑，因此，它具有很高的膨脹度，如果直接干燥，它就會變?yōu)橐环N很硬的樹脂產(chǎn)品。因此，最好把這些纖維產(chǎn)品進行脫水、漂洗處理，并用沸水或蒸氣進行處理。這些處理就降低了它的膨脹度，而后續(xù)的干燥處理使該纖維變成了柔軟的絨毛狀或絮狀纖維。通常，沸水或蒸汽的處理時間不少于5分鐘(如約10分鐘至2個小時)，最好約為10至50分鐘。
本發(fā)明的纖維材料包括纖維狀纖維素酯。纖維材料的纖維素酯的比例可根據(jù)該材料所需的強度和分解性進行選擇，例如該比例不得低于重量的20％(如約重量的30％至100％)，最好不低于材料總重量的40％(如約占重量的50％至100％)。在許多例子中，纖維材料至少由占重量60％的纖維素酯纖維組成。若纖維素酯纖維的比例少于重量的20％，就會破壞香煙煙氣的內在質量。本發(fā)明的過濾材料的特點是，即使在缺少其它組份的情況下，也可達到適宜的煙氣過濾效率，并且該過濾能得到具有令有滿意的煙氣的香味、吸味及可口性和高的濕分解性。
如果需要，本發(fā)明的過濾材料可能還包括其它一些物質(以下稱之為第二組份)，例如人造聚合物象聚烯烴(如聚乙烯、聚丙烯等)，聚乙烯醇、聚酯(如聚對苯二甲酸乙二醇酯)和聚酰胺類；從木纖維中得到的天然纖維(如軟木漿、硬木漿等)，種子纖維(棉花如皮棉、bombax cotton、木棉等)，韌皮纖維(如麻、亞麻、黃麻、苧麻、構樹纖維灌木纖維等)及葉纖維(如馬尼拉麻、新西蘭亞麻等)及再生纖維如粘膠纖維、銅氨絲、福蒂森、硝化尼龍等。在這些第二組份的例子中，天然纖維(特別是木漿和棉絨漿)及再生纖維有利于促進材料的生物降解能力。
第二種組份的外形并沒有嚴格的限定，但是實際上它是顆粒狀的(特別是粉末)或纖維狀的。若第二組份是纖維狀的，那么材料的可塑性，特別是成紙板的能力均得到改善。
纖維素酯纖維與第二組份的比例可在不破壞煙氣的內在質量及過濾嘴的濕分解性的前提下，進行適當?shù)倪x擇。但是通常前者與后者的重量比為98/2至20/80，最好為95/5至30/70，當然90/10至50/50更好。
在不影響其特性的前提下，上述的纖維素酯和纖維材料可含有各種添加劑。這些添加劑有各種膠粘劑，包括微細的無機物如高嶺土粉末、滑石粉、硅藻土粉，二氧化鈦粉末、氧化鋁粉末、石英粉末，碳酸鈣粉末、硫酸鋇粉末等；熱穩(wěn)定劑如上面所提到的堿金屬鹽及堿土金屬鹽；著色劑；產(chǎn)量改進劑等。另外，生物降解催化劑如檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、或類似物和/或光降解催化劑如錐型鈦白粉的結合可促進生物降解并使材料具有較高的分解性。
在不破壞纖維材料的分解性的范圍內，纖維材料可含有增塑劑如三醋酯或三甘醇二乙酸酯，但是，為了確保該材料具有較高的分解性，最好在該材料中不合有增塑劑，如果必需的話，纖維材料也可含有粘接劑。然而，為了得到具有較高濕分解性的纖維材料，若使用粘接劑的話，最好使用水溶性粘接劑。水溶性粘接劑包括天然粘接劑(如淀粉、改性淀粉、可溶性淀粉、葡萄糖、阿拉伯樹膠、藻酸鈉、酪蛋白，明膠等)、纖維素的衍生物(如羧甲基纖維素、羥基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素等)，和人造樹脂的添加劑(如聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醚，水溶性丙烯酸樹脂、聚乙酸乙烯酯、烷基醚-酒石酸共聚物，聚烷基環(huán)氧化物，水溶性聚酯，水溶性聚酰胺等)。但并不限于這些物質。這些水溶性粘接劑可單獨使用或組合在一起使用。
材料的形狀并沒有嚴格的限定，但是它包括長絲、絮凝物、機織織物、無紡織物、纖維束、網(wǎng)或片。最好的材料是網(wǎng)或片，特別是具有紙網(wǎng)結構的無紡片。在此所用的詞“紙網(wǎng)結構”指單個纖維編織或交織在一起。這種材料的特點是具有很高的紙強度，并且在雨水或類似的情況下，自身快速分解。
上面所提到的過濾材料可用下面的方法制造出來，如(1)用原料，或把含有酯的纖維狀纖維素直接注成過濾材料或(2)把含有纖維狀纖維素酯的組合物展開成片。在上面所提到的第一個方法中，如果需要粘接劑的話，最好使用上面所提到的水溶性粘接劑，這樣，就不會影響材料的濕分解性。在第二種方法中所提到的片材是用以下方法得到的(a)在造紙機上濕布網(wǎng)著含纖維素酯的泥漿(b)干布網(wǎng)著含纖維素酯的組合物。
在濕布網(wǎng)方法(a)中，上述提到的泥漿的固體含量可在允許成網(wǎng)的范圍內自由選擇，例如，它約占重量的0.005％至0.5％。濕布網(wǎng)法可用常規(guī)的方法完成，例如，在裝有多孔板(穿孔的板)的造紙機上進行濕法布網(wǎng)，然后使其脫水并進行干燥處理。
干法布網(wǎng)法(b)也可用常規(guī)方法完成，例如，用空氣噴射法(氣流)把上面所提到的組合物噴到一個網(wǎng)上去。在于法布網(wǎng)中所用的粘接劑為水溶性粘接劑，最好使用那些上面所提到的粘接劑。用水溶性粘合劑制得的材料具有較高的分解性，并在濕潤的條件下，可分解成單一的纖維。
由此可見，用普通的熱壓成型法制成的片材是利用了纖維素酯的熱塑性，這樣使其濕分解性大大降低，而用本發(fā)明的上述技術生產(chǎn)出的過濾材料具有著較高的濕分解性。
本發(fā)明的煙氣過濾材料是用于生產(chǎn)香煙過濾嘴的。制造香煙過濾嘴的方法可以是一種很普通的技術，如把纖維材料包裹起來，以得到過濾棒即把紙喂入濾棒包裝機中。
為了確保煙氣平滑且均勻地通過過濾嘴，在壓制煙氣通道的同時，最好預先把片材進行皺壓成壓紋。通過這種皺壓或壓紋，可得到具有足夠透氣性的過濾嘴。通過上面的說明可見，可以很容易地得到令人滿意的煙氣透氣性的濾嘴，如在濾嘴長度為10cm，直徑為7.8mm的情況濾嘴的壓降(吸煙阻力)約為200至600mmWG(水壓或H2O)，最好約為300至500mmWG。皺壓是把片材引入在片材前進的方向上有著許多凹槽的一對皺壓滾中，以形成皺痕或皺紋，同時沿著它運行的通道，極少出現(xiàn)裂縫。壓紋是讓板材通過一組類似于格子形成帶有隨機凹凸起伏模塊的滾子，或者讓片材受到這樣一個帶有隨機凸起模塊滾子的滾壓。這種皺壓或壓紋可以調節(jié)過濾嘴的透氣性。
在皺壓中凹槽的間距及在壓紋中凹槽的間距可在約0.3至5mm(如約0.5至5mm)的范圍內進行選擇，而皺壓凹槽的深度及壓紋凹槽的深度可在約0.1至2mm的范圍(如約0.1至1mm)內進行選擇。
在濾棒的包裝機中，把皺壓的或壓紋的板材送入一個漏斗中，并用包裝紙在材料的周圍圓柱形地包裹起來，然后上膠，并把它切成過濾嘴的長度。在這種包裝操作中，皺壓的片材實際上是在橫向上或大致垂直于皺痕延伸的方向上包裹著該材料。
在過濾嘴的生產(chǎn)過程中，可根據(jù)需要在圓柱形包裹紙的接縫上和/或圓柱形纖維材料和包裹紙上涂上膠水。在不影響過濾嘴分解性的前提下，可適當?shù)剡x擇上面提到的那些水溶性粘接劑。
這種香煙過濾嘴可以得到令人滿意的香氣、香味、吸味及可口性的這一事實是毫無疑問的。因為，這種過濾嘴是由具有特殊平均直徑及比表面積的有部分纖維組織的纖維素酯纖維制成的，因此，它與由乙酸纖維素所制成的過濾嘴相比，就具有了足夠的過濾效率及具有良好的煙氣的內在質量。另外，盡管它的干強度很高，但是在潮濕的狀態(tài)下，該過濾嘴很容易進行快速分解。
因為本發(fā)明的香煙過濾嘴材料和過濾嘴是由具有特殊平均直徑及比表面積的有纖維組織的纖維素纖維組成的，因此它不會影響香煙的煙氣內在質量，并且在濕的狀況下，它具有著較高的分解性，這樣，就減少了對周圍環(huán)境的負擔，另外，盡管，該過濾嘴具有著較高的紙強度，但是，在濕的狀態(tài)下，它很容易進行快速分解。另外，它在不影響煙氣的香味和吸味的前提下，可有效地除去香煙中的有害成份。
本發(fā)明的方法提供了一種具有以上所述的優(yōu)點的香煙過濾材料，該材料是一種纖維狀的纖維素酯。
下面的例子是為了更詳細地說明本發(fā)明，而不是把本發(fā)明限定在一個范圍內。
實例在下面的例子和對照例中，樣品的重量和分解性是這樣測定的水分解性(％)精確地稱重每一個樣品0.2g，把它放在裝有500ml水的1升的燒杯(直徑為110mm)里，用磁性攪拌器進行攪拌，直到漩渦中心的高度為液面最高高度的一半為至。攪拌30分鐘后，用5目的金屬網(wǎng)篩對樣品進行過濾，然后把存留在篩網(wǎng)上的物質在105℃的溫度下干燥2個小時并稱重。利用下面公式可得到分解性的百分比水分解度(％)＝100×[1-(B/A)]在此A代表樣品的初始重量(g)，B代表干的過濾剩余物的重量(g)。
重量(g/m2)日本工業(yè)標準(JIS)P-8121煙氣內在質量評價用以下方式進行，把每一種樣品均制成一種過濾棒并與香煙(一種商店里買的Hilite香煙，它由日本煙草株式會社生產(chǎn)，從該香煙中去掉過濾嘴)相連。指定5個有吸煙習慣的人為一組，根據(jù)下面的評分標準，對樣品的煙氣內在質量進行評定。
感觀評分標準3沒有辛辣味(刺激性)，存留的煙氣具有好吃味。
2沒有辛辣味(刺激性)，但在一定程度上損失了煙氣的吃味。
1辛辣或有刺激性的。
例1把雙乙酸纖維素(取代度2.5)溶解在由95份重量的丙酮和5份重量的水組成的溶劑中，得到濃度為20％(重量)的溶液，另一方面，準備由丙酮和水組成的(10∶90重量)凝固劑溶液，并把它的溫度調到20℃。
在濾嘴的生產(chǎn)中，使用圖1和圖2所示的帶有切割元件的設備，把上面所準備的凝固液沿如圖1的箭頭所示方向通過通道1a，同時，把上面準備好的雙乙酸纖維素溶液從喂料口4中喂入，并從直徑為200μm的小孔5的噴嘴中擠出，進入凝固劑中，同時由切刀8切斷(直徑為8cm，轉速為2000rpm)，因此，雙乙酸纖維素擠出物在切刀剪切力的作用下成部分地纖維狀，并且在它與凝固劑接觸的同時進行凝固，以得到雙乙酸纖維素的纖維。
由此得到的纖維在離心力的作用下進行脫水，并在50℃的溫水中進行漂洗，以除去溶劑。在顯微鏡下，測得在濕狀態(tài)下的纖維的表觀直徑在100至200μm的范圍內。然后，把纖維浸泡在濕度為100℃的沸水中，30分鐘后，使其脫水(纖維A)。
當這種纖維在90℃溫度的熱氣流中干燥后，就得到了一種柔軟的、絨毛狀的纖維團。這種纖維的長度約在0.5至3mm的范圍內，BET比表面積為3m2/g。把上面的纖維團壓入一個濾棒模中，并用包裝紙進行包裹，以得到過濾棒(長度為25mm，圓周長為24.5mm，單支重為0.23g)。煙氣內在質量的試驗及分解性的試驗表明這種過濾嘴的感觀評分為2.4，水分解度為85％。
例2把例1中所得到的濕狀態(tài)下的纖維A(重量80份)，加入到重量為400,000份的水中，然后加入柔軟的木質(針葉樹)漂白牛皮紙漿B(重量20份)，以制成一種水的分散體(泥漿)，用造紙機將分解體進行濕法布網(wǎng)，并用普通的方法進行脫水并干燥，以得到30g/m2的片材，這種片材所用的配方與喂入法所用的配方相同。但該片材的水分解度為72％。
例3由例2所得到的片材在不加增塑劑的情況下，進行皺壓，并以100m/min的速度用機器卷成過濾棒。所得到的過濾棒的長度為25mm，圓周長為24.5m，每支的重量為0.23g。該過濾棒的分解度和感觀評分分別為75％和2.8。
例4把在預先干燥的例1的纖維A與柔軟的木質漂白的牛皮紙漿B，以重量比為A/B＝80/20的比例混合在一起制成組合物，然后用氣流噴射把該組合物噴到網(wǎng)上，同時，在網(wǎng)上噴入乙烯基乙酸酯的乳狀劑。相對于該種組份來說，加入了5％重量的乙烯基乙酸酯，而得到了35g/m2的片材。該種片材的水分解度為69％。
例5由例4所得到的片材在不加增塑劑的情況下，進行皺壓，并以100m/min的速度卷成過濾嘴(長度為25mm，圓周長為24.5mm，每支重量為0.26g)該過濾嘴的水分解度和感觀評分分別為65％和2.6。
例6一種柔軟的亞硫酸酯漿(α-纖維素含量為92％)作為基質纖維素，用普通的方法對其進行乙?；幚恚从靡宜狒鳛橐阴；噭昧蛩嶙鳛榇呋瘎?，并用乙酸作為反應溶劑，然后老化(水解)，以得到由雙乙酸纖維素、乙酸和水組成的紡絲原液，其中雙乙酸纖維素與乙酸與水之比為20∶60∶20(重量)。把該紡絲原液的溫度調整到60℃。另一方面，制備占重量10％的乙酸水溶液，并把它的溫度調整到20℃，來用作凝固劑。
在過濾嘴的生產(chǎn)中，使用圖3和圖4所示的帶有切割元件17的設備。使凝固液沿箭頭方向通過圖3所示的管子11a，并且把上述的紡絲原液從噴嘴元件12的小孔15中擠出，進入凝固劑中。在這種結構中，在擠出物凝固之前，用葉輪型切割元件17所產(chǎn)生的螺旋液流切斷擠出物，以得到具有部分纖維組織的乙酸纖維素纖維。同時，葉輪的直徑為5cm，轉速為3,000rpm。
該纖維在離心力的作用下進行脫水處理，并在50℃的溫水中進行漂洗，以除去溶劑。在顯微鏡下，測得在濕狀態(tài)下的纖維的表觀直徑在50至150μm的范圍內。然后，把纖維浸泡在溫度為100℃的沸水中，30分鐘后，使其脫水(纖維C)。在該纖維在90℃溫度的熱氣流中干燥后，就得到了一種柔軟的，絨毛狀的纖維團。
使干燥的纖維C(纖維長度為0.3至2mm，BET比表面積為3.8m2/g)與例2中所用的軟柔木質漂白牛皮紙漿B以C/B＝60/40的比例混合，制備成組合物。這種組合物在不加增塑劑的情況下，壓入到一個過濾棒的模中，并用包裝紙進行包裹，以得到過濾棒。該過濾棒的水分解度和感觀評分分別為73％和2.2。
例7把例6中得到的濕纖維C(重量60份)和柔軟的木質漂白牛皮紙漿B(重量40份)均勻地分散到重量為400,000份的水中，把這種水的分散體(泥漿)用造紙機對其進行濕法布網(wǎng)，并用普通的方法對其進行脫水并干燥，以得到30g/m2的片材。這種片材所用的組份與原料的組份相同，但是，該片材的水解度為70％。
例8由例7所得到的片材在不加增塑劑的情況下，用滾子進行皺壓，并將其卷成過濾棒(長度為25mm)，圓周長為24.5mm，單支重量為0.23g)。這種過濾棒的水分解度和感觀評分分別為78％和2.4。
對照例1過濾棒是在甘油三乙酸酯存在下，由雙乙酸纖維束制成，測定該過濾棒的水分解度并對其感官效果進行評定。該過濾棒的水分解度和感觀評分分別為2％和2.6。
對照例2單獨使用軟柔的木質漂白牛皮紙漿B(100份重量)，重復例7的方法，以得到30g/m2的片材，該片材的水分解度為68％。然后，對其進行皺壓并包裹成過濾棒(長度為25mm，圓周長為24.5mm，單支重量為0.23g)。該過濾棒的水分解度和感觀評分分別為74％和1.4。
權利要求
1.一種纖維狀的纖維素酯纖維，它的平均直徑為15至250μm，BET比表面積為0.5至4.5m2/g。
2.一種纖維狀的乙酸纖維素纖維，它的平均直徑為20至200μm，BET比表面積為0.5至4.0m2/g纖維的平均長度為0.2至5mm，該乙酸纖維素的平均取代度為1至2.7。
3.一種煙氣過濾嘴材料，它包括平均直徑為15至250μm、BET比表面積為0.5至4.5m2/g的纖維狀纖維素酯纖維。
4.如權利要求3所述的煙氣過濾嘴材料，其特征在于所述的纖維狀纖維素酯被部分地纖維化。
5.如權利要求3所述的煙氣過濾嘴材料，其特征在于材料中所述的纖維素酯纖維的比例不得少于材料總重量的20％。
6.如權利要求3所述的煙氣過濾嘴材料，其特征在于纖維素酯是含有2至4個碳原子的有機酸的纖維素酯。
7.如權利要求3所述的煙氣過濾嘴材料，其特征在于纖維素酯為乙酸纖維素。
8.如權利要求3所述的煙氣過濾嘴材料，其特征在于所述的纖維狀纖維素酯的纖維長度為0.1至10mm。
9.如權利要求3所述的煙氣過濾嘴材料，還包括天然或再生纖維素。
10.如權利要求9所述的煙氣過濾嘴材料，其特征在于所述的纖維狀纖維素酯與所述的天然或再生纖維素的比為98/2至20/80(重量)。
11.如權利要求9所述的煙氣過濾嘴材料，其特征在于所述的天然或再生纖維為木漿或棉絨漿。
12.如權利要求3所述的煙氣過濾嘴材料，其特征在于該過濾材料是一種具有網(wǎng)狀結構的片材。
13.如權利要求12所述的煙氣過濾嘴材料，其特征在于該過濾材料被皺壓或被壓紋。
14.一種煙氣過濾材料，它包括纖維狀乙酸纖維素，它的平均乙?；葹?9％至62％，乙酸纖維素的重量不少于材料總重量的40％，所述的乙酸纖維素纖維被部分地纖維化，它的平均直徑為20至200μm，BET比表面積為0.5至4m2/g。
15.一種煙氣過濾材料，它包括如權利要求3所述的香煙過濾材料。
16.一種制造平均直徑為15至250μm、BET比表面積為0.5至4.5m2/g的纖維狀纖維素酯纖維的方法，包括將纖維素酯溶液從噴嘴中擠入到所述的纖維素酯的沉淀劑中，并對壓出物施加剪切力。
17.如權利要求16所述的制造纖維狀纖維素酯纖維的方法，其特征在于所述的纖維素酯溶液包括一種纖維素酯及至少一種纖維素酯的良溶劑，該良溶劑選自丙酮、醚、羧酸、酯、鹵代烷烴，這些溶劑的混合物及上述任一種溶劑與醇或水的混合物，并且所述的沉淀劑是選自水、醇及所述的任一種良溶劑與水的混合物中的至少一種。
全文摘要
一種煙氣過濾材料，它包括纖維狀纖維素酯纖維，它的平均直徑為15至250μm，BET比表面積為0.5至4.5m
文檔編號C08L101/16GK1132052SQ95120290
公開日1996年10月2日 申請日期1995年10月20日 優(yōu)先權日1994年10月21日
發(fā)明者松村裕之, 島本周, 柴田徹 申請人:大世呂化學工業(yè)株式會社