包含聚交酯纖維的過濾材料的制作方法
【專利摘要】本發明涉及包含在吸煙制品的濾嘴或過濾元件中的過濾材料，所述過濾材料包含聚交酯纖維和增塑劑。本發明還涉及包含所述過濾材料的濾嘴或過濾元件及包含其的吸煙制品。
【專利說明】包含聚交酯纖維的過濾材料
[0001]領域
本發明涉及在吸煙制品的濾嘴或過濾元件中使用的過濾材料，所述材料包含聚交酯纖維和一種或多種增塑劑。
[0002]背景
已經提出了各種各樣的纖維材料作為香煙煙氣用濾嘴。乙酸纖維素絲束是最常用的過濾材料。然而，與該過濾材料相關的一個缺點是它降解緩慢。雖然在暴露于濕氣和/或機械磨損時用過的吸煙制品的大多數組分在相對短的時間內解離成其各個組成部分并降解，但因為乙酸纖維素纖維本身并不有效地溶于水且因此可生物降解性差，所以乙酸纖維素過濾材料降解緩慢。
[0003]對于一次性產品，希望使用可生物降解的材料。在生物活性環境中處置掉的可生物降解的聚合物因微生物如細菌、真菌和藻類的酶促作用而降解。它們的聚合物鏈也可以通過非酶促方法如化學水解而裂解。如在本文中使用的術語“可生物降解”是指該組成使用用于測定塑料材料的需氧生物降解的標準試驗方法在受控制的堆肥條件下在一年內降解。
[0004]聚(乳酸)或聚交酯(PLA)是有吸引力的可生物降解且生物相容的聚合物。其自可再生資源(例如，玉米、小麥或稻米)得到且其可生物降解、可再循環且可堆肥。另外，PLA展示出優異的可加工性。實際上，與諸如聚(羥基鏈烷酸酯)(PHA)、聚(ε -己內酯)(PCL)等其他可生物降解的材料相比，PLA具有較好的熱可加工性。其可通過注模法、薄膜擠出、吹塑、熱成型、纖維紡絲和成膜來加工。然而，由于PLA為疏水性聚合物且不能溶解于水中或者分散在水中，PLA的使用可能受到限制。
[0005]希望制造可生物降解的過濾材料，所述可生物降解的過濾材料優選由如下材料制成，其可容易地加工以制造纖維，其可熱加工并且其具有良好的機械和物理性質。
[0006]CA可用增塑劑處理以在吸煙制品濾嘴中使用。這包括將增塑劑(通常以液體形式)施用到CA纖維的表面，例如通過將液態增塑劑噴霧到CA絲束上。增塑劑通過使鄰近纖維在它們的接觸點處彼此粘合而起作用，由此提供給過濾棒足夠的硬度以便于香煙生產和使用。因此，雖然以此方式加到CA中的材料通常稱為增塑劑，但它們實際上充當粘合劑或硬化劑，而不是充當增塑劑。適合該用途的增塑劑包括三乙酸甘油酯(甘油三乙酸酯)、TEC(檸檬酸三乙酯)和PEG 400 (低分子量的聚乙二醇)。還已知增塑的乙酸纖維素絲束改善見于煙氣中的半揮發性化合物(例如，苯酚、鄰甲酚、對甲酚和間甲酚)的選擇性去除。對于該作用，認為增塑劑必需存在于CA纖維的表面上。遺憾的是，粘合纖維的增塑劑的加入實際上可引起過濾材料的可降解性減小。纖維的粘合的確減慢構成絲束的各個纖維在用過的吸煙制品中的分離，因此維持纖維束并減少其對于將進行任何降解過程的元素的暴露。
[0007]因為增塑劑的纖維粘合作用，常規CA濾嘴常包含6-8%的增塑劑。已經發現包含比這更大量的增塑劑對乙酸纖維素絲束具有不利的影響，導致形成孔。
[0008]概述
根據本發明的第一方面，提供用于包含在吸煙制品的濾嘴或過濾元件中的過濾材料，所述過濾材料包含聚交酯纖維和至少一種增塑劑。
[0009]在本發明的第二方面，提供濾嘴和過濾元件，其包含根據第一方面的過濾材料。
[0010]在本發明的第三方面，提供吸煙制品，其包含根據第二方面的濾嘴或過濾元件。
[0011]附圖簡述
圖1顯示PLA絲束和CA絲束的性能曲線圖。
[0012]圖2提供顯示作為壓降的函數的PLA濾嘴的過濾效率的圖。
[0013]圖3提供顯示對于PLA絲束和CA絲束而言NFDM過濾效率對壓降的圖。
[0014]圖4提供顯示在PLA濾嘴中作為添加劑使用的三乙酸甘油酯(TA)對在煙氣中的酚類化合物的吸附的作用的圖。
[0015]圖5提供顯示在PLA濾嘴中作為添加劑使用的檸檬酸三乙酯(TEC)對在煙氣中的酚類化合物的吸附的影響的圖。
[0016]圖6提供顯示在PLA濾嘴中的不同添加劑對在煙氣中的酚類化合物的吸附的影響的圖。
[0017]發明詳述
本發明的實施方案可提供具有良好的機械性質如強度和良好的可加工性、同時還或備選地為可生物降解的和/或在引入吸煙制品的濾嘴或過濾元件中時提供優異的吸附特性的過濾材料。
[0018]如在本文中使用的術語“吸煙制品”包括可吸煙的產品，諸如香煙、雪茄和小雪茄，而不管其是基于煙草、煙草衍生物、膨脹煙草、再造煙草還是煙草替代品；且還包括受熱不燃燒的產品。
[0019]所述過濾材料的纖維可基本上由聚交酯纖維組成。此外或供選地，所述聚交酯纖維可基本上由聚交酯組成。
[0020]所述纖維可以與CA纖維由CA生產大致相同的方式由PLA生產。所述CA纖維使用溶液紡絲方法生產，但PLA纖維可使用熔融擠出方法制造。
[0021]在本發明中使用的聚交酯(PLA)可通過不同的合成方法制造，諸如通過丙交酯的開環聚合或由乳酸直接縮聚來制造。任何PLA等級都可選擇用于本發明中，且所述PLA的分子量可根據所要的性質和用途而改變。優選聚(L-丙交酯)(PLLA)，原因是其對于纖維的制造有益的結晶度。
[0022]圖1顯示PLA絲束和CA絲束的性能曲線圖，具有絲束特性3Y40000。圖1的性能曲線表明作為在濾嘴中使用的絲束重量的函數的濾嘴壓降的變化。所給出的結果是對于132mm長和24.30mm周長的濾棒。該信息允許調節濾嘴的重量以達到所要的壓降，其可匹配常規乙酸纖維素濾嘴。該性能曲線還可提供絲束可加工性的極限(最高壓降和最低壓降)。
[0023]圖2顯示作為壓降的函數的PLA濾嘴的過濾效率。S 1-4為來自表I的樣品。煙氣分析在堵塞通風區的情況下在ISO規范(35/2/60)下進行。如在圖2中提供的數據所表明，在相同壓降下，與常規增塑的乙酸纖維素濾嘴(具有8.6%增塑劑)相比較，僅由PLA纖維制成的濾嘴的吸附特性相對較差。在該圖中，基于這些濾嘴的壓降(分別為377mm、421mm、486mm、540mm水標,濾棒長度=132mm)試驗了使用未增塑的PLA絲束制成的四種濾嘴樣品。如在下文更詳細地論述，這些樣品的壓降與PLA的重量有關(參見，表I)。
[0024]圖3顯示對于由PLA絲束和CA絲束制成的濾嘴而言的NFDM過濾效率對壓降。濾嘴(具有22mm的長度和24.3mm的周長)由相同規格(3.0Y40000)的絲束制成。煙氣分析在堵塞通風區的情況下在ISO規范(35/2/60)下進行。
[0025]如上所述，在CA絲束中包含的增塑劑充當粘合劑，導致鄰近的纖維變得彼此粘附，由此增加絲束的硬度和結構完整性。相比之下，當將相同的增塑劑加到PLA纖維中時，它們充當真正的增塑劑，提供軟化作用，且它們不導致纖維之間的粘合。
[0026]然而，已經發現向PLA纖維中加入至少一種增塑劑對絲束的吸附特性具有顯著的影響。
[0027]如從圖4-6中的數據可見，沒有增塑劑的PLA絲束對于許多霍夫曼(Hoffmann)分析物，特別是在對于酚類分析物，顯示出相對差的吸附。在這些圖中的0%量度表明基于PLA的絲束匹配作為對照物使用的常規增塑的CA絲束(在圖中稱為“CA對照物”)的性能。 [0028]很明顯，對于一些分析物，通過加入增塑劑，粗略實現CA的吸附作用或者在一些情況下吸附作用更好。在該圖顯示負百分數圖時，吸附作用比CA對照物好。
[0029]在一些實施方案中，所述過濾材料包含選自PEG、三乙酸甘油酯和TEC的一種或多種增塑劑。
[0030]在所述過濾材料中包含的增塑劑的總量可占總過濾絲束材料的4-15%重量。因此，如果使用單一增塑劑，則其含量可為4-15%重量。如果使用增塑劑的組合，則其組合量應為過濾絲束材料的4-15%重量。
[0031]在一些實施方案中，所述過濾材料可提供自穿過所述過濾材料抽取的煙氣的半揮發性化合物的增加的選擇性去除率。認為使用聚乙二醇、TEC和/或三乙酸甘油酯作為應用到PLA纖維的表面的增塑劑可促進該作用。
[0032]在一些實施方案中，所述過濾材料可提供給穿過所述過濾材料的煙氣改善的味道特性。在一些實施方案中，使用TEC和/或三乙酸甘油酯作為應用到PLA纖維的表面的增塑劑可促進該作用。
實施例
[0033]通過以下特定實施例更詳細地說明本發明。應理解這些實施例為說明性實施方案且本發明不受這些實施例中的任一個限制。
[0034]所使用的PLA絲束指明為3.0Y40000，其是指PLA單絲旦數為3.0，纖維形狀為Y
且絲束旦數為40,000。
[0035]加工使用KDF2機進行，該KDF2機為用于將絲束轉化成濾棒的機器。
[0036]下表1顯示，對于PLA和CA過濾絲束而言，當引入具有132mm的長度和24.30mm的直徑的標準濾棒中時，與絲束重量相比較時壓降的變化。不同的樣品由相同的PLA絲束通過改變在濾棒中的絲束重量，即通過使充填程度不同以使得不同量的PLA絲束包含在相同尺寸的濾嘴中而制成。
[0037]表1:壓降(PD)對絲束重量的變化。濾棒長度=132mm，周長=24.30mm


重量(mg) PD (mmffG)

釋品 I(Sl) 一 721 ~377
釋品 2(S2) 一 772 —421
釋品 3(S3) 一803 —486
釋品4(S4) 丨845 丨540 圖2提供顯示作為壓降的函數的PLA濾嘴的過濾效率的圖。煙氣分析在堵塞通風區的情況下在ISO吸煙規范(35/2/60)下進行。
[0038]圖2顯示在表I中提到的PLA濾嘴的過濾效率。過濾效率表示濾嘴保留所列舉的煙氣組分的效率。這通過用沒有濾嘴的對照香煙和具有PLA濾嘴的試驗香煙吸煙且測量在兩種情況下遞送的焦油(NFDPM)、煙堿和水的量來測量。結果顯示該遞送可通過改變濾嘴壓降來調節。
[0039]圖4提供顯示在PLA濾嘴中作為添加劑使用的三乙酸甘油酯(TA)對在煙氣中的酚類化合物的影響的圖。煙氣分析在堵塞通風區的情況下在ISO吸煙規范(35/2/60)下進行。結果對于焦油標準化且表示為與CA的百分數差。數據顯示在使用具有不同量的TA的PLA的酚類化合物遞送之間的比較。將具有增塑的CA濾嘴(pCA對照物)的常規香煙用作基準。結果表示為如下計算的百分數:
(自PLA的遞送量-自對照物的遞送量)X 100/自對照物的遞送量 結果顯示隨著TA的量增加，分析物減少。
[0040]圖5提供顯示在PLA濾嘴中作為添加劑使用的檸檬酸三乙酯(TEC)對在煙氣中的酚類化合物的影響的圖。煙氣分析在堵塞通風區的情況下在ISO吸煙規范(35/2/60)下進行。結果對于焦油標準化且表示為與CA對照物的百分數差。數據以與上文關于圖4所陳述的相同方式計算。結果顯示向PLA纖維中加入TEC具有增加分析物的選擇性吸附的作用。
[0041]圖6提供顯示在PLA濾嘴中的不同添加劑對在煙氣中酚類化合物的影響的圖。煙氣分析在堵塞通風區的情況下在ISO吸煙規范(35/2/60)下進行。結果對于焦油標準化且表示為與CA對照物的百分數差。數據以與上文關于圖4所陳述的相同方式計算。結果顯示，與加入相同量的三乙酸甘油酯相比，向PLA纖維中加入TEC對分析物的選擇性吸附作用具有更大的影響。
[0042]因此，本數據允許推斷出在PLA濾嘴中使用添加劑可增強某些霍夫曼分析物的選擇性去除。
[0043]為了闡明各種問題并推進此項技術，本發明的全文舉例顯示了其中可實施所要求的發明并提供優越的過濾材料的各種實施方案。本發明的優點和特點僅為實施方案的代表性樣本，且并非窮舉和/或排他的。它們僅僅是為了幫助理解并教導要求保護的特點而提供。應理解，本發明的優點、實施方案、實施例、功能、特點、結構和/或其他方面并不被視為限制如由權利要求書所述的本發明的限定或權利要求的等效物的限定，并且可利用其他實施方案并且可在不脫離本發明的范圍和/或精神的情況下進行改進。各種實施方案可合適地包含所公開的元件、組件、特點、部分、步驟、設備等，由所公開的元件、組件、特點、部分、步驟、設備等組成或者基本上由所公開的元件、組件、特點、部分、步驟、設備等組成。另外，本發明包括目前沒有要求保護、但將來可能要求保護的其他發明。
【權利要求】
1.用于包含在吸煙制品的濾嘴或過濾元件中的過濾材料，所述過濾材料包含聚交酯纖維和增塑劑。
2.權利要求1的過濾材料,其中所述過濾材料的纖維基本上由聚交酯纖維組成。
3.前述權利要求中任一項的過濾材料，其中所述聚交酯纖維基本上由聚交酯組成。
4.前述權利要求中任一項的過濾材料，其中所述增塑劑選自聚乙二醇、三乙酸甘油酯和 TEC0
5.前述權利要求中任何一項的過濾材料,其中以占所述過濾材料的4-15%重量的量包含所述增塑劑。
6.濾嘴或過濾元件，其包含前述權利要求中任一項的過濾材料。
7.吸煙制品，其包含權利要求6的濾嘴或過濾元件。
【文檔編號】A24D3/06GK103781374SQ201280030827
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年6月22日 優先權日:2011年6月23日
【發明者】Y.萊莫奇 申請人:英美煙草(投資)有限公司