CN87104595A - 除去香烟烟雾中氧化氮的方法和装置 - Google Patents

Abstract

制备经化学处理的香烟过滤元件的方法，以减少香烟烟雾中产生的氧化氮副产物的浓度，方法是在包覆物料的基料表面涂布含氧化锌或醋酸锌的非离子溶液或分散液，而且，该非离子溶液或分散液还含有一种脱水山梨糖醇脂肪酸酯的聚氧化烯衍生物或多羟基醇的一酯或二酯，或者是含有这些分散剂的混合物。

Description

本发明涉及选择性过滤香烟烟雾用的经化学处理的过滤元件的制备方法。

纤维基过滤元件是众所周知的，已用于香烟制造业至少40年。尽管市面上已试销了各种合成纤维和纤维混合物，并进行了评价，但大部分香烟过滤元件中仍含有醋酸纤维素基纤维。

合成纤维，特别是象聚丙烯之类的聚烯烃纤维，比醋酸纤维素基纤维容易拉伸成旦数更小的纤维，因而具有更好的过滤功能而同时又不会损失卷曲和高速生产所需的强度。然而，这些纤维也有缺点。主要是开松的或松开的纤维束等基料惰性较大，不易被大多数粘合剂/增塑剂或其它亲水型改性剂成分所湿润或软化。

增添化学活性成分以实现香烟烟雾的选择性过滤已引起各种困难，如影响基料特性，分布不均匀，以及过滤元件功能与过滤元件的尺寸稳定性、弹性和硬度之间的相互关系。业已证实，喂入过滤条制造装置中的含聚烯烃纤维的基料（即纤维束和纤维条，在过滤元件的压力降（抽吸阻力）和尺寸稳定性或硬度之间的关系上是相当矛盾的。此外，在经浸渍的聚烯烃或其它合成基料以高速喂入常规的过滤条制造设备中时，也常常难以避免发生堵塞，尤其是在向包覆物料中或其上加入粘合剂、润滑剂、芳香剂、药剂、吸收剂、吸附剂等大量的改性剂成分时更是这样。其部分原因是由于香烟过滤条制造工艺中所用的许多添加剂组分缺乏内在的润滑性能。

例如，美国专利3，428，056指出，添加水溶性无机盐能有效地除去香烟烟雾中的氰化氢，但会导致粉末分布的不均匀和过滤效果变差。该专利试图用下列聚烯烃粉末解决上列问题，即给这些聚烯烃粉末涂上无机盐，如碳酸钠和碳酸钾，它们被振动到已用甘油三乙酸酯之类粘合剂处理过的醋酸纤维素纤维束上，然后被压紧包卷成过滤条。

美国专利3，618，619解决除去氰化氢的办法是，将金属氧化物，如氧化锌、氧化铁或氧化亚铜分散在醋酸纤维素的溶液中，然后将作过滤元件用的醋酸纤维素纺成丝束，再用包括甘油三乙酸酯在内的某些有机“活化剂”处理这种丝束，使纤维丝束对于氰化氢具有可渗透性。

美国专利3，618，619公开了使用醋酸锌和其它化合物的混合物渗入氧化铝基质中，这种混合物以颗粒形式分散在醋酸纤维素之类的过滤纤维中。许多其它美国专利已经详细说明并试图解决将锌化合物混入香烟过滤材料中的问题。没有一份专利明确地提出用这类化合物处理含聚烯烃纤维基料的问题。

按照本发明的制造经化学处理的香烟过滤元件的方法中，使用以含聚烯烃基料作为包覆物料，并以常规过滤条制造装置制得香烟过滤元件，该过滤元件用锌化合物，如氧化锌或醋酸锌等作为活性改性剂成分处理，以除去香烟烟雾中的氧化氮和氧化氮副产物，方法的特征在于，将含氧化锌或醋酸锌的非离子溶液或分散液涂到包覆物料中的全部基料或部分基料上，该非离子溶液或分散液也含有脱水山梨糖醇脂肪酸酯的聚氧化烯衍生物、多羟基醇的一酯、或多羟基醇的二酯等作为分散剂，或含有这些分散剂的混合物。

按照本技术领域中的习惯说法，该非离子溶液或分散液被称为非离子“纺丝溶液”。该非离子纺丝溶液中，以含有约0.1～10%（重量）、特别是0.5～10%（重量）的一种或数种表面活性剂为好。

在非离子纺丝溶液中，所含的表面活性剂以乙氧基化合物，羧酸酯，甘油酯，聚氧乙烯酯，脱水山梨糖醇酯，乙氧基化脱水山梨糖醇酯，乙氧基化天然脂肪、油和蜡，脂肪酸的乙二醇酯，聚氧乙烯脂肪酸酰胺，聚烯化氧嵌段共聚物，和氧化乙烯一氧化丙烯共聚物为好。

所用改性剂成分的量以纤维重量的1～10%（重量）左右为好。

这里所用的术语“基料”是指适于在过滤条制造装置中作包覆物料用的含纤维成分或含原纤化薄膜成分。基料可以是（a）开松的含聚烯烃纤维束，（b）开松的含聚烯烃非织造材料的带材，或（c）与活性改性剂成分相结合的聚烯烃原纤化薄膜的开松纤维网。

当非织造织物用作包覆物料的基料成分时，该开松织物带可包含高达约100%，最好为10%-100%（重量）的聚烯烃（单、双或三组分）纤维，它一般是聚丙烯短纤维，或可由具有混合纤度长丝的纤维网组成，或由下列纤维相组合而成：（a）聚丙烯/聚乙烯，聚丙烯/聚偏二氯乙烯，聚丙烯/醋酸纤维素，聚丙烯/人造丝，聚丙烯/尼龙，醋酸纤维素/聚乙烯，塑化醋酸纤维素，聚丙烯/纸;或（b）聚丙烯/聚苯乙烯/聚乙烯等，其优选的比例，按纤维重量计约为（a）10%-90%/90%-10%，或（b）10%-90%/45%-5%/45%-5%。

最好以开松的聚烯烃纤维网或聚丙烯或聚乙烯开松丝束或开松非织造带为基料。

这类包覆物料可包括高达四种基料成分，这些基料成分之一种或数种有活性改性剂成分涂布在其一面或两面，涂布的方式和涂布的面数取决于制得过滤元件所要求的过滤效率、味觉、手感、硬度和抽吸性。

对于本发明的目的以及由于活性成分的性质的缘故，包覆物料是就地制造（即直接置于包覆装置的上游）还是在使用前经已生产和贮存的，一般是无关紧要的。还发现，对于本发明目的而言，使用一种或数种具有相同或不同纤维的组分和纤度的非织造织物也是有用的，特别是当并非所有基料都用作活性改性剂成分的载体或具有不同的吸收性质时更是这样。

含聚烯烃基料在涂布活性改性剂成分的溶液或分散液之前，最好先经电晕放电或等离子体放电预处理。

适用于实施本发明方法的常规过滤条制造装置，按照本领域中众所周知的部件和工艺过程，可包括丝束导管、包覆装置、成形装置、包卷装置和切割装置，例如在美国专利3，144，023和2，794，480中所述。然而，如果需要，也可进行明显的调整，以使在形成过滤芯之前有助于在原地或事先进行喷雾、浸渍、涂刷或用其它传统方法涂布改性剂成分。

通常，成包的基料可用连续浸涂或与从活性成分贮槽供料的一个或数个涂刷辊接触，接着经夹持辊、热干燥辊、烤炉等，一般在约70℃-125℃温度范围内进行常规干燥来制备。

一般来说，用本领域的已知技术，可获得纤度范围较宽纤维的非织造材料。这种材料的重量范围最好约为10-50克/米²，带宽约4-12英寸，一般能成功地保证它以生产速度通过常规过滤条生产装置的包覆装置。

如上所述，包覆物料可包括1种，最高达约4种或更多种基料成分，这些成分的重量、尺寸、粘结性、吸收能力、纤维成分和纤度可相同或不同，可以全部或部分地经调配后通过包覆装置。然而，已经发现，为了得到更好的结果，用一种非织造织物调配的，或夹在两种非织造织物之间的较轻的热粘结的开松织物、丝束或原纤化膜具有高度的柔韧性，能使制成的过滤元件适合各方面的市场需要，包括成本、过滤抽吸性和硬度参数等。

包覆物料中加入低熔融纤维（如聚乙烯）和其它聚烯烃纤维，对于获得粘结性能和液体吸收或吸附性能变化范围较大的丝束滤芯是有价值的（虽然不是必须的）。

从成本上考虑，开松纤维丝束和非织造带特别合适，因为它们允许使用较廉价的具有混合纤度和型号的聚烯烃纤维网，并简化过滤元件中改性剂成分的精确分布，而在形成滤芯之前，不需要更换上述行业技术和设备，如涂布一种或数种非织造织物的涂刷辊和喷雾头等。

除上述活性改性剂成分外，还可使用一些补充成分，如下列一种或数种物质的溶液、乳液、悬浮液或分散液：一般以多元醇为代表的湿润剂，如甘油、乙二醇;调味剂和香料，如酮糖和多糖类，包括冬青油、薄菏油、薄菏、肉桂油、水果香料等;如在美国专利4，485，828中所述的一些添加剂;药物，如薄菏醇、减充血剂等。

然而，为了对这些添加剂能保持精确控制，有用的做法是将每种处理的基料在转化成过滤元件之前，干燥至水分含量低于约3%。此外，如果需要，可将过滤元件及其活性添加剂成分适当地屏蔽起来，以防止它与嘴唇直接接触，方法是将活性成分涂布到丝束或非织造织物上，后者是依次被夹在2层或多层渗透性较小的未处理织造织物之间（参见图3）。此外，所得的过滤元件可以在外部包上软木或类似的惰性绝热材料（未示出）。按这种方法涂布到过滤元件上的改性剂的量和有效性，基本上由下述指标决定：基料宽度、同时喂入包覆装置的基料数目，以及在过滤元件中与香烟烟雾接触的经处理表面的面积。

对于本发明的用途而言，处理过的和未处理的织物带均可包上一般的滤芯包纸，纸的重量约为25-90克/平方米，若有需要还可更重些。

本发明还可用附图进一步说明。在图1-3中，图1示出经改装的常规香烟过滤条制造装置，它可将按本发明制得的基料制成过滤元件。图2-4示出本发明方法的进一步修改和改进，从而使调配或部分调配过的一种或数种非织造条带或其它基料，容易通过喷雾或浸渍方法渗进一种或数种活性改性剂成分，并通过使用多种基料使过滤元件的松密度增加，改进耐压性即硬度。

为了进一步详细说明，参考图1。图1示出一单束连续基料，如开松纤维丝束、原纤化薄膜或非织造织物带（10），由加料轴（11）或物料包（未示出）喂入并通过与外源（未示出）加料管线（21）相连的喷雾头（20），使基料涂上各种活性改性剂成分（22）。然后用热空气干燥辊（12）和干燥装置（未示出）将经处理的基料（10）干燥到所需的程度，再用导辊（17）将其导入香烟过滤条制造装置（1）的包覆装置导管（15）和包覆装置（14），装置（1）包括包覆部分（2）、包卷装置和将包好的滤芯或滤条切成过滤元件（16）的切割装置，包覆部分（2）包含（但未示出）基料的成形和保持装置;包卷装置可方便地由支承辊（19）支承的包装料轴（5）供给丝束包，并移动到引入该装置（1）的连续包覆带（3）上。

如上所述的装置包括常规的密封装置，密封包在滤芯（未示出）外的丝束，滤芯由切割装置（未示出）切成所需长度的圆柱形过滤元件（16）（长度一般为90毫米），然后由过滤元件卸料管（18）（仅示其片段）卸入容器（23）进行包装。

图2以图示说明向两个相同或不同类型的开松基料上分别涂布活性改性剂成分的合理排布，按这种排布，由相连的加料管线（21A）供料的喷雾头（20A）向基料（10A，10B）上喷涂相同或不同的活性改性剂成分（22A），物料经调配，用空气和加热辊（12A）干燥，然后经过滤条制造装置（1A）的包覆装置（14A），形成上述的过滤元件（16A）。基料（10A和10B）由料辊（11A）和（11B）或加料包（未示出）喂入，并在加热夹持辊（12A）处方便地进行调配，然后由导辊（17A）导入包覆装置（14A），图1-3中每个图上的相同阿拉伯数字表示相同的包覆物料或基料成分。

图3以图示说明图1、2的设备和工艺过程的进一步变化，从料轴或料箱（未示出）送出的几种相同或不同类型的基料（10C，10D和10E），经加热辊（12B）的辊隙喂入，根据所要求的过滤程度，中间的基料（10D）的宽度可变化，最好其吸收和吸附性能比两边未处理基料（10C和10E）的更高。如图所示，基料（10D）的两面由加料管线（21B）的喷雾头（20B）充分喷涂上所选的一种或数种活性改性剂成分（22B），基料（10E）最好较宽，并排布成可截留未被纤维带（10D）所保留或捕获的活性改性剂的剩余料滴或喷涂方向不合适的活性改性剂，然后所有三种基料按上述方式在调配下经过加热夹持辊（12B）进行干燥，再按如上述图1、2的方式由导辊（未示出）导入过滤条制造装置的包覆装置。

图4是本方法进一步变化的图示说明，其中一种或数种基料（未示出）可由料包或料箱（24C）分别喂入，通过导辊（17C），浸入含活性改性剂成分（22C）的贮槽（25C），然后通过夹持辊（26C），加热炉（27C）、拖动辊（28C）和三级干燥炉（29C），进入上述图1-3方式排布的香烟过滤条制造装置的包覆装置（14C），或装箱备用。

当将连续纤维丝束作基料成分使用时，可方便地按常用的方法准备丝束，即将纤维从一个或几个筒子架抽出并经过流体膨化喷射或变形喷射，然后按上述方式处理。

如上所述，上述方式使用的基料可以是各种合成纤维丝。因而，可能使用聚酯、聚酰胺、丙烯酸酯类，以及聚丙烯或醋酸纤维素材料。丙烯单体与乙烯或其它低级烯烃单体的成丝共聚物的组合，与其它合成成纤材料相比，由于其密度低和优良的纺丝性能，是优选的丝束、丝带和原纤化薄膜材料。

本发明所用的丝束，其膨松纤度可约为2000-10000旦。如上所指出的，这种基料可以是来自单个筒子架或丝包的卷曲纤维，或几个筒子架或丝包同时并合和流经一流体喷射而形成的复合料。然而，为了使香烟过滤嘴具有最好的性能，最好至少有一些丝束在进入流体喷射之前，基本上是无捻的和无卷曲的。

下面用实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

（A）将具有“Y”形截面的全同立构聚丙烯切断纤维（每根纤维4.5旦，1.5英寸长），以40±5克/10分的流速梳制成重量约为0.18克/码²的纤维网。将该纤维网转移到连续玻璃纤维带上，用钻石花型热轧光机在140℃/40磅/平方英寸辊压下使之轻度热粘结，得到一种非织造织物，将其冲切成12英寸宽的试验带基料，以下称为TS-1。

（B）将在常规工业纺丝条件下得到的2.5旦醋酸纤维素纱（圆形横截面），在0.01克/旦张力下从筒子架上平行退绕，并并合形成纤维束。然后将该纤维束通过70磅/平方英寸（107-110℃）的蒸汽膨化喷射，得到展开的纤维束基料，以下称为TS-2。

（C）按上述方式（B）得到纺成4.5旦的聚丙烯膨体纱（“Y”形截面），所得聚丙烯膨体丝束基料以下称为TS-3。

按下列实施例中指出的方式，将表1中定义的活性改性剂成分C-1，C-2和C-3涂布到基料TS-1，TS-2和TS-3上，作为精整组合物。

表Ⅰ

精整组合物    组成

C-1    5%（重）    醋酸锌

5%（重）    Atmos（商标）300（＊1）

5%（重）    聚氧乙烯化山梨糖

醇的一月桂酸酯（＊2）

85%（重）    水

C-2    5%（重）    醋酸锌

0.25%（重）    Atmos    300

0.25%（重）    吐温    20

94.5%（重）    水

C-3    5%（重）    醋酸锌

10%（重）    三醋酸酯

85%（重）    水

＊1可从ICI    Americas公司买到此商标的非离子表面活性剂。

＊2可从ICI    Americas公司买到，商标名为吐温20。

实施例Ⅱ

A.将从实施例1制得的两条12英寸宽连续非织造开松聚丙烯材料带（TS-1）中的一条，按图4所示的方式，边卷边浸入含C-1精整组合物浴中30秒钟，然后通过加热夹持辊、干燥炉，用手卷成标准宽度的过滤条，将其切成27毫米长的过滤元件（0.18克重，周长24.35毫米）作试验用，称为F-1。

用相同方法将第二条未经处理（未浸渍）的TS-1带制成过滤元件（FC-1），作对照用。按下列实施例Ⅲ对这两种过滤元件进行试验，所得结果示于下表Ⅱ。

B.对实施例ⅠC.所述的四个4.5dpf膨体聚丙烯基料样品按下法处理：（1）将两个样品按ⅡA.所述，分别边卷边浸入含C-2和C-3的精整组合物，加热、干燥并卷拢，制成试验过滤元件F-3和F-3A;（2）对其余两个样品作同样处理，但不作边卷边浸渍处理，得到作对照用的对照试验过滤元件FC-3和FC-3A。

C.对实施例ⅠB.所述的两个TS-2样品按下法处理：（1）将一个样品边卷边浸入C-1精整组合物，加热、干燥并卷拢制得试验过滤元件F-2;（2）将第2个样品作相同处理，但不作边卷边浸渍处理，得到作对照用的对照试验过滤元件FC-2。

实施例Ⅲ

将实施例Ⅰ和Ⅱ所述的试验过滤元件F-1、FC-1、F-2和FC-2在其过滤元件试验装置上测试，试验装置包括：一个带阀门的恒压NO/N₂气源，保证向下游方向安全流动，通过玻璃管和Tygon管道连接到与Drager管（宾夕法尼亚匹兹堡的National Drager公司生产）相连的盛过滤元件的塑料容器上，Drager管预先填充了Cr（Vl）催化剂和对，对′-二氨基，间，间′-二甲基联苯作为检测氧化亚氮（NO）的显色指示剂。

试验气体是含有100ppm    NO的氮气，在50毫升/分流速下与过滤元件接触30分钟。试验结果列于下表Ⅱ。

实施例Ⅳ

将实施例Ⅰ和Ⅱ所述的试验过滤元件F-3、FC-3、F-3A、FC-3A粘到骆驼牌（Camel）淡味烟草条上，放入Borg-Waldt吸烟机内吸烟，吸烟速率为2秒钟一股烟（35毫升）共八股，两股烟之间的时间间隔为58秒钟。吸烟机的排出气直接联到英国Chem    Lot氧化氮分析器上（利用化学荧光性质检测NO浓度，用50、100和1000ppm    NO/N    标准气校准）。试验结果列于表Ⅱ。

表Ⅱ

精整组合物    基料    试验过    NO脱除量

滤元件    %

C-1    S-1    F-1    22

-    S-1    FC-1    0

C-2    S-3    F-3    48

-    S-3    FC-3    0

C-3    S-3    F-3A    5

-    S-3    FC-3A    0

C-1    S-2    F-2    16

-    S-2    FC-2    0

Claims (5)

1、一种制备经化学处理的香烟过滤元件的方法，其中从用含聚烯烃纤维基料作包覆物料的常规过滤条制造装置制得的香烟过滤元件，用一种锌的化合物，如氧化锌或醋酸锌作活性改性剂成分进行处理，其特征在于将含氧化锌或醋酸锌的非离子溶液或分散液涂布到包覆物料的部分或全部基料上，该非离子溶液或分散液还含有下列分散剂：脱水山梨糖醇脂肪酸酯的聚氧化烯衍生物、多羟基醇的一酯或二酯，或含有这些分散剂的混合物。

2、按照权利要求1所述的制备经化学处理的过滤元件的方法，其特征还在于该非离子溶液或分散液含有约0.1～10%（重），最好是0.5～10%（重）的一种或数种所述的表面活性剂。

3、按照权利要求1或2所述的制备经化学处理的过滤元件的方法，其特征还在于非离子溶液或分散液中所含的活性改性剂成分的量约为纤维重量的1～10%。

4、按照权利要求1或2所述的制备经化学处理的过滤元件的方法，其特征还在于将该非离子溶液或分散液涂布到包含一种开松聚烯烃纤维网或聚丙烯或聚乙烯的开松丝束或非织造带的不同基料表面上。

5、按照权利要求1所述的方法，其中含聚烯烃的基料在涂布活性改性剂成分之前，先经电晕放电或等离子体放电预处理。

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