Filtre de cigarette et procédé pour sa fabrication
La présente invention a pour objet un filtre de cigarette comprenant une matière filtrante constituée par une résine polymère thermoplastique.
Comme on le sait, les filtres de cigarette les plus couramment employés comportent, comme matière filtrante, des fibres de cellulose ou de dérivés cellulosiques, par exemple des fibres d'acétate de cellulose.
On connaît également des filtres de cigarette comprenant une matière filtrante constituée, au moins en majeure partie, par des fibres de résines polymères thermoplastiques. En particulier, il existe un filtre de cigarette comprenant une matière filtrante constituée par un polymère de nitrile acrylique sous forme de fibres très fines. I1 existe également un filtre de cigarette dont la matière filtrante est constituée par des fibres de polyalpha-oléfines renfermant en outre une certaine proportion de polymères plastifiables.
Les filtres de cigarette dont la matière filtrante est constituée par une résine polymère thermoplastique présentent l'avantage d'avoir une efficacité de filtration accrue par rapport aux filtres dont la matière filtrante est constituée par la cellulose ou par un dérivé cellulosique. Toutefois, la fabrication de ces filtres est compliquée, ce qui se traduit par un prix de revient relativement élevé.
Or, et de manière surprenante, la titulaire a trouvé qu'il n'était pas nécessaire que les polymères thermoplastiques soient sous forme de fibres pour obtenir un pouvoir de filtration élevé. Cette découverte a permis d'atteindre le but de l'invention qui est de fournir un filtre de cigarette d'une efficacité de filtration pratiquement aussi grande que celle des filtres connus, dont la matière filtrante est constituée par une résine polymère thermoplastique, mais dont la fabrication est plus simple et moins onéreuse que celle de ces derniers.
A cet effet, le filtre selon l'invention est caractérisé par le fait que la résine est sous la forme d'une masse poreuse composée de grains frittés, de forme approximativement sphérique, ayant une granulométrie comprise entre 0,1 et 1 mm.
Par conséquent, le filtre selon l'invention, qui a une structure plus simple que celle des filtres connus mentionnés plus haut, peut être obtenu en une seule opération à partir des poudres de résines polymères thermoplastiques qui existent dans le commerce et sont utilisées habituellement comme poudres à mouler.
Toute résine pouvant être mise sous forme de poudre composée de grains ayant une forme approximativement sphérique et une granulométrie comprise entre 0,1 et linm, cette résine n'étant par ailleurs pas susceptible de dégager de produit toxique ou d'odeur ou de goût désagréables sous l'action de la chaleur ou d'altérer l'odeur et le goût de la fumée de tabac, convient pour être utilisée comme matière filtrante dans le filtre selon l'invention. I1 est toutefois préférable que la poudre de résine thermoplastique ait un indice de fluidité défini selon la norme américaine A.S.T.M.M.D. 1238 = 65T compris entre 2 et 70, afin de faciliter la fabrication du filtre.
Les meilleurs résultats ont été obtenus en utilisant, comme résine synthétique, les poly-alpha-oléfines, en particulier le polyéthylène et le polypropylène, et les résines vinyliques, en particulier les copolymères de chlorure de vinyle et d'acétate de vinyle.
L'invention a également pour objet un procédé pour la fabrication du filtre de cigarette décrit ci-dessus. Ce procédé est caractérisé par le fait que l'on extrude, sous la forme d'un cylindre, une poudre de résine polymère thermoplastique composée de grains sphériques ayant une granulométrie comprise entre 0,1 et i mm, que l'on fait passer ce cylindre à travers une zone de frittage puis à travers une zone de refroidissement, de façon à former une baguette composée de grains frittés, et que l'on trpn çonne cette baguette en morceaux de longueur conventionnelle destinés à être utilisés dans les machines habituellement employées pour la fabrication de cigarettes à bout filtre.
Suivant la nature exacte de la résine, il peut être indiqué, en vue d'obtenir une meilleure homogénéité du filtre, de faire passer la poudre de résine thermoplastique
à travers une zone de préchauffage, maintenue à température légèrement inférieure à celle du ramollissement
de la résine, avant son passage à travers la zone de frittage.
Le procédé ci-dessus peut être mis en oeuvre, par exemple, au moyen de l'appareil représenté à la figure
unique du dessin annexé.
Cet appareil comprend un dispositif d'extrusion com
posé d'un boîtier 1, d'une vis d'extrusion 2, placée à l'in
térieur du boîtier 1 et entraînée en rotation au moyen
d'un moteur non représenté à la figure, et d'un moule
cylindrique 3. Un entonnoir à poudre 4, dont l'extrémité
inférieure débouche dans le boîtier 1, permet d'y intro
duire une poudre, en l'occurrence la poudre de résine
thermoplastique. Un récipient réservoir 5, muni d'un
goulot de distribution de poudre et de moyens pour
ouvrir et fermer le réservoir et régler l'écoulement de
la poudre, permet d'alimenter l'entonnoir 4 en résine
thermoplastique.
Un tube horizontal 6 en laiton, à section circulaire
et ayant un diamètre intérieur légèrement supérieur à
celui que l'on désire conférer au filtre, en l'occurrence
7,7 mm de diamètre intérieur, pour un filtre de 7,5 mm
de diamètre, est disposé dans le prolongement du moule
3 et raccordé à ce dernier. Sa paroi intérieure est polie
afin de faciliter le glissement de la poudre de résine ther
moplastique extrudée. Un dispositif de préchauffage 7,
en l'occurrence constitué par un manchon tubulaire de
circulation d'eau chaude, entoure le tube 6 sur une lon
gueur de 64 cm.
A la suite du manchon 7, le tube 6 tra
verse successivement un manchon de chauffage 8 dans
lequel circule de la vapeur d'eau sous pression et qui
entoure le tube 6 sur une longueur de 20 cm, et un man
chon de refroidissement 9 dans lequel circule de l'eau
froide, entourant le tube 6 sur une longueur de 40 cm.
Les manchons 7 et 8 sont jointifs et les manchons 8 et
9 sont séparés par un intervalle de. 1 cm. Bien entendu,
la longueur des manchons 7, 8 et 9 et même leur nom
bre pourraient être différents selon les durées de pré
chauffage, du chauffage et du refroidissement désirées,
celles-ci dépendant évidemment également de la vitesse
de circulation de la résine dans le tube 6,. donc de la
vitesse d'extrusion.
Un dispositif de tronçonnage comprenant, en l'oc
currence, une lame tournante à deux pales coupantes 10,
entraînée en rotation autour d'un axe horizontal et dans
un plan perpendiculaire au tube 6, au moyen d'un dis
positif non représenté à la figure comprenant un moteur
électrique et un système de transmission, permet de
découper la baguette cylindrique de matière filtrante
qui sort du tube 9 en morceaux de longueur désirée égale
à un multiple de celle d'un filtre de cigarette, par exem
ple 68 mm.
I1 est évident que, en vue d'une fabrication indus
trielle, le dispositif décrit ci-dessus pourrait facilement
être modifié pour augmenter la capacité de production.
Par exemple, on pourrait utiliser un grand nombre de tubes en parallèle, -identiques au tube 9. On pourrait également augmenter la vitesse d'extrusion et même combiner ces deux mesures.
Exemple I
En utilisant l'appareil décrit ci-dessus, on extrude dans le moule 3 et le tube 6 de la poudre de polyéthylène basse densité (densité comprise entre 0,916 et 0,920).
Les grains de poudre ont une forme approximativement sphérique et une granulométrie très homogène de l'ordre de 400 microns.
On règle la vitesse de rotation de la vis d'extrusion 2 de façon à obtenir une vitesse d'avancement de la poudre de polyéthylène de 4 cm par minute dans le tube 6. Ainsi, les temps de passage dans les zones de préchauffage (manchon 7), de frittage (manchon 8) et de refroidissement (manchon 9) sont, respectivement, de 16, 5 et 10 minutes. Les températures de ces trois zones sont, respectivement, de 96, 112 et 10oC.
On obtient ainsi une baguette cylindrique à section circulaire de 7,5 mm de diamètre, sans peau, de couleur blanche, assez dure mais flexible, très finement poreuse.
On tronçonne cette baguette, au fur et à mesure de sa sortie du tube 6, en morceaux de 68 mm de long, longueur conventionnelle égale à 4 fois celle des filtres les plus couramment utilisés. Ces morceaux sont utilisés dans les machines habituellement employées pour la fabrication des cigarettes à bout filtre.
La densité de la matière filtrante correspond à un poids de 1,9 g pour 10 cm de longueur de baguette.
La porosité de la matière filtrante est parfaitement adaptée à son emploi dans un filtre de cigarette, comme le montre l'essai conventionnel suivant:
On recouvre la paroi latérale d'un morceau de baguette de matière filtrante de 10 cm de long par du papier imperméable et on fait passer un courant d'air avec un débit constant égal à 17,5 cl3 par seconde (volume ramené aux conditions normales de température et de pression). On mesure la chute de pression à travers la matière filtrante dans ces conditions.
Le résultat de cet essai, effectué sur un échantillon de la matière filtrante fabriquée selon le présent exemple, est exprimé par une chute de pression de 18,5 cm d'eau.
Les filtres de cigarette comprenant la matière filtrante polyéthylène fritté fabriquée comme il vient d'être dit sont inodores et ne dénaturent pas l'odeur de la fumée de tabac lors de leur utilisation.
Exemple 2
On procède comme dans l'exemple 1, mais en utilisant de la poudre de polyéthylène formée de grains sphériques ayant une densité de 0,92 et une granulométrie non homogène comprise entre 300 et 1000 microns.
La vitesse d'avancement de la résine est la même que dans l'exemple 1 (4 cm par seconde) mais la zone de préchauffage est supprimée et la zone de chauffage est à 1050 C. Le temps de chauffage est toujours de 5 mm, étant donné que ni la vitesse d'avancement de la résine ni la longueur de la zone de chauffage n'ont été modifiées.
On obtient une baguette de matière filtrante de même diamètre que celle qui est obtenue en procédant comme indiqué dans l'exemple 1. Cette baguette a une densité correspondant à un poids de 1,95 g par 10 cm de longueur. Les filtres obtenus à partir de cette baguette pré sentent un aspect et des propriétés physiques et organoleptiques analogues à ceux des filtres obtenus selon l'exemple 1. Leur porosité, mesurée comme indiqué dans l'exemple 1, correspond à une chute de pression de 11,5 cm d'eau.
Exemple 3
On procède comme dans l'exemple 1, avec la même vitesse d'avancement de la résine et les mêmes longueurs et températures des zones de préchauffage, chauffage et refroidissement, mais en utilisant de la poudre de polyéthylène formée de grains sphériques ayant une densité de 0,91 et une granulométrie non homogène mais plus régulière que celle de la poudre utilisée selon l'exemple 2, à savoir entre 200 et 400 microns.
On obtient une baguette de même diamètre (7,5 mm) que celle obtenue selon les exemples précédents, pesant 2,3 g par 10 cm et présentant des propriétés physiques analogues. Sa couleur est jaune et l'odeur et le goût des filtres obtenus à partir de cette baguette sont encore moins prononcés que ceux des filtres obtenus selon les exemples précédents.
Leur porosité correspond à une chute de pression de 20,5 cm d'eau.
Exemple 4
On procède comme dans l'exemple 1, mais en utilisant une poudre de copolymère de chlorure et d'acétate de vinyle formée de grains sphériques ayant une densité de 0,92 et une granulométrie comprise entre 200 et 300 microns.
La zone de préchauffage est supprimée et la longueur de la zone de frittage est de 18 cm au lieu de 20 cm, de sorte que le temps de passage de la résine à travers cette zone est de 4,5 mn.
On obtient une baguette dure, mais présentant néanmoins une certaine souplesse, d'un diamètre de 7,5 mm, et dont la densité correspond à un poids de 2,1 g par 10 cm de longueur. Cette baguette est entourée par une peau étanche aux gaz. Couleur: crème. La porosité des filtres obtenus à partir de cette baguette correspond à une chute de pression de 21 cm d'eau, dans les conditions de mesure indiquées dans l'exemple 1.
Cigarette filter and method for its manufacture
The present invention relates to a cigarette filter comprising a filter material constituted by a thermoplastic polymer resin.
As is known, the most commonly used cigarette filters include, as filter material, fibers of cellulose or cellulose derivatives, for example fibers of cellulose acetate.
Cigarette filters are also known comprising a filter material consisting, at least for the most part, of fibers of thermoplastic polymer resins. In particular, there is a cigarette filter comprising a filter material consisting of an acrylic nitrile polymer in the form of very fine fibers. I1 also exists a cigarette filter, the filter material of which consists of polyalpha-olefin fibers further containing a certain proportion of plasticizable polymers.
Cigarette filters whose filtering material consists of a thermoplastic polymer resin have the advantage of having increased filtration efficiency compared to filters whose filtering material consists of cellulose or of a cellulose derivative. However, the manufacture of these filters is complicated, which results in a relatively high cost price.
Now, and surprisingly, the licensee has found that it was not necessary for the thermoplastic polymers to be in the form of fibers in order to obtain high filtration power. This discovery made it possible to achieve the object of the invention which is to provide a cigarette filter with a filtration efficiency practically as high as that of known filters, the filtering material of which consists of a thermoplastic polymer resin, but of which the manufacture is simpler and less expensive than that of the latter.
To this end, the filter according to the invention is characterized in that the resin is in the form of a porous mass composed of sintered grains, of approximately spherical shape, having a particle size of between 0.1 and 1 mm.
Therefore, the filter according to the invention, which has a simpler structure than that of the known filters mentioned above, can be obtained in a single operation from the powders of thermoplastic polymer resins which exist commercially and are usually used as molding powders.
Any resin which can be put in the form of a powder composed of grains having an approximately spherical shape and a particle size of between 0.1 and linm, this resin also not being liable to give off any toxic product or an unpleasant odor or taste. under the action of heat or altering the smell and taste of tobacco smoke, suitable for use as a filter material in the filter according to the invention. However, it is preferable that the thermoplastic resin powder has a melt index defined according to the American standard A.S.T.M.M.D. 1238 = 65T between 2 and 70, in order to facilitate the manufacture of the filter.
The best results have been obtained by using, as synthetic resin, poly-alpha-olefins, in particular polyethylene and polypropylene, and vinyl resins, in particular copolymers of vinyl chloride and vinyl acetate.
The subject of the invention is also a process for the manufacture of the cigarette filter described above. This process is characterized by the fact that one extrudes, in the form of a cylinder, a thermoplastic polymer resin powder composed of spherical grains having a particle size between 0.1 and i mm, which is passed through this process. cylinder through a sintering zone then through a cooling zone, so as to form a rod composed of sintered grains, and that this rod is cut into pieces of conventional length intended for use in the machines usually employed for the manufacture of filter-tipped cigarettes.
Depending on the exact nature of the resin, it may be advisable, in order to obtain better homogeneity of the filter, to pass the thermoplastic resin powder
through a preheating zone, maintained at a temperature slightly lower than that of the softening
of the resin, before it passes through the sintering zone.
The above method can be carried out, for example, by means of the apparatus shown in FIG.
single of the attached drawing.
This apparatus includes an extrusion device com
fitted with a housing 1, an extrusion screw 2, placed in the
of the housing 1 and rotated by means of
of a motor not shown in the figure, and of a mold
cylindrical 3. A powder funnel 4, the end of which
lower opens into housing 1, allows entry
to reduce a powder, in this case the resin powder
thermoplastic. A reservoir receptacle 5, fitted with a
powder distribution neck and means for
open and close the reservoir and adjust the flow of
the powder, used to supply the funnel 4 with resin
thermoplastic.
A horizontal brass tube 6, with a circular section
and having an internal diameter slightly greater than
the one you want to give to the filter, in this case
7.7mm inner diameter, for 7.5mm filter
in diameter, is placed in the extension of the mold
3 and connected to the latter. Its inner wall is polished
in order to facilitate the sliding of the resin powder ther
extruded plastic. A preheating device 7,
in this case constituted by a tubular sleeve of
circulation of hot water, surrounds tube 6 on a lon
64 cm long.
Following the sleeve 7, the tube 6 tra
successively pours a heating sleeve 8 into
which circulates water vapor under pressure and which
surrounds tube 6 over a length of 20 cm, and a man
cooling chon 9 in which water circulates
cold, surrounding tube 6 over a length of 40 cm.
The sleeves 7 and 8 are contiguous and the sleeves 8 and
9 are separated by an interval of. 1 cm. Of course,
the length of sleeves 7, 8 and 9 and even their name
bre could be different depending on the pre
desired heating, heating and cooling,
these obviously also depend on the speed
circulation of the resin in the tube 6 ,. so from
extrusion speed.
A cutting device comprising, in oc
currence, a rotating blade with two cutting blades 10,
driven in rotation around a horizontal axis and in
a plane perpendicular to the tube 6, by means of a dis
positive not shown in the figure comprising a motor
electric and transmission system, allows
cut the cylindrical rod of filter material
coming out of tube 9 in pieces of equal desired length
to a multiple of that of a cigarette filter, e.g.
full 68 mm.
It is evident that, with a view to undue manufacture
trielle, the device described above could easily
be modified to increase production capacity.
For example, one could use a large number of tubes in parallel, identical to tube 9. One could also increase the extrusion speed and even combine these two measures.
Example I
Using the apparatus described above, low density polyethylene powder (density between 0.916 and 0.920) is extruded into the mold 3 and the tube 6.
The powder grains have an approximately spherical shape and a very homogeneous particle size of the order of 400 microns.
The speed of rotation of the extrusion screw 2 is adjusted so as to obtain a speed of advance of the polyethylene powder of 4 cm per minute in the tube 6. Thus, the passage times in the preheating zones (sleeve 7), sintering (sleeve 8) and cooling (sleeve 9) are, respectively, 16, 5 and 10 minutes. The temperatures of these three zones are, respectively, 96, 112 and 10oC.
This gives a cylindrical rod of circular section 7.5 mm in diameter, skinless, white in color, quite hard but flexible, very finely porous.
This rod is cut, as it leaves the tube 6, into pieces 68 mm long, a conventional length equal to 4 times that of the most commonly used filters. These pieces are used in machines usually used for making filter-tipped cigarettes.
The density of the filter material corresponds to a weight of 1.9 g per 10 cm of rod length.
The porosity of the filter material is perfectly suited to its use in a cigarette filter, as shown by the following conventional test:
The side wall is covered with a piece of filtering rod 10 cm long with impermeable paper and a current of air is passed with a constant flow rate equal to 17.5 cl3 per second (volume reduced to normal conditions temperature and pressure). The pressure drop across the filter material is measured under these conditions.
The result of this test, carried out on a sample of the filter material produced according to the present example, is expressed by a pressure drop of 18.5 cm of water.
Cigarette filters comprising the sintered polyethylene filter material manufactured as described above are odorless and do not distort the smell of tobacco smoke during use.
Example 2
The procedure is as in Example 1, but using polyethylene powder formed from spherical grains having a density of 0.92 and a non-homogeneous particle size of between 300 and 1000 microns.
The resin advance speed is the same as in Example 1 (4 cm per second) but the preheating zone is removed and the heating zone is at 1050 C. The heating time is always 5 mm, since neither the speed of advance of the resin nor the length of the heating zone has been changed.
A rod of filtering material is obtained with the same diameter as that obtained by proceeding as indicated in Example 1. This rod has a density corresponding to a weight of 1.95 g per 10 cm of length. The filters obtained from this rod have an appearance and physical and organoleptic properties similar to those of the filters obtained according to Example 1. Their porosity, measured as indicated in Example 1, corresponds to a pressure drop of 11 , 5 cm of water.
Example 3
The procedure is as in Example 1, with the same speed of advance of the resin and the same lengths and temperatures of the preheating, heating and cooling zones, but using polyethylene powder formed from spherical grains having a density of 0.91 and a particle size which is not homogeneous but more regular than that of the powder used according to Example 2, namely between 200 and 400 microns.
A rod of the same diameter (7.5 mm) as that obtained according to the preceding examples, weighing 2.3 g per 10 cm and exhibiting similar physical properties is obtained. Its color is yellow and the smell and taste of the filters obtained from this rod are even less pronounced than those of the filters obtained according to the preceding examples.
Their porosity corresponds to a pressure drop of 20.5 cm of water.
Example 4
The procedure is as in Example 1, but using a copolymer powder of chloride and vinyl acetate formed from spherical grains having a density of 0.92 and a particle size of between 200 and 300 microns.
The preheating zone is eliminated and the length of the sintering zone is 18 cm instead of 20 cm, so that the time of passage of the resin through this zone is 4.5 min.
A hard rod is obtained, but nevertheless having a certain flexibility, with a diameter of 7.5 mm, and whose density corresponds to a weight of 2.1 g per 10 cm of length. This wand is surrounded by a gas-tight skin. Cream colour. The porosity of the filters obtained from this rod corresponds to a pressure drop of 21 cm of water, under the measurement conditions indicated in Example 1.