Haz de filamentos biodegradables para filtros de cigarrillos y su proceso de fabricación.

Haz de filamentos biodegradables para filtros de cigarrillos que comprende filamentos compuestos de celulosa y acetato de celulosa,

en el que los filamentos compuestos son fibras hiladas a partir de una pasta que comprende celulosa y acetato de celulosa, o películas trituradas moldeadas a partir de una pasta constituida de forma similar.

Haz de filamentos biodegradables para filtros de cigarrillos y su proceso de fabricación

[1] La presente invención se refiere a materiales compuestos biodegradables para su uso en haces de filamentos para filtros de cigarrillo.

[2] Los primeros filtros de cigarrillos se desarrollaron en la década de 192 y estaban compuestos de papel crepé, a veces junto con guata de celulosa. La preocupación posterior sobre los efectos perjudiciales del tabaquismo en la salud provocó un aumento de la demanda de filtros que tuvieran como resultado niveles más bajos de alquitrán. Se desarrolló un filtro dual que comprendía fibras de acetato de celulosa dentro de una vaina de papel, lo que permitió la adición de otros componentes funcionales, como por ejemplo el carbón activo.

[3] Las crecientes preocupaciones sobre la salud, la legislación cada vez más estricta y las presiones del mercado para obtener niveles reducidos de alquitrán, nicotina y monóxido de carbono, requieren el desarrollo continuo de la tecnología de los filtros. En la actualidad, el mercado mundial de cigarrillos supera los 5,8 billones de cigarrillos individuales al año, de los cuales el 97% cuenta con filtros. De los cigarrillos con filtro, un 8,4% se fabrica con fibra estándar de acetato de celulosa (4,5 billones de cigarrillos), un 16,6% se clasifica como filtros "especiales" y un 3% se fabrica con polipropileno.

[4] Normalmente, los filtros de cigarrillos comprenden un "haz de filamentos para filtro", fibras generalmente rizadas de acetato de celulosa revestidas por un papel de boquilla. Esta invención se refiere al componente de haz de filamentos del filtro.

[5] Uno de los problemas más acuciantes para los fabricantes de cigarrillos y de filtros de cigarrillos es la velocidad a la que se biodegradan los filtros. Los filtros de acetato de celulosa pueden tardar entre un mes y tres años en biodegradarse, dependiendo de las condiciones ambientales, lo que no resulta lo suficientemente rápido para evitar el problema de la acumulación de basura. Los filtros de cigarrillos desechados encabezan la lista en casi todos los estudios relacionados con la limpieza de las zonas costeras. El problema de la basura no es solo meramente visual, sino que se ha descubierto que las toxinas adsorbidas por los filtros de cigarrillos pueden filtrarse al medio ambiente y entrañar un riesgo biológico potencial.

[6] Se ha sugerido una variedad de enfoques para la preparación de un haz de filamentos de filtros biodegradable, entre los cuales figuran el uso de materiales compuestos de acetato de celulosa con otros polímeros biodegradables, aditivos para aumentar la velocidad de degradación del acetato de celulosa, un acetato de celulosa con un bajo grado de sustitución (DS, Degree of Substitution) para obtener una mayor biodegradabilidad y polímeros biodegradables como, por ejemplo, PHB/PVB y almidones como la materia prima del haz de filamentos del filtro.

[7] En EP 76766 se divulga un material de filtro de tabaco que comprende una fibra o partícula con un núcleo y una capa superficial que rodea al núcleo, en el que la capa de superficie comprende un éster de celulosa y el núcleo comprende una celulosa no esterificada.

[8] En EP 1167589 se divulga una estructura de acetato de celulosa en la que al menos una parte de la región de la superficie de la estructura incluye una composición de acetato de celulosa biodegradable que contiene un agente de promoción de la biodegradación. Este agente incluye al menos un compuesto seleccionado del grupo que consiste en una sal de oxoácido de fósforo, un éster de oxoácido de fósforo o una sal del mismo, ácido carbónico y una sal del mismo.

[9] En EP 987276 se divulga un artículo moldeado a partir de una composición de acetato de celulosa que comprende, contenido en el acetato de celulosa, un material compuesto de un agente de aceleración de la descomposición y un agente de control de la reacción.

[1] En WO 95/14398 se divulga un filtro de cigarrillo en el que el cuerpo del filtro comprende papel que contiene fibras lyocell o consiste esencialmente en las mismas.

[11] Sin embargo, hasta la fecha no se ha encontrado ninguna solución comercial satisfactoria para la producción de filtros que resulten aceptables para el consumidor y que se degraden lo suficientemente rápido como para superar el problema causado por la basura. Una de las principales restricciones de los enfoques anteriores ha sido lograr un compromiso aceptable entre la velocidad de biodegradabilidad que se puede lograr y el perfil de absorción/sabor proporcionados por el material del filtro.

[12] La presente invención tiene como objetivo abordar estos problemas.

[13] Según la presente invención, se proporciona un haz de filamentos para filtros de cigarrillo biodegradable que comprende filamentos compuestos de celulosa y acetato de celulosa, en el que los filamentos compuestos son fibras

hiladas a partir de una pasta que comprende celulosa y acetato de celulosa, o películas trituradas moldeadas a partir de una pasta constituida de forma similar.

[14] La celulosa y el acetato de celulosa son normalmente moldeados en forma de fibras o películas. Cualquiera de estas formas de moldeo es apropiada para la preparación de los haces de filamentos de filtros de cigarrillo biodegradables de la invención. Cuando se moldea en forma de películas, es necesario después triturar la película resultante para producir el material adecuado para los haces de filamentos de filtros de cigarrillo. Los haces de filamentos de filtros preferidos, según la invención, comprenden fibras hiladas a partir de una solución coagulada de celulosa y acetato de celulosa.

[15] Se sobreentenderá que las referencias en el presente a los filamentos compuestos de celulosa/acetato de celulosa se refieren a las fibras hiladas a partir de una pasta que comprende celulosa y acetato de celulosa o a películas trituradas moldeadas a partir de una pasta constituida de manera similar.

[16] Hemos descubierto que los filamentos compuestos de celulosa/acetato de celulosa poseen una biodegradabilidad significativamente mayor que los filamentos equivalentes que comprenden únicamente celulosa o acetato de celulosa. Sin desear estar limitados por una teoría de este tipo, creemos que la presencia del acetato en el compuesto puede perturbar la cristalinidad de la celulosa, haciendo que se biodegrade más rápidamente que la propia celulosa.

[17] Convencionalmente, la celulosa se moldea o hila a partir de viscosa y resulta difícil o imposible moldear o hilar acetato de celulosa a partir de la misma mezcla debido a la probabilidad de hidrólisis del acetato de celulosa en estas condiciones. Por el contrario, el acetato de celulosa convencionalmente está moldeado o hilado a partir de acetona y resulta difícil o imposible moldear o hilar celulosa a partir de la misma mezcla debido a la solubilidad limitada de la celulosa en acetona.

[18] No obstante, hemos descubierto que al moldear o hilar celulosa y acetato de celulosa a partir de un líquido iónico (Ll) o a partir de A/-metilmorfolina /V-óxido (NMMO), es posible formar fibras hiladas y películas moldeadas que comprenden una mezcla compuesta de estos materiales. No se ha reconocido previamente la biodegradabilidad mejorada de estos compuestos y su idoneidad para el uso en la fabricación del haz de filamentos para filtros de cigarrillos.

[19] En consecuencia, se forma preferentemente el haz de filamentos para filtros de cigarrillos de la invención a partir de fibras o películas de celulosa y acetato de celulosa hiladas o moldeadas como una mezcla a partir de un líquido iónico (Ll) o de /V-metilmorfolina A/-óxido (NMMO).

[2] Se ha documentado ampliamente el uso de líquidos iónicos y NMMO para disolver la celulosa y otros polímeros, por ejemplo en US 25288484 y US 276774 de la Universidad de Alabama, US 28188636 de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y WO 2598546 de Holbrey et al. Una amplia gama de líquidos iónicos, incluidos los divulgados en las publicaciones mencionadas anteriormente, son apropiados para la disolución de la celulosa y el acetato de celulosa y para el moldeo como fibras o películas de mezclas de las mismas. Entre los tipos generales de líquidos iónicos apropiados figuran los basados en cationes de imidazol, pirrol, tiazol o pirazol en combinación con aniones de halógeno, fosfato, carboxilato o cloruro de metal. Entre los líquidos iónicos especialmente preferidos figuran el cloruro de 1 -butil-3-metilimidazolio (BMIM-CI), el acetato de 1 -butil-3- metilimidazolio (BMIM-Ac) y el acetato de 1-etil-3-metilimidazolio (EMIM-Ac).

[21] La solución de celulosa y acetato de celulosa a partir de la cual se hilan fibras o se moldean... [Seguir leyendo]

1. Haz de filamentos biodegradables para filtros de cigarrillos que comprende filamentos compuestos de celulosa y acetato de celulosa, en el que los filamentos compuestos son fibras hiladas a partir de una pasta que comprende celulosa y acetato de celulosa, o películas trituradas moldeadas a partir de una pasta constituida de forma similar.

2. Haz de filamentos para filtros, según la reivindicación 1, que comprende además uno o más materiales termoplásticos adicionales.

3. Haz de filamentos para filtros, según la reivindicación 2, en el que el material termoplástico adicional se selecciona entre uno o más de PHB, PHVB, poliacrilonltrllo, poll-2-hidroxletllometilacrilato, alcohol de polivinilo, polianilina y polletllenglicol.

4. Haz de filamentos para filtros, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la relación en peso entre la celulosa y el acetato de celulosa varía entre 1:9 y 9:1.

5. Haz de filamentos para filtros, según la reivindicación 4, en el que la relación entre la celulosa y el acetato de celulosa varía de 2:8 a 8:2.

6. Haz de filamentos para filtros, según la reivindicación 5, en el que la relación entre la celulosa y el acetato de celulosa varía de 3:7 a 7:3.

7. Haz de filamentos para filtros, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende además uno o más plastlflcantes.

8. Haz de filamentos para filtros, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende además un catalizador que promueve la degradación oxidativa del haz de filamentos para filtros.

9. Haz de filamentos para filtros, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende además uno o más lubricantes con el fin de reducir la carga electrostática en el haz de filamentos.

1. Filtro de cigarrillo que comprende el haz de filamentos para filtros de cigarrillo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, revestido por una envoltura de boquilla.

11. Cigarrillo que comprende una sustancia que se puede fumar y un filtro de cigarrillo, según la reivindicación 1.

12. Proceso para la fabricación de un haz de filamentos para filtros de cigarrillo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende suministrar una pasta en solución que comprende una mezcla de celulosa y acetato de celulosa en un líquido iónico o en A/-metilmorfolina A/-óxido, hilar o moldear la mezcla en un disolvente prótico con el fin de generar fibras o películas, y convertir las fibras o películas en el haz de filamentos para filtros de cigarrillo.

13. Proceso, según la reivindicación 12, en el que la pasta comprende además un disolvente aprótico para contribuir a la disolución de la celulosa y/o el acetato de celulosa.

14. Proceso, según la reivindicación 13, en el que el disolvente aprótico comprende uno o más de DMSO, DMF, THF o dioxano.