烟草烟雾过滤器的制造方法
【专利摘要】一种包括非织造织物的烟草烟雾过滤器或过滤器元件，其中非织造织物包含：短纤维片；和水溶性粘合剂，其中水溶性粘合剂均匀涂在短纤维片的至少一个面上。过滤器具有优良的生物降解性。
【专利说明】烟草烟雾过滤器
[0001] 本发明涉及用于发烟制品（例如，香烟）的过滤器和过滤器元件。
[0002] 普遍需要减小与烟头垃圾环境影响相关的问题。大部分目前的香烟过滤器用常规 乙酸纤维素丝束构造，因此，生物降解速率很慢。这在烟头扔在地上时产生问题，使得过滤 器可能长期明显可识别。另外，目前的乙酸纤维素过滤器在扔入水道时不分散，甚至在长期 浸入水后仍保留它们的特征大小和形状。这在废水处理厂产生问题，在处理过程期间用过 的烟头必须从水流去除。当然，当它们在随着下雨的排水冲走后，最初扔在地上的很多烟头 将最终终止于水处理厂。因此，需要由容易生物降解材料制成并且在浸入水时快速分散的 香烟过滤器。另外，过滤器材料必须满足很多其它标准，特别是以适用于高速转化成香烟过 滤器的形式；为成品过滤器提供适合的特性（例如，过滤效率、硬度、没有易变性等）；经济 上可行；并且能够在最终香烟中有可接受的主观特性（特别是味道和外观）。
[0003] 这不是新问题，并且研究人员数十年来一直在努力发现适合的生物可降解香烟过 滤器材料。在这段时间提交了要求保护的针对这些需要的很多专利申请，但到目前为止都 没有得到任何有意义的市场认可。因此，仍需要可容易生物降解从而在浸入水时很快分解 的烟草烟雾过滤材料。
[0004] 根据本发明，在第一个方面，提供一种包括非织造织物的烟草烟雾过滤器或过滤 器元件，其中非织造织物包含：短纤维片；和水溶性粘合剂，其中水溶性粘合剂均匀涂在短 纤维片的至少一个面上。
[0005] 根据本发明，在另一个方面，提供一种包括非织造织物的烟草烟雾过滤器或过滤 器元件，其中非织造织物包含：短纤维（例如，短纤维片）；和水溶性粘合剂，其中水溶性粘 合剂以含水形式施用到短纤维。
[0006] 非织造织物可定义为通过机械、热或化学方式将纤维或长丝（并通过穿刺薄膜） 缠结在一起的片或网结构。它们可直接从分离的纤维（或从熔融的塑料或塑料薄膜）制成。 在本文中术语"非织造织物"明确不包括纸或原纸。
[0007] 优选非织造织物为湿法成网非织造织物。非织造织物可具有25至42gsm的基重， 例如27至40gsm。
[0008] 短纤维优选为生物可降解材料。短纤维可以为再生的纤维素纤维，例如粘胶纤维 (Viscose)或天丝纤维（Tencel),二者均可从Lenzing AG得到。也可使用其它生物可降解 纤维，例如聚乙烯醇（PVOH)、聚乳酸（PLA)、聚乙醇酸（PGA)或棉。可使用较差生物可降解 或不可生物降解纤维，例如，乙酸纤维素纤维、纤维素酯纤维，但这些不是优选的。优选短纤 维不是乙酸纤维素纤维或纤维素酯纤维。
[0009] 优选过滤器/过滤器元件和/或非织造织物和/或短纤维具有根据OE⑶301B"快 速生物降解性（Ready Biodegradability)"方法（修改的Sturm试验）测定的生物降解性 的"快速生物降解性"等级，这在本领域是熟知的。
[0010] 短纤维可以是切段长度4mm至IOmm的短纤维，例如4至6mm。短纤维可具有 I. 7dtex至3. 3dtex的直径。短纤维可以为任何横截面（例如，圆形、三叶形等）。应了解， 可不脱离本发明的精神下使用适用于湿法成网非织造织物的任何切段长度和直径的短纤 维，并且可在织物中使用不同纤维、纤维长度或纤维直径的混合物。
[0011] 水溶性粘合剂的量可以为〇. 1%至5%，例如0. 5至3%，例如1%，以成品非织造织物 中固体含量的百分数表示。水溶性粘合剂可以为羧甲基纤维素（CMC)、聚乙烯醇（PVOH)、 羟基纤维素、聚氧化乙烯、天然淀粉、改性淀粉、阳离子淀粉、瓜耳胶或上述物质的衍生 物。粘合剂可通过适用于施用液体粘合剂的任何已知方法施用，例如，帘涂、施胶机（size press)、乳液机浸乳（mangle padding)、喷涂等。优选非织造织物不包括碱性化合物。
[0012] 本发明的过滤器和元件包括包含（例如短切生物可降解）短纤维（例如经再生的 纤维素纤维）和水溶性粘合剂的非织造织物。优选水溶性粘合剂以含水形式施用（到纤 维）。优选水溶性粘合剂以含水形式施用（到纤维），随后干燥。
[0013] 特定的非织造织物材料优选通过湿法成网法制造。非织造织物可通过多种不同的 熟知制造途径制备（例如，干法成网或"梳理成网"、纺粘、湿法成网、气流成网等）。本申请 人已发现，湿法成网织物最适合满足香烟过滤器所需的要求嘴-嘴（tip-tip)压降再现性 标准，这是可行烟草烟雾过滤材料的至关重要的先决条件（不考虑它的可分散性）。压降 涉及每嘴所用织物的重量。纸和非织造物的基重用将至少20X25cm面积重量定量的标准 方法检测。在一般香烟过滤器中所用的量只使用此量的约10%，因此，基于此类较大试验样 品的重量变率的数据可能对于其满足香烟过滤器的再现性标准的适用性是误导人的。通过 测定2cmX30cm织物条的重量变率， 申请人:确定，湿法成网非织造物最适合满足不大于约 ± 1%的所需重量变率需求。
[0014] 由100%短纤维制成的湿法成网织物极弱，并且没有经受在过滤器制造机械上处 理的足够机械完整性。因此，需要粘合剂为织物提供足够的强度。现有技术湿法成网织物 通常结合热塑性粘合剂纤维作为纤维配料的一部分，然后，在织物制造的干燥阶段活化这 些粘合剂纤维。然而， 申请人:已发现，结合粘合剂纤维的织物不适用于本申请，因为它们不 容易分散于冷水（见以下比较性实施例3)。 申请人:发现，结合短纤维使用（例如液体）水 溶性粘合剂的结果可使得能够快速分散于冷水。
[0015] 非织造织物可以为具有可分散性的织物，其中在经过EDANA标准FG511. I Tier 1 可分散性摇瓶试验（Dispersability Shake Flask Test)(使用 I. 6、3. 15、6. 3 和 12. 5mm 孔径的筛）后，95%或更多（例如96%或更多）非织造织物通过6. 3mm孔径的筛。这个试验 在本领域熟知，此可分散性表示容易和有效地分散于冷水（高可分散性）。
[0016] 本发明的过滤器的最终外观和硬度也类似于乙酸纤维素过滤器，同样提高它们的 商业可接受性。
[0017] 有利的是，可用制造纸基香烟过滤器所用的标准设备处理（例如，模压）本发明的 过滤器中使用的非织造织物。纸过滤器给予比具有相同压降的乙酸纤维素过滤器更大的焦 油保留。这意味香烟制造商不可能简单地用纸过滤器代替乙酸纤维素过滤器，因为过滤器 的长度需要改变（以保持相同的压降或焦油输送），或者香烟焦油输送减少，压降增加（对 于不变的过滤器长度）。 申请人:已发现，本发明的过滤器和过滤器元件的焦油保留非常接近 乙酸纤维素，而不是纸。 申请人:还发现，织物结构越是开放和内在多孔，结合那种材料的过 滤器的焦油保留越低。因此，可通过控制组成纤维性质设计非织造织物的孔隙率以提供合 乎需要的焦油保留和压降的过滤器和过滤器元件，组成纤维性质例如聚合物类型、纤维横 截面、纤维卷曲率和纤维尺寸。这意味本发明的过滤器/元件更有利，因为可用它们作为乙 酸纤维素过滤器的简单替代品。
[0018] 非织造织物可进一步包含木浆。本文所用术语"木浆"包括包含天然存在的纤维 素纤维（例如，通过常规方法从软木或硬木得到，例如亚硫酸盐法或Kraft法）的浆，它们 可已搅打过（这在本领域是熟知的），例如，使用常规打浆机或磨浆机。木浆可提高非织造 织物的拉伸强度。如果包括木浆，则优选以非织造织物重量的〇. 1至20%重量的量存在，例 如5至10%重量。在一个优选的实例中，包括非织造织物重量的至多9. 5%重量、例如1至 9%、例如5至9%的木浆。 申请人:已意外地发现，包括这种相当少量木浆（加上水溶性粘合 齐U)的非织造织物强得足以形成过滤器/过滤器元件。在一个不同的优选实例中，包括非 织造织物重量的至多20%重量、例如1至20%的木浆，并且水溶性粘合剂以0. 1%至5%的量 存在，以成品非织造织物中固体含量的百分数表示。
[0019] 因此，根据本发明，在一个方面，提供一种包括非织造织物的烟草烟雾过滤器或过 滤器元件，其中非织造织物包含：短纤维片；木浆；和水溶性粘合剂，其中水溶性粘合剂均 匀涂在短纤维片的至少一个面上，并且其中至多9. 5%重量的非织造织物为木浆。
[0020] 根据本发明，在另一个方面，提供一种包括非织造织物的烟草烟雾过滤器或过滤 器元件，其中非织造织物包含：短纤维片；木浆；和水溶性粘合剂，其中水溶性粘合剂均匀 涂在短纤维片的至少一个面上,其中非织造织物包含非织造织物重量的至多20%重量的木 浆，并且粘合剂的量为0. 1至5%，以成品非织造织物中固体含量的百分数表示。优选短纤维 不是乙酸纤维素纤维或纤维素酯纤维。
[0021] 烟草烟雾过滤器或过滤器元件可进一步包含增香添加剂。增香添加剂可以为WO 2010/136751中公开的用于纸过滤器的添加剂。增香添加剂可以为脂环族内酯、芳族内酯、 芳族酮或仲醇或其酯、苯酞、X-戊内酯、X-己内酯、S-己内酯、X-庚内酯、X-辛内酯、 S _辛内酯、4-羟基-3-戊烯酸内酯、5-羟基-2-癸烯酸S -内酯、4, 4-二丁基-X - 丁内 酯、薄荷内酯、脱氢薄荷呋喃内酯、3-丁叉基苯酞、3-正丁基苯酞、威士忌内酯或芹菜子烯 交酉旨（sedanenolide) 〇
[0022] 烟草烟雾过滤器或过滤器元件可包括烟草烟雾过滤材料的纵向延伸芯。烟草烟雾 过滤材料可包括或可以为非织造织物。烟草烟雾过滤材料的纵向延伸芯可基本为圆柱形。
[0023] 本发明的烟草烟雾过滤器或过滤器元件可以具有14至28mm的周长，例如16至 26mm，例如16至17mm或24至25mm。本发明的烟草烟雾过滤器可以为10至40mm长，例如 15至35mm，例如20至30mm。本发明的烟草烟雾过滤器兀件可以为5至30mm长，例如6至 20mm，例如8至15mm，例如10至12mm。
[0024] 本发明的烟草烟雾过滤器或过滤器元件可进一步包括例如接装纸（plugwrap)的 包裹料（wrapper)。包裹料优选接合在烟草烟雾过滤器或过滤器元件周围（例如，烟草烟雾 过滤材料的纵向延伸芯周围）。包裹料（例如，接装纸）优选用水溶性粘合剂（例如，通过 搭接粘缝，这在本领域是已知的）保持在适当位置。水溶性粘合剂有利地在与水接触时促 进过滤器开放，以暴露其中包含的过滤器材料（非织造织物），从而有利于在使用后破坏过 滤器（非织造织物）。
[0025] 本发明的过滤器或过滤器元件可用作单一过滤嘴，用作过滤器杆，用作多节过滤 器内的一个或多个节等。因此，本发明的过滤器元件可用作双、三或其它多组件（多节）过 滤器的节。双组件和其它多组件过滤器在本领域已知。本发明的过滤器可用于机制香烟 (例如，大批生产和包装的那些）。本发明的过滤器也可用作个人卷烟（例如，手卷烟）或 Roll Your Own (自卷烟）或Make-Your-Own (自制烟）产品的过滤嘴。
[0026] 根据本发明，在另一个方面，提供包括本发明的烟草烟雾过滤器或过滤器元件的 过滤器香烟。在本发明的过滤器香烟中，本发明的过滤器（或包括本发明的过滤器元件的 过滤器）与包裹的烟草杆连接，一端朝向烟草。例如，通过环接装（恰好围绕[包裹]过滤器 和杆的相邻端接合，以使很多过滤器包裹料暴露），或者通过完全接装外包纸（overwrap) (围绕完全过滤器长度和烟草杆的相邻端接合），可使过滤器接合到包裹的烟草杆。优选接 装纸/外包纸和/或接装纸包括水溶性搭接粘合剂。水溶性粘合剂有利地在与水接触时促 进过滤器开放，以暴露其中包含的过滤器材料（非织造织物），从而有利于在使用后破坏过 滤器（非织造织物）。
[0027] 本发明的任何过滤器或过滤器香烟可不开通气孔，或者可通过在本领域熟知的方 法开通气孔，例如，使用预穿孔或透气接装纸，和/或对接装纸和接装外包纸激光穿孔。
[0028] 本发明的过滤器或过滤器元件可制成为连续的杆（通过在本领域已知的方法）。 在连续从制造机出口出来时，将连续的杆切成限定长度，用于随后使用。此切割可形成如上 限定和描述的单独过滤器或过滤器元件，然后分别连接到各个包裹烟草杆，以形成过滤器 香烟。然而，更通常的是，首先将连续出来的过滤器杆切成双倍或更高倍（通常四倍或六 倍）长度用于随后使用；在初始切成四倍或更高倍长度时，后者随后切成双倍长度，用于过 滤器香烟组装，其中双倍长度过滤器杆组装并接合（通过环接装或完全接装外包纸）于一 对包裹的烟草杆之间，然后在中央切断组合，以得到两支单独的过滤器香烟。类似的技术用 于组合产生双倍或多倍过滤器的例如双倍长度过滤器元件，这在本领域是已知的。本发明 包括双倍和更高倍长度过滤器杆（和/或过滤器元件杆）。
[0029] 根据本发明，在另一个方面，提供一种非织造织物，其中非织造织物包含：短纤维 片；和水溶性粘合剂，其中水溶性粘合剂均匀涂在短纤维片的至少一个面上。根据本发明， 在另一个方面，提供一种非织造织物，其中非织造织物包含：短纤维（例如，短纤维片）；和 水溶性粘合剂，其中水溶性粘合剂以含水形式施用到短纤维。优选非织造织物为湿法成网 非织造织物。本发明的非织造织物包括（例如，短切生物可降解）短纤维和水溶性粘合剂。 优选水溶性粘合剂以含水形式施用（到纤维）。短纤维可以是切段长度4mm至IOmm的短纤 维，例如4至6_。短纤维可具有1.7dtex至3. 3dtex的直径。短纤维可以为任何横截面 (例如，圆形、三叶形等）。应了解，可不脱离本发明的精神的条件下使用适用于湿法成网非 织造织物的任何切段长度和直径的短纤维，并且可在织物中使用不同纤维、纤维长度或纤 维直径的共混物。
[0030] 短纤维优选为生物可降解材料。短纤维可以为再生的纤维素纤维，例如粘胶纤维 或天丝纤维，二者均可从Lenzing AG得到。也可使用其它生物可降解纤维，例如聚乙烯醇 (PVOH)、聚乳酸（PLA)、聚乙醇酸（PGA)或棉。可使用较差生物可降解或不可生物降解的乙 酸纤维素纤维，但这些不是优选的。
[0031] 非织造织物可进一步包含木浆。木浆可提高非织造织物的拉伸强度。如果包括木 浆，则优选以非织造织物重量的〇. 1至20%重量的量存在，例如5至10%重量。
[0032] 水溶性粘合剂的量可以为0. 1%至5%，例如0. 5至3%，例如1%，以成品非织造织物 中固体含量的百分数表示。水溶性粘合剂可以为羧甲基纤维素（CMC)、聚乙烯醇（PVOH)J^ 基纤维素、聚氧化乙烯或淀粉。粘合剂可通过适用于施用液体粘合剂的任何已知方法施用， 例如，帘涂、施胶机、乳液机浸轧等。优选非织造织物不包括碱性化合物。
[0033] 在一个优选的实例中，包括非织造织物重量的至多9. 5%重量的木浆，例如1至9%， 例如5至9%。 申请人:已意外地发现，（除了水溶性粘合剂外还）具有这种相当少量木浆的 非织造织物强得足以形成过滤器/过滤器元件。在一个不同的优选实例中，包括非织造织 物重量的至多20%重量的木浆，例如1至20%，并且水溶性粘合剂以0. 1%至5%的量存在，以 成品非织造织物中固体含量的百分数表示。
[0034] 优选短纤维不是乙酸纤维素纤维或纤维素酯纤维。
[0035] 根据本发明，在另一个方面，提供一种包含过滤材料的烟草烟雾过滤器或过滤器 元件，所述过滤材料包括本发明的非织造织物。
[0036] 现在参考以下实施例和【专利附图】
【附图说明】本发明，其中图1表示与已知乙酸纤维素过滤器 杆"CA"比较的本发明的"Viscose 2"和"Tencel 2"过滤器杆的生物降解性随时间的曲线 图。
[0037] 实施例1 根据TAPPI标准T205用抄片器（Handsheet Former)制备约40gsm的小规模湿法成网 织物。使用90% PVOH纤维（2. 8dtex，4mm长度）和10%木浆的纤维共混物。这些片的拉伸 强度低于10N，即，相当弱。随后使用浸轧机将CMC或PVOH水溶性粘合剂施用到这些片-加入4%CMC使拉伸强度增加到65N，而加入4. 5% PVOH使拉伸强度增加到108N。因此，加入 液基粘合剂给予足够的强度，使得这些织物能够在高速香烟过滤器制造设备上处理。使这 些抄片织物经过EDANA标准FG511. I Tier 1可分散性摇瓶试验（使用I. 6、3. 15、6. 3和 12. 5mm孔径的筛），发现超过99. 5%通过最小I. 6mm筛，从而证明很高水平的可分散性。也 观察到，通过此试验测定，向未处理片加入粘合剂改善可分散性水平。
[0038] 实施例1证明，本发明的非织造织物适用于烟草烟雾过滤器和过滤器元件（本发 明），并且在冷水中具有极佳的可分散性水平，意味它们高度生物可降解。
[0039] 实施例2 使用中试规模倾斜水力成丝机（wire hydroformer)，制备本发明的两种类型的湿法成 网织物（标为A和B)。织物A使用长度6mm和线密度I. 7dtex的100%粘胶纤维（由Kelheim Fibres GmbH提供），织物B使用长度6mm和线密度I. 7dtex的100%天丝纤维（由Lenzing AG提供）。在制造期间，通过帘涂技术，将水溶性CMC粘合剂（Finnfix 700,由Noviant制 造）的1%溶液施用到两种织物。然后使用纸基香烟过滤器制造设备，从两种类型的织物制 造香烟过滤器，这在本领域是熟知的（例如，参见实施例4)。后面这种方法的基本方面是为 了帮助压缩成圆柱杆形，纵向模压织物。在确定是否能够经受模压过程中，织物的膨松、拉 伸和伸长性质非常重要一例如，必须不破坏或堵塞辊一， 申请人:意外地发现，两种织物在过 滤器制造设备上均很好地被加工。下表给予织物和从这些织物制造的香烟过滤器的试验结 果。
【权利要求】
1. 一种包括非织造织物的烟草烟雾过滤器或过滤器元件，其中非织造织物包含短纤维 片；和水溶性粘合剂，其中水溶性粘合剂均匀涂在短纤维片的至少一个面上。
2. -种包括非织造织物的烟草烟雾过滤器或过滤器元件，其中非织造织物包含短纤 维；和水溶性粘合剂，其中水溶性粘合剂以含水形式施用到短纤维。
3. 权利要求2的烟草烟雾过滤器或过滤器元件，其中非织造织物包含短纤维片。
4. 权利要求1、2或3的过滤器或过滤器元件，其中非织造织物为湿法成网非织造织物。
5. 前述权利要求中任一项的过滤器或过滤器元件，其中短纤维为生物可降解短纤维。
6. 前述权利要求中任一项的过滤器或过滤器元件，其中短纤维具有根据OECD 301B"快 速生物降解性"方法（修改的Sturm试验）测定的生物降解性的"快速生物降解性"等级。
7. 前述权利要求中任一项的烟草烟雾过滤器或过滤器元件，其中非织造织物进一步包 含木浆。
8. 前述权利要求中任一项的过滤器或过滤器元件，其中短纤维为切段长度4_至10_ 的短纤维，例如4至6mm。
9. 前述权利要求中任一项的过滤器或过滤器元件，其中短纤维为直径1. 7dtex至 3. 3dtex的短纤维。
10. 前述权利要求中任一项的烟草烟雾过滤器或过滤器元件，其中短纤维为再生的纤 维素纤维、粘胶纤维、天丝纤维、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙醇酸或棉。
11. 前述权利要求中任一项的烟草烟雾过滤器或过滤器元件，其中粘合剂的量为〇. 1% 至5%，以成品非织造织物中固体含量的百分数表示。
12. -种烟草烟雾过滤器或过滤器元件，其中水溶性粘合剂为羧甲基纤维素、聚乙烯 醇、羟基纤维素、聚氧化乙烯、天然或改性淀粉、阳离子淀粉、瓜耳胶或其衍生物。
13. 前述权利要求中任一项的烟草烟雾过滤器或过滤器元件，其中非织造织物具有25 至42gsm的基重，例如27至40gsm。
14. 前述权利要求中任一项的烟草烟雾过滤器或过滤器元件，所述过滤器或过滤器元 件进一步包含增香添加剂。
15. 前述权利要求中任一项的烟草烟雾过滤器或过滤器元件，其中非织造织物为烟草 烟雾过滤材料。
16. 前述权利要求中任一项的具有可分散性的烟草烟雾过滤器或过滤器元件，其中在 经过EDANA标准FG511. 1 Tier 1可分散性摇瓶试验（使用1. 6、3. 15、6. 3和12. 5謹孔径 的筛）后，95%或更多、例如96%或更多非织造织物通过6. 3mm孔径的筛。
17. 权利要求1至16中任一项的烟草烟雾过滤器或过滤器元件，其中非织造织物进一 步包含非织造织物重量的至多20%重量的木浆，并且粘合剂的量为0. 1至5%，以成品非织造 织物中固体含量的百分数表示。
18. -种包括非织造织物的烟草烟雾过滤器或过滤器元件，其中非织造织物包含：短 纤维片；木浆；和水溶性粘合剂，其中水溶性粘合剂均匀涂在短纤维片的至少一个面上，并 且其中至多9. 5%重量的非织造织物为木浆。
19. 一种包括非织造织物的烟草烟雾过滤器或过滤器元件，其中非织造织物包含：短 纤维片；木浆；和水溶性粘合剂，其中水溶性粘合剂均匀涂在短纤维片的至少一个面上，其 中非织造织物包含非织造织物重量的至多20%重量的木浆，并且粘合剂的量为0. 1至5%，以 成品非织造织物中固体含量的百分数表示。
20. 基本如实施例1、2或4中任一实施例所述的烟草烟雾过滤器或过滤器元件。
21. -种过滤器香烟，所述过滤器香烟包括前述权利要求中任一项的烟草烟雾过滤器 或过滤器元件。
22. -种非织造织物，其中非织造织物包含：短纤维片；和水溶性粘合剂，其中水溶性 粘合剂均匀涂在短纤维片的至少一个面上。
23. -种非织造织物，其中非织造织物包含：短纤维（例如，短纤维片）；和水溶性粘合 齐U ;其中水溶性粘合剂以含水形式施用到短纤维。
24. 权利要求22或23的非织造织物，其中短纤维为再生的纤维素纤维、粘胶纤维、天丝 纤维、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙醇酸或棉。
25. -种烟草烟雾过滤器或过滤器元件，所述过滤器或过滤器元件包括包含权利要求 22至24中任一项的非织造织物的烟草烟雾过滤材料的纵向延伸杆。
【文档编号】A24D3/06GK104244747SQ201380010608
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年2月25日 优先权日:2012年2月23日
【发明者】D. 麦科马克 A., J. 蒂珀 M., J. 鲁塞尔 S., 切蒂 V. 申请人:益升华过滤产品开发私人有限公司