专利名称：卷烟滤芯及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种卷烟滤芯，在抽完烟后将它扔到环境中极易被雨水等分解或冲走。
该卷烟滤芯含有纤维素酯纤维束，在除去卷烟中的焦油并且还保留或保持卷烟的味道和可口性方面，这种过滤芯得到广泛的应用。在生产这种卷烟滤芯时，为保持过滤嘴的形状和保证切下过滤嘴尖端时所必需的坚固或硬度，通常要加入增塑剂(如甘油三醋酸酯、三甘醇二乙酸酯、三甘醇二丙酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二甲氧基乙楷、柠檬酸三乙酯等)。
在借助这种增塑剂制得的过滤嘴中，其纤维部分地被增塑剂熔融在一起。因此，该增塑剂起着将随机位置的纤维素酯纤维粘结在一起的作用。因此，如扔掉烟蒂，过滤嘴本身分解需很长时间，这样有碍环境美观并带来污染问题。
由起皱片(creped)木浆制得的纸滤芯和含有再生纤维素纤维束的卷烟滤芯也都是已知的。与含有纤维素酯纤维束的滤芯相比，这些滤芯是稍微较易湿分解的，并因此污染的可能性稍微低些。但是，卷烟的香味与可口性都已丧失，几乎不可能期待要求任何卷烟滤芯可选择性除去酚组分。此外，根据给定压力损失这些滤芯的坚固性比纤维素酯滤芯的要低。
日本专利申请公开号24151/1981(JP-A-56-24151)公开一种滤芯，它含有纤维素乙酸酯纤维和一种热熔化或在交叉点粘结所述的乙酸酯纤维的对温度敏感的粘胶纤维。作为热熔化粘胶纤维，使用纤维化的聚烯烃或等效纤维，并且它与乙酸纤维素纤维的比例是25～50%(重量)。这种滤芯在水中实际上不被分解，因为这种乙酸纤维素纤维在重复的交叉点上以三维或结点粘结有水不溶的热熔化粘胶纤维。
日本专利公开号No.75223/1975(JP-A-50-75223)(相应于美国专利申请序号411117)叙述了生产一种卷烟滤芯的工艺，该工艺包括将纤维素酯纤维与粘胶组合物结合，该组合物由高沸点多元醇和水溶性的或水可分散的在所述多元醇中可溶的聚合物所组成，它选自聚酯、聚酰胺和聚酯酰胺。
WO 93/24685，目的在于一种生物降解的卷烟滤芯，它含有纤维素酯纤维和光敏金属氧化物，WO 93/24685描述了一种滤芯棒(卷烟滤芯)，它含有由水溶性粘结剂粘结的纤维束和用于固定或粘合卷包纤维束的卷包纸的水溶性粘合剂。
正如在这些文献中所描述的，水溶性粘合剂是以水溶液或亲水溶剂溶液的形式采用喷射或浸渍的方法涂敷到纤维上，但是没有文献谈到使用的水量对于纤维素酯纤维的重要性。
同时，滤芯棒一般采用卷包纸高速(如约400米/分)卷包纤维素酯束或其它纤维束而生产的。因此，在生产滤芯棒时，随着高速度加工，尤其是高速卷包操作，其纤维束应是相容的。
因此，本发明的一个目的是提供一种卷烟滤芯，该滤芯是高温性分解的，因此有助于减轻污染问题，并且提供生产该滤芯的方法。
本发明的另一个目的是提供一种卷烟滤芯，它很容易被水(如雨水)分解或分散，甚至在抽完烟后扔到周围环境里并不会有碍于环境美观，并且提供生产这种滤芯的方法。
本发明还有一个目的是提供一种卷烟滤芯，它具有相当容易喷烟的体积或抗拉，并且不损害卷烟的香味、味道和可口性，并且提供生产该滤芯的方法。
本发明另外一个目的是提供一种提高卷烟滤芯生产率的方法，采用该方法尽管使用水溶性聚合物，但仍可以高速平滑地卷包纤维素酯纤维束。
本发明的发明人在完成上述目的所进行大量的研究工作之后发现，采用水溶性聚合物代替通常的纤维素酯纤维的增塑剂，由纤维素酯纤维束生产的卷烟滤芯在与水接触时本身很快分解，并且相对于纤维素酯纤维束所使用的水量对滤芯生产率有很大的影响。基于上述发现研制并完成了本发明。
因此，本发明的卷烟滤芯含有纤维素酯纤维束和含在束中的水溶性聚合物、相对于100份重量纤维束使用不到25份重量水将纤维粘结形成棒状。相对于100份重量纤维束水溶性聚合物的比例可以是如0.5～30份重量。水溶性聚合物包括熔点为约50～200℃的聚合物。水溶性聚合物可以按液体形式，如溶液或分散液或特定的形式使用。为降低相对于纤维束所需要的水量，水溶性聚合物可以是热熔性粘胶聚合物。热熔性粘胶聚合物为对温度敏感的粘胶聚合物，在室温下它是固体，并通过冷却涂敷到胶粘体的熔融或熔化的聚合物而产生粘附能力。
生产本发明卷烟滤芯可通过将以水溶液或分散液形式或颗粒形式的水溶性聚合物加到纤维素酯纤维束中，并将该纤维束加工成滤芯棒的步骤而进行。使用水溶液或分散液形式的水溶性聚合物时，可以通过降低相对于该纤维的要加的水量而高速生产滤芯棒。将溶液或分散液形式的水溶性聚合物涂敷到已经打开的或散开的纤维束可以降低相对的水量。此后从其滤芯除去低沸点溶剂和水。使用颗粒形式的水溶性聚合物时，可以通过使聚合物熔化和冷却而将纤维素酯纤维粘结起来。采用这些技术改进可以高速成功地将纤维束卷包在卷包纸内。
在某些情况下，聚合物未显示明显的熔点，但在特定的温度下软化。在本说明书中，这里所使用的术语“熔点”在其意义内还包括这种聚合物的软化点。
上面提到的纤维素酯包括，例如有机酸酯如乙酸纤维素、丁酸纤维素、丙酸纤维素等；无机酸酯，如硝酸纤维素、硫酸纤维素、磷酸纤维素等；混合酸酯，如乙酸丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸邻苯二甲酸纤维素、硝酸乙酸纤维素等；以及纤维素酯衍生物，如聚乙酸内酯-接枝乙酸纤维素等。这些纤维素酯可以单独使用或组合使用。
纤维素酯的平均聚合度可以是，例如约10～1000，优选为50～900，更优选为200～800。纤维素酯的平均取代度可以是，例如约1～3。平均取代度为约1～2.15，优选为约1.1～2.0的纤维素酯对于促进生物降解是有用的。
优选的纤维素酯包括有机酸酯(如具有2～4个碳原子的有机酸酯)，其中乙酸纤维素是特别有希望的。乙酸纤维素乙酰化度一般为约43%～62%，乙酰化度为约30～50%的这些乙酸纤维素是高度生物降解的。因此，乙酸纤维素乙酰化度可选自于约30～62%。
上面提到的纤维素酯纤维可以含有各种各样添加剂，例如无机物细粉末，如高岭土、滑石粉、硅藻土、石英、碳酸钙、硫酸钡、二氧化钛、氧化铝等，热稳定剂，例如碱土金属盐，如钙、镁等，着色剂、油和产率改进剂。另外，可以通过加入生物降解促进剂，例如柠檬酸、酒石酸、马来酸等和/或光降解促进剂，例如锐钛矿型二氧化钛以提高该纤维的环境降解。
实际上，纤维素酯纤维可含有增白剂，例如二氧化钛，优选为锐钛矿型二氧化钛。二氧化钛的平均粒度是，例如约0.1～10μm，优选为0.2～5μm。一般地，二氧化钛与总纤维素酯的比例是约0.05～2.0%(重量)，优选为0.1～1%(重量)，更优选为0.2～0.8%(重量)，实际上其范围为约0.4～0.6%(重量)。
纤维素酯纤维的细度是约1～16旦，优选为约1～10旦，更优选为约2～8旦。该乙酸纤维素纤维可以是不卷曲的，但优选地是卷曲的纤维。卷曲纤维的卷曲度可以是，例如为每直线英寸约5～75卷，优选为每英寸10～50卷，更优选为每英寸15～50卷。在许多情况下卷曲度是每英寸为约20～50卷。此外，更常使用的是均匀卷曲的纤维。采用卷曲纤维可以得到具有适当喷烟阻力度和抑制沟流的滤芯棒。此外，甚至使用较低量的水溶性聚合物也可有效地粘结该纤维。
纤维素酯纤维的横断面形状没有特别的限定，但可以是，例如圆的、椭圆的或任何其它形状。因此，该纤维可以是改变的横截面(如Y-、X-、I-或R-形状)或空心的。
纤维素酯纤维素束(纤维束)可通过将约3，000～1，000，000单丝，优选为约5，000～100，000单丝纤维素酯纤维捆扎而得到。实际上，将约3，000～100，000连续单丝捆扎起来。
本说明书中使用的术语“水溶性聚合物”包括广义上的水分散的聚合物，水溶性聚合物(水溶性粘胶)可以按液体形式，如水溶液或分散液或以固体形式，如粉末，或甚至以熔融物形式使用。水溶性聚合物的类型没有特别的限制，但是例如可以是天然聚合物、半合成聚合物或合成聚合物。这种水溶性聚合物可以单独使用或组合使用。
天然聚合物包括各种多糖(如淀粉，如小麦淀粉、玉米淀粉、土豆淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉等，甘露聚糖，如魔芋甘露聚糖、酵母甘露聚糖等，来源于海藻的水溶性聚合物，如funori、琼脂、藻酸盐，如藻酸钠、角叉胶等，来源于蔬菜的粘质物质，如黄蓍胶、阿拉伯胶、木槿胶、刺槐豆胶、瓜尔豆胶、果胶等，以及来源于微生物的粘质物质如葡聚糖)，以及动物和植物蛋白质(如动物胶、明胶、干酪素、胶原、透明质酸等)。
半合成聚合物包括如各种纤维素衍生物，例如羧甲基纤维素及其盐(如羧甲基纤维素钠)、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、乙酸纤维素，其平均乙酰化度为约0.3～1，甲基纤维素、乙基纤维素、硫酸纤维素等，改性淀粉和淀粉衍生物(如可溶淀粉、予胶化(pregelationzed)淀粉等)，葡聚糖和焙烧的葡聚糖，氧化淀粉，如双醛淀粉等，微沸淀粉(thin-boiling starch)，淀粉醚，如羧甲基醚淀粉、淀粉酯、交联淀粉等。
合成聚合物包括，例如水溶性乙烯聚合物，如聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醚，乙烯单体与具有羧基或磺基(磺酸基)或其盐的可共聚单体的共聚物，水溶性丙烯酸酯聚合物、聚亚烃化氧、水溶性聚酯和水溶性聚酰胺。
上面提到的聚乙烯醇尤其包括完全水解的(皂化的)聚乙烯醇、部分水解(皂化的)聚乙烯醇等，以及聚乙烯醇衍生物(如部分缩醛化聚乙烯醇，丙烯酸改性的聚乙烯醇等)。聚乙烯醇可以含有因共聚合时带入的乙烯单元。聚乙烯醚包括聚(乙烯甲基醚)、聚(乙烯乙基醚)、聚(乙烯丙基醚)、聚(乙烯异丙基醚)、聚(乙烯丁基醚)、聚(乙烯异丁基醚)等。
乙烯单体与具有羧基或磺基或其盐的可共聚单体的共聚物包括乙烯单体如乙酸乙烯酯、乙烯吡咯烷酮、乙烯烷基醚或苯乙烯，与α、β-烯键化不饱和羧酸或其酸酐，如(甲基)丙烯酸、马来酸酐、马来酸或巴豆酸，或α、β-烯键化不饱和磺酸，如乙烯磺酸或其衍生物的共聚物。如需要的话，这些共聚物可含有其它可共聚合单体的单元，如(甲基)丙烯酸酯。当α、β-烯键化不饱和羧酸或其酸酐是多元羧酸或其酸酐时，它可以是按与醇的半酯形式，或者按与一个醇或多个醇在不影响水溶解度的范围内的二酯形式。此外，乙烯单体和用于制备共聚物的可共聚合单体可以分别是一种或两种或两种以上的混合物。
作为这种共聚物的实例，可以有乙酸乙烯-马来酸共聚物、乙酸乙烯-巴豆酸共聚物、乙酸乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯醇-马来酸共聚物、乙烯醇-乙烯磺酸共聚物、乙烯醇-(甲基)丙烯酸共聚物、乙烯甲基醚-马来酸共聚物、乙烯乙基醚-马来酸共聚物、乙烯异丁基醚-马来酸共聚物、苯乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物、苯乙烯-马来酸共聚物、苯乙烯-巴豆酸共聚物等。
水溶性丙烯酸共聚物尤其包括溶解有(甲基)丙烯酸或其盐的丙烯酸树脂，如聚丙烯酸或其盐(如聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵等)，聚甲基丙烯酸或其盐，(甲基)丙烯酸烷基酯(如甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯等)与(甲基)丙烯酸的共聚物，部分水解的聚丙烯酸酯，部分水解的聚丙烯酸共聚物，聚丙烯酰胺等。
聚亚烃化氧包括聚环氧乙烯(聚乙二醇)聚环氧丙烷(聚丙二醇)、环氧乙烷-环氧丙烷共聚物等。一般可买到的水溶性环氧丙烷分子量范围不超过1000。这种聚亚烃化氧的羟基可用末端保护剂如有机羧基予以保护。
水溶性聚酯包括(1)用至少聚乙二醇作乙二醇组分所得到的聚酯，(2)用含有至少3个羧基的多元羧酸或具有一磺基的二元羧酸，如磺基异邻苯二甲酸，作为部分或全部的羧酸组分，剩余的游离羧基或磺基用碱金属，如钠或钾、氨或胺中和而制得的聚酯，以及(3)(1)与(2)的组合，即采用至少是聚乙二醇与含有3个或3个以上羧基的多元羧酸或含磺基的二元羧酸得到的聚酯。关于聚乙二醇，要得到高度水溶解性可使用例如分子量约200～5000的聚乙二醇。
水溶性聚酰胺包括(4)将具有聚乙二醇单元的二胺作为二胺组分与诸如已二酸、癸二酸等的二元羧酸反应得到聚酰胺[日本专利申请公开号NO.219281/1985(JP-A-60-219281)]，(5)由具有叔胺基的二胺(如氨乙基哌嗪、双氨丙基哌嗪等)与二元羧酸反应得到聚酰胺[日本专利申请公开号NO.219281/1985(JP-A-60-219281)]和(6)用磺基异邻苯二甲酸或其盐作为二元羧酸组分，并加入生成磺酸盐的基团合成聚酰胺[日本专利公开号NO.8838/1982(JP-B-57-8838)]。在制备这种聚酰胺时，结合时可以使用内酰胺化合物，如ε-已酸内酰胺。聚乙二醇单元的分子量可以是约200～5000，以便保证高度水溶解性。
为了提高湿分解能力，水溶性聚合物在20℃水中的溶解度可以是5%(重量)到无限，优选为30%(重量)到无限，更优选为50%(重量)到无限，在实际上其范围为80%(重量)到无限。关于具有引入羧基或磺基的水溶性聚合物，其酸值可以是如约30～300。
在上面提及的水溶性聚合物中，优选的聚合物是天然的多糖、改性的淀粉、淀粉衍生物、纤维素衍生物、乙烯聚合物，如聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醚等，丙烯酸聚合物、聚亚烃化氧、聚酯和聚酰胺。从商业观点来看，特别希望的水溶性聚合物包括天然多糖，如阿拉伯胶、藻酸盐等，改性淀粉和淀粉衍生物，如可溶性淀粉、纤维素衍生物，如羧甲基纤维素及其盐、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、平均乙酰化度为约0.3～1的乙酸纤维素。甲基纤维素、乙基纤维素等，聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醚、乙烯烷基醚-马来酸共聚物、丙烯酸聚合物、聚环氧乙烷、聚酯和聚酰胺。
可以根据水溶性聚合物类型选择水溶性聚合物的分子量，其范围是不影响卷包操作时的卷包效果和粘着力。因此，天然多糖以在水中10%浓度测定表明粘度为约2～500厘泊，尤其为约5～300厘泊。在改性淀粉或淀粉衍生物的情况下，10%水溶液的粘度是约2～100厘泊，优选为5～50厘泊。在纤维素衍生物中，优选的羧甲基纤维素及其盐包括在水中4%浓度测量时粘度为10～500 cps，优选为20～250 cps的那些化合物，而许多其它纤维素衍生物表明在水中10%浓度测量时粘度为5～500厘泊，优选为10～300厘泊。聚乙烯醇优选的具有皂化度不低于85%，在水中4%浓度测量时粘度为1～100厘泊，优选为3～50厘泊。至于聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醚、乙烯烷基醚-马来酸共聚物、丙烯酸聚合物、聚环氧乙烷、聚酯和聚酰胺、10%水溶液或分散液测量时粘度为1～500厘泊，优选2～200厘泊，更优选为5～100厘泊的那些化合物是可以使用的，并且有利。如果该溶液粘度太低，则损害了滤芯的坚固性或硬度，以致影响用卷包纸卷包和切割的效果。如果溶液的粘度太高，则对加工性能产生不利的影响。羧甲基纤维素的羧甲基化度不是关键，但可以是如约0.5～2.0。
为了不损害抽烟的质量和安全，水溶性聚合物应该是无毒的、无味和无臭的。此外，考虑到易于卷包，水溶性聚合物最好是低吸湿性的。从滤芯美学质量观点来看，水溶性聚合物的色彩最好是无色的、皎洁的或白色的。
当水溶性聚合物以水溶液或分散液形式使用时，基于所使用的含水溶剂的量，可能发生滤芯棒的强度和坚固性受到严重损坏，甚至不仅用卷包纸卷包其纤维束的加工能力，而且将其棒切成过滤嘴都受到明显的损害。特别是当用浸渍法将水溶性聚合物水溶液施加到纤维束上时，该纤维束的强度和坚固性大大降低。因此，当以水溶液或分散液形式使用水溶性聚合物时，最好是降低加到其束中的水量。
另一方面，热熔性粘胶聚合物(水溶性热熔性粘胶)，在熔化-固化时具有粘胶能力，它是一种无溶剂的粘胶，因此没有遇到上述那些困难。这类(水溶性热熔化粘胶)水溶性聚合物包括呈现热熔化胶粘性的那些聚合物，在上文提到的聚合物中，以聚乙烯醇、聚亚烃化氧、聚酰胺、聚酯和丙烯酸聚合物为代表。
这些水溶性聚合物可以单独使用或组合使用。为了说明，聚乙烯醇类热熔化粘胶可以包括聚乙烯醇，其聚合度不超过1000(如100～700)和皂化度不超过80%(摩尔)(如20～60%(摩尔))，高分子量聚乙二醇，其平均聚合度不低于150，和低分子量聚乙二醇，其平均聚合度不超过10[参看日本专利申请公开号NO.65465/1993(JP-A-5-65465)]。
热熔化胶粘聚亚烃化氧的分子量可以是3，000～100，000，优选为5，000～50，000。
上面描述的水溶性聚合物在室温下是固体，不管它是否具有热熔化粘胶能力，它的熔点可以是如约50～200℃，优选为约70～170℃，更优选为80～150℃。水溶性聚合物的建议熔点是约50～150℃。如果水溶性聚合物的熔点低于50℃，则在抽烟时该聚合物趋于软化或熔化。另一方面，如果熔点超过200℃，则纤维素酯纤维在熔化-粘结过程中可能受到损伤。为了保证有效提高在热熔化时粘胶能力，水溶性聚合物的分解点一般不低于200℃。
水溶性热熔化粘胶聚合物在150℃的熔化粘度是约100～100，000厘泊，优选为约150～75，000厘泊，更优选为约200～50，000厘泊。水溶性热熔化粘胶聚合物的软化点可以是如50～200℃，优选为75～150℃。
热熔化粘胶水溶性聚合物一般以颗粒形式使用。这种粒状水溶性聚合物的粒度可在提供有效提高相对于纤维素酯纤维的粘胶能力，并且不影响卷包操作的范围内自由选择。因此，平均颗粒直径可以是如约10～500μm，优选为约30～300μm，而更优选为50～200μm。若平均粒径小于10μm，则在卷包过程中扩散的水溶性聚合物的量将会增加，并且因为回收困难，所以产生降低。此外，对卷包效率可能造成不利的影响。另一方面，若平均粒径超过500μm，则水溶性聚合物不能用于有效粘结纤维素酯纤维。
根据该聚合物的类型与使用方式以及纤维素酯纤维的特性，可以选择水溶性聚合物的量，其量可以是如以100重量份纤维素酯纤维束计约0.5～30重量份，优选为1～20重量份，对于更好的结果为约1～17重量份。如果水溶性聚合物的比例低于0.5重量份，则该聚合物不可能对乙酸纤维素纤维起粘结剂的充分效果，因此，不可能得到滤芯所要求的坚固性或刚度(硬度)。另一方面，如果水溶性聚合物的量超过30重量份，则烟的质量与卷包性能两方面都受到不利的影响，并且卷包纸易于产生与水溶性树脂相关的皱折。
当水溶性聚合物以水溶液或分散液形式使用时，该聚合物在固体基质上的量一般是，以100重量份纤维素酯纤维束为基计为约0.5～20重量份，优选为1～10重量份，更优选为1～5重量份。
如水溶性聚合物以颗粒形式或以熔融物形式使用时，其聚合物的量一般是，以100重量份纤维素酯纤维束为基计为约3～25重量份，优选为约5～20重量份，对于更好的结果则为约5～17重量份。
水溶性聚合物可与水不溶性(非水溶性的)聚合物配合使用，其范围是对滤芯的分解能力没有不利的影响。因此，当使用只是由水溶性聚合物制备的粘结剂时，与水接触时则会很快分解，但如滤芯被雨水打湿时，则它可能很容易变形。当水溶性聚合物与水不溶性聚合物配合使用时，则滤芯的形状完好保持，并不会对水分解能力引起明显降低。
水不溶性聚合物可以按溶液或分散液形式使用，但是当水不溶性聚合物以这样一种形式使用时，水分解性能甚至在低的加入量都会趋于降低。此外，当使用纤维性水不溶性聚合物时，则它与纤维素酯纤维在三维上交错，从而提高了结合位点数目(相交位点)，因此趋于降低水分解的能力。另一方面，当使用颗粒状水不溶性聚合物时，相邻的丝可能以点接触形式在一维上连接，因此水分解能力不会受很大影响。
因此，可以使用颗粒粘胶聚合物，特别是颗粒状热熔化粘胶聚合物作为水不溶性聚合物而具有较大的好处。这种非水溶性聚合物的实例是各种各样聚合物，它们对卷烟烟的香味、风味和可口性没有不利的影响，典型地是聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物等)，聚乙酸乙烯酯、乙烯与乙烯单体共聚物(如乙烯-乙酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物等)，丙烯酸树脂、聚酯、聚酰胺等。
相对于100重量份纤维素酯纤维束，非水溶性聚合物的比例一般是约0～10重量份，优选为约0.5～8重量份，更优选为约1～6重量份。如果非水溶性聚合物的比例超过10重量份，该滤芯的水分解能力趋于降低。水溶性聚合物与非水溶性聚合物的比例可以在对该滤芯的水分解能力没有不利的影响的范围内选择，例如一般可以是约60～99/40～1(W/W)，优选为约70～95/30～5(W/W)。
往上面提到的水溶性聚合物和水不溶性聚合物里可以加入各种各样添加剂，如抗氧化剂和其它稳定剂、填充剂、增塑剂、防腐剂、抗真菌剂等。
本发明的卷烟滤芯可以掺入添加剂，通过选择性除去卷烟烟气中的一种组分而改善卷烟的香味、味道和可口性。这类添加剂的典型实例包括吸收剂，如活性炭或焦炭、沸石等。
本发明的卷烟滤芯可以用卷包纸卷包含有纤维素酯纤维(纤维过滤材料)和水溶性聚合物的纤维束以便制备作为滤芯元件的圆柱棒而制得。滤芯棒的生产是通过将预先施加水溶性聚合物的纤维素酯纤维束卷包起来而进行的，但标准作法可以包括使水溶性聚合物沉积在纤维束上，并且用将已处理的纤维束卷包在卷包纸内。最好将水溶性聚合物加到纤维束带或片上，该纤维束宽度可以是约25～100mm(优选为50～100mm)，尤其是采用将纤维束带或纤维束片展开或散开到宽度为约100～500mm，优选150～400mm)而制得的平板状纤维束。当使用带状或平板带状的纤维束时，不仅有可能达到水溶性聚合物均匀沉积或分布，而且粘结纤维所必需的水溶性聚合物量可以降低，其结果是，甚至使用溶液形式的水溶性聚合物，所需要的溶剂量也可降低。
水溶性聚合物不仅可以以在水中或有机溶剂中的溶液或分散液形式使用，而且也可以颗粒形式使用。当以溶液或分散液形式使用时，其水溶性聚合物一般以溶解或分散在水中或溶解或分散在含水溶剂中的形式使用。根据水溶性聚合物的类型可以选择水溶性聚合物在这种溶液中的浓度以及该溶液的粘度，其选择范围是要对卷包操作和滤芯产率没有不利的影响。例如，一般地，其浓度可以是约5～70%(重量)，优选为约10～50%(重量)，而溶液的粘度一般在25℃为约5～1000厘泊，优选约10～750厘泊，更优选为约25～500厘泊。
在制备水溶性聚合物溶液或分散液时，可使用水和/或与水混溶的有机溶剂。与水混溶的有机溶剂尤其包括各种醇，如甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、叔丁醇等；多元醇，如1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、乙二醇、二乙二醇、丙三醇、1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、2，3-丁二醇等；醚，如溶纤剂、二噁烷、四氢呋喃等；以及这些溶剂的混合物。
对于将水溶性聚合物加到纤维束的方式没有特别的限制，只要是水溶性聚合物能沉积在纤维素酯纤维束上就行，并且可以根据水溶性聚合物的形式选择适宜的方法。因此，当以溶液、分散液或乳化液形式使用水溶性聚合物时，可采用如喷射方法(如喷射枪)或涂敷方法将聚合物涂敷或沉积在纤维素酯纤维束上，优选为展开或散开的纤维束或带上。通常将液体形式的水溶性聚合物施加到这种纤维束带两面上。
当使用水溶性聚合物溶液或分散液时，相对于纤维素酯纤维束的溶剂用量，尤其是水用量，对滤芯产率，其中包括纤维束卷包效率都造成很大的影响。因此，当用于纤维束的溶剂(尤其是水)量是很大时，滤芯的强度和坚固性或刚度两者都有很大降低，因此卷包和切割变得困难。此外，为将滤芯提高到它所需要的强度要花时间，并且需要大量能量用于干燥。另一方面，如果溶剂的量(尤其是水)太少，则难于将纤维素酯纤维聚积起来。为此，以100重量份纤维束计水的比例不应该大于25重量份，优选为约0.5～20重量份，更优选为约1～15重量份，特别是约1～10重量份。将相对于纤维束的水量控制在上述范围内，甚至在高纤维束卷包速度约200～800米/分，优选为约300～800米/分时也可以平稳地生产出滤芯棒(卷烟滤芯)。
当使用水溶性聚合物溶液或分散液时，只要在现有的卷烟滤芯生产设备中加一台干燥器以便在卷包段期间或其后除去水份而可以很容易生产出卷烟滤芯。
当使用颗粒状的水溶性聚合物时，与溶剂相关的上述问题都不会遇到。例如可采用下述方法将无溶剂型固体水溶性聚合物，优选为热-熔化粘胶水溶性聚合物加到纤维束上(1)包括采用喷射枪喷射方法或涂敷方法将熔化的或熔融聚合物施加到纤维束上的方法，或(2)包括将水溶性聚合物粉末喷撒到纤维束上的方法。为了加入颗粒状水溶性聚合物，可将湿法与这样一种方法配合使用。例如，可采用下述方法将固体水溶性聚合物加到纤维束上(3)包括将水溶性聚合物粉末加到纤维束上，然后加预定量的溶剂(如水或有机溶剂)，以便使聚合物粘附在纤维束上的方法，或(4)包括将预定量的溶剂(如水或有机溶剂)加到纤维束上以便使其润湿，然后加水溶性聚合物粉末以便使粉末粘附在纤维上的方法。
包括将颗粒水溶性聚合物均匀地加到纤维束(特别是展开的纤维束)上的方法是其中一优选方法。使用以这种方式加到纤维束上的水溶性聚合物，通过按装在卷包段上游-下游的加热器将其熔化以便粘结纤维素酯纤维。为了加入颗粒水溶性聚合物，例如，可以使用现有活性炭滤芯生产设备上所使用的活性炭粉末添加装置。
使用固体水溶性聚合物时，只是在现有的卷烟滤芯生产设备上添加熔化聚合物的加热装置或单元和固化聚合物熔融物的冷却装置或单元，便能很容易地生产卷烟滤芯。
在一般生产卷烟滤芯时，通常以200～800米/分，优选300～600米/分的高速度卷包纤维束。因此，除去溶剂的干燥与水溶性聚合物热-熔化最好应由一台设备实施，这种设备能在尽可能最短的时间里均匀地加热整个滤芯棒，因此可以均匀地控制其滤芯的坚固性或硬度和其它物理性质，而且不影响生产率。可提及感应加热作为这种加热工艺的实例。
偶然，为了对湿分解能力不会造成不利的影响，最好使用与上述类似的水溶性胶粘物，以便粘住构成卷烟滤芯(滤芯棒)并包住圆柱纤维束的卷包纸的周边，并且粘住包住过滤嘴的卷包纸的边，将滤芯切割到预定的长度及圆柱形卷烟的部分而制备过滤嘴。
下述实施例和对比例用于进一步详细说明本发明，并且不应构成限定本发明的范围。
实施例实施例1将由4-旦Y形截面的单丝构成的43000旦卷曲(26卷/25毫米)的乙酸纤维束展开到25厘米宽度。这种43000旦纤维束由10750根单丝(每根4旦)组成。然后，将预定量的聚乙烯醇(皂化度=88%(摩尔)，4%水溶液粘度=5厘泊)水溶液作为水溶性聚合物均匀地加到上述展开的纤维束上。再将该纤维束送到卷包机，将其卷包在卷包纸中。在通过加热除去过量水分后，将纤维束切成长25mm而得到卷烟的过滤嘴。
实施例2～5按实施例1相同方式制备卷烟的过滤嘴，只是分别使用羧甲基纤维素钠(羧甲基化度=0.85，4%水溶液粘度=30厘泊，实施例2)、可溶性淀粉(10%水溶液粘度=10厘泊，实施例3)、甲基乙烯醚-马来酸共聚物(10%水溶液粘度=8厘泊，实施例4)和羟丙基纤维素(10%水溶液粘度=40厘泊，实施例5)水溶液作为水溶性或可分散性聚合物以代替聚乙烯醇。
实施例6使用活性炭滤芯卷包机，往由4旦Y形截面单丝组成的43000旦(总的)卷曲(26卷/25毫米)的乙酸纤维素纤维束中加入按纤维束计为20%(重量)1，2-丙二醇与水的混合溶剂(1∶1，W/W)，接着加入5%(重量)粉状聚乙烯醇(皂化度=88%(摩尔)、4%水溶液粘度=5厘泊，通过60目，粒度分布=10～200μ，平均粒度=70μ)。然后将纤维束送到活性炭滤芯卷包机用卷包纸将其卷包，并切成25毫米长，得到卷烟过滤嘴。
实施例7按实施例6相同的方式制备卷烟过滤嘴，只是用粉末状羧甲基纤维素钠(羧甲基化度=0.85，4%水溶液粘度=30厘泊，粒度分布=10～200μm，平均粒度=75μm)作为水溶性聚合物。
实施例8将由4-旦Y形截面单丝组成的43000旦卷曲(26卷/25毫米)的乙酸纤维素纤维束散开到25厘米宽度，并将预定量的在1，2-丙二醇和水的混合溶剂中的可溶性淀粉(10%水溶液粘度=10厘泊)溶液均匀加到展开的纤维束上。然后将其纤维束送到卷包机用卷包纸将其卷包，并切成25毫米长而得到卷烟过滤嘴。
实施例9和10按实施例8相同方式生产卷烟过滤嘴，只是分别使用甲基乙烯醚-马来酸共聚物(10%水溶液粘度=8厘泊，实施例9)和羟丙基纤维素(10%水溶液粘度=40厘泊，实施例10)作为水溶性聚合物以代替可溶性淀粉。
对比例1～3按实施例1相同方式生产卷烟过滤嘴，只是分别使用甘油三乙酸酯(对比例1)、三乙二醇二乙酸酯(对比例2)和三乙二醇丙酸酯(对比例3)作粘结剂，这三种都是乙酸纤维素的增塑剂。
就上述实施例和对比例所得到的卷烟过滤嘴的滤芯坚固性和水分解能力进行评价，其结果示于表1。将环境控制在20℃和65%相对湿度达约24小时后，将试验样品在该环境中进行试验。
滤芯坚固性以直径直12毫米重300克的静重放到90毫米长的滤芯样品上，10秒钟后测定其降低量，并以0.1毫米记作1。按照上述评价方法实际上可接受的滤芯坚固性极限是10.0或10.0以下。
水中分解能力试验将25毫米长过滤嘴样品放入装有500ml水的情况下，并且搅拌，要使旋涡中心的高度相等于液面最大高度的3/4。10分钟后目视观察其滤芯，并根据以下标准检测并估算其分解能力。
最好快速絮凝分解好局部絮凝分解差不分解；保持原形状表聚合物含量水含量坚固性在水中％(重量)％(重量)的分解能力实施例12158最好实施例25209最好实施例33158最好实施例4257最好实施例54107最好实施例65109最好实施例75109最好实施例85158最好实施例9257最好实施例104107最好对比例18-6差对比例26.8-7差对比例39.0-7差实施例11将由5旦单丝组成的35000旦乙酸纤维素纤维束展开到约25厘米宽度，把聚环氧烷烃型水溶性热熔化粘胶树脂粉末(Paogen PP-15，Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co.，Ltd.，Japan；m.p.=55℃，粒度分布=8～200μ，平均粒度=75μm)随着卷包时均匀地撒到该纤维束上，加入量为7%(重量)(以纤维束计)。然后将纤维束拉经内径为8毫米的聚四氟乙烯(Teflon)管，在120℃炉中加热120分钟使水溶性热熔化粘胶树脂在滤芯中熔化。冷却固化后，纤维束切成90毫米长得到卷烟过滤嘴。
得到的过滤嘴的坚固性是9.8，当放在水中时，该过滤嘴整个快速分解成絮凝状态。抽烟的质量未发现任何变化。
实施例12按实施例11相同方式制备卷烟过滤嘴，只是使用聚乙烯醇型水溶性热熔化粘胶树脂粉末(HM-501，The Nippon Synthetic Chemical Industry Co.，Ltd.，Japan；m.p.=77℃，粒度范围=8～200μm，平均粒度=80μm)，代替水溶性热熔化粘胶树脂。所得到过滤嘴坚固性是8.8，当放在水中时，该过滤嘴整个快速分解成絮凝状态，抽烟质量未发现任何变化。
实施例13按实施例11相同的方式制备卷烟过滤嘴，只是使用聚乙烯醇类水溶性热熔化粘胶树脂粉末(HM-602，The Nippon Synthetic Chemical Industry Co.，Ltd.，Japan；m.p.=77℃，平均粒度=80μm)，代替该水溶性热熔化粘胶树脂。所得到过滤嘴坚固性是7.8，当放在水中时，过滤嘴整个快速分解成絮凝状态，抽烟质量未发现任何变化。
实施例14～16按实施例11相同的方式制备卷烟过滤嘴，只是将炉中加热时间分别改变为2分钟(实施例14)、10分钟(实施例15)或30分钟(实施例16)。这些实施例所制得过滤嘴的坚固性不大于10。即实施例14过滤嘴坚固性是6.6，实施例15过滤嘴坚固性是6.0，实施例16过滤嘴坚固性是9.8。当将实施例14～16的过滤嘴分别置于水中时，这些过滤嘴整个快速分解成絮凝状态。实施例14～16制得的每种过滤嘴的抽烟质量未发现任何变化。
实施例17使用含活性炭滤芯卷包机的粉状活性炭喷撒装置(KDF2/AC1/AF1，Hauni-Werke Korber & Co.，Germany)，将3-旦单丝的36000旦(总的)乙酸纤维素纤维束散开到约25厘米宽度，并在卷包段将实施例11中使用的粉末状水溶性热熔化粘胶树脂均匀地喷撒到其纤维束上，加入量为14%(重量)(以纤维束计)。然后以400米/分速度将该纤维束送到滤芯卷包机用卷包纸卷包，并切成102毫米长，得到的滤芯在120℃炉中加热20分钟，再冷却而得到卷烟过滤嘴。
所制得过滤嘴坚固性是3.5，放入水中时，整个过滤嘴快速分解成絮凝状态。抽烟质量未发现任何变化。
实施例18～20按实施例17相同方式制备卷烟过滤嘴，只是将加热时间分别改变为2分钟(实施例18)、10分钟(实施例19)或30分钟(实施例20)。所制得的过滤嘴坚固性不大于10。即实施例18过滤嘴的坚固性是5.5，实施例19过滤嘴的坚固性为4.4，而实施例20过滤嘴的坚固性为5.2。当将实施例18～20过滤嘴分别放入水中时，整个过滤嘴快速分解成絮凝状态。实施例18～20得到的每种过滤嘴的抽烟质量未发现任何变化。
实施例21～23按实施例17相同方式制备卷烟过滤嘴，只是加热温度分别改变到60℃(实施例21)、80℃(实施例22)或100℃(实施例23)。这些实施例的每种过滤嘴坚固性不大于10，即实施例21和22的过滤嘴的坚固性为5.1，实施例23过滤嘴为5.5。当将实施例21～23过滤嘴分别放入水中时，整个过滤嘴快速分解成絮凝状态。实施例21～23制得的每种过滤嘴的抽烟质量未发现任何变化。
实施例24按实施例11相同方式制备卷烟过滤嘴，只是将10%(重量)(以纤维束计)实施例11中使用的粉状水溶性热熔粘胶树脂和5%(重量)(以纤维束计)粉状乙烯-乙酸乙烯共聚物(Daikalac S-1101S，Daido Kasei Kogyo Co.，Ltd.，Japan；m.p.=150℃，平均粒度=80μm)作非水溶性热熔化粘胶树脂均匀地喷撒到纤维束上。
制得的过滤嘴坚固性是5.9，当放入水中时，整个过滤嘴快速分解成絮凝状。未发现抽烟质量有任何变化。
对比例4按实施例11相同方式制备卷烟过滤嘴，只是用粉状乙烯-乙酸乙烯共聚物(Daikalac S-1101S，Daido Kasei Kogyo Co.，Ltd.，Japan；m.p.=105℃，平均粒度=80μm)作为非水溶性热熔化粘胶树脂以代替实施例11中使用的水溶性热熔化粘胶树脂。
所制得的过滤嘴坚固性是5.9，当放入水中时，其整个过滤嘴完全不分解并保持原形状。
对比例5按实施例11相同方式制备卷烟过滤嘴，但没有使用实施例11中的水溶性热熔化粘胶树脂。
制得的过滤嘴不具有坚固性，并且表明坚固性不低于25.0。然而，当放入水中时，其整个过滤嘴迅速分解成絮凝状。
权利要求
1.一种卷烟滤芯，它包含纤维素酯纤维束和在所述纤维束中所含的用于粘结所述纤维的水溶性聚合物，所述纤维束使用相对于100重量份纤维束的不大于25重量份水以加工成棒。
2.按照权利要求1所述卷烟滤芯，其中以100重量份纤维束计的所述水溶性聚合物的用量是0.5～30份(重量)。
3.按照权利要求1所述卷烟滤芯，其中所述水溶性聚合物熔点是50～200℃。
4.按照权利要求1所述卷烟滤芯，其中所述水溶性聚合物至少是选自以下的一种天然多糖、动植物蛋白质、改性淀粉、淀粉衍生物、纤维素衍生物、乙烯聚合物、丙烯酸聚合物、聚环氧烷烃、聚酯和聚酰胺。
5.按照权利要求1所述卷烟滤芯，其中所述粘结纤维的水溶性聚合物由聚合物的水溶液或分散液提供，这些聚合物是至少选自以下的一种(1)天然多糖类；(2)可溶性淀粉或淀粉衍生物；(3)羧甲基纤维素及其盐、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素和具有平均乙酰化度为约0.3～1的乙酸纤维素；(4)聚乙烯醇以及(5)聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醚、丙烯酸聚合物和乙烯烷基醚-马来酸共聚物。
6.按照权利要求1所述卷烟滤芯，其中所述水溶性聚合物是至少选自以下的一种(1)天然多糖，按照水中10%浓度测定的其粘度为2～500厘泊，(2)水溶性淀粉和淀粉衍生物，按照水中10%浓度测定的其粘度为2～100厘泊，(3)羧甲基纤维素及其盐，按照水中4%浓度测定的其粘度为10～500厘泊，和羟乙基纤维素、羟丙基纤维素和具有平均乙酰化度为约0.3～1的乙酸纤维素，按水中10%浓度测定的其粘度为5～500厘泊，(4)聚乙烯醇，它的皂化度不低于85%，按照水中4%浓度测定的其粘度为1～100厘泊，以及(5)聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醚、丙烯酸聚合物和乙烯烷基醚-马来酸共聚物，按照水中10%浓度测定的其粘度为1～500厘泊。
7.一种卷烟滤芯，它包括纤维素酯纤维束，其卷曲度为每直线英寸5～75卷，和水溶性聚合物，其比例是相对于100重量份所述纤维束为1～10重量份，所述水溶性聚合物以该水溶性聚合物的水溶液形式提供。
8.一种卷烟滤芯，它包括纤维素酯纤维束和在所述纤维束中所含的粘结所述纤维素酯纤维的颗粒状水溶性聚合物。
9.按照权利要求8所述卷烟滤芯，其中所述水溶性聚合物是热熔化粘胶水溶性树脂。
10.按照权利要求9所述卷烟滤芯，其中所述热熔化胶粘水溶性聚合物是至少选自于以下的一种聚乙烯醇、聚环氧烷烃、丙烯酸聚合物、聚酯和聚酰胺。
11.按照权利要求9所述卷烟滤芯，其中水溶性聚合物的平均颗粒直径为1～500μm。
12.按照权利要求9所述卷烟滤芯，相对于100重量份纤维束，它含有3～25重量份颗粒状水溶性聚合物。
13.按照权利要求9所述卷烟滤芯，它含有相对于100重量份纤维束为5～20重量份颗粒状热熔化粘胶水溶性聚合物，其熔点为50～150℃，在150℃的熔体粘度为150～75000厘泊，平均颗粒直径为30～300μm。
14.按照权利要求8所述卷烟滤芯，其中纤维素酯纤维还另外被相对于100重量份纤维束为0～10重量份颗粒状热熔化粘胶非水溶性聚合物所粘结。
15.按照权利要求14所述卷烟滤芯，其中相对于100重量份纤维束，所述非水溶性聚合物的比例是0.5～8重量份，并且水溶性聚合物与非水溶性聚合物的比例是60～99/40～1(重量)。
16.一种卷烟滤芯，其中包括卷曲纤维素酯纤维束，它的卷曲度为每直线英寸是10～50卷，和颗粒状热熔化粘胶水溶性聚合物，它在150℃熔体粘度为200～50，000厘泊，平均颗粒直径为50～200μm，相对于100重量份纤维束，所含颗粒状水溶性聚合物的比例为5～17重量份，它粘结所述纤维素酯纤维。
17.一种生产卷烟滤芯的方法，它包括往纤维素酯纤维束中加入水溶性聚合物的水溶液或分散液的加料步骤，将纤维束处理成滤芯棒的处理步骤，以及从滤芯棒除去溶剂的干燥步骤，加料步骤中水的加入量应控制在相对于100重量份纤维束为0.5～20重量份。
18.按照权利要求17所述的生产卷烟滤芯的方法，其中在加料步骤中使用所述水溶性聚合物和水的量，相对于100重量份纤维束分别为1～10重量份和1～15重量份，以及在处理步骤中以200～800米/分速度将纤维束卷包成滤芯棒。
19.一种生产卷烟滤芯的方法，它包括第一个步骤，是将3000～1，000，000根卷曲纤维素酯纤维单丝，每根单丝为1～16旦，展开到100～500毫米宽度，第二步是往展开的纤维束上加入水溶性聚合物的水溶液或分散液，要往100重量份纤维束上施加1～5重量份水溶性聚合物和1～15重量份水，卷包步骤是用卷包纸以300～800米/分速度卷包如此处理的纤维束而得到滤芯棒，以及滤芯棒的干燥步骤。
20.一种生产卷烟滤芯的方法，它包括往纤维素酯纤维束中加入或沉积颗粒状热熔化粘胶水溶性聚合物的步骤，以及将含水溶性聚合物的纤维束处理成滤芯棒的步骤。
21.按照权利要求20所述的生产卷烟滤芯的方法，它包括往展开的纤维素酯纤维束中加入颗粒状热熔化粘胶水溶性聚合物的步骤，用卷包纸卷包含水溶性聚合物的纤维束以得到滤芯棒的步骤，以及在卷包段或其后加热纤维束或棒以便使水溶性聚合物熔化，并且使其冷却以便固化粘结所述纤维的聚合物的步骤。
22.按照权利要求20所述的生产卷烟滤芯的方法，它包括将熔化的热熔化粘胶水溶性聚合物喷射到散开的纤维素酯纤维束的步骤，以及用卷包纸卷包含聚合物熔融物的纤维束以得到滤芯棒的步骤。
23.按照权利要求20所述的生产卷烟滤芯的方法，其中将具有平均颗粒直径为10～500μm的颗粒状水溶性聚合物沉积到纤维素酯纤维上。
24.按照权利要求20所述的生产卷烟滤芯的方法，其中将颗粒状热熔化粘胶水溶性聚合物和颗粒状热熔化非水溶性聚合物加到纤维素酯纤维束上。
25.一种生产卷烟滤芯的方法，它包括将具有卷曲度为每直线英寸15～50卷的5，000～500，000纤维素酯纤维的单丝束(每单丝重1～10旦)，展开到100～500毫米宽度的步骤，向展开的纤维束加入颗粒状热熔化粘胶水溶性聚合物的步骤，其比例是相对于100重量份纤维束为5～17重量份所述聚合物，以及用卷包纸按300～800米/分速度卷包沉积有水溶性聚合物的纤维束的步骤。
全文摘要
通过将水溶性聚合物的水溶液或分散液，或以颗粒形式加到纤维素酯纤维束上，使用的任何水量控制在相对于100重量份纤维束为25份范围内，并且用卷包纸卷包已处理的纤维束，而生产滤芯棒，通过加热除去滤芯棒中的水，或熔化颗粒状水溶性聚合物以粘结该纤维而得到卷烟滤芯。水溶性聚合物的比例是0.5～30重量份对100重量份纤维束。要降低相对于纤维束的水量，可以使用热熔化粘胶水溶性聚合物。降低加到纤维束中的水量要使纤维束甚至在高速度也能平稳地卷包，因此提高了滤芯生产率。
文档编号A24D3/14GK1104876SQ9410829
公开日1995年7月12日 申请日期1994年7月13日 优先权日1993年7月13日
发明者津谷仁, 谷口宽树, 大路信之, 西村协 申请人:大赛璐化学工业株式会社