Лиоцелловый материал с модифицированным поперечным сечением для табачного фильтра и способ его изготовления
Владельцы патента RU 2666427:
КОЛОН ИНДАСТРИЗ, ИНК. (KR)
КейТи ЭНД Джи КОРПОРЕЙШН (KR)
Изобретение относится к лиоцелловому материалу для табачного фильтра и способу его изготовления. Способ изготовления включает прядение лиоцеллового прядильного раствора, содержащего целлюлозную массу и водный раствор N-метилморфолин-N-оксида. Прядильный раствор коагулируют для получения лиоцелловой многоволоконной нити. Далее нить промывают водой, смазывают маслом и придают извилистость для получения извитого жгута. Многоволоконная нить включает монофиламент с модифицированным поперечным сечением. Обеспечивается лиоцелловое моноволокно с увеличенной площадью внешней поверхности и проявляющее высокую биоразлагаемость. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл., 5 пр.
Область техники
[0001] Изобретение предлагает волокно для табачного фильтра и, более конкретно, лиоцелловый материал с модифицированным поперечным сечением для табачного фильтра, имеющий увеличенную площадь внешней поверхности и степень заполнения пространства по сравнению с традиционными лиоцелловыми материалами, а также способ его изготовления.
Уровень техники
[0002] Табак, который представляет собой типичный любимый взрослыми продукт, классифицируется, в основном, на трубочный табак, который представляет собой мелконарезанные табачные листья, помещаемые в трубку, сигареты, в которых мелконарезанные табачные листья завертываются в бумагу, и сигары, в которых скручиваются цельные высушенные табачные листья, а также табак может производиться в таких формах, как снафф, кальян, жевательный табак или электронные табачные изделия, в зависимости от региона или моды. В частности, в случае сигарет, которые называются общим термином «табачные изделия», сигареты в прошлом имели форму, в которой оба конца были открытыми, но постепенно стали изготавливаться в форме табачных изделий с фильтром.
[0003] Фильтры для табачных изделий появились давно в целях предотвращения накопления мокроты на табачных листьях, но в настоящее время их функция заключается в том, чтобы отфильтровывать разнообразные компоненты дыма, такие как смола и никотин. Фильтр для табачных изделий изготавливается из волокнистого материала, такого как шерсть, хлопок или вискоза, или бумага, но в последнее время оказался пригодным для использования такой материал, как ацетат целлюлозы. Ацетат целлюлозы имеет превосходную гигроскопичность, долговечность и воздухопроницаемость, и, таким образом, он оказывается подходящим для использования в качестве фильтра. Однако в настоящее время во всем мире увеличивается цена пряжи из ацетата целлюлозы, поставки становятся неустойчивыми, и высокий спрос существует в странах, которые полностью обеспечиваются за счет импорта.
[0004] Волокна из ацетата целлюлозы могут получаться способом сухого прядения, в процессе которого хлопья из ацетата целлюлозы растворяются в растворителе, таком как ацетон, образуя прядильный раствор, который затем поступает в прядильное сопло и выпускается при высоких температурах. В частности, чтобы использовать волокна из ацетата целлюлозы для табачного фильтра, полная линейная плотность волокон устанавливается соответствующим образом после процесса прядение, и волокна затем превращаются в волокнистый жгут, представляющий собой извитую ленту, которая затем подвергается распушению с использованием наматывающего жгут устройства и пропитываются пластификатором, а после этого они приобретают стержнеобразную форму и разделяются на отрезки заданной длины.
[0005] При этом остаток табачного изделия, а именно фильтрующая часть, которая не представляет собой табачную часть, превращающуюся в пепел в процессе курения, образует мусор, который в большинстве случаев подлежит захоронению. Однако в некоторых случаях такие окурки не утилизируются, но остаются в окружающей среде. Таким образом, ацетат целлюлозы сохраняется в своей исходной форме в течение приблизительно одного или двух лет, когда он находится в почве, даже если он в значительной степени подвергается биодеградации, и, следовательно, его биодеградация необязательно является удовлетворительной. Для применения в реальных условиях требуется весьма продолжительный период времени, чтобы произошла полная биодеградация захороненных в почве фильтров для табачных изделий.
[0006] В такой ситуации были предложены разнообразные способы изготовления биоразлагающихся фильтрующих жгутов. Например, публикация международной патентной заявки № WO 2000-053832 описывает биоразлагающуюся конструкцию из ацетата целлюлозы и фильтр для табачных изделий, причем данная конструкция включает ацетат целлюлозы и ускоритель биодеградации, включающий, по меньшей мере, одно соединение, в качестве которого выбираются фосфат целлюлозы и фосфат крахмала. Кроме того, патент США № 8327856 описывает разлагающийся в окружающей среде фильтр для табачных изделий, изготовленный посредством введения жгута из ацетата целлюлозы в контакт со средой, которая содержит слабую органическую кислоту и соль сложного эфира неорганической кислоты, имеет значение pH, составляющей 8 или менее, и инкапсулируется в матричном материале.
[0007] Кроме того, были разработаны разнообразные технологии с использование добавки, которая увеличивает скорость разложения ацетата целлюлозы, причем ацетат целлюлозы имеет низкую степень замещения (DS), и, таким образом, увеличивает биоразлагаемость, а также и материалы для фильтрующих жгутов, включающие биоразлагающиеся полимерные композиционные материалы, такие как полигидроксибутират (PHB)/поливинилбутираль (PVB) и крахмал. Однако оказывается затруднительным достижение приемлемого компромисса между скоростью биодеградации, профилем абсорбции фильтрующих материалов и вкусовыми характеристиками табачных изделий, и пока остаются неудовлетворительным способы изготовления фильтров, посредством которых могут одновременно достигаться производственные цели и решаться проблемы утилизации отходов.
Сущность изобретения
Техническая проблема
[0008] Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить лиоцелловое волокно для табачного фильтра, которое имеет увеличенную площадь внешней поверхности, таким образом, чтобы его можно было использовать вместо жгута из ацетата целлюлозы, цена которого во всем мире увеличивается, и поставки которого являются неустойчивыми при сохранении высокого спроса, причем данное волокно должно проявлять основные свойства, требуемые в случае фильтров для табачных изделий, на таком же или более высоком уровне по сравнению с традиционными материалами, даже при использовании в небольшом количестве, и вместе с тем проявлять высокую биоразлагаемость.
Техническое решение
[0009] Настоящее изобретение было выполнено в результате проведения интенсивных и всесторонних исследований материалов, используемых в качестве фильтра для табачных изделий, обладающих биоразлагаемостью и при этом сохраняющих традиционные свойства, причем авторы настоящего изобретения поставили своей целью решение проблем, которые существуют на предшествующем уровне техники, и в результате своих исследований обнаружили, что когда используется лиоцелловое волокно, в частности, лиоцелловое волокно с модифицированным поперечным сечением с большой площадью внешней поверхности и степенью заполнения пространства, не только биоразлагаемость, но также свойства, такие же или улучшенные по сравнению со свойствами традиционных фильтров для табачных изделий, могут проявляться даже при использовании лишь небольшого количества, в отличие от волокон, имеющих круглое поперечное сечение.
[0010] Согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения, предлагается способ изготовления лиоцеллового материала с модифицированным поперечным сечением для табачного фильтра, включающий следующие стадии: (S1) прядение лиоцеллового прядильного раствора, содержащего целлюлозную массу и водный раствор N-метилморфолин-N-оксида (NMMO), с использованием фильеры, имеющей множество групп отверстий, каждая из которых включает множество отверстий; (S2) коагуляция лиоцеллового прядильного раствора, подвергнутого прядению на стадии (S1), таким образом, что получается лиоцелловая многоволоконная нить; (S3) промывание водой лиоцелловой многоволоконной нити, полученной на стадии (S2); (S4) смазывание маслом лиоцелловой многоволоконной нити, промытой водой на стадии (S3); и (S5) придание извитости лиоцелловой многоволоконной нити, смазанной маслом на стадии (S4), таким образом, что получается извитый жгут, в котором лиоцелловая многоволоконная нить включает монофиламенты (одиночные волокна, «моноволокна») с модифицированным поперечным сечением, модифицированное поперечное сечение включает множество выступов, и множество выступов вступают в контакт с первой виртуальной окружностью и второй виртуальной окружностью, находящейся внутри первой виртуальной окружности, образуют единое целое со второй виртуальной окружностью, служащей в качестве сердцевины, и вступают в контакт с первой виртуальной окружности на своих концах, причем соотношение L1/L2 радиуса L1 первой виртуальной окружности и радиуса L2 второй виртуальной окружности составляет от 1,5 до 5,0.
[0011] По существу, фильера может иметь конфигурацию, которую составляет множество групп отверстий, каждая из которых включает по три отверстия, и число точек контакта первой виртуальной окружности и второй виртуальной окружности с поперечным сечением монофиламента предпочтительно равняется трем.
[0012] Согласно первому варианту выполнения, лиоцелловый прядильный раствор на стадии (S1) может содержать от 6 до 16 мас.% целлюлозной массы и от 84 до 94 мас.% водного раствора N-метилморфолин-N-оксида по отношению к полному количеству прядильного раствора.
[0013] Здесь целлюлозная масса может содержать от 85 до 97 мас.% альфа-целлюлозы по отношению к полному количеству целлюлозной массы и может иметь степень полимеризации (DPw), составляющую от 600 до 1700.
[0014] Коагуляция на стадии (S2) может включать первичную коагуляцию с использованием воздушного охлаждения (Q/A), включающего введение холодного воздуха в прядильный раствор, и вторичную коагуляцию, включающую погружение первично коагулированного прядильного раствора в коагуляционный раствор.
[0015] Воздушное охлаждение может осуществляться посредством введения в прядильный раствор холодного воздуха при температуре от 4 до 15°C и скорости воздушного потока от 5 до 50 м/с, и коагуляционный раствор может иметь температуру, составляющую 30°C или менее.
[0016] Согласно первому варианту выполнения, стадия (S5) может включать придание извитости смазанной маслом лиоцелловой многоволоконной нити с использование камеры для придания извитости, в которой получается извитый жгут, имеющий от 15 до 60 изгибов на дюйм (от 6 до 24 изгибов на 1 см).
[0017] Согласно первому варианту выполнения, стадия (S5) может производиться посредством введения пара и приложения давления к лиоцелловой многоволоконной нити таким образом, что лиоцелловая многоволоконная нить приобретает извитость
[0018] По существу, стадия (S5) может осуществляться посредством введения пара таким образом, что давление пара составляет от 0,05 до 2,0 кгс/см2 (от 4,8 до 196 кПа), и лиоцелловая многоволоконная нить подвергается сжатию и приобретает извитость с использованием прижимного валика при давлении, составляющем от 1,0 до 4,0 кгс/см2 (от 98 до 392 кПа).
[0019] Согласно второму вариант выполнения настоящего изобретения, предлагается лиоцелловый материал с модифицированным поперечным сечением для табачного фильтра, изготовленный посредством прядения лиоцеллового прядильного раствора, содержащего целлюлозную массу и водный раствор N-метилморфолин-N-оксида (NMMO), для получения лиоцелловой многоволоконной нити и придания извитости лиоцелловой многоволоконной нити, причем данная лиоцелловая многоволоконная нить содержит монофиламент с модифицированным поперечным сечением, причем данное модифицированное поперечное сечение включает множество выступов, и множество выступов вступают в контакт с первой виртуальной окружностью и второй виртуальной окружностью, находящейся внутри первой виртуальной окружности, образуют единое целое со второй виртуальной окружностью, служащей в качестве сердцевины, и вступают в контакт с первой виртуальной окружности на своих концах, причем соотношение (L1/L2) радиуса (L1) первой виртуальной окружности и радиуса (L2) второй виртуальной окружности составляет от 1,5 до 5,0.
[0020] По существу, число точек контакта первой виртуальной окружности и второй виртуальной окружности с поперечным сечением монофиламента предпочтительно равняется трем.
[0021] Согласно второму варианту выполнения, лиоцелловый прядильный раствор может содержать от 6 до 16 мас.% целлюлозной массы и от 84 до 94 мас.% водного раствора N-метилморфолин-N-оксида по отношению к полному количеству прядильного раствора.
[0022] Кроме того, целлюлозная масса может содержать от 85 до 97 мас.% альфа-целлюлозы по отношению к полному количеству целлюлозной массы и может иметь степень полимеризации (DPw), составляющую от 600 до 1700.
[0023] Согласно второму варианту выполнения, лиоцелловый материал может иметь степень заполнения пространства, составляющую от 150 до 400%, которая определяется согласно приведенному ниже уравнению 1:
степень заполнения пространства (%) = (площадь в пределах первой виртуальной окружности/площадь поперечного сечения монофиламента, содержащегося в лиоцелловом волокне) × 100
[0024] Согласно второму варианту выполнения, первая виртуальная окружность может иметь радиус L1, составляющий от 8 до 30 мкм, и вторая виртуальная окружность может иметь радиус L2, составляющий от 3 до 12 мкм.
Технический результат изобретения
[0025] Согласно изобретению, лиоцелловое волокно с модифицированным поперечным сечением имеет увеличенную площадь внешней поверхности и степень заполнения пространства по сравнению с традиционным лиоцелловым волокном, имеющим круглое поперечное сечение, и, таким образом, проявляет высокую биоразлагаемость и благоприятные для окружающей среды свойства. Даже в том случае, когда такое лиоцелловое волокно применяется в небольшом количестве в изготовлении фильтров для табачных изделий, оно легко абсорбирует дымовой компонент, и могут проявляться такие же или улучшенные свойства по сравнению со свойствами традиционных фильтров для табачных изделий.
Краткое описание чертежей
[0026]
Фиг.1 схематически представляет поперечное сечение монофиламента в составе имеющего модифицированное поперечное сечение лиоцеллового волокна согласно варианту выполнения настоящего изобретения; и
Фиг.2a-2c представляют изображения, иллюстрирующие поперечные сечения лиоцелловых волокон, изготовленные согласно примерам настоящего изобретения, причем Фиг.2a иллюстрирует пример 1, Фиг.2b иллюстрирует пример 2, и Фиг.2c иллюстрирует пример 3.
<Описание условных обозначений на чертежах>
[0027]
1: модифицированное поперечное сечение монофиламента
2: выступ
3: продольная ось выступа (радиус первой виртуальной окружности (описанной окружности))
4: впадина между выступами (точка контакта со второй виртуальной окружностью (вписанной окружностью))
5: конец выступа (точка контакта с первой виртуальной окружностью (описанной окружностью))
11: первая виртуальная окружность (описанная окружность)
12: вторая виртуальная окружность (вписанная окружность)
Предпочтительный вариант выполнения
[0028] Согласно аспекту настоящего изобретения, предлагается лиоцелловый материал с модифицированным поперечным сечением для табачного фильтра, получаемый посредством прядения лиоцеллового прядильного раствора, содержащего целлюлозную массу и водный раствор N-метилморфолин-N-оксида (NMMO), в результате которого производится лиоцелловая многоволоконная нить, которой затем придается извитость.
[0029] Кроме того, настоящее изобретение предлагает способ изготовления лиоцеллового материала с модифицированным поперечным сечением для табачного фильтра, включающий следующие стадии: (S1) прядение лиоцеллового прядильного раствора, содержащего целлюлозную массу и водный раствор N-метилморфолин-N-оксида (NMMO), (S2) коагуляция лиоцеллового прядильного раствора, подвергнутого прядению на стадии (S1), таким образом, что получается лиоцелловая многоволоконная нить, (S3) промывание водой лиоцелловой многоволоконной нити, полученной на стадии (S2), (S4) смазывание маслом лиоцелловой многоволоконной нити, промытой водой на стадии (S3), и (S5) придание извитости лиоцелловой многоволоконной нити, смазанной маслом на стадии (S4), таким образом, что получается извитый жгут.
[0030] Согласно изобретению, многоволоконная нить состоит из монофиламентов (одиночных волокон, «моноволокон») с модифицированным поперечным сечением, причем данное модифицированное поперечное сечение имеет множество выступов, и множество выступов вступают в контакт с первой виртуальной окружностью и второй виртуальной окружностью, находящейся внутри первой виртуальной окружности, образуют единое целое со второй виртуальной окружностью, служащей в качестве сердцевины, и вступают в контакт с первой виртуальной окружности на своих концах.
[0031] При использовании в настоящем документе термин «модифицированное поперечное сечение» означает форму поперечного сечения, которая имеет множество выступов. В частности, как показано на Фиг.1, модифицированное поперечное сечение представляет собой поперечное сечение, конфигурация которого включают множество выступов, которые образуют единое целое с сердцевиной.
[0032] Более конкретно, размер и форма модифицированного поперечного сечения могут определяться в пределах первой виртуальной окружности 11, которая образуется посредством соединения конечных точек выступов, и вторая виртуальная окружность 12 располагается внутри первой виртуальной окружности 11. По существу, первая виртуальная окружность 11 представляет собой окружность, имеющую больший радиус, чем радиус второй виртуальной окружности 12, и эти окружности могут быть концентрическими или нет.
[0033] Согласно предпочтительному аспекту настоящего изобретения, модифицированное поперечное сечение может иметь форму, в которой соотношение L1/L2 радиуса L1 первой виртуальной окружности (описанной окружности выступов) и радиуса L2 второй виртуальной окружности (вписанной окружности выступов) находится в пределах от 1,5 до 5,0. Если радиус соотношение L1/L2 составляет менее чем 1,5, то поперечное сечение приближается к круглой форме, и, таким образом, значительно уменьшается степень заполнения пространства по изобретению. С другой стороны, если данное соотношение радиусов превышает 5,0, оказывается затруднительным регулирование производственного процесса.
[0034] Модифицированное поперечное сечение включает выступы, и эти выступы составляют единое целое с сердцевиной 1, перекрывая вторую виртуальную окружность 12, причем концы 5 соответствующих выступов находятся в контакте с первой виртуальной окружностью 11, и впадины 4, которые образуются между выступами, находятся в контакте со второй виртуальной окружностью 12.
[0035] Число точек контакта первой виртуальной окружности и второй виртуальной окружности с поперечным сечением монофиламента предпочтительно устанавливается равным трем, чтобы увеличивалась степень заполнения пространства.
[0036] Согласно предпочтительному аспекту настоящего изобретения, первая виртуальная окружность имеет радиус L1, составляющий от 8 до 30 мкм, и вторая виртуальная окружность имеет радиус L2, составляющий от 3 до 12 мкм. Когда радиус первой окружность составляет 8 мкм или более, оказывается возможным создание модифицированного поперечного сечения, а когда радиус первой окружности составляет 30 мкм или менее, могут быть изготовлены монофиламенты, имеющие линейную плотность, которая является подходящий для использования в волокнистом изделии. Кроме того, когда радиус второй виртуальной окружности составляет 3 мкм или более, оказывается возможным создание модифицированного поперечного сечения, а когда радиус второй виртуальной окружности составляет 12 мкм или менее, могут быть изготовлены монофиламенты, имеющие линейную плотность, которая является подходящей для использования в волокнистом изделии.
[0037] Монофиламенты, которые содержатся в лиоцелловом волокне по изобретению, могут иметь модифицированное поперечное сечение, упоминаемое выше, и лиоцелловое волокно может иметь степень заполнения пространства, составляющую от 150 до 400%, которая определяется согласно приведенному ниже уравнению 1:
степень заполнения пространства (%) = (площадь в пределах первой виртуальной окружности/площадь поперечного сечения монофиламента, содержащегося в лиоцелловом волокне) × 100
[0038] Степень заполнения пространства представляет собой долю пространства в волокне, которую фактически занимает монофиламент, вследствие выступов модифицированного поперечного сечения. В том случае, где поперечное сечение монофиламента в составе лиоцеллового волокна имеет круглую форму, площадь поперечного сечения монофиламента равняется площади в пределах первой виртуальной окружности, и таким образом, степень заполнения пространства составляет 100%. Однако в случае волокна, имеющего модифицированное поперечное сечение, в котором присутствуют выступы, фактическая площадь поперечного сечения волокна становится большой вследствие этих выступов. Когда увеличивается степень заполнения пространства, может становиться большой площадь внешней поверхности волокна.
[0039] Согласно изобретению, лиоцелловое волокно может иметь степень заполнения пространства, составляющую от 150 до 400% и предпочтительно от 300 до 400%, которая определяется согласно уравнению 1, и при этом увеличивается удельная площадь поверхности таким образом, что становятся превосходными свойства расширения или другие свойства, такие как свойства межфазной адгезии, свойства быстрого высыхания и т. д.
[0040] Чтобы максимально увеличивалась площадь внешней поверхности лиоцеллового волокна, по изобретению, число выступов модифицированного поперечного сечения предпочтительно устанавливается равным трем. Хотя площадь внешней поверхности, как правило, должна увеличиваться пропорционально увеличению числа выступов, она может не увеличиваться пропорционально данному числу в случае прядения волокон. Когда число прядильных сопел увеличивается в целях увеличения числа выступов, вязкий прядильный раствор может агрегироваться в процессе прохождения через фильеру, и не образуются четкие выступы, но образуется круглая форма, и в результате этого нежелательно образуется круглое поперечное сечение. Таким образом, по изобретению, когда число выступов модифицированного поперечного сечения равняется трем, могут увеличиваться до максимума степень заполнения пространства и площадь внешней поверхности.
[0041] Традиционно исследуются лиоцелловое волокно фильтров табачных изделий, изготавливаемое с использованием натуральной целлюлозы, которая увеличивает скорость биодеградации и в меньшей степени воздействует на вкус табака, а также жгут фильтра для табачных изделий с использованием данного волокна, но на практике реализуется только круглое поперечное сечение, поскольку отсутствуют технологии промышленного производства лиоцелловых волокон, имеющих модифицированное поперечное сечение, и лиоцелловые жгуты с использованием таких волокон, вследствие прядения лиоцелловых волокон с использованием натуральной целлюлозы и свойств материалов.
[0042] Имеющее круглое поперечное сечение лиоцелловое волокно и жгут цилиндрического фильтра для табачных изделий могут страдать от низкой эффективности очистки табачного дыма вследствие недостаточного контакта таких волокон с табачным дымом, который проходит через фильтр для табачных изделий, по сравнению с имеющими модифицированное поперечное сечение волокон жгутами из ацетата целлюлозы, и, таким образом, вкус табака может отличаться от вкуса в случае традиционных фильтров их ацетата целлюлозы.
[0043] Однако лиоцелловый материал с модифицированным поперечным сечением по изобретению позволяет изготавливать имеющие большую площадь внешней поверхности лиоцелловые волокна и жгуты с использованием такой же массы прядильного раствора для данного круглого поперечного сечения и, таким образом, сокращать до минимума изменения вкуса табака. В частности, по сравнению со жгутом из ацетата целлюлозы, лиоцелловый материал по изобретению имеет высокую биоразлагаемость, и, таким образом, может устраняться проблема утилизации отходов, которые представляют собой сигаретные окурки. Могут проявляться разнообразные свойства в зависимости от формы поперечного сечения лиоцеллового волокна. Даже в том случае, когда лиоцелловый материал по изобретению используется в небольшом количестве, могут проявляться такие же или улучшенные свойства по сравнению со свойствами традиционных фильтров для табачных изделий.
[0044] Ниже представлено подробное описание стадий способа изготовления лиоцеллового материала с модифицированным поперечным сечением , используемого в качестве фильтра для табачных изделий по изобретению.
[Стадия (S1)]
[0045] (S1) представляет собой стадию прядения лиоцеллового прядильного раствора, содержащего целлюлозную массу и водный раствор N-метилморфолин-N-оксида (NMMO).
[0046] Лиоцелловый прядильный раствор может содержать от 6 до 16 мас.% целлюлозной массы и от 84 до 94 мас.% водного раствора NMMO по отношению к полному количеству прядильного раствора, и целлюлозная масса может содержать от 85 до 97 мас.% альфа-целлюлозы по отношению к полному количеству целлюлозной массы и может иметь степень полимеризации (DPw), составляющую от 600 до 1700. Если количество целлюлозной массы составляет менее чем 6 мас.%, оказывается затруднительным приобретение волокнистых свойств. С другой стороны, если данное количество превышает 16 мас.%, может становиться затруднительным растворение в водном растворе. Кроме того, если количество водного раствора NMMO составляет менее чем 84 мас.%, вязкость прядильного раствора может увеличиваться в значительной степени, что является нежелательным. С другой стороны, если данное количество превышает 94 мас.%, вязкость прядильного раствора может уменьшаться в значительной степени, и становится затруднительным изготовление однородных волокон в процессе прядения.
[0047] Согласно предпочтительному аспекту настоящего изобретения, водный раствор NMMO может содержать NMMO и воду в массовом соотношении, составляющем от 93:7 до 85:15. Если массовое соотношение NMMO и воды превышает 93:7, и, таким образом, концентрация NMMO увеличивается, температура растворения может увеличиваться, и, таким образом, целлюлоза может разлагаться при растворении целлюлозы. С другой стороны, если данное массовое соотношение составляет менее чем 85:15, и, таким образом, концентрация NMMO уменьшается, растворяющая способность растворителя может ухудшаться, делая затруднительным растворение целлюлозы.
[0048] Прядильный раствор выпускается из прядильного сопла фильеры. По существу, функция фильеры заключается в том, чтобы выпускать волокнистый прядильный раствор в коагуляционный раствор в коагуляционной ванне через воздушный промежуток. Выпуск прядильного раствора из фильеры может осуществляться при температуре прядения, составляющей от 80 до 130°C.
[0049] Фильера может иметь множество групп отверстий, каждая из которых включает множество отверстий. Число отверстий в каждой группе отверстий может быть таким же, как число выступов модифицированного поперечного сечения. Например, чтобы изготавливать лиоцелловое волокно, состоящее из монофиламента, имеющего модифицированное поперечное сечение с тремя выступами, число отверстий в группе отверстий может равняться трем.
[Стадия (S2)]
[0050] (S2) представляет собой стадию коагуляции лиоцеллового прядильного раствора, подвергнутого прядению на стадии (S1), для получения лиоцелловой многоволоконной нити. Коагуляция на стадии (S2) может включать первичную коагуляцию, включающую воздействие на прядильный раствор воздушного охлаждения (Q/A) с использованием холодного воздуха, и вторичную коагуляцию, включающую погружение первично коагулированного прядильного раствора в коагуляционный раствор.
[0051] После выпуска прядильного раствора через фильеру на стадии (S1) прядильный раствор может проходить через воздушный промежуток между фильерой и коагуляционной ванной. В этот воздушный промежуток холодный воздух поступает снаружи из охлаждающего воздух устройства, расположенного внутри имеющей тороидальную форму фильеры, и первичная коагуляция может осуществляться посредством воздушного охлаждения при введении холодного воздуха в прядильный раствор.
[0052] Факторы, которые воздействуют на свойства лиоцелловой многоволоконной нити, которая получается на стадии (S2), включают температуру и скорость воздушного потока холодного воздуха в воздушном промежутке, и коагуляция на стадии (S2) может осуществляться посредством введения в прядильный раствор холодного воздуха при температуре от 4 до 15°C и скорости воздушного потока от 5 до 50 м/с.
[0053] Если температура холодного воздуха при первичной коагуляции составляет менее чем 4°C, поверхность фильеры может охлаждаться, поперечное сечение лиоцелловой многоволоконной нити может становиться неоднородной, и может ухудшаться пригодность для процесса прядения. С другой стороны, если данная температура составляет более чем 15°C, первичная коагуляция с использованием холодного воздуха оказывается недостаточной, и, таким образом, ухудшается пригодность для процесса прядения. Кроме того, если скорость воздушного потока холодного воздуха при первичной коагуляции составляет менее чем 5 м/с, первичная коагуляция с использованием холодного воздуха становится недостаточной, и может ухудшаться пригодность для процесса прядения, вызывая нежелательный разрыв пряжи. С другой стороны, если скорость данного воздушного потока превышает 50 м/с, прядильный раствор, который выпускается из фильеры, может перемешиваться воздухом, и, таким образом, может ухудшаться пригодность для процесса прядения.
[0054] После первичной коагуляции с использованием воздушное охлаждение, прядильный раствор поступает в коагуляционную ванну, содержащую коагуляционный раствор, чтобы осуществлялась вторичная коагуляция. Чтобы вторичная коагуляция осуществлялась соответствующим образом, температура коагуляционного раствора может устанавливаться на уровне 30°C или менее и предпочтительно от 5 до 30°C. Это объясняется тем, что температура для вторичной коагуляции не должна быть чрезмерно высокой, и, таким образом, скорость коагуляции должна поддерживаться на соответствующем уровне. Коагуляционный раствор может изготавливаться без определенного ограничения, при том условии, что он имеет состав, который является типичным для области техники, к которой относится настоящее изобретение.
[Стадия (S3)]
[0055] (S3) представляет собой стадию промывания водой лиоцелловой многоволоконной нити, полученной на стадии (S2). В частности, лиоцелловая многоволоконная нить, которая получается на стадии (S2), помещается на вытяжной валик, а затем в промывочную ванну с водой и, таким образом, промывается водой.
[0056] После промывания волокна водой может использоваться промывочный водный раствор, имеющий температуру от 0 до 100°C, принимая во внимание регенерацию и повторное использование растворителя после процесса промывания водой. Промывочный водный раствор может содержать воду, а также может содержать и другие компоненты, если это необходимо.
[Стадия (S4)]
[0057] (S4) представляет собой стадию смазывания маслом лиоцелловой многоволоконной нити, промытой водой на стадии (S3). Обработка посредством смазывания маслом может осуществляться посредством полного погружения многоволоконной нити в масло, и количество масла на волокне может сохраняться однородным, когда используется прижимной валик, прикрепленный к впускному валику и выпускному валику смазывающего маслом устройства. Функция масла представляет собой уменьшение трения волокна при контакте с валиком и направляющей, а также в процессе придание извитости. Тип масла не ограничивается при том условии, что он обычно используется.
[Стадия (S5)]
[0058] (S5) представляет собой стадию придания извитости лиоцелловой многоволоконной нити, смазанной маслом на стадии (S4), с использованием пара и давления, и в результате этого получается извитый лиоцелловый жгут, подходящий для использования в фильтре для табачных изделий. Придание извитости представляет собой процесс, в котором многоволоконная нить приобретает извитость, и он осуществляется с использованием камеры для придания извитости, таким образом, что получается извитый жгут, имеющий от 15 до 60 изгибов на дюйм (от 6 до 24 изгибов на 1 см).
[0059] Согласно предпочтительному аспекту настоящего изобретения, лиоцелловая многоволоконная нить на стадии (S5) обрабатывается паром при давлении от 0,05 до 2,0 кгс/см2 (от 4,9 до 196 кПа) при пропускании через паровую камеру таким образом, что его температура увеличивается, а затем осуществляется прессование с использованием прижимного валика при давлении от 1,0 до 4,0 кгс/см2 (от 98 до 392 кПа), и в результате этого в камере для придания извитости создаются изгибы.
[0060] Если давление поступающего пара составляет менее чем 0,05 кгс/см2 (4,9 кПа), не осуществляется эффективное придание извитости. С другой стороны, если давление пара превышает 2,0 кгс/см2 (192 кПа), температура в камере для придания извитости повышается до уровня, составляющего 130°C или более, и в результате этого волокна прикрепляются друг к другу и, таким образом, не проходят через камеру для придания извитости. Кроме того, если давление прижимной валик составляет менее чем 1,0 кгс/см2 (98 кПа), не может образовываться желательное число изгибов. С другой стороны, если данное давление превышает 4,0 кгс/см2 (392 кПа), прижимное усилие становится чрезмерно большим, и, таким образом, волокна не проходят через камеру для придания извитости.
[0061] Чтобы получались удовлетворительные свойства, требуемые в случае фильтра для табачных изделий, считается важным число изгибов, которое устанавливается на уровне от 15 до 60 изгибов на дюйм (от 6 до 24 изгибов на 1 см), и предпочтительно 25 до 35 для имеющего модифицированное поперечное сечение лиоцеллового волокна согласно предпочтительному аспекту настоящего изобретения. Если число изгибов составляет менее чем 15 изгибов на дюйм (6 изгибов на 1 см), то становится затруднительным распушение жгута в процессе изготовления фильтр для табачных изделий, и возникают нежелательные технологические проблемы. Кроме того, могут становиться неудовлетворительными характеристики сопротивления всасыванию, твердости фильтра и очистки дыма, которые требуются в случае фильтра для табачных изделий. С другой стороны, если число изгибов превышает 60 изгибов на дюйм (24 изгиба на 1 см), неоднородное сжатие может происходить в камере для придания извитости, и жгут не может эффективно пропускаться через камеру, делая затруднительным изготовление извитого жгута.
[0062] Поскольку имеющий модифицированное поперечное сечение извитый лиоцелловый жгут фильтра для табачных изделий, как упоминается выше, является биоразлагающимся, когда выбрасывается сигаретный окурок, он может подвергаться биодеградации и, таким образом, является благоприятным для окружающей среды. Кроме того, монофиламент имеет модифицированную форму поперечного сечения, включающую множество выступов, и, таким образом, площадь внешней поверхности лиоцеллового волокна по изобретению увеличивается по сравнению с площадью внешней поверхности традиционного лиоцеллового волокна, имеющего круглое поперечное сечение. Даже в том случае, когда лиоцелловое волокно по изобретению используется в небольшом количестве, могут проявляться такие же или улучшенные свойства по сравнению со свойствами традиционных материалов.
Вариант выполнения изобретения
Примеры
[0063] Лучшее понимание настоящего изобретения может быть достигнуто посредством следующих примеров, которые приводятся в иллюстративных целях, но не должны истолковываться в качестве ограничения настоящего изобретения.
Пример 1
[0064] Чтобы получалось лиоцелловое волокно с модифицированным поперечным сечением, сначала изготавливали прядильный раствор для изготовления лиоцеллового волокна посредством смешивания целлюлозной массы, имеющей DPw 820 и содержание альфа-целлюлозы 93,9%, со смешанным растворителем NMMO/H2O (массовое соотношение 90/10), содержащим 0,01 мас.% пропилгаллата, таким образом, что количество целлюлозной массы составляло 12 мас.% (это означает, что концентрация прядильного раствора составляла 12%) по отношению к полному количеству смеси.
[0065] После этого осуществляли прядение, используя прядильный раствор, при температуре прядения 110°C из прядильного сопла фильеры, имеющей множество групп отверстий, каждая из которых включала три отверстия, и при этом регулировали количество выпускаемого прядильного раствора и скорость прядения таким образом, что линейная плотность в расчете на одно волокно составляла 3,37 денье. Волокнистый прядильный раствор, выпускаемый из прядильного сопла, непрерывно направляли через воздушный промежуток в коагуляционный раствор, содержащийся в коагуляционной ванне.
[0066] Прядильный раствор подвергали первичной коагуляции с использованием холодного воздуха при температуре 8°C и скорости воздушного потока 10 м/с в воздушном промежутке. Коагуляционный раствор имел температуру 25°C и содержал 85 мас.% воды и 15 мас.% NMMO. По существу, концентрация коагуляционного раствора непрерывно измерялась с использованием датчика и рефрактометра.
[0067] После этого волокна, втянутые в воздушный слой посредством втягивающего валика, промывали промывочным водным раствором, используя промывающее водой устройство, чтобы удалить остаточный NMMO, и, кроме того, волокна в достаточно однородной степени пропитывали маслом, а затем подвергали прессованию, таким образом, что волокна имели содержание масла 0,2%, и затем их высушивали при 150°C, используя сушильный валик, таким образом, что получалась лиоцелловая многоволоконная нить, включающая монофиламент с модифицированным поперечным сечением с тремя выступами.
[0068] Наконец, полученную таким способом лиоцелловую многоволоконную нить, имеющую модифицированное поперечное сечение, подвергали нагреванию в процессе пропускания через паровую камеру при давлении 0,1 кгс/см2 (9,8 кПа), а затем ей придавали извитость в камере для придания извитости посредством прижимного валика при давлении 1,5 кгс/см2 (147 кПа), и, таким образом, получался имеющий модифицированное поперечное сечение извитый лиоцелловый жгут, включающий 25 изгибов на дюйм (10 изгибов на 1 см).
Пример 2
[0069] Извитый лиоцелловый жгут, имеющий модифицированное поперечное сечение с тремя выступами, изготавливали таким же способом, как в примере 1, за исключением того, что линейная плотность в расчете на одно волокно составляла 3,58 денье.
Пример 3
[0070] Извитый лиоцелловый жгут, имеющий модифицированное поперечное сечение с тремя выступами, изготавливали таким же способом, как в примере 1, за исключением того, что линейная плотность в расчете на одно волокно составляла 14,82 денье.
Сравнительный пример 1
[0071] Извитый лиоцелловый жгут, имеющий круглое поперечное сечение изготавливали таким же способом, как в примере 1, за исключением того, что была использована фильера, имеющая множество групп отверстий, каждая из которых включала единственное круглое отверстие, и линейная плотность в расчете на одно волокно составляла 1,73 денье.
Сравнительный пример 2
[0072] Извитый лиоцелловый жгут, имеющий круглое поперечное сечение изготавливали таким же способом, как в сравнительном примере 1, за исключением того, что линейная плотность в расчете на одно волокно составляла 2,97 денье.
Пример исследования
[0073] Для извитых лиоцелловых жгутов, изготовленных в приведенных выше примерах и сравнительных примерах, форма поперечного сечения монофиламента, содержащегося в лиоцелловом волокне, линейная плотность и степень заполнения пространства были измерены следующим образом. Результаты представлены ниже в таблице 1.
(1) Форма поперечного сечения монофиламента, содержащегося в лиоцелловом волокне
[0074] Пучок, содержащий небольшое количество волокна, отбирали в качестве образца, скручивали вместе с черным хлопком, утончали, вставляли в отверстие в пластине для среза поперечного сечения и затем срезали лезвием бритвы таким образом, что его поперечное сечение не смещалось. Срезанное поперечное сечение наблюдали при 200-кратном увеличении, используя оптический микроскоп, и его изображение записывали с помощью цифровой камеры. Используя изображение поперечного сечения волокна, анализируемое поперечное сечение измеряли с помощью программного обеспечения Olympus, осуществляющего решение по оцифровке, чтобы определить радиус и площадь данного поперечного сечения.
(2) Линейная плотность
[0075] Линейную плотность волокно определяли по объемной плотности волокна и фактической площади поперечного сечения лиоцеллового волокна, полученной в результате анализа поперечного сечения.
- Объемная плотность лиоцеллового волокна: 1,49 г/см3
- Линейная плотность волокна=[площадь поперечного сечения волокна (мкм2) × объемная плотность (г/см3) × 9000 (м)]/100000
(3) Степень заполнения пространства
[0076] Степень заполнения пространства лиоцеллового волокна вычисляли на основании приведенного ниже уравнения 1:
степень заполнения пространства (%) = (площадь в пределах первой виртуальной окружности/площадь поперечного сечения монофиламента, содержащегося в лиоцелловом волокне) × 100
[Таблица 1]
| Поперечное сечение монофиламента в лиоцелловом волокне | Линейная плотность (денье) | L1/L2 | Степень заполнения пространства (%) |
||||
| Радиус первой виртуальной окружности (L1, мкм) |
Радиус второй виртуальной окружности (L2, мкм) |
Площадь в пределах первой виртуальной окружности (мкм2) |
Фактическая площадь поперечного сечения монофиламента в лиоцелловом волокне с модифицированным поперечным сечением (мкм2) |
||||
| Пример 1 | 16,75 | 3,87 | 881 | 251,6 | 3,37 | 4,33 | 350 |
| Пример 2 | 11,44 | 6,16 | 411 | 266,6 | 3,58 | 1,86 | 154 |
| Пример 3 | 27,78 | 11,61 | 2423 | 1105 | 14,82 | 2,40 | 219 |
| Сравнительный пример 1 | 6,4 | 6,4 | 129 | 129 | 1,73 | 1 | 100 |
| Сравнительный пример 2 | 8,4 | 8,4 | 222 | 222 | 2,97 | 1 | 100 |
[0077] Как следует из таблицы 1, лиоцелловые волокна в примерах 1-3, включающие монофиламенты с модифицированным поперечным сечением, проявляют более высокую степень заполнения пространства, по сравнению с лиоцелловыми волокнами в сравнительных примерах 1 и 2, включающими монофиламенты с круглым поперечным сечением. Здесь модифицированные поперечные сечения в примерах 1-3 показаны на Фиг.2a-2c, соответственно.
[0078] На основании этих результатов оказывается, что лиоцелловые волокна в примерах 1-3 имеют большую площадь внешней поверхности и могут, таким образом, широко применяться в областях, в которых требуются волокна, имеющие большую площадь внешней поверхности.
1. Способ изготовления лиоцеллового материала с модифицированным поперечным сечением для табачного фильтра, включающий следующие стадии:
(S1) прядение лиоцеллового прядильного раствора, содержащего целлюлозную массу и водный раствор N-метилморфолин-N-оксида (NMMO), с использованием фильеры, имеющей множество групп отверстий, каждая из которых включает множество отверстий;
(S2) коагуляция лиоцеллового прядильного раствора, подвергнутого прядению на стадии (S1), таким образом, что получается лиоцелловая многоволоконная нить;
(S3) промывание водой лиоцелловой многоволоконной нити, полученной на стадии (S2);
(S4) смазывание маслом лиоцелловой многоволоконной нити, промытой водой на стадии (S3); и
(S5) придание извитости лиоцелловой многоволоконной нити, смазанной маслом на стадии (S4), таким образом, что получается извитый жгут,
причем лиоцелловая многоволоконная нить включает монофиламент с модифицированным поперечным сечением,
модифицированное поперечное сечение включает множество выступов, и
множество выступов вступают в контакт с первой виртуальной окружностью и второй виртуальной окружностью, находящейся внутри первой виртуальной окружности, образуют единое целое со второй виртуальной окружностью, служащей в качестве сердцевины, и вступают в контакт с первой виртуальной окружностью на своих концах, причем соотношение (L1/L2) радиуса (L1) первой виртуальной окружности и радиуса (L2) второй виртуальной окружности составляет от 1,5 до 5,0.
2. Способ по п. 1, в котором на стадии (S1) лиоцелловый прядильный раствор содержит от 6 до 16 мас.% целлюлозной массы и от 84 до 94 мас.% водного раствора N-метилморфолин-N-оксида по отношению к полному количеству прядильного раствора.
3. Способ по п. 2, в котором целлюлозная масса содержит от 85 до 97 мас.% альфа-целлюлозы по отношению к полному количеству целлюлозной массы и имеет степень полимеризации (DPw), составляющую от 600 до 1700.
4. Способ по п. 1, в котором коагуляция на стадии (S2) включает первичную коагуляцию с использованием воздушного охлаждения (Q/A), включающую введение холодного воздуха в прядильный раствор, и вторичную коагуляцию, включающую погружение первично коагулированного прядильного раствора в коагуляционный раствор.
5. Способ по п. 4, в котором воздушное охлаждение осуществляется посредством введения в прядильный раствор холодного воздуха при температуре от 4 до 15°C и скорости воздушного потока от 5 до 50 м/с.
6. Способ по п. 4, в котором коагуляционный раствор имеет температуру, составляющую 30°C или менее.
7. Способ по п. 1, в котором стадия (S5) включает придание извитости смазанной маслом лиоцелловой многоволоконной нити с использованием камеры для придания извитости для получения извитого жгута, имеющего от 15 до 60 изгибов на дюйм (от 6 до 24 изгибов на 1 см).
8. Способ по п. 1, в котором стадия (S5) осуществляется посредством введения пара и приложения давления к лиоцелловой многоволоконной нити таким образом, что лиоцелловая многоволоконная нить приобретает извитость.
9. Способ по п. 8, в котором стадия (S5) осуществляется посредством введения пара таким образом, что давление пара составляет от 0,05 до 2,0 кгс/см2 (от 4,9 до 196 кПа), и лиоцелловая многоволоконная нить подвергается сжатию и приобретает извитость с использованием прижимного валика при давлении от 1,0 до 4,0 кгс/см2 (от 98 до 392 кПа).
10. Способ по любому из пп. 1-9, в котором фильера представляет собой фильеру, имеющую множество групп отверстий, каждая из которых включает по три отверстия, и лиоцелловая многоволоконная нить имеет такую конфигурацию, что число точек контакта первой виртуальной окружности и второй виртуальной окружности с поперечным сечением монофиламента равняется трем.
11. Лиоцелловый материал с модифицированным поперечным сечением для табачного фильтра, изготовленный посредством прядения лиоцеллового прядильного раствора, содержащего целлюлозную массу и водный раствор N-метилморфолин-N-оксида (NMMO), для изготовления лиоцелловой многоволоконной нити и посредством придания извитости лиоцелловой многоволоконной нити,
причем лиоцелловая многоволоконная нить включает монофиламент с модифицированным поперечным сечением,
модифицированное поперечное сечение включает множество выступов, и
множество выступов вступают в контакт с первой виртуальной окружностью и второй виртуальной окружностью, находящейся внутри первой виртуальной окружности, образуют единое целое со второй виртуальной окружностью, служащей в качестве сердцевины, и вступают в контакт с первой виртуальной окружности на своих концах, причем соотношение (L1/L2) радиуса (L1) первой виртуальной окружности и радиуса (L2) второй виртуальной окружности составляет от 1,5 до 5,0.
12. Лиоцелловый материал по п. 11, в котором лиоцелловый прядильный раствор содержит от 6 до 16 мас.% целлюлозной массы и от 84 до 94 мас.% водного раствора N-метилморфолин-N-оксида по отношению к полному количеству прядильного раствора.
13. Лиоцелловый материал по п. 12, в котором целлюлозная масса содержит от 85 до 97 мас.% альфа-целлюлозы по отношению к полному количеству целлюлозной массы и имеет степень полимеризации (DPw), составляющую от 600 до 1700.
14. Лиоцелловый материал по п. 11, в котором лиоцелловый материал имеет степень заполнения пространства, составляющую от 150 до 400%, которая вычисляется согласно приведенному ниже уравнению 1:
степень заполнения пространства (%) = (площадь в пределах первой виртуальной окружности/площадь поперечного сечения монофиламента, содержащегося в лиоцелловом волокне) × 100.
15. Лиоцелловый материал по п. 11, в котором первая виртуальная окружность имеет радиус (L1), составляющий от 8 до 30 мкм.
16. Лиоцелловый материал по п. 11, в котором вторая виртуальная окружность имеет радиус (L2), составляющий от 3 до 12 мкм.
17. Лиоцелловый материал по любому из пп. 11-16, в котором число точек контакта первой виртуальной окружности и второй виртуальной окружности с поперечным сечением монофиламента равняется трем.
18. Лиоцелловый материал по любому из пп. 11-16, в котором первая виртуальная окружность и вторая виртуальная окружность являются концентрическими.
