专利名称:应用粘胶方法生产香烟过滤元件的制作方法
本发明是关于一种将含聚丙烯的纤维用外壳封起以制造香烟过滤元件的方法。
许多专利，特别是美国4，366，826，号专利中描述了用以滤除香烟烟中微粒物质和焦油的纤维基过滤元件，尤其是由醋酸纤维或聚烯烃类(如聚丙烯)卷曲的织物束做成的过滤元件。这些纤维束制成过滤杆是用众所周知的工艺方法，如公开在已述美国专利4，366，826和美国专利3393685中，其工艺包括将大块的约有4000到60000支卷曲而松疏的纤维束利用空气或蒸汽供入丝孔机。粘结剂组份则印或喷射到展开的纤维束上，并被根根纤维所吸收使相邻纤维间彼此粘附在一起。
纤维束然后导入滤杆制造设备的成形区或装具中，在那里成形为一连续的园柱形过滤“芯”，当必要时可冷却或干燥，并可任选用芯包卷材料如纸或无纺材料加以包卷。有些场合。
如公开在美国3，144，025，号专利中的纤维具有较低的熔点与融熔设备和冷却设备结合在一起而作为粘结手段。
所有这些传统的方法中，粘结剂或低熔点纤维的量以及纤维的排列(即纤维和卷曲的取向等)在很大程度上决定了所得的过滤元件的刚性(硬度)和韧性。由于粘结剂或多或少地扩散到纤维上，造成了空气通路或内腔体积的减小而影响了完美的“抽吸”，也影响了与未粘结软纤维相关联的韧性。
在美国专利4，366，826中没有注意到使用醋酸纤维和按常规与它一起使用的粘结剂配方有些缺点。举例来说，醋酸纤维相对地比含聚丙烯的合成纤维要脆些，这势必引起在纤维束导入标准过滤杆制造机的成形装具之前对可能施加于疏松的纤维束上的拉伸量和卷曲量上的限制。
在本文中用于香烟过滤元件的含聚丙烯的纤维束或细条一般称为“聚丙烯纤维”。聚丙烯纤维具有丝较细的优点，通常会具有更有效的过滤性质，但它也有缺点。松疏或浮散的聚丙烯纤维束不易被大多数醋酸纤维粘结剂配方所浸润，不能具有传统高速过滤器制造方法中所需的辅助润滑特性，除非过量使用，但又将使过滤效率和其它所希望的性质受到不利影响。
事实上，已知一个有适当牢固度的聚烯烃纤维束制成的过滤杆，由于这些传统方法中压降(△P)或“抽吸”和“硬度值”(%F)之间的成反比而可能影响抽烟中所希望的易吸性。(压降和硬度值的测定用的是Filtrona硬度和韧度及压降测试仪，V系列，英国Abbey Manufacturing Fstates，Wembly Middlesex制造)
按照本发明制作香烟过滤元件的方法，含聚丙烯纤维束或细条可供入滤杆制造机的装具中使成型为纤维芯，在切成过滤元件之前用纸或无纺材料包卷，其特征是滤芯中的纤维丝在包卷之前不用粘结材料，而是将能与聚丙烯浸润的粘结材料施加在包卷材料上，通过包卷，所说的粘结材料立即透印至过滤芯从而浸注到它的外层，形成一圈占过滤元件总横截面约1%到20%的环形截面。
浸注滤芯的环形截面最好占过滤元件总横截面的1%到10%。
施加在单位长度包卷材料上的粘结材料的量最好是该长度被包卷纤维重的10%到60%。
根据本发明，按本发明所说的工艺制造的香烟过滤杆其硬度值至少在80%左右，由下式决定
F＝ (D-△D)/(D) ×100%
其中F定义为硬度值，D为滤芯的直径以毫米表示，△D是包好的过滤元件经受300克载荷15秒钟的作用其直径的偏移或缩小量，以百分之几毫米表示。
为适合大多数使用者的喜爱，本发明的香烟过滤杆具有硬度值最好约在85%以上，最佳硬度在90%左右但不应超过94%。
本发明制造香烟过滤杆的工艺中，粘结材料(可当作一种塑化剂及一种粘胶剂)的涂洒事实上是与芯体包装步骤同时进行的，因而纤维杆通过机器的运转并不因粘结剂或塑化剂存在于杆的表面或者传到机器表面而引起的摩擦力的增加而受到妨碍。最重要的是有控制的涂洒透印过程是在包装材料的平坦表面上完成的，这造成了对粘胶渗进过滤元件的均匀性和质量的一个极好的控制，在粘结区内留下了一个纤维尚未粘结的核心。
从数字上说，透印到滤芯的程度就是聚丙烯浸润粘结材料渗入其中的程度，浸注入滤芯外层占到滤芯总横截面的1%到20%的量，可以近似以下式表示
A= (d(2R-d))/(R2) ×100%
其中A定义为环形横截面面积，以占总横截面面积的百分数表示，粘结剂塑化剂组分渗入包芯的平均深度d，以微米表示;R是包芯或过滤元件的外半径(假定滤杆基本上是园形截面)以毫米表示。
按本发明的香烟滤杆由此而“易抽”，这是因为包好的过滤元件或滤芯有一个占总横截面面积99%到80%，最佳为99%到90%的未粘结的软纤维核心，且不失其坚固度或硬度。
对工艺熟练者来说显然粘结剂/塑化剂组分的挠曲系数越低，则希望硬度值落在80%到94%范围内所要求的环形面积“A”值就越大，合适而较佳的“A”值要求粘结剂能渗透入包芯达150到400微米。
按本发明工艺被包卷的聚丙烯纤维过滤芯含约10%到100%重量的聚丙烯纤维束或细条，如100%的聚丙烯纤维(最佳)，或者聚丙烯和其它聚烯烃(如聚乙烯)纤维的混合物(也较佳)，或者聚丙烯与聚偏二氯乙烯、醋酸纤维、人造丝、尼龙、聚苯乙烯或纸的混合物。这些适宜的纤维的配比在美国专利3，393，685中有所描述。
任何传统的、市场上买得到的芯包装纸如以Ecusta商标注册的和商业牌号646销售的无气孔包装纸均可用作束芯包装材料，事实上在本发明中包装材料是作为透印敷涂机的介质使用的。显然对工艺熟练者来说一种有足够抗磨性、拉伸强度和表面粘着性的无纺织物膜也能作为滤芯包装。
例如，合适的束包装纸要求重量范围在约7.5到23克/平方米(30到90克/平方码)之间，而相应的无纺束包装材料其重量范围可在约2.50到10.2克/平方米(10到40克/平方码)。后者可以用湿法或干法商业过程生产，利用热粘结、离心浇铸粘结、针孔冲压或其它已知方法，只要(假如不是过分包装的话)当舌、唇和这种材料接触时没有刺激作用就行，否则是不能采用的。
按本发明来制造香烟过滤杆及其工艺过程进一步描绘于图中
图1表示是按照本发明为将粘结剂/塑化剂组份周缘透印到滤芯，而设置的一个标准香烟过滤杆制造机的侧视图;
图2是放大了的一个经粘结剂处理过的显示了周缘粘结和束包装的、组份处理过的纤维过滤元件的纵断面剖视图;
图3是图1的改进过的侧视图，其中粘结剂/塑化剂配方在进入包卷处(未画出)前从一喷头喷到作为透印敷料介质的芯包装材料上。
图1中的(10)表示一条纤维束或细条的连续带子，从一卷筒或捆包(11)处供料，通过喂料和定位滚筒(12)、导轴(17)进入喇叭型的装具注入口(15)及装具(14)，它们附属于标准香烟过滤标制造机(5)，它包括有(a)成型设备，(b)包装设备，(c)冷却或干燥设备以及(d)在装具工段(6)内切断所得的滤杆。从喂料卷盘(8)供给的滤芯包装材料(7)有双重功用，一是作为束包卷材料;二是作为传送粘结剂塑化剂(24)组份的介质，带着粘结剂送入装具段(6)内的包装处(未画出)，包卷到芯束上(未画出)。粘结剂的传送是由敷料器介质(7)与一个或多个润湿了粘结剂的滚轴接触而开始进行的，以加热的湿润滚轴(19)来代表，它可与存放在槽(20)中的粘结材料(24)相接触，可加热或不加热(取决于它是热熔体还是液体，半悬浮体或溶液)，包装/敷料介质(7)及粘结剂(24)由导轴(13)送到一连续的装具传送带(9)上，该带送涂好的介质进入装具段(6)。
施加在包装材料上并为其携带的粘结剂(24)的量以及施加到包卷处的束芯上的粘结剂量很大程度上取决于纤维束的湿润性，印染滚轴(19)表面的湿润性，粘结剂组份本身的粘度和浸润特性以及下面讨论的布局情况，还取决于图3中压力和喷咀的大小。
上面提到，传统的冷却或干燥处理纤维芯的设备(未画出)，及切割包好的纤维芯成过滤元件的设备(未画出)通常安设在包卷处的下方。切好的过滤元件(16)然后送至滑槽(18)并在容器(23)中装箱。
图2是一根粘结好的和包卷好的杆形纤维束过滤元件(1)的纵向剖视图。该元件有一未经粘结的纤维芯(2)，周缘粘结区(3)由纤维(3B)和硬化的粘结剂/塑化剂组份(3c)构成，硬化了的粘结剂排布在纤维之间形成了一个壳架其外部接着为束包装材料(7B)所粘合。
图3是图1的改进，其中湿润滚轴(19)和粘结剂存放槽(20)，改换为一个喷头(21A)由喷料管(22A)从一个源(未画出)提供热熔的或其它适宜的粘结剂/塑化剂组份到透印敷料介质(7A)上。为统一起见两图中同样的组成部份使用了同样的阿拉伯数字。
除有关的聚丙烯纤维的浸润特性，常规的熔融，硬化或其他为工艺熟练者熟知的一些特性外，适用于本发明的粘结剂/塑化剂配方不受限制，已知下列一般类别的粘结剂特别合适
Ⅰ.非离子型或阴离子型的聚丁烯/苯乙烯基橡胶，以重量比约为95-65/55-35的悬浮液形态，或乙烯/醋酸乙烯酯基与松香酯的共聚物，该类松香酯可在加里福尼亚联合石油公司售得，商标为AMSCO-RESTM，特别是AMSCO-RES-4125，还有相应的热熔体如AMSCO-MELTTM204;
Ⅱ.丙烯酸丁酯或含甲基丙烯酸丁酯与碳氢树脂添加剂的聚合物，该类添加剂可从ROhm和Haas公司售得其商标为RhoplexR，特别是Rhoplex 621，631和P-376;
Ⅲ.α-甲基苯乙烯与碳氢类树脂共聚物，该类树脂可从大力神股份有限公司售得，其商标为特KRISTALEXR特别是KRISTALEX3100，包括水分散体或悬浮液。
其它适用于本发明的粘结剂配方为乙烯/醋酸乙烯酯基共聚物，可从Eastman Kodak公司售得其商标为EastobondR，包括“A”系列如Eastobond A-381，配方可以表示为“X”及“Y”两种成份，(X)对(Y)的重量比约为5-30/95-70，其中(X)成份定义为松香酯改性剂，它以硬树脂固体的悬浮液形式存在，树脂中的一部份最好有约45%到100%是加氢处理的。
以上后面部份的配方中改性树脂可以含约5到25重量百分的松香酯，酯中含松香酸的浓度可以高达约5%，酯的软化点约在60℃到95℃，但其平均分子量不超过2000左右。“X”成份可购固体或某些场合可购得固体产品的悬浮液，其商标为ForalR＊85或105(甘油和季戊四醇酯，高度氢化的树脂，平均分子量为600到1000);Hercolyn DR(氢化松香树脂甲基酯);PiccolyteRA115树脂(多萜);Staybelite EsterR10(氢化松香树脂的甘油酯，平均分子量600到1000);PentalynRH氢化松香树脂的，(季戊四醇酯平均分子量600到1000)，或PiccotexR树脂(甲基苯乙烯和乙烯基甲苯的共聚物)。
这些配方中相应的(Y)成分可由下列几种物质构成a)单体聚合如醋酸乙烯酯单独聚合或者与一多聚单体如乙烯混合共聚b)丙烯酸，甲基丙烯酸，丙烯酸乙酯，丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸甲酯等等单体聚合或它们与多聚单体如苯乙烯，乙烯，丙烯，丁烯及同类物的混合共聚。以上适宜的共聚物在英国专利№ 1，514，217中有叙述或可从市场购得，其商标如VinacR881(醋酸乙烯酯的均聚物)，或AirflexR405(90份醋酸乙烯酯/10份乙烯的共聚物)。
适于本发明所用的大团纤维束或细条实用总支数可在6000到60，000间变化，并可从单个纱架或多个纱架用流体喷射供给。但最佳方案是纤维束最好基本上是未捻的和无纹理的状态。
流体喷射对本发明而言是可选用的且可以按常规设计。还发现导管对控制纤维束进入装具是有用的，如图1中的喇叭口(15)。对纤维丝给以高度纹理化，以及喷射口周围的湍流如果在该处不加导管控制的话，则可能造成纤维丝失去结构完善性而不希望地缠结。
下面的实例进一步说明了本发明，例中的成份和百分数均按重量计除非另有规定。
实例Ⅰ
两个连续的每股为4.5支(dpf)的、有一“Y”型截面的聚丙烯纤维束被展开到一约30到36厘米宽(12到14英吋)的薄的带上并被拽经按图3改进一般方式操作的标准过滤桿制造机的装具以形成纤维过滤芯，该芯用一重为29.0克/平方米的纸包装材料包卷并粘结，该包装纸上被一个略为张开的多口喷头喷涂了六条均匀间隔的平行粘结剂线，基于滤芯重量的增加该喷印上的粘结剂量表示为“加上的百分数”。所用粘结剂配方是那些上述可买到的商标为(a)Rhoplex 631，(b)Phoplex P376，(c)KRISTALEXR3100＊及(d)AMSCO-RESR4125。涂好、卷好和切好的试验过滤元件其长度为90毫米，周长为24.35毫米，然后用标准的Filtrona香烟测试仪测试，并作显微镜检验以估计粘结材料渗透的近似深度“d”。结果报告在下表的样品T-1到T-7中。
对照例I-B
按例I条件用同样每股4.5支(dpf)展开的纤维束重复，但不在纤维束上加任一种粘结剂。包装材料上加少量的胶以固定之。该试验结果报告在表Ⅰ中的样品C-IA-栏中。
勘误表
CPCH 86603权利要求
1、一种把含聚丙烯纤维束或细条供进滤杆制造机的装具中并在切断成过滤元件之前成型为包有纸或无纺材料的滤芯用以制造香烟过滤元件的方法，其特征为滤芯中的纤维在包卷之前是不加粘结材料的，聚丙烯浸润粘结材料施加在包装材料上面，在包卷同时所说的粘结材料立即透印到滤芯，从而粘结材料浸注到滤芯的外层，形成一圈占过滤元件总截面约1%到20%的环形截面。
2、根据权利要求
1所说的制造过滤元件的工艺，其进一步特征为浸注滤芯的环形截面占过滤元件总截面的1%到10%。
3、根据权利要求
1或2所说的制造过滤元件的工艺，其更进一步的特征为施加到包装材料上的粘结材料的量约占所包长度滤芯重量的10%到60%。
4、根据权利要求
1、2或3所说方法制成的香烟过滤元件，其特征为过滤元件的硬度值至少为80%左右，可由下式决定
F＝ (D-△D)/(D) ×100%
其中F是硬度值，D是过滤元件的直径以毫米表示，△D是包好的过滤元件在经受300克载荷15秒钟下其直径的偏离或缩减量以百分之几毫米表示。
5、根据权利要求
4所述的过滤元件，其特征为其硬度值高于约85%但不超过约94%。
6、根据权利要求
4或5所述的过滤元件，其进一步的特征为滤芯中的聚丙烯纤维实质上完全由聚烯烃纤维束组成。
7、根据权利要求
6所述的过滤元件，其更进一步的特征为聚烯烃纤维束完全由聚丙烯组成。
专利摘要
应用粘胶方法生产香烟过滤元件，是将一种粘结材料配方施加到包装纸材上并在滤杆制造机的包卷处让粘结材料透印到一个未粘结的杆形纤维芯上，该芯由含聚烯烃的纤维束所组成，利用包装材料作为一种透印敷料的介质为全面控制粘结材料渗入滤杆的程度，以及香烟过滤杆的坚固性、韧性和抽吸性质提供保证。
文档编号B01J20/28GK86101153SQ86101153
公开日1986年9月24日 申请日期1986年1月30日
发明者乔治·朱尔基威伊奇 申请人:赫尔克里斯公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan