Сигаретный фильтр - RU2571020C1

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение предлагает сигаретный фильтр, проявляющий как высокую прочность в сухом состоянии, так и превосходную разрушаемость во влажном состоянии.

Уровень техники

Для сигаретных фильтров требуется достаточная механическая прочность, чтобы выдерживать сжимающее усилие, которое создают пальцы курильщика в процессе курения. При этом сигаретные фильтры, которые остаются в природной среде, должны быстро разлагаться под действием воды или других факторов. Даже в случае незаконного выбрасывания такие сигаретные фильтры должны подвергаться быстрому разрушению и биоразложению, таким образом, чтобы становилось возможным уменьшение загрязнения окружающей среды. Следовательно, сигаретный фильтр должен проявлять как достаточную прочность в сухом состоянии, так и достаточную разрушаемость во влажном состоянии.

Например, публикация японского патента № 3677309 (патентный документ 1, JP-3677309B) описывает материал сигаретного фильтра в форме листа, имеющего структуру бумаги и содержащего неизвитое штапельное волокно на основе сложного эфира целлюлозы и молотую целлюлозную массу, в котором молотая целлюлозная масса имеет степень помола по Шопперу-Риглеру (Schopper-Riegler), составляющую от 20 до 90°SR, причем неизвитое штапельное волокно на основе сложного эфира целлюлозы представляет собой штапельное волокно, имеющее среднюю длину волокна от 1 до 10 мм и тонину (линейную плотность) от 1 до 10 денье. Данный документ описывает, что в изготовлении листового материала может быть использован связующий материал (например, растворимый в воде клей), который не оказывает неблагоприятного воздействия на организм человека, не вызывает ухудшение вкусовой привлекательности табачного дыма и не разрушает фильтрующий материал, и что количество связующего материала предпочтительно является минимально возможным (например, составляет не более чем 10 мас.% по отношению к суммарной массе материала). В число примеров, описанных в данном документе, входит пример, в котором лист, изготовленный из неизвитого штапельного волокна на основе ацетата целлюлозы и молотой целлюлозной массы согласно влажному способу изготовления бумаги, опрыскивали водным раствором карбоксиметилцеллюлозы в количестве 3 мас.% по отношению к сухой массе и получали листовой материал.

Публикация японской выложенной патентной заявки № 7-75542 (патентный документ 2, JP-7-75542A) описывает сигаретный фильтр, содержащий жгут из волокон на основе сложного эфира целлюлозы и растворимый в воде полимер, который содержится в жгуте и связывает волокна, причем из данного жгута изготовлен фильтрующий штранг с использованием не более чем 25 мас. ч. воды по отношению к 100 мас. ч. жгута. Примеры данного документа включают пример, в котором кончик сигаретного фильтра получали, добавляя 5 мас.% натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в качестве растворимого в воде полимера в открытый жгут из извитых волокон на основе ацетата целлюлозы и направляя этот открытый жгут из волокон в оберточную машину для обертывания открытого жгута оберткой фильтра.

Публикация японской выложенной патентной заявки № 8-322539 (патентный документ 3, JP-8-322539A) описывает сигаретный фильтр, содержащий нетканое полотно, состоящее из композиции на основе сложного эфира целлюлозы и связующего материала, имеющего хорошую диспергируемость в воде, причем данное нетканое полотно обертывается в форме стержня. Примеры данного документа включают пример, в котором фильтрующий штранг изготавливают, продувая через проволочную сетку штапельное волокно на основе ацетата целлюлозы потоком воздуха для ламинирования или осаждения и покрывая многослойный материал на проволоке карбоксиметилцеллюлозой в количестве 10 мас.%, используя для опрыскивания 5% водный раствор карбоксиметилцеллюлозы, после чего осуществляют прессование и высушивание влажного многослойного материала, подвергают полученное в результате нетканое полотно обработке путем крепирования и, наконец, полотно свертывают.

Сигаретные фильтры, содержащие эти материалы, разрушаются водой. К сожалению, данные фильтры не проявляют удовлетворительной скорости разрушения и не подвергаются немедленному разрушению водой. В то же время данные документы описывают добавление соли металла и карбоксиметилцеллюлозы для улучшения прочности сигаретного фильтра. При увеличении добавляемого количества соли металла и карбоксиметилцеллюлозы прочность фильтра увеличивается при одновременном уменьшении разрушения. Таким образом, фильтр, имеющий достаточную прочность, не подвергается разрушению в течение короткого периода времени, и этот фильтр проявляет недостаточное разрушение водой. По этим причинам прочность в сухом состоянии все же с трудом совмещается с разрушением во влажном состоянии.

Документы предшествующего уровня техники

Патентные документы

Патентный документ 1: JP-3677309 B (формула изобретения, абзац [0029], примеры)

Патентный документ 2: JP-7-75542 A (формула изобретения, примеры)

Патентный документ 3: JP-8-322539 A (формула изобретения, примеры)

Сущность изобретения

Проблемы, решаемые изобретением

Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить сигаретный фильтр, в котором совмещаются друг с другом достаточная прочность в сухом состоянии и достаточное разрушение во влажном состоянии.

Другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить сигаретный фильтр, который подвергается разрушению во влажном состоянии в течение очень короткого периода времени.

Средство решения проблем

Авторы настоящего изобретения провели интенсивные исследования соотношения между добавляемым количеством растворимого в воде полимера и характеристиками фильтра для решения вышеупомянутых задач и, в конце концов, обнаружили следующие факты (1) и (2): (1) в том случае, где лист изготовлен из штапельного волокна на основе сложного эфира целлюлозы и целлюлозной массы способом изготовления бумаги без добавления растворимого в воде полимера, получаемый в результате лист не только имеет низкую прочность в сухом состоянии, но также проявляет низкую степень разрушения во влажном состоянии вследствие образование ороговевшей или отвердевшей пленки на поверхности посредством водородных связей между штапельным волокном на основе сложного эфира целлюлозы и целлюлозной массой; (2) в том случае, где определенное небольшое количество соли щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера добавляется в штапельное волокно на основе сложного эфира целлюлозы и целлюлозную массу, получаемый в результате лист имеет повышенную прочность в сухом состоянии вследствие интеграции (или объединения) штапельного волокна на основе сложного эфира целлюлозы и целлюлозной массы посредством соли щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера, в то время как во влажном состоянии этот лист подвергается разрушению водой в течение очень короткого периода времени, вероятно, поскольку соль щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера предотвращает ороговение листа, возникающее за счет образования водородных связей между целлюлозными волокнами целлюлозной массы и водородных связей между целлюлозными волокнами целлюлозной массы и штапельными волокнами на основе сложного эфира целлюлозы. Настоящее изобретение было выполнено на основании этих обнаруженных фактов.

Таким образом, настоящее изобретение предлагает сигаретный фильтр, который содержит фильтрующий штранг (или стержнеобразный фильтрующий материал), содержащий штапельное волокно на основе сложного эфира целлюлозы, целлюлозную массу и соль щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера. Данный фильтрующий штранг имеет содержание щелочного металла (количество щелочного металла, получаемого из растворимого в воде анионного полимера), составляющее от 2 до 100 мкмоль (например, от 2 до 90 мкмоль) на 1 г фильтрующего штранга.

Растворимый в воде анионный полимер может содержать по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы, которую составляют полиакриловая кислота и полисахарид, имеющий карбоксильную группу (например, карбоксиметилцеллюлоза, альгиновая кислота). Водный раствор, содержащий 1 мас.% соли щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера, может иметь вязкость, составляющую не более чем 100 мПа·с при измерении вискозиметром (типа B) в условиях температуры, равной 25°C, и скорости вращения, равной 60 об/мин.

Настоящее изобретение также предлагает бумажный лист (или листообразный фильтрующий материал), содержащий штапельное волокно на основе сложного эфира целлюлозы, целлюлозную массу и соль щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера и имеющий содержание щелочного металла (количество щелочного металла, получаемого из растворимого в воде анионного полимера), составляющее от 2 до 100 мкмоль на 1 г листа.

Эффект изобретения

Согласно настоящему изобретению добавление определенного небольшого количества соли щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера в штапельное волокно на основе сложного эфира целлюлозы и целлюлозную массу позволяет получать в результате лист, проявляющий как достаточную механическую прочность в сухом состоянии, так и достаточную разрушаемость во влажном состоянии. Таким образом, согласно настоящему изобретению этот лист во влажном состоянии разрушается в течение очень короткого периода времени.

Краткое описание чертежей

[Фиг. 1] Фиг. 1 представляет график, иллюстрирующий соотношение между содержанием натрия и способностью к разрушению листообразных фильтрующих материалов, изготовленных в примерах.

[Фиг. 2] Фиг. 2 представляет график, иллюстрирующий соотношение между содержанием натрия и способностью к разрушению стержнеобразных фильтрующих материалов, изготовленных в примерах.

[Фиг. 3] Фиг. 3 представляет график, иллюстрирующий соотношение между способностью к разрушению листообразных фильтрующих материалов, изготовленных в примерах, и способностью к разрушению стержнеобразных фильтрующих материалов, изготовленных в примерах.

Описание вариантов осуществления

Сигаретный фильтр

Сигаретный фильтр согласно настоящему изобретению содержит фильтрующий штранг, то есть корпус фильтра, а также в нем, как правило, дополнительно содержится обертка фильтра, которая покрывает фильтрующий штранг. Фильтрующий штранг содержит штапельное волокно на основе сложного эфира целлюлозы, целлюлозную массу и соль щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера. Сигаретный фильтр обычно содержит фильтрующий штранг, как было указано в настоящем изобретении, в обертке фильтра; подлежащие соединению сигаретный фильтр и корпус сигареты обертывает бумага (ободковая бумага).

Сигаретный фильтр можно изготавливать традиционным способом, например, путем свертывания бумажного листа в форме стержня с использованием оберточного устройства для бумажного фильтра (например, оберточную машину для фильтрующего штранга). В частности, сигаретный фильтр можно изготавливать, осуществляя скручивания бумажного листа, необязательно тисненого или крепированного, в воронке оберточной машины, затем обертывание скрученного бумажного листа в форме стержня оберткой фильтра, склеивание обернутого изделия и разделение получаемого в результате изделия на отрезки заданной длины. На стадии обертывания крепированный бумажный лист обертывается, в основном, в направлении, поперечном или практически перпендикулярном по отношению к продольному направлению (или направлению прохождения) изгибов. На стадии склеивания растворимый в воде клей предпочтительно используется для склеивания обоих концов цилиндрической обертки фильтра и приклеивания свернутого в форме стержня бумажного листа к обертке фильтра в целях разрушения во влажном состоянии. Сигаретный фильтр, содержащий такой растворимый в воде клей, может быть таким, как описывает публикация японской выложенной патентной заявки № 9-47271.

Кроме того, обертка фильтра или ободковая бумага предпочтительно изготавливается из разрушаемой водой бумаги. Как описывает публикация японской выложенной патентной заявки № 9-49188, оказывается предпочтительным использование обертки фильтра или ободковой бумаги, содержащей разрушаемую водой подложку, которая имеет по меньшей мере на одной стороне покрытие, нанесенное с помощью жидкости, содержащей растворимый в воде полимер и щелочное соединение, или которая пропитана жидкостью для нанесения покрытия.

Штапельное волокно на основе сложного эфира целлюлозы

Ацетат целлюлозы является предпочтительным в качестве сложного эфира целлюлозы.

Сложный эфир целлюлозы имеет среднюю степень замещения, составляющую приблизительно от 2,4 до 2,6. Среднюю степень замещения можно измерять традиционным методом, таким как нейтрализационное титрование или ЯМР.

Сложный эфир целлюлозы имеет средневязкостную степень полимеризации, составляющую, например, приблизительно от 10 до 1000, предпочтительно приблизительно от 50 до 900 и предпочтительнее приблизительно от 200 до 800. Средневязкостную степень полимеризации можно определять методом характеристической вязкости Uda и др. (Kazuo Uda и Hideo Saito, Journal of Society of Fiber Science and Technology, Japan (Sen-i Gakkaishi, Японский журнал науки и технологии волокон), 1962 г., т. 18, № 1, с. 105-120). В частности, сложный эфир целлюлозы растворяют, используя растворитель (например, смешанный растворитель, содержащий метиленхлорид и метанол в массовом соотношении 9/1), чтобы изготавливать раствор, имеющий заданную концентрацию c (2 г/л); этот раствор впрыскивают в вискозиметр Оствальда (Ostwald) и измеряют продолжительность вытекания t раствора между метками вискозиметра при 25°C. Продолжительность вытекания t₀ растворителя также измеряется таким же образом, как описано выше. Средневязкостную степень полимеризации можно вычислять согласно следующим уравнениям:

η_rel=t/t₀

[η]=(lnη_rel)/c

DP=[η|]/(6×10^-4)

в которых t представляет собой продолжительность вытекания раствора, t₀ представляет продолжительность вытекания растворителя, c представляет собой концентрацию раствора, η_rel представляет собой относительную вязкость, [η] представляет собой характеристическую вязкость, и DP представляет собой средневязкостную степень полимеризации.

Структуру и физические свойства сложного эфира целлюлозы можно анализировать, разрушая сигаретный фильтр в воде, отделяя твердое вещество (нерастворимое в воде вещество) и экстрагируя сложный эфир целлюлозы заданным растворителем из отделенного твердого вещества.

Сложный эфир целлюлозы присутствует в форме штапельного волокна. Если это необходимо, волокно на основе сложного эфира целлюлозы может быть извитым. Что касается способности диспергирования в воде или разрушения водой, волокно на основе сложного эфира целлюлозы предпочтительно присутствует как неизвитое волокно (или негофрированное волокно). Неизвитое волокно включает не только полностью прямое волокно, но также изогнутое в небольшой степени волокно. Поскольку форма такого изогнутого волокна легко изменяется и превращается в прямую форму в воде посредством очень малого сдвигающего усилия вследствие потока воды или других факторов, волокно может проявлять способность диспергирования в воде или разрушения водой. Неизвитое волокно можно получать, осуществляя прядение (такое как сухое прядение, влажное прядение или прядение расплава) сложного эфира целлюлозы без изгиба, или его можно получать, полностью удаляя изгибы извитого волокна и выпрямляя волокно, например, посредством осуществления растяжения извитого волокна при одновременном нагревании извитого волокна нагревательной средой, например водяным паром.

Штапельное волокно на основе сложного эфира целлюлозы имеет среднюю длину волокна (в случае извитого волокна это среднее расстояние между двумя концами волокна), составляющую, например, приблизительно от 1 до 6 мм, предпочтительно приблизительно от 1,2 до 5 мм и предпочтительнее приблизительно от 1,3 до 4,5 мм (например, приблизительно от 1,5 до 4 мм). В том случае, где средняя длина волокна является чрезмерно короткой, получаемый в результате лист имеет низкую прочность, и, таким образом, существует возможность разрыва листа при свертывании листа. В том случае, где средняя длина волокна является чрезмерно большой, волокно спутывается в клубок, что создает низкую способность диспергирования в воде, и, таким образом, оказывается затруднительным изготовление листа влажным способом изготовления бумаги; получаемый в результате лист также проявляет низкую способность разрушения во влажном состоянии.

Штапельное волокно на основе сложного эфира целлюлозы имеет среднюю линейную плотность волокна, составляющую, например, приблизительно от 1,5 до 5 денье, предпочтительно приблизительно от 2 до 4 денье и предпочтительнее приблизительно от 2,5 до 3,5 денье.

Примерную форму поперечного сечения штапельного волокна на основе сложного эфира целлюлозы может представлять собой вилкообразная форма, но форма не ограничивается этим.

Способность изгиба, среднюю длину волокна, средний диаметр волокна и форму поперечного сечения штапельного волокна на основе сложного эфира целлюлозы можно определять путем разрушения сигаретного фильтра в воде и наблюдения получаемого в результате разрушения продукта с помощью микроскопа.

Целлюлозная масса

Сплетение и связывание целлюлозной массы со штапельным волокном на основе сложного эфира целлюлозы может повышать механическую прочность сигаретного фильтра в сухом состоянии, а также улучшать отделение вредных компонентов путем фильтрации табачного дыма.

Целлюлозная масса предпочтительно включает природную целлюлозную массу, которая представляет собой хлопковую целлюлозную массу и древесную целлюлозную массу (например, хвойную древесную целлюлозную массу и лиственную древесную целлюлозную массу). Кроме того, в целлюлозной массе предпочтительно содержится химическая целлюлоза (небеленая сульфатная целлюлоза, сульфитная целлюлоза). Для увеличения содержания целлюлозы и прочности предпочтительной является небеленая сульфатная целлюлоза. Кроме того, целлюлозная масса может представлять собой небеленую целлюлозную массу, или это может быть беленая целлюлозная масса в целях нужного оттенка.

Эту целлюлозную массу, как правило, измельчают, используя традиционную помольную машину или дробилку для измельчения комков при практическом применении. Например, молотая целлюлозная масса имеет степень помола по Шопперу-Риглеру, составляющую приблизительно от 10 до 90°SR, предпочтительно приблизительно от 15 до 70°SR и предпочтительнее приблизительно от 20 до 50°SR. Целлюлозная масса, имеющая чрезмерно низкую степень помола, проявляет низкую адгезию к штапельному волокну на основе сложного эфира целлюлозы, и получаемый в результате фильтр, как правило, имеет низкую прочность листа. Целлюлозная масса, имеющая чрезмерно высокую степень помола, делает силу связывания или адгезию чрезмерно высокой, и получаемый в результате фильтр, как правило, проявляет низкую степень разрушения во влажном состоянии.

Массовое соотношение штапельного волокна на основе сложного эфира целлюлозы и целлюлозной массы в фильтрующем штранге составляет, например, приблизительно от 30/70 до 95/5 (например, приблизительно от 35/65 до 92/8), предпочтительно приблизительно от 40/60 до 90/10 (например, приблизительно от 50/50 до 88/12) и предпочтительнее приблизительно от 60/40 до 85/15 (например, приблизительно от 70/30 до 80/20). В том случае, где содержание штапельного волокна на основе сложного эфира целлюлозы является чрезмерно низким, получаемый в результате фильтр, как правило, имеет низкую степень разрушения во влажном состоянии и, кроме того, обычно ухудшает вкусовую привлекательность (или аромат) табачного дыма и обеспечивает низкую селективность удаления фенольных или других соединений. С другой стороны, в том случае, где содержание целлюлозной массы является чрезмерно низким, получаемый в результате фильтр, как правило, проявляет низкую прочность листа.

Чтобы проанализировать соотношение штапельного волокна на основе сложного эфира целлюлозы и целлюлозной массы, используется следующая процедура: фильтрующий штранг, который получают путем удаления обертки фильтра с сигаретного фильтра, разрушают в воде и затем промывают избытком воды для удаления растворимого в воде анионного полимера, и твердое вещество отделятся путем фильтрации; получаемое в результате твердое вещество промывают избытком ацетона, чтобы растворить и удалить сложный эфир целлюлозы; остаток взвешивают, и его массу сравнивают с массой фильтрующего штранга, чтобы определить соотношение штапельного волокна на основе сложного эфира целлюлозы и целлюлозной массы. При этом содержание растворимого в воде анионного полимера можно определять отдельно путем конденсации и высушивания промывной воды и взвешивания твердого вещества.

Соль щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера

Согласно настоящему изобретению добавление определенного небольшого количества растворимого в воде полимера позволяет сигаретному фильтру приобретать как высокую прочность в сухом состоянии, так и достаточную степень разрушения во влажном состоянии. Растворимый в воде полимер может представлять собой анионный растворимый в воде полимер и катионный растворимый в воде полимер. В качестве растворимого в воде полимера для использования согласно настоящему изобретению можно выбирать анионный растворимый в воде полимер, в частности соль щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера. Определенное небольшое количество соли щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера может повышать прочность сигаретного фильтра в сухом состоянии, поскольку происходит интеграция (или объединение) штапельного волокна на основе сложного эфира целлюлозы и целлюлозной массы, и оно может ингибировать ороговение вследствие образования водородных связей между волокнами. Ороговение представляет собой явление, заключающееся в том, что компонент, находящийся на поверхности или вблизи поверхности, конденсируется и затвердевает в форме пленки. Вероятно, по этим причинам степень разрушение сигаретного фильтра может значительно повышаться.

В растворимом в воде анионном полимере может содержаться полисахарид, например, полисахарид, содержащий карбоксильную группу, например, карбоксиметилцеллюлоза, карбоксиметил-C_2-3-алкилцеллюлоза (в том числе карбоксиметилэтилцеллюлоза), карбоксиметилкрахмал, а также альгиновая кислота; и полисахарид, содержащий сульфогруппы, например пектин, каррагенан, гиалуроновая кислота и сульфат хондроитина), полиакриловая кислота и другие вещества.

Кислотная группа (такая как карбоксильная группа или сульфоксильная группа) растворимого в воде анионного полимера образует соль щелочного металла. Щелочной металл может представлять собой литий, натрий, калий и т.д. Эти щелочные металлы можно использовать индивидуально или в сочетании. В числе этих щелочных металлов предпочтительным является натрий.

Соль щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера имеет степень нейтрализации, которая составляет не менее чем 0,6, предпочтительно не менее чем 0,9 и предпочтительнее 1,0. В том случае, где степень нейтрализации является чрезмерно низкой, в сухом состоянии незамещенные гидроксильные и карбоксильные группы растворимого в воде анионного полимера имеют возможность реагировать друг с другом, вступая в реакцию дегидратации при нагревании, в результате чего происходит сшивание и получаемый сигаретный фильтр проявляет низкую степень разрушения.

Например, степень нейтрализации можно измерять и вычислять следующим образом. Сигаретный фильтр промывают избытком воды, и из него удаляется твердое вещество. Получаемую в результате промывную воду конденсируют, получая раствор экстракта S, в котором содержится растворимый в воде анионный полимер. Часть этого раствора подвергают нейтрализационному титрованию водным раствором гидроксида натрия, и вычисляют расход A₁ (моль) щелочи (гидроксида натрия). Одновременно избыток B (моль) хлористоводородной кислоты добавляют к другой части, которая содержит такое же количество раствора экстракта S, как вышеупомянутая первая часть, чтобы превратить все солеобразующие группы в группы кислотного типа. Получаемый в результате раствор затем подвергают нейтрализационному титрованию водным раствором гидроксида натрия и вычисляют расход A₂ (моль) щелочи. Подставляя значения A₁, A₂ и B в следующее уравнение, можно вычислять степень нейтрализации растворимого в воде анионного полимера.

α=(B-A₂)/(A₁+B-A₂)

В качестве альтернативы, часть раствора экстракта S и раствор кислотного типа, который получается при добавлении избытка хлористоводородной кислоты к другой части, которая содержит такое же количество раствора экстракта S, как вышеупомянутая первая часть, отдельно высушивают, получая порошки растворимого в воде анионного полимера. Интенсивность пика (I_A) карбонильных групп в форме соли щелочного металла и интенсивность пика (I_B) карбонильных групп в свободной форме измеряют, снимая инфракрасные спектры поглощения. Подставляя значения I_A и I_B в следующее уравнение, можно вычислять степень нейтрализации.

α=1-I_A/I_B

Эти соли щелочных металлов и растворимых в воде анионных полимеров можно использовать индивидуально или в сочетании. В целях разрушения во влажном состоянии среди этих солей щелочных металлов и растворимых в воде анионных полимеров предпочтительные соли щелочных металлов включает соли щелочных металлов и полиакриловой кислоты, соли щелочных металлов и полисахаридов, имеющих карбоксильную группу (например, таких как карбоксиметилцеллюлоза, карбоксиметил-C_2-3-алкилцеллюлоза, карбоксиметилкрахмал и альгиновая кислота)]. В частности, предпочтительной является соль щелочного металла, которую образует полисахарид, имеющий карбоксильную группу (например, карбоксиметильную группу) (например, карбоксиметилцеллюлоза, карбоксиметил-C_2-3-алкил целлюлоза и карбоксиметилкрахмал).

У соли щелочного металла, которую образует полисахарид, имеющий карбоксильную группу (например, карбоксиметилцеллюлоза), средняя степень замещения карбоксильной группы (например, карбоксиметильной группы), образующей соль щелочного металла (средняя степень замещения по отношению к гидроксильным группам в положениях 2, 3 и 6 глюкозных звеньев, которые составляют полисахарид, или средняя степень этерификации, обозначаемая, например, DS), составляет приблизительно от 0,4 до 2,5 (например, приблизительно от 0,5 до 2,4), предпочтительно приблизительно от 0,55 до 2 (например, приблизительно от 0,6 до 1,8) и предпочтительнее приблизительно от 0,65 до 1,5 (например, приблизительно от 0,7 до 1,2). В том случае, где средняя степень замещения является чрезмерно низкой, получаемый в результате сигаретный фильтр, как правило, проявляет низкую степень разрушения во влажном состоянии. В том случае, где средняя степень замещения является чрезмерно высокой, получаемый в результате сигаретный фильтр, как правило, проявляет низкую прочность в сухом состоянии.

Водный раствор 1 мас.% соли щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера может иметь вязкость, которая составляет, например, не более чем 100 мПа·с (предпочтительно не более чем 50 мПа·с), как правило, не более чем 30 мПа·с (например, не более чем 25 мПа·с), предпочтительно не более чем 20 мПа·с (например, не более чем 15 мПа·с) и предпочтительнее от предела обнаружения до 15 мПа·с (например, от 1 до 15 мПа·с) при измерении вискозиметром типа B в условиях скорости вращения 60 об/мин и температуры 25°C.

Водный раствор 2 мас.% соли щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера может иметь вязкость, которая составляет не менее чем 2 мПа·с (например, не менее чем 5 мПа·с), предпочтительно не менее чем 8 мПа·с и предпочтительнее не менее чем 10 мПа·с (например, от 10 до 150 мПа·с) при измерении вискозиметром типа B в условиях скорости вращения 60 об/мин и температуры 25°C. В том случае, где водный раствор соли щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера имеет чрезмерно высокую вязкость, в течение начального периода, когда сигаретный фильтр подвергается воздействию воды, водный раствор растворимого в воде анионного полимера, который образуется на поверхности или вблизи волокон, становится вязким и задерживает диффузию волокон. Таким образом, сигаретный фильтр имеет низкую степень разрушения во влажном состоянии.

Добавляемое количество соли щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера производит весьма значительное воздействие на степень разрушения. В частности, в результате подробного исследования соотношения добавляемого количества соли щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера и степени разрушения обнаружено следующее: как представлено на Фиг. 1 или Фиг. 2, содержание щелочного металла производит весьма значительное воздействие на степень разрушения; заметно пониженное содержание щелочного металла значительно увеличивает скорость разрушения (предельно сокращает время, требуемое для разрушения), вероятно, вследствие малой силы связывания между растворимыми в воде анионными полимерами или, вероятно, вследствие предотвращения увеличения вязкости раствора, который образуется на поверхности или вблизи волокон в течение начального периода, когда сигаретный фильтр подвергается воздействию воды.

Более конкретно, сигаретный фильтр, в котором содержание щелочного металла составляет менее чем 100 мкмоль/г, имеет весьма низкую степень разрушения. С другой стороны, сигаретный фильтр, в котором содержание щелочного металла составляет не более чем 100 мкмоль/г (например, не более чем 90 мкмоль/г, предпочтительно не более чем 87 мкмоль/г), имеет существенно повышенную степень разрушения по вышеупомянутым причинам и имеет достаточные характеристики для практических целей. Граничное значение содержания щелочного металла составляет 100 мкмоль/г. Поскольку разрушение в некоторой степени колеблется на уровне или вблизи граничного значения, оказывается весьма предпочтительным, что содержание щелочного металла составляет не более чем 80 мкмоль/г (например, не более чем 76 мкмоль/г) в качестве устойчивой области.

Кроме того, сигаретный фильтр, имеющий чрезмерно низкое содержание щелочного металла, не разрушается. Что касается конкретного численного значения, граничное значение составляет 2 мкмоль/г; у сигаретного фильтра, в котором содержание щелочного металла составляет менее чем данное граничное значение, не проявляется достаточное разрушение, вероятно, поскольку происходит ороговение (затвердевание) фильтра, и образуются агрегаты вследствие недостаточного ингибирования образования водородных связей между волокнами.

Из-за подобного поведения содержание щелочного металла составляет приблизительно от 2 до 100 мкмоль, предпочтительно приблизительно от 2 до 90 мкмоль, предпочтительнее приблизительно от 2 до 87 мкмоль и, в частности, приблизительно от 3 до 75 мкмоль на 1 г фильтрующего штранга. Содержание щелочного металла можно измерять, осуществляя озоление и сжигание фильтрующего штранга, а затем исследуя получаемый в результате материал методом атомно-абсорбционного анализа и эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой.

Содержание растворимой в воде соли щелочного металла и анионного полимера (молярное содержание анионной группы) может быть по существу таким же, как содержание щелочного металла (молярное содержание). Таким образом, содержание растворимой в воде соли щелочного металла и анионного полимера (молярное содержание анионной группы) на 1 г фильтрующего штранга можно выбирать из того же интервала, который упоминается выше (например, приблизительно от 2 до 100 мкмоль). Присутствие растворимой в воде соли щелочного металла и анионного полимера можно подтвердить, промывая сигаретный фильтр избытком воды, конденсируя промывную воду, очищенную от твердого вещества, высушивая конденсат и получая затвердевший продукт, содержащий растворимую в воде соль щелочного металла и анионного полимера, растворяя затвердевший продукт в подходящем растворителе и анализируя получаемый в результате раствор методом спектроскопии ЯМР¹³C или другими методами.

Если это необходимо, сигаретный фильтр может содержать разнообразные добавки, например клеящее вещество, стабилизатор, краситель, масло, повышающее предел текучести вещество, пеногаситель и активированный уголь. Эти добавки можно использовать индивидуально или в сочетании.

Бумажный лист

Бумажный лист (листообразный фильтрующий материал), то есть материал для фильтрующего штранга, согласно настоящему изобретению, содержит штапельное волокно на основе сложного эфира целлюлозы, целлюлозную массу и растворимую в воде соль щелочного металла и анионного полимера. Содержание каждого вещества в бумажном листе является по существу таким же, как содержание данного вещества в сигаретном фильтрующем штранге (стержнеобразном фильтрующем материале).

Бумажный лист имеет поверхностную плотность, составляющую, например, приблизительно 10 до 60 г/м², предпочтительно приблизительно 15 до 45 г/м² и предпочтительнее приблизительно 20 до 40 г/м². Лист, имеющий небольшую поверхностную плотность, трудно производить способом изготовления бумаги. Для листа, имеющего большую поверхностную плотность, трудно изготавливать складки на листе в процессе крепирования, и неравномерные промежутки легко образуются на поперечном сечении фильтра.

Бумажный лист имеет предел прочности при растяжении (кгс/15 мм), составляющий, например, приблизительно от 0,35 до 5, предпочтительно приблизительно от 0,38 до 4,5 и предпочтительнее приблизительно от 0,4 до 4 (например, приблизительно от 0,42 до 3,5), в соответствии с японским промышленным стандартом JIS P-8113.

Бумажный лист можно изготавливать традиционным способом, например, используя композицию (суспензия), содержащую штапельное волокно на основе сложного эфира целлюлозы, целлюлозную массу, которая необязательно измельчается, и воду во влажном способе изготовления бумаги. В частности, бумажный лист можно изготавливать нанесением композиции на проволочную сетку для изготовления влажной бумаги, после чего осуществляется обезвоживание и необязательное прессование влажной бумаги в целях высушивания. Влажную бумагу можно изготавливать в процессе ручного производства бумаги в соответствии со стандартом JIS P8222, или ее можно изготавливать механически, используя традиционную машину для производства бумаги (такую как столовая бумагоделательная машина (Fourdrinier) или цилиндровая машина).

Бумажный лист, содержащий соль щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера можно изготавливать, добавляя соль щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера в композицию, а затем, используя получаемую в результате смесь во влажном способе изготовления бумаги, или можно изготавливать бумажный лист, разбрызгивая или нанося водный раствор, содержащий соль щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера, на влажный или сухой бумажный лист или погружая влажный или сухой бумажный лист в водный раствор, содержащий соль щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера.

Количество соли щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера, которая добавляется или вводится в композицию или наносится на бумажный лист, можно выбирать в интервале от бесконечно малого количества, и оно может составлять приблизительно от 50 до 2700 частей на миллион (по отношению к массе) и предпочтительно приблизительно от 50 до 2400 частей на миллион (по отношению к массе).

Бумажный лист предпочтительно подвергается тиснению (или крепированию), чтобы плавно и равномерно пропускать табачный дым через бумажный лист в форме фильтра. Тиснение можно осуществлять, прижимая бумажный лист роликом, имеющим поверхность с выступающими частями, которые образуют рисунок (такой, как рисунок в виде сетки или решетки или случайный рисунок), или его можно осуществлять, пропуская бумажный лист между парой роликов, как упомянуто выше. Скорость пропускания бумажного листа может составлять, но не ограничивается этим, например, приблизительно от 50 до 150 м/мин и предпочтительно приблизительно от 80 до 120 м/мин. Кроме того, температура поверхности ролика может составлять, но не ограничивается этим, например, приблизительно от 50 до 200°C и предпочтительно приблизительно от 100 до 150°C.

Ролик имеет шаг между выступающими частями (среднее значение расстояния между центрами соседних выступающих частей), составляющий, например, приблизительно от 0,5 до 5 мм и предпочтительно приблизительно от 1 до 4 мм. Кроме того, глубина углубленных частей (или высота выступающих частей) на поверхности ролика составляет, например, приблизительно от 0,1 до 1 мм и предпочтительно приблизительно от 0,2 до 0,8 мм.

Подробное исследование соотношения между разрушением бумажного листа (листообразного фильтрующего материала) и разрушением фильтрующего штранга (стержнеобразного фильтрующего материала) показывает, что между ними существует линейная взаимосвязь (положительная корреляция), как представлено на Фиг. 3. Это приводит к тому, что добавление небольшого количества соли щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера в бумажный лист обеспечивает разрушение фильтрующего штранга, который изготовлен путем свертывания бумажного листа в форме стержня, в течение очень короткого периода времени.

Примеры

Далее представлены следующие примеры, которые предназначаются для более подробного описания настоящего изобретения, и их не следует истолковывать как ограничивающие объем настоящего изобретения в какой-либо степени. Каждый исследуемый параметр в данных примерах оценивали следующим образом.

Концентрация натрия

Образец (0,1 г) точно взвешивали, помещали в платиновый тигель, подвергали озолению на горячей плите с помощью горелки Бунзена (Bunsen), а затем осуществляли разложение в сухом состоянии (сжигание) в электрической печи при 400°C в течение 60 минут и дополнительно при 500°C в течение 90 минут. После этого азотную кислоту для атомно-абсорбционного анализа (изготовленную компанией Kanto Chemical Co., Inc.) разбавляли в 10 раз сверхчистой водой, и этот десятикратно разбавленный раствор добавляли в продукт. Получаемый в результате материал накрывали часовым стеклом и растворяли при нагревании на песчаной бане (при температуре 250°C), получая раствор. Получаемый в результате раствор разбавляли сверхчистой водой в мерном цилиндре, доводя суммарный объем до 10 мл и разбавленный раствор исследовали обычным методом, используя атомно-эмиссионный спектрофотометр с индуктивно связанной плазмой (ICP-AES) модели CIROS 120 (изготовленный компанией Rigaku Corporation), чтобы измерить концентрацию (C₁) натрия. Кроме того, согласно процедурам, которые описаны выше, без помещения образца в платиновый тигель измеряли концентрацию (C₂) натрия. По разности (C₁-C₂) концентраций натрия вычисляли концентрацию натрия в образце.

Стандартный раствор, используемый для рабочей кривой, изготавливали, разбавляя стандартный раствор для атомной абсорбции, изготовленный компанией Kanto Chemical Co., Inc. (концентрация натрия составляла 1000 частей на миллион) водным 0,1 N раствором азотной кислоты, получая четыре разбавленных раствора, в которых концентрация натрия составляла 0 частей на миллион, 0,1 части на миллион, 1 часть на миллион и 10 частей на миллион.

Концентрация натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы

Концентрацию (C₃) натрия в образце и концентрацию (C₄) натрия в натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (CMC) подставляли в следующее уравнение для вычисления концентрации (C₅) CMC в образце.

C₅=(C₃/C₄)×100

Способность к разрушению

Каждый из бумажных листов (листообразных фильтрующих материалов) в примерах и каждый из фильтрующих штрангов (стержнеобразных фильтрующих материалов) в примерах исследовали, чтобы определить способность к разрушению (или легкость разрыва) в соответствии со стандартом JIS P4501. Для этой цели каждый фильтрующий штранг получали, отрезая сигаретный фильтр длиной 25 мм и отделяя обертку фильтра от отрезанного сигаретного фильтра.

Предел прочности при растяжении

Предел прочности при растяжении образца, имеющего ширину 15 мм, измеряли в соответствии со стандартом JIS P-8113.

Для этой цели в каждом из примеров изготовления штрангов в качестве образца использовали бумажный лист до крепирования (некрепированный бумажный лист).

Исследование аромата и вкусовой привлекательности

Образец фильтрующего штранга прикрепляли к сигарете, которая была получена путем отделения фильтрующего штранга от сигареты, имеющейся в продаже под товарным наименованием Peace Light Box, изготовленной компанией Japan Tobacco, Inc., чтобы изготовить образец сигареты. Пять человек курили и сравнивали образец сигареты и исходную сигарету, чтобы оценить изменение аромата и вкусовой привлекательности на основании следующих критериев. Данные результаты представляют собой средние значения оценок пяти курильщиков.

5: Вряд ли существует какое-либо изменение.

4: Ощущается незначительное изменение.

3: Ощущается заметное изменение.

2: Ощущается значительное изменение.

1: Образец сигареты отличается от исходной сигареты по аромату вкусовой привлекательности.

Сравнительные примеры 1-6, примеры 1-7

Смешивали 70 мас. ч. неизвитого штапельного волокна на основе ацетата целлюлозы (имеющего вилкообразную форму поперечного сечения, линейную плотность 3,3 денье, длину волокна 3,5 мм, степень замещения 2,45), 30 мас. ч. беленой сульфатной целлюлозной массы из хвойной древесины, имеющей степень помола 44°SR, и заданное количество натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (CMC1220, изготовленной компанией Daicel Corporation, степень этерификации 0,86, вязкость 1 мас.% водного раствора 13 мПа·с, концентрация натрия 8,7 мас.%), получая суспензию целлюлозной массы. Эту суспензию использовали во влажном способе изготовления бумаги в соответствии со стандартом JIS P8222 и получаемую в результате влажную бумагу обезвоживали и высушивали, получая бумажные листы, имеющие различные концентрации CMC. Таблица 1 представляет оценочные характеристики бумажных листов. Фиг. 1 представляет соотношение между содержанием натрия и способностью к разрушению (или легкостью разрыва). Для этой цели в качестве сравнительного примера 6 изготавливали бумажный лист без добавления CMC.

[Таблица 1]

Как очевидно следует из таблицы 1, в сопоставлении со сравнительными примерами, листы в данных примерах проявляют более высокий предел прочности при растяжении и предельно сокращенную продолжительность разрушения.

Сравнительные примеры 7-12, примеры 8-14

В каждом случае суспензию целлюлозной массы изготавливали таким же способом, как в сравнительных примерах 1-6 и примерах 1-7, и использовали во влажном способе изготовления бумаги с помощью цилиндровой машины, и получаемую в результате влажную бумагу обезвоживали и высушивали, получая изготовленный механическим способом бумажный лист, имеющий поверхностную плотность, которая представлена в таблице 2, и ширину 270 мм. Получаемый в результате изготовленный механическим способом бумажный лист подвергали крепированию при скорости 100 м/мин, используя крепировальный ролик (температура поверхности: 140°C, расстояние между бороздками: 2,0 мм и глубина бороздок: 0,6 мм). Крепированный лист свертывали при скорости 150 м/мин, чтобы изготовить сигаретный фильтр, имеющий длину 100 мм и окружность 24,5 мм. Получаемый в результате сигаретный фильтр обрезали до длины 25 мм и обертку фильтра отделяли от фильтра, чтобы получить отдельно фильтрующий штранг. Таблица 2 представляет оценочные характеристики фильтрующих штрангов. Фиг. 2 представляет соотношение между содержанием натрия и продолжительностью разрушения (или легкостью разрыва). Кроме того, Фиг. 3 представляет соотношение между способностью к разрушению фильтрующих штрангов и способностью к разрушению бумажных листов.

[Таблица 2]

Как очевидно следует из таблицы 2, в сопоставлении со сравнительными примерами, листы в примерах имеют более высокий предел прочности при растяжении и предельно сокращенную продолжительность разрушения. Кроме того, в данных примерах наблюдается небольшое изменение аромата и вкусовой привлекательности.

Сравнительный пример 13 (соответствующий примеру 18 патентного документа 1)

Смешивали 60 мас. ч. неизвитого штапельного волокна на основе ацетата целлюлозы (имеющего вилкообразную форму поперечного сечения, линейную плотность 3 денье, длину волокна 4 мм, степень замещения 2,45) и 40 мас. ч. беленой сульфатной целлюлозной массы из хвойной древесины, имеющей степень помола 40°SR; эту смесь использовали во влажном способе изготовления бумаги с помощью цилиндровой машины, и получаемую в результате влажную бумагу обезвоживали и высушивали, получая изготовленный механическим способом бумажный лист. На изготовленный механическим способом бумажный лист разбрызгивали водный раствор, содержащий 5 мас.% карбоксиметилцеллюлозы, в количестве 3 мас.% по отношению к сухой массе изготовленного механическим способом бумажного листа. Получаемую в результате бумагу с покрытием высушивали, получая листовой материал, имеющий поверхностную плотность 30 г/м² и ширину 270 мм. Данный листовой материал имел продольный предел прочности при растяжении, составляющий 1,48 кгс/15 мм.

Получаемый в результате листовой материал подвергали крепированию при скорости 100 м/мин, используя крепировальный ролик (температура поверхности: 140°C, расстояние между бороздками: 2,0 мм и глубина бороздок: 0,6 мм). Крепированный листовой материал свертывали при скорости 150 м/мин, изготавливая сигаретный фильтр, имеющий длину 100 мм и окружность 24,5 мм. Получаемый в результате сигаретный фильтр обрезали до длины 25 мм и обертку фильтра отделяли от фильтра, чтобы получить отдельно фильтрующий штранг. Способность к разрушению фильтрующего штранга измеряли в течение 91 секунды в соответствии со стандартом JIS P4501.

Примеры 15-17

Каждый фильтрующий штранг изготавливали таким же способом, как в примере 13, за исключением того, что длина волокна в случае неизвитого штапельного волокна на основе ацетата целлюлозы изменялась, как представлено в таблице 3. Оценочные характеристики фильтрующих штрангов представлены в таблице 3.

[Таблица 3]

Как очевидно следует из таблицы 3, разрушение листа, как правило, ускоряется в некоторой степени при уменьшении длины штапельного волокна на основе ацетата целлюлозы.

Примеры 18-20

Каждый фильтрующий штранг изготавливали таким же способом, как в примере 13, за исключением того, что соотношение при смешивании неизвитого штапельного волокна на основе ацетата целлюлозы и беленой сульфатной целлюлозной массы из хвойной древесины изменялось, как представлено в таблице 4. Оценочные характеристики фильтрующих штрангов представлены в таблице 4.

[Таблица 4]

Как очевидно следует из таблицы 4, разрушение листа, как правило, ускоряется в некоторой степени при увеличении доли в смеси штапельного волокна на основе ацетата целлюлозы.

Примеры 21-23

Каждый фильтрующий штранг изготавливали таким же способом, как в примере 13, за исключением того, что вместо натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы CMC 1220 использовали соль CMC 1110 (изготовленную компанией Daicel Corporation и имеющую степень этерификации 0,73 и вязкость 2 мас.% водного раствора = 111 мПа·с), альгинат натрия (KIMIKA ALGIN BL-2, изготовленный компанией KIMIKA Corporation, вязкость 1 мас.% водного раствора = 36 мПа·с) или полиакрилат натрия (JURYMER AC-103, изготовленный компанией Toagosei Co., Ltd., вязкость содержащего 40 мас.% твердого вещества водного раствора = 350 мПа·с). Оценочные характеристики фильтрующих штрангов представлены в таблице 5.

[Таблица 5]

Как очевидно следует из таблицы 5, несмотря на различные соединения, используемые в качестве соли щелочного металла и анионного полимера, листы проявляли высокий предел прочности при растяжении и предельно сокращенную продолжительность разрушения.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Сигаретный фильтр согласно настоящему изобретению прикрепляется к сигаретному корпусу, содержащему высушенный табачный лист для курения. Место расположения сигаретного фильтра представляет собой, в основном, но не ограничивается этим, мундштук сигаретного корпуса, место между мундштуком и сигаретным корпусом. Такой сигаретный фильтр проявляет превосходную прочность в сухом состоянии и облегчает курение. Даже в случае незаконного выбрасывания этот сигаретный фильтр разрушается под воздействием осадков и других факторов, и, таким образом, становится возможным уменьшение загрязнения окружающей среды.

Реферат

Изобретение относится к сигаретному фильтру, проявляющему как высокую прочность в сухом состоянии, так и превосходную разрушаемость во влажном состоянии. Сигаретный фильтр содержит фильтрующий штранг, в котором содержатся штапельные волокна на основе сложного эфира целлюлозы, целлюлозная масса и соль щелочного металла и растворимого в воде анионного полимера, причем данный фильтрующий штранг имеет содержание щелочного металла, составляющее от 2 до 100 мкмоль на 1 г фильтрующего штранга. Техническим результатом изобретения является предложить сигаретный фильтр, в котором совмещаются друг с другом достаточная прочность в сухом состоянии и достаточное разрушение во влажном состоянии и который подвергается разрушению во влажном состоянии в течение очень короткого периода времени. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 табл., 23 пр., 3 ил.

Формула