用于吸煙制品的過(guò)濾元件的過(guò)濾材料以及相關(guān)的系統(tǒng)和方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于吸煙制品的過(guò)濾元件的過(guò)濾材料以及相關(guān)的系統(tǒng)和方 法 【背景技術(shù)】 技術(shù)領(lǐng)域 [0001]
[0002] 本公開(kāi)內(nèi)容涉及意圖用于人消費(fèi)的、從煙草或其它可抽吸材料制成或衍生出的產(chǎn) 品。具體地，本公開(kāi)內(nèi)容涉及用于吸煙制品（諸如香煙）的過(guò)濾元件中的過(guò)濾材料以及用 于生產(chǎn)這樣的過(guò)濾材料和有關(guān)過(guò)濾元件的有關(guān)方法。
[0003] 相關(guān)領(lǐng)域的描沐
[0004] 流行的吸煙制品，諸如香煙，可以具有大致圓柱棒形結(jié)構(gòu)，并可以包括被紙包裝材 料圍繞的可抽吸材料諸如撕碎的煙草（例如，以切割填充物形式）的包、卷或柱，從而形成 所謂的"可抽吸條"或"煙絲條"。通常，香煙具有與煙絲條成端到端關(guān)系排列的圓柱形過(guò)濾 元件。通常，過(guò)濾元件包括被稱(chēng)為"成型紙（plug wrap)"的紙材料圍繞的塑化乙酸纖維素 絲束，且所述過(guò)濾元件使用被稱(chēng)作"接裝材料（tipping material) "的外圍包裝材料連接 至煙絲條的一端。為了提供環(huán)境空氣對(duì)抽吸的主流煙氣的稀釋?zhuān)瑢⒔友b材料和成型紙打孔 也可以成為需要。香煙及其不同部件的描述闡述在Tobacco Production, Chemistry and Technology, Davis等人（編）（1999)。吸煙者通過(guò)點(diǎn)燃香煙的一端并燃燒煙絲條而使用香 煙。然后，吸煙者通過(guò)抽吸香煙的相對(duì)端（例如，過(guò)濾嘴端）而接收主流煙氣進(jìn)入他/她的 口腔。
[0005] 目前可得到的用于形成過(guò)濾元件的過(guò)濾嘴技術(shù)可能具有幾個(gè)缺點(diǎn)。例如，包含醋 酸纖維素絲束的常規(guī)過(guò)濾元件盡管被表征為可生物降解的，但是可能需要不希望地長(zhǎng)的時(shí) 間才能實(shí)際上生物降解。在某些情況下，生物降解時(shí)段可能是2-10年的量級(jí)。相應(yīng)地，已 經(jīng)提出了替代性的過(guò)濾材料，諸如集攏的紙、非織造的聚丙烯網(wǎng)或集攏的條狀網(wǎng)的絲條。但 是，即使包含這樣的替代材料的過(guò)濾元件表現(xiàn)出與常規(guī)醋酸纖維素絲束過(guò)濾元件相比加速 的生物可降解性，其對(duì)主流煙氣的影響可能不會(huì)滿足吸煙者的期望。也就是說(shuō)，常規(guī)醋酸纖 維素絲束通常用適當(dāng)?shù)乃芑瘎ㄖT如三醋?。┧芑趯⒔z束剖開(kāi)（bloom)并形成過(guò)濾嘴 條以后，從所述過(guò)濾嘴條得到過(guò)濾元件。在這點(diǎn)上，三醋汀塑化劑會(huì)提供對(duì)主流煙氣的特定 作用（即，味道），所述作用是令吸煙者愉悅的或在其它方面變成吸煙者所預(yù)期的。使用替 代過(guò)濾材料的一個(gè)問(wèn)題是，那些材料可能不必要地與塑化劑（諸如三醋?。胶匣蜻m當(dāng)?shù)?接受所述塑化劑（諸如三醋?。Ｒ簿褪钦f(shuō)，即使這樣的替代過(guò)濾材料接受三醋汀，所述組 合對(duì)主流煙氣的作用（例如，煙氣的味道）可能不是令吸煙者愉悅的或在其它方面與吸煙 者預(yù)期的感覺(jué)足夠類(lèi)似，所述吸煙者熟悉與三醋汀處理過(guò)的醋酸纖維素絲束過(guò)濾元件有關(guān) 的器官感覺(jué)特性。
[0006] 已經(jīng)開(kāi)發(fā)了某些用于香煙中的過(guò)濾元件，它們含有可以促進(jìn)過(guò)濾元件在使用后的 生物降解的材料。例如，已經(jīng)指出了某些添加劑（例如，水溶性的纖維素材料、水溶性的纖 維粘合劑、淀粉顆粒、光活性的顏料和/或磷酸），它們可以加入到過(guò)濾材料中以增強(qiáng)可降 解性。參見(jiàn)，例如，Ito等人的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5, 913, 311 ;Wilson等人的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5, 947, 126 ; Buchanan等人的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5, 970, 988 ;和Yamashita的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6, 571，802 ;和 Robertson的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2009/0151735和Sebastian的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào) 2011/0036366。在某些情況下，常規(guī)醋酸纖維素過(guò)濾材料已經(jīng)被其它材料替換，諸如水分崩 解片層材料、擠出的淀粉材料或聚乙烯醇。參見(jiàn)Arzonico等人的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5, 709, 227 ; Berger的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5, 911，224 ;Loercks等人的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6, 062, 228 ;和Case等人的 美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6, 595, 217。還已經(jīng)提出，裂縫在過(guò)濾元件中的摻入可以增強(qiáng)生物可降解性，如 在Wilson等人的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5, 947, 126和Garthaffner的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)7, 435, 208中所述。 還已經(jīng)提出，通過(guò)使用某些粘著劑來(lái)賦予生物可降解性，諸如在Kauffman等人的美國(guó)專(zhuān)利 號(hào)5, 453, 144和Sebastian等人的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)2012/0000477中所述。另一種可能 的增強(qiáng)生物可降解性的方式是，用涂有纖維素酯的、纖維或微粒纖維素材料的芯來(lái)替代常 規(guī)醋酸纖維素過(guò)濾材料，如在Asai等人的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6, 344, 349中所述。
[0007] 在過(guò)濾元件以及用于生產(chǎn)它們的設(shè)備和方法中的其它進(jìn)步可能是合乎需要的，其 中這樣的進(jìn)步會(huì)最大化或以其它方式增強(qiáng)過(guò)濾嘴絲束/過(guò)濾元件的生物可降解性，同時(shí)與 常規(guī)塑化劑摻合以保留吸煙者預(yù)期的對(duì)主流煙氣的感覺(jué)作用（即，煙氣味道）。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本公開(kāi)內(nèi)容的方面滿足了上述和其它需要，在一個(gè)方面，提供了一種形成混合纖 維絲束的方法，所述混合纖維絲束用在吸煙制品的過(guò)濾元件中。在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明 提供了一種適合用在吸煙制品的過(guò)濾元件中的混合纖維絲束，所述混合纖維絲束表現(xiàn)出與 常規(guī)香煙過(guò)濾嘴相比增強(qiáng)的生物可降解性，同時(shí)仍然提供與常規(guī)香煙過(guò)濾嘴有關(guān)的合乎需 要的味道和過(guò)濾性能。
[0009] 在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種形成適合用在吸煙制品的過(guò)濾元件中的混合纖維 絲束的方法，所述方法包括：將第一多個(gè)醋酸纖維素纖維與第二多個(gè)纖維組合以形成混合 纖維摻合物，所述第二多個(gè)纖維包含不同于所述第一多個(gè)纖維的聚合材料（例如，再生纖 維素纖維）；抽拉所述混合纖維摻合物以降低所述混合纖維摻合物的纖維的每根絲的旦尼 爾并形成經(jīng)抽拉的纖維摻合物；和波浪化所述經(jīng)抽拉的纖維摻合物以形成混合纖維絲束。 兩種纖維類(lèi)型的重量比可以變化，但是通常所述第一多個(gè)醋酸纖維素纖維與所述第二多個(gè) 纖維的重量比是約25:75至約75: 25。所述方法可以包括其它步驟，諸如將所述混合纖維絲 束摻入適合用在吸煙制品中的過(guò)濾元件中，這通常需要剖開(kāi)所述混合纖維絲束和將塑化劑 施加于所述混合纖維絲束中的一個(gè)或多個(gè)。
[0010] 所述第一多個(gè)醋酸纖維素纖維和所述第二多個(gè)纖維在所述組合步驟之前通常未 經(jīng)抽拉或經(jīng)部分地抽拉，使得所述纖維在隨后的抽拉步驟中不具有斷裂的趨勢(shì)。兩種纖維 類(lèi)型在混合纖維摻合物中的排列可以變化。在某些實(shí)施方案中，所述混合纖維摻合物中的 第一多個(gè)醋酸纖維素纖維和第二多個(gè)纖維的縱軸彼此基本上平行地排列。在另一個(gè)實(shí)施方 案中，排列所述混合纖維摻合物的纖維，使得第一多個(gè)醋酸纖維素纖維的纖維和第二多個(gè) 纖維的纖維是在混合纖維摻合物的橫截面上相對(duì)于彼此交替地排列和基本上均勻地散布 中的一種。在另一個(gè)實(shí)施方案中，就所述混合纖維摻合物的橫截面而言，排列所述混合纖維 摻合物的纖維，使得排列所述第一多個(gè)醋酸纖維素纖維和所述第二多個(gè)纖維之一以形成中 央芯，且圍繞所述中央芯在外圍排列所述第一多個(gè)醋酸纖維素纖維和所述第二多個(gè)纖維中 的另一個(gè)。
[0011] 在需要可降解的過(guò)濾元件的情況下，所述第二多個(gè)纖維可以包含可降解的聚合 材料，諸如脂族聚酯（例如，聚乳酸或聚羥基烷酸酯）、纖維素、再生纖維素、具有嵌入的淀 粉顆粒的醋酸纖維素、被乙?；坏睦w維素、聚乙烯醇、淀粉、脂族聚氨酯、聚酯酰胺、順 式-聚異戊二烯、順式-聚丁二烯、聚酸酐、聚琥珀酸丁二醇酯、蛋白質(zhì)、海藻酸鹽以及它們 的共聚物和摻合物。
[0012] 所述混合纖維絲束通常具有在約20, 000旦尼爾至約80, 000旦尼爾的范圍內(nèi)的總 旦尼爾，諸如約30, 000旦尼爾至約60, 000旦尼爾。此外，所述混合纖維絲束通常具有在約 3至約5的范圍內(nèi)的dpf。
[0013] 在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種形成用于吸煙制品的過(guò)濾元件的方法，所述 方法包括：接受混合纖維絲束，其包含第一多個(gè)經(jīng)抽拉的且成波浪形的醋酸纖維素纖維和 第二多個(gè)經(jīng)抽拉的且成波浪形的纖維的摻合物，所述第二多個(gè)經(jīng)抽拉的且成波浪形的纖維 包含不同于所述第一多個(gè)纖維的聚合材料，所述混合纖維絲束具有在約20, 000旦尼爾至 約80, 000旦尼爾范圍內(nèi)的總旦尼爾；和加工所述混合纖維絲束以提供適合用于摻入吸煙 制品中的過(guò)濾元件（例如，剖開(kāi)所述混合纖維絲束和/或?qū)⑺芑瘎┦┘佑谒龌旌侠w維絲 束和/或用成型紙包圍所述混合纖維絲束）。在本發(fā)明的該方面使用的混合纖維絲束可以 具有上面指出的任何特征。
[0014] 本公開(kāi)內(nèi)容的另一個(gè)方面提供了一種適合用在吸煙制品中的過(guò)濾元件，所述過(guò)濾 元件包含混合纖維絲束，所述混合纖維絲束包含第一多個(gè)經(jīng)抽拉的且成波浪形的醋酸纖維 素纖維和第二多個(gè)經(jīng)抽拉的且成波浪形的纖維的摻合物，所述第二多個(gè)經(jīng)抽拉的且成波浪 形的纖維包含不同于所述第一多個(gè)纖維的聚合材料，所述混合纖維絲束具有在約20, 000 旦尼爾至約80, 000旦尼爾的范圍內(nèi)的總旦尼爾。所述過(guò)濾元件的混合纖維絲束可以具有 本文中指出的任何特征。在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明的過(guò)濾元件表現(xiàn)出比傳統(tǒng)的醋酸纖維 素過(guò)濾元件快至少約50%的降解速率。通常排列所述過(guò)濾元件的混合纖維絲束的纖維，使 得第一多個(gè)醋酸纖維素纖維的纖維和第二多個(gè)纖維的纖維是在所述混合纖維絲束的橫截 面上相對(duì)于彼此交替地排列和基本上均勻地散布的纖維中的一種?？商鎿Q地，就所述混合 纖維絲束的橫截面而言，排列所述過(guò)濾元件的混合纖維絲束的纖維，使得排列所述第一多 個(gè)醋酸纖維素纖維和所述第二多個(gè)纖維之一以形成中央芯，且圍繞所述中央芯在外圍排列 所述第一多個(gè)醋酸纖維素纖維和所述第二多個(gè)纖維中的另一個(gè)。在某些實(shí)施方案中，所述 過(guò)濾元件的硬度將是至少約90%或至少約92%或至少約94%。另外，在某些有利的實(shí)施方 案中，所述混合纖維絲束將包括至少約50重量％的第一多個(gè)醋酸纖維素纖維（例如，至少 約60 %或至少約70重量％的第一多個(gè)醋酸纖維素纖維）。
[0015] 在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了香煙或其它吸煙制品，其包含可抽吸材料條和根據(jù) 本文中闡述的任意實(shí)施方案的過(guò)濾元件。
[0016] 本公開(kāi)內(nèi)容的另一個(gè)方面提供了用于形成用在吸煙制品的過(guò)濾元件中的過(guò)濾材 料的系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)可以包括：組合單元，其被構(gòu)造成將第一多個(gè)醋酸纖維素纖維與第二 多個(gè)纖維組合以形成混合纖維摻合物，所述第二多個(gè)纖維包含不同于所述第一多個(gè)纖維的 聚合材料；抽拉單元，其被構(gòu)造成接收和抽拉所述混合纖維摻合物以形成經(jīng)抽拉的纖維摻 合物；和波浪化單元，其被構(gòu)造成接收和波浪化所述經(jīng)抽拉的纖維摻合物以形成混合纖維 絲束。在某些實(shí)施方案中，所述組合單元被構(gòu)造成將醋酸纖維素纖維與再生纖維素纖維組 合，使得其縱軸在形成混合纖維摻合物時(shí)彼此基本上平行地排列。在某些實(shí)施方案中，所述 組合單元被構(gòu)造成將醋酸纖維素纖維與再生纖維素纖維組合，使得所述醋酸纖維素纖維和 再生纖維素纖維是在混合纖維摻合物的橫截面上相對(duì)于彼此交替地排列和基本上均勻地 散布中的一種。在其它實(shí)施方案中，所述組合單元被構(gòu)造成將醋酸纖維素纖維與再生纖維 素纖維組合，使得就所述混合纖維摻合物的橫截面而言，排列所述醋酸纖維素纖維和再生 纖維素纖維之一以形成中央芯，且圍繞所述中央芯在外圍排列所述醋酸纖維素纖維和再生 纖維素纖維中的另一個(gè)。如果需要的話，所述抽拉單元可以被構(gòu)造成抽拉所述混合纖維摻 合物，使得所述經(jīng)抽拉的纖維摻合物具有在約3至約5的范圍內(nèi)的dpf。所述系統(tǒng)還可以包 括剖開(kāi)單元，其被構(gòu)造成剖開(kāi)所述混合纖維絲束。
[0017] 因此，本公開(kāi)內(nèi)容的方面可以提供如下制備的可生物降解的過(guò)濾嘴絲束：摻合未 經(jīng)抽拉或經(jīng)部分地抽拉的醋酸纖維素纖維和再生纖維素纖維，然后對(duì)組合的纖維進(jìn)行抽拉 步驟，然后波浪化混合纖維束以產(chǎn)生混合纖維絲束?？梢?xún)?yōu)化醋酸纖維素纖維和再生纖維 素纖維的比例，以使混合纖維絲束的生物可降解性最大化，同時(shí)保留例如用三醋汀塑化剖 開(kāi)的絲束的能力，使得所述過(guò)濾嘴保留合乎需要的煙氣味道。
[0018] 本發(fā)明包括、但不限于下述實(shí)施方案。
[0019] 實(shí)施方案1: 一種用于形成適合用在吸煙制品的過(guò)濾元件中的混合纖維絲束的方 法，所述方法包括：
[0020] 將第一多個(gè)醋酸纖維素纖維與包含不同于所述第一多個(gè)纖維的聚合材料的第二 多個(gè)纖維組合以形成混合纖維摻合物；
[0021] 抽拉所述混合纖維摻合物以降低所述混合纖維摻合物的纖維的每根絲的旦尼爾 且形成經(jīng)抽拉的纖維摻合物；和
[0022] 波浪化所述經(jīng)抽拉的纖維摻合物以形成混合纖維絲束。
[0023] 實(shí)施方案2:根據(jù)任意前述或后續(xù)實(shí)施方案的方法，其中所述第一多個(gè)醋酸纖維 素纖維和所述第二多個(gè)纖維在所述組合步驟之前未經(jīng)抽拉或經(jīng)部分地抽拉。
[0024] 實(shí)施方案3:根據(jù)任意前述或后續(xù)實(shí)施方案的方法，其中所述第二多個(gè)纖維包含 可降解的聚合材料。
[0025] 實(shí)施方案4:根據(jù)任意前述或后續(xù)實(shí)施方案的方法，其中所述可降解的聚合材料 選自：脂族聚酯、纖維素、再生纖維素、具有嵌入的淀粉顆粒的醋酸纖維素、被乙?；坏?纖維素、聚乙烯醇、淀粉、脂族聚氨酯、聚酯酰胺、順式-聚異戊二烯、順式-聚丁二烯、聚酸 酐、聚琥珀酸丁二醇酯、蛋白質(zhì)、海藻酸鹽以及它們的共聚物和摻合物。
[0026] 實(shí)施方案5:根據(jù)任意前述或后續(xù)實(shí)施方案的方法，其中所述所述第一多個(gè)醋酸 纖維素纖維與所述第二多個(gè)纖維的重量比是約25:75至約75:25。
[0027] 實(shí)施方案6:根據(jù)任意前述或后續(xù)實(shí)施方案的方法，其中所述第二多個(gè)纖維包括 再生纖維素纖維、聚乳酸纖維或聚羥基烷酸酯纖維。
[0028] 實(shí)施方案7:根據(jù)任意前述或后續(xù)實(shí)施方案的方法，其中所述混合纖維摻合物中 的第一多個(gè)醋酸纖維素纖維和第二多個(gè)纖維的縱軸彼此基本上平行地排列。
[0029] 實(shí)施方案8:根據(jù)任意前述或后續(xù)實(shí)施方案的方法，其中排列所