CC BY
52
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
Влияние параметров ацетатного фильтра
на его удерживающую способность
Е.В.Гнучих, И.И.Татарченко, Л.Н.Воробьева
Кубанский государственный технологический университет
Ацетатные фильтры - одно из эффективных средств снижения содержания токсичных веществ в табачном дыме.
Главной характеристикой фильтра является его удерживающая способность, т. е. способность фильтра поглощать и удерживать на своей поверхности частицы дыма. Удерживающая способность характеризуется как разница между поступившими в фильтр частицами дыма и вышедшими из фильтра частицами дыма, отнесенная к количеству частиц, поступивших в фильтр, и выражается в процентах.
На удерживающую способность ацетатного фильтра весьма значительно влияет ряд параметров:
• элементарное денье нити ацетатного волокна;
• общее денье ацетатного волокна;
• длина фильтра;
• вес фильтра;
• перепад давления фильтра.
Элементарную нить ацетатного волокна, которую также называют фила-ментой, обычно характеризуют величиной элементарного денье - массой в граммах 9000 м одной гладкора-стянутой нити. Общее денье - это сумма элементарных денье в целом для жгута волокон, из которых изготовлен фильтр. Элементарное денье ацетатных волокон, используемых при изготовлении сигарет, изменяется в широком диапазоне: от 1,5 до 8 г. Это эквивалентно диаметру круглого сече-
Различные формы сечения ацетатного волокна и соответствующие формы отверстия форсунок: а - сечение волокна «Я» и круглое отверстие форсунки; б - сечение волокна «У» и треугольное отверстие форсунки; в - сечение волокна «I» и прямоугольное отверстие форсунки; г - сечение волокна «X» и квадратное отверстие форсунки
ния от 20 до 40 мкм. Элементарные волокна могут отличаться друг от друга не только величиной денье, но и формой сечения. Разная форма сечения достигается путем применения различного рода форсунок в процессе изготовления волокон. Многолетний опыт и результаты исследований показали, что У-форма является наиболее оптимальной. В этом случае при равных материальных затратах достигаются и наибольшая фильтрующая поверхность, прочность при растяжении и в конечном счете лучшее удерживание веществ табачного дыма. Удельная поверхность такого волокна составляет около 0,8 м2/г, что соответствует примерно 1000 см2 на сигаретный фильтр длиной 20 мм.
Сечение волокна определяется формой отверстия форсунки, которая используется для его формирования. Наиболее распространенное сечение -это «У», которое формируется равносторонним треугольным отверстием со стороной 30-60 мкм. Треугольник постепенно преобразуется в «У» внутренним сжатием сечения, когда испаряется растворитель. Аналогично, сечение «Х» может быть сформировано квадратным отверстием и «I» - прямоугольным. Круглые отверстия форсунки произведут многолепестковые или мелкозазубренные сечения, называемые «Я» (см. рисунок).
Таким образом, если ацетатный фильтр имеет, например, характеристику 2,5 У 40000, то это означает следующее. Элементарное волокно имеет 2,5 денье и У-форму поперечного сечения. Общее денье жгута волокон равно 40000, что соответствует примерно 16 тыс. волокон.
Как известно, ацетатный фильтр, изготовленный из жгута ацетатных воло-
кон, должен обладать определенной жесткостью. Это имеет значение в процессе изготовления сигарет с фильтром и их упаковки. Кроме того, курильщик предпочитает жесткие фильтры, которые не теряют этого свойства в процессе курения. Для придания повышенной жесткости ацетатному фильтру во время изготовления фильтра на волокна наносится так называемый пластификатор (в количестве 37 % от массы фильтрующего материала). Обычно для этих целей применяют триацетин (глицеринтриацетат). Обработка волокна пластификатором способствует растворению наружного слоя нитей, в результате чего в местах пересечения их образуются спайки. В конечном счете возникает жесткая каркасная система, в которой все нити в большей или меньшей мере связаны между собой. Следует учитывать, что процесс спайки нитей при использовании триацетина длится примерно 48 ч. В связи с этим после изготовления фильтры должны в течение этого срока «состариться» и только затем могут быть использованы при производстве сигарет.
Рассмотрим влияние отдельных факторов на удерживающую способность фильтров.
Влияние величины элементарного денье на удерживающую способность фильтров по отношению к никотину и смоле
Образцы фильтров были подобраны по перепаду давления (70 мм вод. ст.), длина образцов - 20 мм, диаметр - 7,85 мм (табл. 1).
При постоянном перепаде давления фильтра уменьшение элементарного денье ведет к увеличению удерживающей способности фильтра. Особенно ярко эта зависимость проявляется при сравнении показателей фильтров с элементарным денье волокна 1,0-3,0. При этом разница в удерживающей способности между фильтрами с элементарным денье 3,0 и 1,0 составила: по отношению к никотину - 9,5 %, по отношению к смоле - 8 %.
При сравнении показателей фильтров с элементарным денье волокна 3,0-5,0 увеличение удерживающей способности незначительно: разница в удерживающей способности между фильтрами с элементарным денье 5,0
Таблица 1
Удерживающая Элементарное денье волокна, г / 9000 м
способность фильтра, % 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
по отношению к никотину 47 42,5 41 39 38,5 38 37 36 35
по отношению к смоле 52 48 46,5 45,5 44 43,5 43 42 41,5
ENGINEERING AND TECHNOLOGY
и 3,0 по отношению к никотину составила 3,5 %, а по отношению к смоле -2,5 %.
Таким образом, при условии постоянного перепада давления фильтра применение ацетатного волокна с элементарным денье от 3,0 до 5,0 слабо влияет на увеличение удерживающей способности, и разница в удерживающей способности фильтров, изготовленных из ацетатного волокна с таким элементарным денье, незначительна.
Удерживающая способность фильтров значительно увеличивается при применении ацетатного волокна с элементарным денье от 1,0 до 3,0 по сравнению с фильтрами, имеющими показатель элементарного денье от 3,0 до 5,0.
Поэтому можно сказать, что при создании конструкции сигарет фильтры с элементарным денье волокна от 1,0 до 3,0 рекомендуется применять как наиболее эффективный инструмент по снижению выхода смолы и никотина в дым. Влияние перепада давления фильтра на его удерживающую способность
На удерживающую способность фильтров влияет не только элементарное денье волокна, но и перепад давления фильтра. Перепад давления фильтра - разность давлений у входного и выходного конца фильтра при прохождении через него потока воздуха с расходом 17,5 см3/мин, измеренная в миллиметрах водяного столба или паскалях при стандартных условиях.
В табл. 2 представлены результаты исследования перепада давления фильтра на его удерживающую способность. Образцы были подобраны по следующим параметрам: длина фильтра - 20 мм, диаметр фильтра -7,85 мм, характеристика волокна - 3,0 У 35000, вентиляция фильтра отсутствовала.
Так при повышении перепада давления фильтра увеличивается удерживающая способность, соответственно уменьшается выход смолы и никотина, увеличивается жесткость фильтра, увеличивается вес фильтра и потребление волокна для изготовления фильтра. Перепад давления фильтра повышается с увеличением веса фильтра, длины фильтра, угла крепирования волокна в фильтре, поверхности волокна в фильтре (уменьшение элементарного денье при постоянном общем денье).
Перепад давления фильтра понижается с увеличением диаметра фильтра, элементарного денье фильтра.
Влияние длины фильтра на его удерживающую способность
Влияние длины фильтра на его удерживающую способность представлено в табл. 3. Образцы были подобраны по следующим параметрам: характеристика волокна - 3,0 У 35000; диаметр фильтра - 7,85 мм, перепад давления фильтра - 65 мм вод. ст., вентиляция фильтра отсутствовала.
Повышение длины фильтра увеличивает удерживающую способность фильтра, соответственно уменьшается выход смолы и никотина.
Увеличение длины фильтра при пропорциональном повышении перепада давления фильтра увеличивает его удерживающую способность, увеличивает вес волокна при производстве фильтров. Влияние увеличения длины фильтра при одновременном повышении перепада давления на удерживающую способность представлено в табл. 4. Образцы были подобраны по следующим параметрам: характеристика волокна - 3,0 У 35000; диаметр фильтра - 7,85 мм, длина образцов -80 мм, вентиляция фильтра отсутствовала.
Как видно из таблицы, увеличение длины фильтра при одновременном повышении перепада давления фильтра заметно улучшает удерживающую способность фильтра.
Повышение длины фильтра при постоянной длине сигареты улучшает удерживающую способность фильтра, немного увеличивает перепад давления сигареты.
Влияние диаметра фильтра на его удерживающую способность
Увеличение диаметра фильтра при постоянстве перепада давления немного улучшает удерживающую способность, немного повышает жесткость, повышает вес фильтра и потребление волокна.
Уменьшение диаметра фильтра при пропорциональном увеличении перепада давления фильтра немного улучшает удерживающую способность, такие параметры, как жесткость и потребление волокна остаются без изменений, повышается перепад давления фильтра.
Влияние диаметра фильтра при постоянстве перепада давления фильтра представлено в табл. 5. Образцы были подобраны по следующим параметрам: характеристика волокна -3,0 У 35000; перепад давления фильтра - 65 мм вод. ст., длина фильтра - 20 мм, вентиляция фильтра отсутствовала.
Таблица 2
Удерживающая способность фильтра, % Перепад давления фильтра, мм вод. ст.
55 65 75
по отношению к никотину 37,2 39,6 42
по отношению к смоле 40,8 43,2 45,5
Таблица 3
Удерживающая способность фильтра, % Длина фильтра, мм
20 25
по отношению к никотину 39,6 43,2 по отношению к смоле 43,2 47,2
Таблица 4
Удерживающая способность фильтра, % Параметры фильтра
А/В А/В А/В
15/53 20/65 25/77
по отношению к никотину 32,7 39,6 45,9
по отношению к смоле 35,7 43,2 49,8
А - длина фильтра, мм В - перепад давления фильтра, мм вод. ст.
Таблица 5
Удерживающая способность фильтра, % Диаметр фильтра, мм
7,75 7,85 7,95
по отношению к никотину 38,8 39,6 40,4
по отношению к смоле 42,4 43,2 44,0
Таблица 6
Удерживающая способность фильтра, % Параметры фильтра
А/В А/В А/В
7,75/70 7,85/65 7,95/60
по отношению к никотину 40,0 39,6 39,2
по отношению к смоле 43,6 43,2 42,8
А - длина фильтра, мм В - перепад давления фильтра, мм вод. ст.
Влияние диаметра фильтра при пропорциональном увеличении перепада давления представлено в табл. 6. Образцы были подобраны по следующим параметрам: характеристика волокна - 3,0 Y 35000; длина фильтра -20 мм, масса волокна в фильтре - 111 мг/фильтр, вентиляция фильтра отсутствовала.
Удерживающая способность ацетатных фильтров зависит от множества параметров фильтров. Поэтому, создавая новую марку сигарет с желаемым выходом никотина и смолы, необходимо учитывать все эти параметры.
ЛИТЕРАТУРА
1. Мохначев И.Г., Пашков В.С., Шаповалов Е.Н. Технология фабричной переработки табака. - М.: Колос, 1994. 271 с.
2. Smoke filtration theory. Filter products Division Celanese Acetate.
