具有改进的降解的过滤嘴及其制造方法

具有改进的降解的过滤嘴及其制造方法
【专利摘要】公开了可降解过滤嘴及其制造方法，包括将含有光活性剂颗粒的增塑剂施加到纤维素酯纤维上以获得塑化纤维素酯纤维；和将所述塑化纤维素酯纤维成型为过滤嘴的步骤。该纤维素酯纤维可包含乙酸纤维素，增塑剂可以是三醋精，且光活性剂可包括许多类型的二氧化钛，例如混合相二氧化钛颗粒。该过滤嘴可用于例如制备香烟过滤嘴。
【专利说明】具有改进的降解的过滤嘴及其制造方法
发明领域
[0001]本发明涉及过滤嘴，尤其是表现出改进的降解的过滤嘴，如香烟过滤嘴。
[0002]发明背景
典型的香烟过滤嘴由乙酸纤维素基纤维的连续长丝丝束带(被称作乙酸纤维素丝束，或简称为乙酸丝束)制成。在多种专利中描述了使用乙酸丝束制造过滤嘴并可以将丝束塑化。参见例如美国专利N0.2，794，239。
[0003]代替连续纤维，可以使用更短并有助于过滤嘴的最终降解的短纤维。参见例如美国专利N0.3，658，626，其公开了直接由连续长丝丝束制造短纤维香烟过滤嘴元件等。这些短纤维也可以塑化。
[0004]用于香烟纤维的乙酸丝束通常由如美国专利N0.2，953，838中所述的有意高度卷曲并缠结的Y型小长丝旦数的纤维构成。Y型与其它纤维形状相比能获得在给定压降下具有最低重量的最佳香烟过滤嘴。参见美国专利N0.2，829，027。使用通常1.6_8旦/长丝(dpf)的小长丝旦数纤维制造有效的过滤嘴。在构造过滤嘴时，纤维的卷曲能够改进过滤嘴紧实度并降低在给定压降下的丝束重量。
[0005]可以如例如美国专利N0.3，017，309中所述借助丝束调节系统和制塞器(plugmaker)实现乙酸丝束至香烟过滤嘴的转化。丝束调节系统从捆包中抽取丝束、展开并de-registers (“ blooms”)纤维,并将丝束输送至制塞器。制塞器压缩丝束,用成型纸(Plugwrap paper)包装并将其切成长度合适的棒。为了进一步提高过滤嘴紧实度,可以添加非挥发性溶剂以将纤维溶剂粘合在一起。这些溶剂粘合剂在行业内被称作增塑剂，并且过去包括三醋精(三乙酸甘油酯)、二乙二醇二乙酸酯、三乙二醇二乙酸酯、三丙酸甘油酯、乙酰基柠檬酸三乙酯和柠檬酸三乙酯。还已经使用蜡提高过滤嘴紧实度。参见例如美国专利 N0.2,904,050。
[0006]常规增塑剂纤维-纤维粘合剂非常适用于粘合和选择性过滤。但是，增塑剂通常不溶于水，纤维会长时间保持粘合。实际上，由于过滤嘴纤维的高度缠结性质、纤维之间的溶剂粘合和乙酸纤维素聚合物的固有缓慢降解性，常规香烟过滤嘴在弃置时需要数年降解和分解。因此已尝试开发具有改进的降解性的香烟过滤嘴。
[0007]美国专利N0.5，947，126公开了用水溶性纤维-纤维粘合剂粘合的乙酸纤维素纤维束。将粘合的纤维包裹在相反端用水溶性成型纸粘合剂固定在一起的纸张中，并制作多个切口以贯穿(extend)该束包装纤维的大于一半。由此提供在相对较短时间内分解和降解的香烟烟雾过滤嘴。
[0008]美国专利N0.5，947，127公开了通过将水溶性聚合物以水溶液或分散体形式或以微粒形式添加到纤维素酯纤维丝束中制成的滤棒。该香烟过滤嘴据说非常容易湿分解，因此有助于减轻环境污染。通过掺入生物降解加速剂，如柠檬酸、酒石酸、苹果酸等和/或光降解加速剂，如锐钛矿形式的二氧化钛，可以提高纤维的环境降解性，或可以作为增白剂
提供二氧化钛。
[0009]Research Disclosure, 1996年6月，第375-77页公开了使用增塑剂由乙酸丝束形成过滤嘴会由于将纤维固结在一起而降低香烟过滤嘴的降解，但简单省略增塑剂会由于纤维缠结而无法使过滤嘴在环境中快速分解。作者因此提出使用不寻常类型的丝束(即具有显著降低湿时缠结的性质的纤维)制成的可环境分解的过滤嘴。
[0010]美国专利N0.7，435，208公开了包含具有纵轴的细长过滤嘴元件的香烟过滤嘴。大致垂直于过滤嘴元件纵轴的多个间隔开的切口部分延伸到该元件中。切口能使过滤嘴在使用和弃置后分解和更容易降解。
[0011]美国专利N0.5,491, 024和5，647，383公开了包含纤维素酯和0.05至5.0重量％的具有小于100纳米的平均粒度的二氧化钛的人造纤维。在挤出成丝束前将二氧化钛添加至IJ“原液(dope)”(即溶剂化纤维素酯)中。可以在挤出前的任何方便的点进行二氧化钛的添加。
[0012]美国专利N0.5，512，230公开了具有乙酸纤维素的每脱水葡萄糖单元的低取代度(DS/A(iU)的乙酸纤维素纤维的纺丝方法。5至40重量％水添加到乙酸纤维素(CA)/丙酮纺丝液(原液)中据说产生允许以1.9至2.2的DS/AGU用CA溶纺纤维的原液。
[0013]美国专利N0.5，970，988公开了含有充当光氧化催化剂的颜料的具有每脱水葡萄糖单元的中等取代度(DS/AGU)的纤维素酯纤维。该纤维可用作香烟产品的过滤嘴材料。由此提供的过滤嘴材料容易分散和生物降解并且不会滞留在环境中。该颜料可以是二氧化钛，但以大于用作增白剂的典型量的量在纤维内提供。
[0014]美国专利公开N0.2009/0151738公开了包括bloomed乙酸纤维素乙酸丝束的过滤元件、包裹过滤元件的成型纸和与丝束接触的涂料或丸粒的可降解香烟过滤嘴。该涂料和/或丸粒可以包含适合催化乙酸纤维素乙酸丝束的水解的材料和水溶性基质材料，以致在水接触水溶性基质材料时，释放适合催化水解的材料并催化乙酸纤维素乙酸丝束的水解和随后降解。
[0015]WO 2010/017989公开了包含纤维素酯以及如果适当，添加剂的光降解塑料。该光降解塑料包含分散的光催化的碳改性二氧化钛。该光降解塑料据说与使用常规或其它改性二氧化钛的产品相比时表现出光催化降解性的惊人高的提高。该光降解塑料可以例如首先进一步加工产生过滤嘴丝束。
[0016]WO 2009/093051和美国专利公开N0.2011/0023900公开了包含周长14.0至
23.2毫米的基本均匀过滤材料的圆柱塞的香烟烟雾过滤嘴或过滤嘴元件，其中该基本均匀过滤材料包含许多无规取向的短纤维。
[0017]已经研究了混合相二氧化钛的光催化活性。IluExplaining the enhancedphotocatalytic activity of Degussa P25 mixed-phase Ti02 using EPR，，，J.Phys.Chem.B 107 (2003) 4545-4549。也参见“reaction mechanisms in mixedphase Ti02 by EPRy\ Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 150
(2006) 155-163。
[0018]Titanium Dioxide P25, Manufacture~PropertiesApplications, TechnicalBulletin Fine Particles, Number 80, Degussa Aerosi I & Si lanes ProductLiterature (Undated)论述了混合相二氧化钛的商业应用，包括用作光催化剂和用作光半导体。
[0019]美国专利N0.5，720，803公开了包含包括至少10重量％的具有不超过2.15的平均取代度的低取代纤维素酯的纤维素酯并产生根据ASTM 125209-91使用二氧化碳释放量作为指标测得的至少60重量％的4周分解率的组合物。该组合物可以含有增塑剂、脂族聚酯、光解加速剂，如锐钛矿型二氧化钛，或生物降解加速剂，如有机酸和它们的酯。该低取代纤维素酯可以是具有50至250的平均聚合度、1.0至2.15的平均取代度和0.1至1.1的残留碱金属/碱土金属:残留硫酸当量比的纤维素酯。该可生物降解的纤维素酯组合物据说适用于制造多种制品，包括纤维制品，如香烟过滤嘴。
[0020]美国专利N0.5，478，386公开了包含包括至少10重量％的具有不超过2.15的平均取代度的低取代纤维素酯的纤维素酯的组合物。该组合物可以含有增塑剂、脂族聚酯、光解加速剂，如锐钛矿型二氧化钛，或生物降解加速剂，如有机酸和它们的酯。
[0021]美国专利N0.5，242，880公开了包含锐钛矿二氧化钛的新型氧化钛和硫酸或磷酸的钠、钾、钙、镁、钡、锌或镁盐。该氧化钛据说可用于可氧化聚合物的着色，同时提供用于可氧化聚合物的光氧化的催化剂体系。
[0022]美国专利N0.5，804，296公开了包含乙酸纤维素或其它纤维素酯和具有不小于30平方米/克的比表面积、0.001至0.07微米的初级粒度，或不小于30平方米/克的比表面积和0.001至0.07微米的初级粒度的锐钛矿型氧化钛的组合物。为了改进光降解性和分散性，可以用磷酸盐或其它磷化合物、多元醇、氨基酸等处理氧化钛的表面。该组合物可进一步含有增塑剂和/或脂族聚酯、生物降解加速剂(例如有机酸或其酯)。
[0023]WO 1995/29209公开了通过将二氧化钛在多元醇的羧酸酯中的分散体与乙酸纤维素和乙酸纤维素的溶剂混合制成的着色乙酸纤维素长丝。将所得分散体干纺以制造着色乙酸纤维素长丝。
[0024]Balazs, Ncindor 等人；“The effect of particle shape on the activity ofnanocrystalIine Ti02 photocatalysts in phenol decomposition，，;Applied CatalysisB: Environmental, 84 (2008),第356-362页研究了形态(球体vs多面体)对纳米结晶的二氧化钛光催化剂的光催化活性的影响。
[0025]Byrne等人，在“Characterization of HF-catalyzed silica gels doped withDegussa P25 Titanium Dioxide，，； Journal of Non-Crystalline Solids, 355 (2009),第525-530页通过将Degussa P25 Τ?02添加到由HN03和HF酸催化的液体溶胶中来合成Si02/Ti02复合材料。该复合材料随后通过几种不同的分析技术表征。
[0026]Hurum, D.C.等人，在“Probing reaction mechanisms in mixed phase Ti02by EPR，，; Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 150 (2006),第155-163页通过电子顺磁共振谱法研究了混合相Ti02光催化剂中的电荷分离过程。
[0027]Janus, Μ.等人在 “Carbon-modified Ti02 photocatalyst by ethanolcarbonisation” ；Applied Catalysis B: Environmental ；63 (2006),第 272-276 页中研究了通过乙醇碳化用碳改性二氧化钛粉末对光催化活性的影响。
[0028]Janus, Μ.等人，在 “Carbon Modified Ti02 Photocatalyst with EnhancedAdsorptivity for Dyes from Water” ；Catal.Lett.； 131 (2009),第 506-511 页通过在压力反应器中在乙醇气氛中改性商业锐钛矿二氧化钛而获得新型光催化剂。在三种偶氮燃料分解过程中测试该材料的光催化活性。
[0029]Lu, Xujie 等人在“Intelligent Hydrated-Sulfate Template AssistedPreparation of Nanoporous Ti02 Spheres and Their Visible-Light App Ii cat ion，，; ACSApplied Materials & Interfaces ;2010年12月中研究了纳米多孔二氧化钦球体和它们的用途，包括它们的光催化活性。
[0030]Juergen Puls 等人在“Degradation of Cellulose Acetate-Based Materials:A Review，，;Journal of Polymers and the Environment: Volume 19, Issue I ；2011 ;第152-165页中综述了对乙酸纤维素的生物降解性，包括光降解进行的研究。
[0031]但是，仍然需要可降解过滤嘴，如香烟过滤嘴，尤其是可以使用现有设备制造并且不需要对制成的丝束或过滤嘴作出改变的那些。
[0032]发明概述
一方面，本发明涉及形成过滤嘴，例如香烟过滤嘴的方法，其包括将具有分散在其中的光活性剂颗粒的增塑剂施加到纤维素酯纤维以获得塑化纤维素酯纤维；和将所述塑化纤维素酯纤维成型成过滤嘴的步骤。另一方面，该增塑剂可包含下列一种或多种:三醋精(三乙酸甘油酯)、二乙酸二乙二醇酯、二乙酸三乙二醇酯、三丙酸甘油酯、乙酰基柠檬酸三乙酯、柠檬酸三乙酯和三醋精与一种或多种聚乙二醇的混合物。另一方面，该增塑剂可进一步包括一种或多种水溶性聚合物。
[0033]一方面，该光活性剂可包含二氧化钛。另一方面，该光活性剂可包含金红石二氧化钛或锐钛矿二氧化钛，或金红石二氧化钛和锐钛矿二氧化钛的混合物。再一方面，该光活性剂的颗粒可包含混合相二氧化钛颗粒。该混合相二氧化钛颗粒可包含例如以大约5%至大约95%的量存在的锐钛矿相和以大约5%至大约95%的量存在的金红石相。
[0034]一方面，该光活性剂的颗粒包含平均直径为大约I纳米至大约250纳米的颗粒。另一方面，该光活性剂的颗粒包含平均直径为5纳米至50纳米的颗粒。再一方面，光活性剂的颗粒具有大约10至大约300平方米/克的表面积。
[0035]一方面，该增塑剂可进一步包含纤维素酯聚合物，另一方面，该增塑剂可进一步包含聚乙二醇。
[0036]一方面，本发明的纤维素酯纤维包含乙酸纤维素、丙酸纤维素、丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素或乙酸丁酸纤维素中的一种或多种。另一方面，该纤维素酯纤维包含具有大约
1.8至大约2.7，或大约1.9至大约2.5的DS/AGU的乙酸纤维素。
[0037]—方面，本发明的方法可进一步包含将香烟过滤嘴切(slitting) —次或多次的步骤。
[0038]一方面，本发明涉及通过本发明的方法制成的过滤嘴，例如香烟过滤嘴，另一方面，本发明涉及带有通过本发明的方法制成的过滤嘴的香烟。
[0039]本发明的其它方面如本文中公开和主张。
[0040]发明详述
我们已经确定，在过滤嘴的制造中，在增塑剂中使用光活性剂导致所得过滤嘴结构的提高的分解速率——在室外环境中暴露于紫外线辐射的纤维上测得。这不同于在形成纤维时将光活性剂添加到纤维中，例如通过在纺丝前将光活性剂添加到纤维素酯原液，即溶解在丙酮中时的纤维素酯中。
[0041]不希望受制于任何理论，由光活性剂造成的光降解被认为造成点蚀(pitting)并因此提高纤维的表面积，这可增强其它类型的降解机制，如生物降解。我们由此发现，即使相当大量存在光活性剂颗粒，增塑剂仍足够好地分布，以致光活性剂有助于提高所得过滤嘴结构的分解速率，尽管通常不在与在制造过程中将该颗粒直接添加到纤维中时的相同程度上。我们还发现，该颗粒不会不适当干扰纤维粘合，从而保持良好的过滤嘴紧实度。
[0042]本文所用的术语“增塑剂”旨在描述施加到纤维素酯纤维上时将纤维溶剂粘合在一起的溶剂。可根据本发明使用的增塑剂包括下列一种或多种:三醋精(三乙酸甘油酯)、二乙酸二乙二醇酯、二乙酸三乙二醇酯、三丙酸甘油酯、乙酰基柠檬酸三乙酯、柠檬酸三乙酯和与一种或多种聚乙二醇的混合物。该共混物或混合物可任选含有聚合物，例如水溶性聚合物，如聚乙酸乙烯酯(PVA)，聚乙烯醇(PV0H)、聚醚，如聚乙二醇(也称作聚环氧乙烷)，纤维素醚，如甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素，淀粉或淀粉酯。
[0043]当我们说增塑剂具有分散在其中的光活性剂颗粒时，我们一方面是指，光活性剂分散在增塑剂中并因此在将增塑剂施加到纤维上时在增塑剂中存在光活性剂。但是，我们无意排除可以将光活性剂分散在液体如聚乙二醇中的可能性，所述液体本身不塑化该纤维而是可用于将光活性剂与增塑剂同时或在施加增塑剂之前或之后不久施加到纤维上，以致在增塑剂将纤维溶剂粘合在一起时该光活性剂与增塑剂混合存在。
[0044]本文所用的术语“光活性剂”是指在添加到施加至纤维素酯纤维的增塑剂中时提高该纤维暴露于紫外线辐射时的降解速率的试剂。可根据本发明使用的光活性添加剂尤其包括二氧化钛，尽管同样可使用其它光活性金属或金属化合物。该二氧化钛颗粒可以是金红石或锐钛矿形式，或该颗粒可包括存在于相同颗粒中的这两种晶形的混合物。
[0045]另一方面，可以使用混合相二氧化钛颗粒，其中金红石和锐钛矿结晶结构存在于相同颗粒中。因此，例如使用X-射线衍射测量法测得的该混合相颗粒中存在的锐钛矿相的量可以为例如大约2%至大约98%，或15%至95%，或50%至95%不等。通过X-射线衍射测得的颗粒中存在的金红石相可同样类似地变化，例如大约2%至大约98%，或15%至95%，或50%至95%，在每种情况下使用X-射线衍射技术测量。我们已经发现这些颗粒尤其适用于增强使用它们的过滤嘴的降解。不希望受制于任何理论，我们相信，此类混合相颗粒的适用性可能由于它们改进的吸收可见光的能力。不考虑掺入方法，在一起提交的共同待审申请中单独提出混合相二氧化钛颗粒在香烟过滤嘴中的用途。
[0046]多种二氧化钛因此可根据本发明使用，并可以以多种方式制备。由此可通过包括高温水解的方法制备合适的二氧化钛颗粒。
[0047]向增塑剂提供的颗粒量可以在例如大约0.1至大约30重量％，或0.1至20重量％，或0.1至10重量％的宽范围内变动。在一些方面中，提供的二氧化钛颗粒的量取决于增塑剂溶液粘度。类似地，经由增塑剂向过滤嘴提供的颗粒量同样在例如大约0.01至大约10重量％，或0.1至5重量％,或0.2至2重量％的宽范围内变动。
[0048]二氧化钛的多种粒度可根据本发明使用，例如大约I纳米至大约10微米，或I纳米至I微米，或I纳米至500纳米,或I纳米至250纳米,或3纳米至100纳米,或5纳米至50纳米。我们已经发现纳米级颗粒特别适合根据本发明使用。不希望受制于任何理论，较小粒度的使用允许紫外线辐射进一步渗透到纤维中，以从表面更深入降解，由此造成塑化纤维内更深处的降解。
[0049]尽管所给粒度是指初级粒度，但光活性剂可能不仅存在于离散颗粒中，还存在于附聚物中。我们已经发现，作为附聚物存在的颗粒合适地增强所得过滤嘴的降解，但如果需要，可以研磨颗粒以获得更均匀和初级的粒度。
[0050]涂布和未涂布的钛颗粒都适合根据本发明使用。可施加到氧化钛颗粒上的涂布剂包括例如碳涂料。可包含在表面上或与二氧化钛结合的涂布剂包括例如碳涂料和水合金属硫酸盐(MS04*xH20,M = Zn、Fe、Co、Mg等)。不希望受制于任何理论,某些涂料,例如碳涂料有助于过滤嘴的所需光降解，例如通过实现可见光吸收。
[0051]光活性剂的颗粒可以以许多方式分散在增塑剂中，例如通过在介质磨机(mediamill)中高剪切混合或通过使用超声搅拌。通过向增塑剂中加入一定量的纤维素酯(例如按重量计大约0.01%至大约10%，或0.1%至6%的量)，可以增强颗粒在增塑剂中的稳定性，即在过滤嘴制造过程中颗粒保持悬浮在增塑剂中的倾向。通过为增塑剂提供一定量的聚乙二醇(具有例如大约100至大约1000的分子量的聚乙二醇)(按重量计大约0.01%至大约10%，或0.1%至6%的量)，可进一步增强稳定性。纤维素酯和聚乙二醇可以独自或一起用于增强颗粒在增塑剂中的稳定性。
[0052]一方面，可根据本发明使用的光活性剂颗粒具有相对较高的表面积，例如通过BET表面积法测得的大约10至大约300平方米/克，或20至200平方米/克。
[0053]在增塑剂而非纤维中提供光活性剂允许在过滤嘴制备中使用常规乙酸丝束，而不需要对该酯或丝束配方作出任何改变。但是，将光活性剂颗粒置于增塑剂中可能影响例如增塑剂的粘度，尤其是如果掺入稳定剂，如纤维素酯和/或聚乙二醇。因此，最好选择不会显著影响粘度但仍保持光活性剂在增塑剂中的稳定性的稳定剂，例如通过提供相对低分子量的纤维素酯或聚乙二醇或两者。可以选择具有疏水特征的其它稳定剂添加到增塑剂中。此外，将光活性剂添加到增塑剂中能够由常规过滤嘴材料构造更可降解的过滤嘴，由此降低成本和复杂性。
[0054]本文所用的术语“纤维素酯纤维”是指由一种或多种纤维素酯，如乙酸纤维素例如通过熔纺或溶剂纺丝形成的纤维。可根据本发明使用的纤维素酯因此包括，但不限于，具有不同取代度的乙酸纤维素、丙酸纤维素和丁酸纤维素，以及这些的混合酯，即乙酸丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素和乙酸丙酸丁酸纤维素。本发明的纤维素酯可以是secondary纤维素酯。合适的酯的实例因此包括如经此引用并入本文的美国专利Nos.1, 698, 049 ；
I,683，347 ;1，880，808 ;1，880，560 ;1，984，147 ;2，129，052 ;和 3，617，201 中所述的乙酸纤维素、乙酸丙酸纤维素和乙酸丁酸纤维素。
[0055]因此，尽管香烟过滤嘴传统上由乙酸纤维素纤维制成，本发明不严格限于传统酯或香烟过滤嘴。此外，尽管用于香烟过滤嘴的乙酸酯的每脱水葡萄糖单元的典型取代度(DS/AGU)为大约2.45，但容易以例如1.5至2.8，或1.8至2.7，或1.9至2.5的一系列乙酰基水平，或例如大约2.0的平均DS/AGU构造过滤嘴。我们注意到，较低DS/AGU值可提供较快降解。
[0056]本发明的纤维素酯纤维可纺成纤维，例如通过熔纺或通过由适当的溶剂(例如丙酮、丙酮/水、四氢呋喃、二氯甲烷/甲醇、氯仿、二氧杂环己烷、N，N- 二甲基甲酰胺、二甲亚砜、乙酸甲酯、乙酸乙酯或吡啶)纺丝。在由溶剂纺丝时，溶剂的选择取决于酯取代基的类型和DS/A⑶。适用于纤维纺丝的溶剂是含有O至30重量％水的丙酮。对具有2.4-2.6的DS/AGU的乙酸纤维素而言，优选的纺丝溶剂是含有少于3%水的丙酮。对具有2.0-2.4的DS/AGU的乙酸纤维素而言，优选的纺丝溶剂是5-15%含水丙酮。对具有1.7至2.0的DS/AGU的乙酸纤维素而言，优选溶剂是15-30%含水丙酮，即具有15-30重量％水的丙酮。
[0057]当熔纺纤维时，纤维素酯或塑化纤维素酯可具有例如120°C至250°C，或180°C至220°C的熔体温度。适用于纤维素酯熔纺的增塑剂的实例包括，但不限于，邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丙酯、邻苯二甲酸二丁酯、三醋精、二乙酸三乙二醇酯、己二酸二辛酯、聚乙二醇-200或聚乙二醇-200或聚乙二醇-400。用于熔纺的优选增塑剂包括三醋精、柠檬酸三乙酯或聚乙二醇-400。在这种情况中使用术语“增塑剂”指软化纤维素酯应区别于在本申请中的其它地方用于指熔体粘合纤维素酯纤维的溶剂。
[0058]所用纤维素酯纤维可以是连续纤维(continuous fiber),或可以是具有较短长度的短纤维，以使该纤维更容易降解。因此，短纤维可具有大约3至10毫米，或4至8毫米的长度。短纤维同样可以无规取向。
[0059]可根据本发明使用的纤维素酯纤维通常是卷曲的，具有例如4-20个卷曲/英寸，或10至15个卷曲/英寸。该纤维可具有例如20-0.1，或5-1.5 DPF的旦数/长丝(DPF)。为了加工，该纤维可任选含有以0.1至3重量％，或0.3至0.8重量％的量使用的润滑剂或加工助剂，如矿物油。
[0060]尽管常将微粒添加剂添加到纤维中以增强过滤嘴白度，但这些添加剂通常是大致200纳米粒度的二氧化钛颗粒，该粒度提供良好的光散射但具有极小光活性。这种氧化钛颗粒通常在表面上具有无机涂层以增强颗粒在纺丝液中的分散。二氧化钛传统上尚未添加到增塑剂中，可能是因为其可能限制过滤嘴的硬度而不增强白度。
[0061]如背景中所述，光活性剂尚未表明增强过滤嘴的光降解，但该方法已在纺丝过程中将该添加剂置于纤维中。本发明提出将二氧化钛添加到增塑剂中，由此增强降解和分解，但没有明显影响纤维之间的粘合或过滤嘴硬度。
[0062]根据本发明制成的过滤嘴可进一步包括其它特征以增强它们的降解，例如通过与它们的纵轴垂直地切口，或通过掺入短纤维或倾向于提高在环境中的降解速率的其它更短纤维。提高降解速率的另一些措施可包括在增塑剂中掺入一种或多种聚合物，例如水溶性聚合物，尽管如果这影响增塑剂溶解该酯的能力以致光活性剂在塑化步骤的过程中无法渗透纤维，这可能实际上降低降解速率。但仍可用的水溶性聚合物包括聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、淀粉和具有例如1.4至1.8的DS/AGU的乙酸纤维素。
[0063]根据本发明制成的过滤嘴可具有许多额外特征，例如具有微粒添加剂，如木炭或沸石。它们也可带有可能着色的线，或带有增味珠粒(flavor bead)或任何其它非微粒添加剂。
[0064]也可以为该过滤嘴提供水溶性成型纸粘合剂以进一步促进过滤嘴在环境中的降解。
[0065]通过下列实施例进一步例示本发明提供的新型方法和过滤嘴。
实施例
[0066]实施例:
在下列实施例中，过滤嘴样品在独立丝网笼中放在建筑物的屋顶上以使足够的紫外线辐射到达过滤嘴，并距地面大约4英寸以尽可能少地使样品位于屋顶上存在的水坑中。各屋顶研究包括每个实施例10个21毫米过滤嘴，置于网笼中，除去纸以仅留下构成过滤嘴的纤维。除去纸以使过滤嘴中的纤维直接暴露于紫外线辐射，从而测定光活性剂对降解性的作用。
[0067]每3个月收集过滤嘴用于称重和照相，以评估过滤嘴中的纤维的降解。这种方法用于下面报道的所有实施例。所提供的结果是在各试验点的10个过滤嘴样品的重量。
[0068]实施例中所用的TiO2颜料是Kronos 1071——作为颜料或增白剂用在纤维中并具有210纳米的平均粒度的无机涂布的单相锐钛矿Ti02。
[0069]在实施例中使用两种光活性TiO2颗粒，在纤维中提供、在增塑剂中提供或两者。第一种，Evonik制造的AEROXIDE? TiO2 P 25，是具有大约20纳米平均粒度的超细尺寸未涂布混合相Ti02。第二种，也是Evonik制造的VP TiO2 P 90也是具有大约14纳米平均粒度的超细尺寸未涂布混合相TiO2。
[0070]实施例1 -香烟过滤嘴-无TiOz颜料；无光活性剂；用三醋精粘合的纤维 由不含TiO2颜料的乙酸纤维素纤维构造过滤嘴，用不含光活性剂的10重量％三醋精
粘合。屋顶室外风化结果列在表I中。
[0071]实施例2A和2B -无TiO。颜料:用含有两种光活件TiO。颗粒之一的三醋精粘合的纤维
用含有2重量％超细尺寸未涂布混合相TiO2的10重量％三醋精构造由不含TiO2颜料的乙酸纤维素纤维制成的过滤嘴，以使各过滤嘴具有大约0.2重量％的光活性Ti02。实施例2A使用AEROXIDE? TiO2 P 25——具有20纳米粒度的超细尺寸未涂布混合相Ti02。实施例2B使用VP TiO2 P 90——具有14纳米粒度。如所示，这些产品各自是未涂布的混合相TiO2。屋顶室外风化结果列在表I中。
[0072]实施例3-常规过滤嘴-纤维中含TiO2颜料，所述纤维用不含光活性剂的三醋精粘合
用不含二氧化钛的10重量％三醋精构造由含有0.5重量％Ti02颜料(Kronos 1071)的乙酸纤维素纤维制成的常规香烟过滤嘴。该TiO2颜料如所示具有210纳米的平均粒度并由具有无机涂层的锐钛矿颗粒构成。屋顶室外风化结果显示在表I中。
[0073]实施例4A和4B -纤维中含TiO2颜料，所沭纤维用含光活件TiO2颗粒的三醋精粘合
香烟过滤嘴由含有0.5% TiO2颜料的乙酸纤维素纤维制造并用含有2重量％的两种超细尺寸未涂布混合相TiO2之一的10重量％三醋精粘合，以使所得过滤嘴具有大约0.2%的光活性TiO2(除纤维中的0.5%颜料尺寸的TiO2外)。实施例4A使用如上所述的AER0XIDE?TiO2 P 25，实施例4B使用VP TiO2 P 90。屋顶室外风化结果提供在表I中。
[0074]实施例5A、5B和5C -纤维中含光活性TiO2颗粒(尺寸?20纳米)，其用不含光活性剂的三醋精粘合
为了比较在纤维中提供光活性TiO2 vs添加在三醋精增塑剂中的效果，用含有存在于纤维中的各种量的AEROXIDE? TiO2 P 25 (已描述的超细尺寸未涂布混合相TiO2)的乙酸纤维素纤维构造过滤嘴。用不含光活性剂的三醋精粘合该纤维。
[0075]实施例5A的过滤嘴带有0.5重量％的该颗粒。在实施例5B中，该乙酸纤维素纤维带有1.0重量％的该颗粒。在实施例5C中，该乙酸纤维素纤维带有2.0重量％的相同颗粒。屋顶室外风化结果列在表2中。[0076]实施例6A和6B -纤维中含光活性Ti(^颗粒(尺寸~14纳米)，其用不含光活性剂的三醋精粘合
为了比较光活性TiO2在纤维中vs添加在三醋精增塑剂中的效果，用含有各种量的VPTiO2 P 90(具有大约14纳米平均粒度的超细尺寸未涂布混合相TiO2)的乙酸纤维素纤维构造过滤嘴。实施例6A使用0.5重量％的该颗粒，实施例6B使用1.0重量％的该颗粒。屋顶室外风化结果列在表2中。
[0077]实施例7A至7F -纤维中含光活性Ti(X颗粒(尺寸~20纳米)，其用含有光活性Ti(X颗粒的三醋精粘合
在实施例7A、7B和7C中，用含有各种量的AEROXIDE? TiO2 P 25 (超细尺寸(尺寸~20纳米)未涂布混合相TiO2)的乙酸纤维素纤维构造过滤嘴。实施例7A的纤维带有0.5重量％的这些颗粒；实施例7B的纤维带有1.0重量％的这些颗粒，实施例7C的纤维带有2.0重量％的这些颗粒。实施例7A、7B和7C用含有2.0重量°/c^^AER0XIDE? TiO2 P 25超细尺寸未涂布混合相TiO2 ~ 20纳米)的10重量％三醋精粘合。
[0078]实施例7D、7E和7F的纤维分别用0.5重量％、1.0重量％和2.0重量％的AER0XIDE?TiO2 P 25 (具有大约20纳米粒度的超细尺寸未涂布混合相TiO2)构造。这些实施例用含有2重量％的VP TiO2 P 90超细尺寸未涂布混合相TiO2 ~ 14纳米)的10重量％三醋精粘合。这些实施例的屋顶室外风化结果列在表3中。
[0079]实施例8A至8D -纤维中含光活性TiO2颗粒(尺寸~14 nm)，其用含有两种光活性TiO2颗粒之一的三醋精粘合
在这些实施例中，用含有各种量的已描述的VP TiO2 P 90 (超细尺寸(尺寸~14纳米)未涂布混合相TiO2)的乙酸纤维素纤维构造过滤嘴。用含有两种超细未涂布混合相TiO2之一的10重量％三醋精粘合过滤嘴。
[0080]实施例8A和8C的纤维在乙酸纤维素纤维中含有0.5重量％的14纳米TiO2颗粒。实施例8A用含有2.0重量％超细尺寸~20纳米)混合相TiO2的10%三醋精粘合，实施例8C用含有2.0重量％超细尺寸~14纳米)混合相TiO2的10%三醋精粘合。实施例8B和8D在乙酸纤维素纤维中含有1.0重量％的超细尺寸未涂布混合相TiO2 ~14纳米)。实施例SB用含有2.0重量％超细尺寸~20纳米)混合相TiO2的10%三醋精粘合，实施例8D用含有
2.0重量％超细到顶~14纳米)混合相TiO2的10%三醋精粘合。这些实施例的屋顶室外风化结果列在表4中。
[0081]测量所有上述实施例的棒硬度以评估增塑剂中的Ti02的影响，所有实施例经证实在Filtrona硬度装置中具有超过93%的可接受的过滤嘴紧实度。
[0082]表1.实施例1-4B的屋顶室外风化结果
【权利要求】
1.形成过滤嘴的方法，该方法包括: 将具有分散在其中的光活性剂颗粒的增塑剂施加至纤维素酯纤维以获得塑化纤维素酯纤维；和 将所述塑化纤维素酯纤维成型为过滤嘴。
2.权利要求1的方法，其中所述增塑剂包含下列的一种或多种:三醋精(三乙酸甘油酯)、二乙酸二乙二醇酯、二乙酸三乙二醇酯、三丙酸甘油酯、乙酰基柠檬酸三乙酯、柠檬酸三乙酯和三醋精与一种或多种聚乙二醇的混合物。
3.权利要求2的方法，其中所述增塑剂进一步包含一种或多种水溶性聚合物。
4.权利要求1的方法，其中所述光活性剂包含二氧化钛。
5.权利要求1的方法，其中所述光活性剂包含金红石二氧化钛或锐钛矿二氧化钛，或金红石二氧化钛和锐钛矿二氧化钛的混合物。
6.权利要求1的方法，其中所述光活性剂的颗粒包含混合相二氧化钛颗粒。
7.权利要求6的方法，其中所述混合相二氧化钛颗粒包含以大约50至大约98%的量存在的锐钛矿相和以大约50至大约2%的量存在的金红石相。
8.权利要求1的方法，其中所述光活性剂的颗粒包含具有大约I纳米至大约250纳米直径的颗粒。
9.权利要求1的方法，其中所述光活性剂的颗粒包含具有5纳米至50纳米直径的颗粒。
10.权利要求1的方法，其中所述增塑剂进一步包含纤维素酯聚合物。
11.权利要求10的方法，其中所述增塑剂进一步包含聚乙二醇。
12.权利要求1的方法，其中所述纤维素酯纤维包含乙酸纤维素、丙酸纤维素、丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素或乙酸丁酸纤维素中的一种或多种。
13.权利要求1的方法，其中所述纤维素酯纤维包含具有大约1.8至大约2.7的DS/AGU的乙酸纤维素。
14.权利要求1的方法，其中所述纤维素酯纤维包含具有大约1.9至大约2.5的DS/AGU的乙酸纤维素。
15.权利要求1的方法，进一步包括将香烟过滤嘴切一次或多次的步骤。
16.通过权利要求1的方法制成的过滤嘴。
17.带有通过权利要求1的方法制成的过滤嘴的香烟。
18.权利要求1的方法，其中所述光活性剂的颗粒具有大约10至大约300平方米/克的表面积。
19.权利要求16的过滤嘴，其中提供至所述过滤嘴的光活性剂颗粒量为过滤嘴重量的大约0.01至大约10重量％。
20.权利要求1的方法，其中提供至所述过滤嘴的光活性剂颗粒量为过滤嘴重量的.0.01至10重量％。
【文档编号】A24D3/02GK103619200SQ201280030100
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年6月14日 优先权日:2011年6月23日
【发明者】S.A.威尔逊, J.K.斯蒂奇, J.S.福弗 申请人:伊士曼化工公司