CH616569A5 - Filter for smoking article - Google Patents

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John Anthony Luke
Fred Haslam
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British American Tobacco Co
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    • A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter-tips, filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces for cigars or cigarettes
    • A24D3/04—Tobacco smoke filters characterised by their shape or structure
    • A24D3/043—Tobacco smoke filters characterised by their shape or structure with ventilation means, e.g. air dilution

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  • Cigarettes, Filters, And Manufacturing Of Filters (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)

Description

La présente invention concerne les filtres utilisés dans les articles à fumer et notamment, mais pas exclusivement, les filtres pour cigarettes.
Les filtres connus, dont l'objectif est la diminution du taux des éléments toxiques contenus dans la fumée, sont en général composés d'une matière filtrante préalablement sélectionnée. Elle peut être en papier comprimé, en cellulose, en acétate de cellulose,
voire composée d'une matière filtrante thermoplastique. La longueur d'un filtre est variable d'un modèle à un autre ; il peut être composé de plusieurs tronçons de matières différentes et de porosités différentes. De plus, on introduit souvent dans le filtre une partie composée de charbons actifs sur lesquels viennent se fixer les composants toxiques. En général, ces filtres ont le défaut d'être efficaces en raison directe de l'obstacle qu'ils font au tirage.
Le filtre de l'invention propose une solution qui permet de mieux épurer la fumée en éliminant plus efficacement les composés de faible poids moléculaire, en particulier l'oxyde de carbone, et les composés lourds en phase solide généralement appelés goudrons.
Le filtre de l'invention se compose d'un élément au moins approximativement cylindrique dont la périphérie comporte une ou plusieurs rainures hélicoïdales et d'une enveloppe poreuse appliquée sur la surface extérieure de l'élément cylindrique. Pendant le passage de la fumée dans la ou les rainures hélicoïdales, les constituants en phase vapeur de faible poids moléculaire diffusent à travers l'enveloppe poreuse qui peut être une feuille de papier. En même temps, la quantité de composés lourds est sensiblement réduite par l'effet de l'aspiration de l'air extérieur dans la ou les rainures à travers l'enveloppe poreuse.
La figure annexée illustre un exemple non limitatif d'application de l'invention à une cigarette à bout-filtre.
La cigarette comprend un boudin de tabac haché 1 et un bout-filtre 2, généralement en acétate de cellulose. Le bout-filtre 2 est constitué d'un élément cylindrique filtrant 3 étroitement enveloppé dans une feuille de papier poreux 4. Le boudin de tabac 1, enveloppé dans une feuille de papier à cigarettes 5, est assemblé avec son bout-filtre 2 par l'intermédiaire d'une bande poreuse collée 6, généralement une bande de papier imitation liège. La bande 6 ne s'étend pas nécessairement sur toute la longueur du bout-filtre comme sur la figure et peut se réduire à une étroite bague de papier collée à la jonction de la cigarette 1 et du bout-filtre 2.
Le coefficient de porosité de l'enveloppe externe ou de la combinaison d'enveloppes, dans le cas où le bout-filtre est recouvert d'un papier imitation liège ou similaire, doit avoir une valeur permettant la diffusion vers l'extérieur des composants gazeux à éliminer. Dans certains cas, il peut également y avoir diffusion vers l'intérieur de l'élément cylindrique. En pratique, le coefficient de porosité de l'enveloppe ou de la combinaison de l'enveloppe et d'un éventuel papier décoratif peut avoir une valeur comprise entre environ 50 et 1500 cm3/mn/cm2 sous une pression de 10 mb.
Une rainure hélicoïdale 7 de section carrée est formée dans la surface périphérique de l'élément cylindrique 3 à partir de l'extrémité amont 8 du filtre et s'étend sur la majeure partie de la longueur de l'élément 3. La rainure 7 se termine en un collecteur annulaire 9 et le reste de l'élément filtrant constitue une partie cylindrique pleine 10.
Lorsque la cigarette est fumée, les produits de combustion du tabac 1 circulent dans le sens des flèches en suivant la rainure hélicoïdale 7 jusqu'au collecteur 9 qui la répartit uniformément avant son passage dans la partie pleine 10 de l'élément filtrant. Pendant le passage de la fumée dans la rainure 7, les constituants de faible poids moléculaire, tel l'oxyde de carbone, diffusent à travers l'enveloppe poreuse 4 et la bande 6, tandis qu'une certaine quantité d'air est aspirée à l'intérieur. En atteignant la partie pleine 10, la fumée abandonne ses constituants solides les plus lourds, notamment les goudrons.
Dans le mode de réalisation illustré, la face amont 8 de l'élément 3 et les parois de la rainure 7 sont relativement perméables à la fumée dont une certaine quantité pénètre dans le noyau du filtre 3 en amont de sa partie pleine 10. Cette fraction de fumée est débarrassée de ses particules solides et d'une faible proportion de ses constituants légers.
Au lieu de se terminer par une surface plane 8, l'élément filtrant 3 peut avoir une extrémité conique vers l'amont, de préférence au moins partiellement imperméable à la fumée. Cette configuration permet de diriger la fumée vers la périphérie du filtre où elle entre dans la rainure hélicoïdale.
L'élément filtrant 3 peut avoir plusieurs rainures disposées comme celles d'une vis à plusieurs filets.
L'acétate de cellulose utilisé pour l'élément 3 peut être remplacé par une autre matière thermoplastique filtrante ou par du papier comprimé. On peut en outre incorporer à la matière de l'élément filtrant 3 des particules adsorbantes, par exemple du charbon activé.
L'élément filtrant 3 à rainure hélicoïdale peut être obtenu par un procédé consistant à transporter une tige cylindrique de matière dans une direction transversale par rapport à sa longueur devant un ou plusieurs éléments de formage ayant des reliefs complémentaires de l'empreinte désirée pour imprimer à chaud des rainures dans la surface extérieure de la tige qui est mise en rotation autour de son axe. Pour obtenir une rainure hélicoïdale
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comme celle de la figure, l'élément de formage doit faire un certain angle avec l'axe de la tige sans mouvement axial relatif. La gorge annulaire 9 peut être imprimée par un second élément de formage. S'il est nécessaire de réduire ou de supprimer la perméabilité de certaines surfaces de l'élément filtrant, il suffit de chauffer les éléments de formage à une température suffisamment élevée pour produire une fusion locale de la matière sur les surfaces de contact. En jouant sur certains paramètres comme la température, la pression et le temps de contact, on peut obtenir des surfaces imperméables ou semi-perméables.
Les rainures de l'élément cylindrique peuvent être formées avant ou après la pose de l'enveloppe poreuse, mais cette dernière ne doit pas être pressée dans les rainures.
Le bout-filtre de l'invention a été soumis à une expérimentation pratique permettant d'évaluer son efficacité d'après la réduction du taux de CO et de la quantité totale de particules en suspension dans la fumée (T.P.M.). Les essais ayant pour but de démontrer l'efficacité de la rainure hélicoïdale 7 associée à une enveloppe poreuse 4, les éléments filtrants utilisés, d'une longueur de 20 mm, comportaient une seule rainure hélicoïdale 7 de section carrée s'étendant sur toute leur longueur. La rainure avait une largeur de 3 mm et un pas de 6 mm, soit un angle d'hélice d'environ 10°.
Les essais ont été divisés en trois groupes :
GROUPE I
Dans ce groupe, les éléments filtrants sont en acétate de cellulose et sont enveloppés dans des papiers de différentes porosités, certains étant naturellement poreux et d'autres ayant subi une perforation électrostatique.
De la fumée de tabac est aspirée à travers chaque élément filtrant dans des conditions normalisées, c'est-à-dire une bouffée de 35 cm3 et de 2 s, chaque minute. A titre de comparaison, une cigarette identique sans bout-filtre est fumée dans les mêmes conditions. Le tableau I résume les résultats obtenus pour le groupe I. Dans tous les cas, les valeurs de porosité sont exprimées en unités représentant des cm3/mn/cm2 sous une pression différentielle de 10 mb.
Tableau I
Porosité du papier
Réduction du taux de CO (% en poids)
Elimination des goudrons (% en poids)
Porosité naturelle
100
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Perforation
120
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électrostatique
300
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GROUPE II
Les essais du groupe II sont identiques aux deux premiers du groupe I, sauf que les extrémités amont 8 des filtres sont rendues
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partiellement imperméables par l'application d'une solution d'acétate de cellulose dans l'acétone. Le tableau II résume les résultats obtenus.
Tableau II
Porosité du papier
Réduction
Elimination
du taux de CO
des goudrons
(% en poids)
(% en poids)
Porosité naturelle
100
21
42
500
41
54
GROUPE III
Pour déterminer l'influence de la porosité de l'élément cylindrique 3, on réalise des filtres en polyméthacrylate de méthyle (marque déposée Perspex) dont la face d'extrémité 8 et les surfaces de la rainure 7 sont totalement imperméables à la fumée et on les essaie dans les mêmes conditions que pour le groupe I. Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau III.
Tableau III
Porosité du papier
Réduction du taux de CO (% en poids)
Elimination des goudrons (% en poids)
Pòrosité naturelle
100
19
23
500
39
38
Perforation
120
35
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électrostatique
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Ces valeurs expérimentales montrent que le taux d'oxyde de carbone est d'autant plus réduit que la porosité de l'enveloppe est grande. A cet égard, les papiers perforés électrostatiquement sont plus efficaces que les papiers naturellement poreux. Ces remarques sont également valables pour l'élimination des particules solides en suspension.
Un examen des tableaux I et III révèle que la meilleure efficacité sur le plan du CO et des goudrons est obtenue avec un papier perforé électrostatiquement ayant une porosité de 1000 unités. ' L'emploi de papiers encore plus poreux améliorerait l'efficacité du filtre, mais il deviendrait difficile, voire impossible, de maintenir la combustion de la cigarette.
En comparant les résultats des tableaux II et I, on voit que l'obturation partielle de l'extrémité amont du filtre n'a qu'un effet minime sur l'efficacité. Par contre, en comparant les résultats des tableaux III et I, on constate immédiatement que l'efficacité du filtre est nettement réduite lorsque les surfaces de son extrémité 8 et de sa rainure hélicoïdale 7 sont totalement imperméables à la fumée.
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Claims (9)

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1. Filtre pour article à fumer, caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part, un élément au moins approximativement cylindrique ayant au moins une rainure hélicoïdale formée dans sa surface extérieure et, d'autre part, une enveloppe appliquée sur la surface extérieure de ce même cylindre, ladite enveloppe étant en une matière poreuse de manière que les constituants en phase vapeur puissent diffuser à travers l'enveloppe pendant le passage de la fumée dans la ou les rainures.
2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément cylindrique est réalisé en totalité ou en partie en une matière filtrante capable de retenir les particules solides en suspension dans la fumée quand celle-ci passe à travers le filtre.
2
REVENDICATIONS
3. Filtre selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la ou les rainures hélicoïdales partent de la face amont de l'élément cylindrique et aboutissent à un point proche de son extrémité aval.
4. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la ou les rainures hélicoïdales aboutissent à une cavité formée dans l'élément cylindrique à peu de distance de son extrémité aval.
5. Filtre selon la revendication 4, caractérisé en ce que la cavité est une gorge annulaire formée dans la périphérie de l'élément cylindrique.
6. Filtre selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la cavité est séparée de l'extrémité aval de l'élément cylindrique par une partie pleine en matière filtrante.
7. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une partie au moins de la surface délimitant la ou les rainures hélicoïdales est au moins partiellement imperméable à la pénétration de la fumée dans le noyau central de l'élément cylindrique.
8. Filtre selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la face amont de l'élément cylindrique est rendue au moins partiellement imperméable à la pénétration de la fumée dans son noyau central.
9. Utilisation du filtre selon la revendication 1, dans un article à fumer.
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