Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02663549 2009-03-11
WO 2008/031816
PCT/EP2007/059515
1
MATERIAU COMPOSITE DE COHESION ELEVEE,
PROCEDE DE PREPARATION ET UTILISATIONS,
NOTAMMENT DANS LES FILTRES A CIGARETTES
La présente invention est relative à des matériaux de cohésion élevée et
à un procédé de préparation de matériaux de cohésion élevée.
Elle concerne également leurs utilisations, en particulier à titre de support
de liquide, de support de catalyseur, d'additif ou pour la filtration liquide
ou
gazeuse ; elle est relative plus particulièrement à leur utilisation dans les
filtres
à cigarettes.
Il est connu de conditionner des liquides sur des supports solides, en
particulier sur un support silice.
Il est également connu d'utiliser un composé comme le charbon actif
pour ses propriétés d'adsorption, notamment pour la filtration liquide ou
gazeuse, en particulier dans les filtres à cigarettes.
L'un des buts de l'invention est de fournir un nouveau matériau
présentant une cohésion élevée et de préférence un poussiérage faible voire
nul, pouvant être utilisé de manière satisfaisante comme support de liquide ou
pour la filtration gazeuse ou liquide, en particulier dans les filtres à
cigarettes,
notamment en tant que filtre actif, de préférence en substitution du charbon
actif et/ou en complément de filtre traditionnellement employé, comme
l'acétate de cellulose.
L'invention a ainsi pour objet un matériau composite, caractérisé en
qu'il est formé par au moins un polymère (P) et au moins un composé (C)
choisi parmi les oxydes minéraux, les silico-aluminates et le charbon actif et
en
ce qu'il possède :
- une taille médiane de particules d'au moins 100 lm, et de préférence
d'au plus 2000 gm,
- un volume poreux (Vd1), constitué par les pores de diamètre compris
entre 3,6 et 1000 nm, d'au moins 0,2 cm3/g,
CA 02663549 2013-05-27
2
- une cohésion telle que son taux de particules de taille inférieure à 100
pm obtenu après une contrainte de pression d'air de 2 bars, d'après le test
décrit
ci-dessous, est inférieur à 1,5 % en volume.
Le polymère (P) est, de manière avantageuse, un polymère poreux.
Le polymère (P) est en général choisi parmi les polymères suivants : la
cellulose et ses dérivés (en particulier l'acétate de cellulose), l'amidon et
ses
dérivés, les alginates et leurs dérivés, le polyéthylène, les guars et leurs
dérivés,
les alcools polyvinyliques et leurs dérivés.
Le polymère (P) peut être par exemple l'un des polymère ci-après : la
cellulose, l'acétate de cellulose, le sulfate de cellulose, l'éthylcellulose,
l'hydroxyéthylcellulose, la méthylcellulose, l'hydroxyméthylcellulose, la
carboxyméthylcellulose, l'amidon, l'amidon carboxyméthylé, l'hydroxypropyle
d'amidon, la gomme arabique, l'agar-agar, l'acide alginique, l'alginate de
sodium,
l'alginate de potassium, l'alginate de calcium, la gomme adragante, la gomme
guar, la gomme de caroube, les polyvinyl acétates (éventuellement hydrolysés),
les copolymères de polyvinyl acétates et d'esters vinyliques d'acides
carboxyliques aliphatiques, les alcools polyvinyliques, le polyéthylène, les
copolymères d'éthylène et d'esters vinyliques d'acides carboxyliques saturés
aliphatiques, le polycyclopentadiène hydraté.
En particulier, le polymère (P) peut être la cellulose ou un de ses dérivés
(entre autres, l'acétate de cellulose ou le sulfate de cellulose), le
polyéthylène, la
gomme arabique, un alcool polyvinylique.
Plus particulièrement, le polymère (P) peut être un dérivé de la cellulose,
(par exemple, l'acétate de cellulose, le sulfate de cellulose,
l'éthylcellulose,
l'hydroxyéthylcellulose, la méthylcellulose, l'hydroxyméthylcellulose, la
carboxyméthylcellulose).
Selon un aspect de l'invention, le polymère (P) est l'acétate de cellulose.
CA 02663549 2013-05-27
2a
Le composé (C) est le plus souvent un adsorbant et/ou un support de
catalyseur.
Le composé (C) peut être un oxyde minéral, tel que, en particulier, une
silice, une alumine, un oxyde de zirconium, un oxyde de titane, un oxyde de
fer,
un oxyde de cérium
Le comoosé C 'eut être é.alement un silico-aluminate.
CA 02663549 2009-03-11
WO 2008/031816 PCT/EP2007/059515
3
Enfin, le composé (C) peut être du charbon actif (en particulier du
charbon actif de noix de coco).
Ainsi, le composé (C) est généralement choisi parmi les silices, les
alumines, les oxydes de zirconium, les oxydes de titane, les oxydes de fer,
les
oxydes de cérium, les silico-aluminates et le charbon actif.
Le composé (C) consiste par exemple en une silice amorphe de
synthèse.
Ce peut être une silice pyrogénée, une silice colloïdale, un gel de silice,
une silice précipitée ou un de leurs mélanges.
Selon une variante préférée de l'invention, le composé (C) est de la silice
précipitée.
Selon une autre variante préférée de l'invention, le composé (C) est du
charbon actif.
Le matériau composite peut contenir, selon un mode de réalisation de
l'invention, un mélange de composés (C), en particulier un mélange de silice
précipitée et de charbon actif.
Le matériau composite conforme à l'invention peut être constitué
uniquement d'au moins un polymère (P) et d'au moins un composé (C).
La taille médiane de particules (D5Oinitial) est mesurée par diffraction
laser,
par exemple selon la norme NF X 11-666, à l'aide d'un granulomètre du type
MALVERN MASTERSIZER 2000 (de Malvern Instruments), en absence
d'ultrasons et de dispersant, le liquide de mesure étant de l'eau
déminéralisée
dégazée (2 g d'échantillon étant dispersés dans 50 mL d'eau sous agitation
magnétique) et la durée de la mesure étant de 5 secondes. La valeur retenue
est
la moyenne de trois mesures effectuées consécutivement sur le même
échantillon.
La cohésion est mesurée par le test de cohésion suivant.
On utilise un granulomètre laser du type MALVERN MASTERSIZER 2000
(de Malvern Instruments) couplé au module d'échantillonnage en voie sèche
Scirocco. L'analyse est effectuée à l'aide du modèle optique Fraunhofer, avec
un
temps de mesure de 5 secondes.
CA 02663549 2009-03-11
WO 2008/031816 PCT/EP2007/059515
4
Une première analyse peut être effectuée en introduisant le produit
uniquement par la vibration de la trémie et l'aspiration, afin d'avoir accès à
une
taille initiale du produit.
Une seconde analyse est effectuée en injectant par l'intermédiaire de la
buse du module d'échantillonnage une pression d'air de 2 bars. Cette valeur de
pression a été défine pour des granulés constitués uniquement de charbon
actif,
le charbon actif étant un produit déjà utilisé dans les filtres à cigarettes ;
elle
génère une contrainte suffisante pour provoquer un début d'attrition du
charbon
actif. Ce niveau de contrainte correspond ainsi à l'apparition de fines
particules
(particules de taille inférieure à 100 m) dans le cas du charbon actif seul ;
il sert
de valeur référence pour positionner les matériaux composites selon
l'invention.
Le taux d'éventuelles fines particules générées par cette contrainte permet
d'évaluer la cohésion (dureté) d'un produit. Les mesures suivantes effectuées
sur le charbon actif seul constituent les valeurs de référence vis-à-vis
desquelles
les matériaux composites selon l'invention peuvent être évalués ( /0 en
volume) :
à 2 bars :
taux de particules de taille inférieure à 100 lm = 2,0 %
taux de particules de taille inférieure à 20 lm = 0,0 %
pour information, à 0 bar (c'est-à-dire sans pression d'air) :
taux de particules de taille inférieure à 100 lm = 0,0 %
taux de particules de taille inférieure à 20 lm = 0,0 %
Il convient de noter que la détection de fines particules (particules de
taille
inférieure à 100 m) sans pression d'air traduirait la présence d'un produit
particulièrement fragile.
La cohésion des matériaux composites selon l'invention traduit notamment
leur capacité à résister à un niveau de contrainte sans former de manière
significative, et, de manière avantageuse, sans former du tout, de particules
fines pouvant notamment être inhalées par le fumeur lorsque ces matériaux sont
employés dans les filtres à cigarettes.
Les volumes poreux et diamètres de pores sont mesurés par porosimétrie
au mercure (porosimètre Autopore MICROMERITICS 9520 par exemple) ; pour
ces mesures, la préparation de chaque échantillon peut se faire comme suit :
chaque échantillon est préalablement séché pendant 2 heures à 90 C, sous
CA 02663549 2009-03-11
WO 2008/031816 PCT/EP2007/059515
pression atmosphérique, puis placé dans un récipient à essai dans les 5
minutes
suivant ce séchage et dégazé sous vide, par exemple à l'aide d'une pompe à
vide ; les prises d'échantillon sont de 0,22 gramme ( 0,01 gramme) ; on
emploie
les pénétromètres n 10. Les diamètres de pores sont calculés par la relation
de
5
WASHBURN avec un angle de contact théta égal à 140 et une tension
superficielle gamma égale à 484 Dynes/cm. Dans le présent exposé ne sont pris
en compte que les pores présentant un diamètre compris entre 3,6 et 1000 nm.
Le matériau composite selon l'invention présente une taille médiane de
particules d'au moins 100 lm, notamment d'au moins 200 m. De manière
préférée, celle-ci est d'au plus 2000 m. Elle peut être comprise entre 100 et
1000 lm, en particulier entre 200 et 1000 lm, par exemple entre 200 et 900 m.
En général, il possède une taille médiane de particules supérieure à
250 lm (notamment variant de 250 (non inclus) à 2000 lm, voire à 1000 lm), de
préférence d'au moins 300 lm, notamment comprise entre 300 et 2000 lm, en
particulier entre 300 et 1000 m.
Sa taille médiane de particules est en général comprise entre 400 et
1000 lm, en particulier entre 500 et 1000 lm, notamment entre 600 et 1000 lm,
par exemple entre 600 et 900 m.
Le matériau composite conforme à l'invention peut présenter, par exemple
lorsqu'il est destiné à être utilisé dans un filtre à cigarette, des tailles
de
particules comprises entre 100 et 2000 lm, notamment entre 200 et 1500 lm,
en particulier entre 200 et 800 lm, voire entre 400 et 800 m.
Le matériau composite selon l'invention est, de manière avantageuse,
poreux.
Il possède un volume poreux intra-particulaire (Vd1), constitué par les
pores de diamètre compris entre 3,6 et 1000 nm (c'est-à-dire volume poreux
cumulé des pores de diamètre compris entre 3,6 et 1000 nm), d'au moins
0,2 cm3/g, et, habituellement, d'au plus 3,0 cm3/g (cm3 par gramme du matériau
composite).
Son volume poreux (Vd1) est en général d'au moins 0,3 cm3/g (par
exemple compris entre 0,3 et 3,0 cm3/g), de préférence (notamment dans le cas
où le composé (C) est du charbon actif) d'au moins 0,4 cm3/g, en particulier
compris entre 0,4 et 3,0 cm3/g, par exemple entre 0,4 et 2,0 cm3/g, voire
entre
CA 02663549 2014-02-27
6
0,45 et 1,5 cm3/g. Notamment dans le cas où le composé (C) est de la silice
(de
préférence de la silice précipitée), le volume poreux (Vd1) du matériau
composite selon l'invention peut être d'au moins 0,5 cm3/g, en particulier
compris
entre 0,5 et 3,0 cm3/g, par exemple entre 0,5 et 2,0 cm3/g, voire entre 0,55
et
1,5 cm3/g. De manière encore plus préférée, son volume poreux (Vd1) est d'au
moins 0,7 cm3/g, en particulier compris entre 0,7 et 3,0 cm3/g, notamment
entre
0,7 et 2,0 cm3/g, par exemple entre 0,75 et 1,5 cm3/g.
Le matériau composite selon l'invention présente une force de cohésion
élevée.
Il possède une cohésion telle que son taux de particules de taille inférieure
à 100 ptm obtenu après une contrainte de pression d'air de 2 bars, d'après le
test
de cohésion décrit ci-dessus, est inférieur à 1,5 %, de préférence inférieur à
1,0%, et plus préférentiellement, inférieur à 0,5%, en volume.
Son taux de particules de taille inférieure à 20 Lim obtenu après une
contrainte de pression d'air de 2 bars, d'après le test de cohésion décrit ci-
dessus, est généralement égal à 0,0 % en volume.
Son taux de particules de taille inférieure à 20 m et son taux de particules
de taille inférieure à 100 lm obtenus sans contrainte de pression d'air,
d'après le
test de cohésion décrit ci-dessus, sont de manière générale égaux à 0,0 % en
volume.
De manière avantageuse, plus particulièrement lorsqu'il est destiné à être
utilisé dans un filtre à cigarette, et par exemple, entre autres, lorsque le
composé
(C) est de la silice (de préférence de la silice précipitée) et/ou du charbon
actif,
sa cohésion est telle que son taux de particules de taille inférieure à 100
pim
obtenu après une contrainte de pression d'air de 2 bars, d'après le test de
cohésion décrit ci-dessus, est égal à 0,0 % en volume.
Le matériau composite conforme à l'invention ne génère préférentiellement
pas de poussière lors de sa manipulation.
CA 02663549 2014-02-27
6a
Le matériau composite selon la présente invention possède, de manière
préférée, notamment lorsqu'il est utilisé dans un filtre à cigarette, une
capacité
de filtration proche de, voire supérieure à, celle du composé (C) entrant dans
sa
composition, en particulier lorsque le composé (C) est du charbon actif et/ou
de
la silice (de préférence de la silice précipitée), tout en ayant une meilleure
CA 02663549 2013-05-27
7
cohésion. Et cela est d'autant plus le cas lorsque le polymère (P) est
l'acétate de
cellulose.
Le matériau composite conforme à l'invention peut présenter, notamment
lorsque le composé (C) est de la silice, en particulier de la silice
précipitée, un
diamètre moyen de pores, pour les pores de diamètre compris entre 3,6 et 1000
nm, supérieur à 11 nm (par exemple compris entre 11 (non inclus) et 100 nm ou
entre 11 (non inclus) et 50 nm), de préférence d'au moins 11,5 nm, par exemple
compris entre 11,5 et 100 nm ; il peut être compris entre 11,5 et 50 nm, en
particulier entre 11,5 et 40 nm, notamment entre 12 et 40 nm, par exemple
entre
12 et 25 nm ou entre 12 et 17 nm ; il peut également varier entre 13 et 40 nm,
en
particulier entre 13 et 25 nm, par exemple entre 13,5 et 25 nm, voire entre
13,5
et 17 nm.
Le matériau composite selon l'invention, qui se présente
avantageusement sous forme solide, possède habituellement une surface
spécifique BET d'au moins 50 m2/g. En particulier d'au moins 100 m2/g, plus
particulièrement d'au moins 160 m2/g, notamment d'au moins 200 m2/g, par
exemple comprise entre 250 et 1300 ne/g. En général, sa surface spécifique
BET est d'au plus 1300 m2/g et en particulier d'au plus 1200 m2/g, notamment
d'au plus 1000 m2/g, par exemple d'au plus 900 m2/g, voire d'au plus 700 m2/g
(m2 par gramme du matériau composite).
La surface spécifique BET est déterminée selon la méthode de BRUNAUER
- EMMETT - TELLER décrite dans "The journal of the American Chemical
CA 02663549 2012-08-27
8
Society", Vol. 60, page 309, février 1938 et correspondant à la norme NF ISO
9277
(décembre 1996).
La surface spécifique BET du matériau composite selon la présente invention
peut être d'au moins 100 m2/g, en général d'au moins 160 m2/g, de préférence
d'au
moins 200 m2/g (par exemple supérieure à 300 m2/g) ; elle peut être comprise
entre
250 et 1300 m2/g, en particulier entre 280 et 1200 m2/g, par exemple entre 280
et
800 m2/g. Elle peut être également comprise entre 320 et 1000 m2/g, en
particulier
entre 320 et 900 m2/g, notamment entre 320 et 700 m2/g, voire entre 320 et
600 m2/g. Par exemple dans le cas où le composé (C) est de la silice, en
particulier
de la silice précipitée, la surface spécifique BET du matériau composite selon
l'invention peut être comprise entre 250 et 800 m2/g, notamment entre 250 et
600 m2/g ; par exemple dans le cas où le composé (C) est du charbon actif,
elle
peut être comprise entre 400 et 1300 m2/g, notamment entre 400 et 1000 m2/g.
La surface spécifique du matériau composite conforme à l'invention est
essentiellement fonction de la surface spécifique du composé (C), de sa teneur
en
composé (C) et de l'accessibilité à la surface du composé (C) au sein du
matériau
composite, que permet la porosité du polymère (P). De manière préférée, le
matériau composite selon l'invention conserve une grande partie (par exemple
au
moins 60 %) de la surface spécifique du composé (C), en particulier lorsque le
polymère (P) est l'acétate de cellulose, notamment dans le cas où le composé
(C)
est du charbon actif et/ou surtout de la silice (de préférence de la silice
précipitée).
Selon un mode de réalisation particulier, plus particulièrement lorsqu'il est
destiné à être utilisé dans un filtre à cigarettes, et par exemple, entre
autres, lorsque
le composé (C) est de la silice (de préférence de la silice précipitée) et/ou
du
charbon actif, le matériau composite conforme à l'invention présente une
taille
médiane de particules d'au moins 300 pm (et par exemple d'au plus 2000 pm),
notamment comprise entre 400 et 1000 pm, par exemple entre 500 et 1000 pm, une
surface spécifique BET supérieure à 300 m2/g (et par exemple d'au plus 1200
m2/g),
en particulier comprise entre 320 et 1000 m2/g, notamment entre 320 et 900
m2/g,
notamment entre 320 et 700 m2/g, par exemple entre 320 et 500 m2/g, voire
entre
CA 02663549 2013-05-27
9
340 et 430 m2/g, et une cohésion telle que son taux de particules de taille
inférieure
à 100 pm obtenu après une contrainte de pression d'air de 2 bars, d'après le
test
décrit ci-dessus, est égal à 0,0 % en volume. Dans ce mode de réalisation, le
polymère (P) est, de préférence, l'acétate de cellulose.
En général, le matériau composite selon l'invention présente une teneur en
polymère (P) comprise entre 10 et 95 %, de préférence entre 15 et 45 c/o, en
poids,
et une teneur en composé (C) comprise entre 5 et 90 /0, de préférence entre
55 et
85 /0, en poids.
Le matériau composite selon la présente invention peut se présenter
notamment sous forme d'extrudés, par exemple sous forme cylindrique, ou,
préférentiellement, sous forme de granulés, notamment sensiblement
sphéroïdaux.
Il peut contenir, en plus du polymère (P) et du composé (C), au moins un
arôme et/ou au moins un plastifiant.
L'invention a aussi pour objet un matériau composite, caractérisé en qu'il est
formé d'au moins un polymère (P) et d'au moins un composé (C), le polymère (P)
étant l'acétate de cellulose et le composé (C) étant choisi parmi la silice
précipitée
et un mélange de silice précipitée et de charbon actif, le matériau composite
possédant:
- une taille médiane de particules d'au moins 100 pm,
- un volume poreux (Vd1), constitué par les pores de diamètre compris entre
3,6 et 1000 nm, d'au moins 0,2 cm3/g; et
- une cohésion telle que son taux de particules de taille inférieure à 100
pm
obtenu après une contrainte de pression d'air de 2 bars est inférieur à 1,5 %
en
volume.
CA 02663549 2013-05-27
=
9a
L'invention a également pour objet un procédé de préparation d'un matériau
composite, en particulier du matériau composite selon l'invention, décrit dans
l'exposé qui précède, comprenant les étapes successives suivantes:
1) ajout d'au moins un composé (C), choisi parmi les oxydes minéraux, les
silico-
aluminates et le charbon actif, dans au moins une solution de polymère (P), de
préférence sous agitation,
2) mise en forme du mélange obtenu, de préférence par granulation ou par
extrusion,
3) introduction, dans un liquide non-solvant du polymère (P) et au moins en
partie
miscible avec le solvant utilisé dans la solution de polymère (P), du produit
mis en
forme, afin d'insolubiliser ledit polymère (P),
4) lavage(s) du produit obtenu pour éliminer, au moins en partie, le solvant
utilisé
dans la solution de polymère (P),
5) séchage.
Le polymère (P) mis en oeuvre est, de manière avantageuse, un polymère
poreux.
Le polymère (P) est en général choisi parmi les polymères suivants : la
cellulose et ses dérivés (en particulier l'acétate de cellulose), l'amidon et
ses
dérivés, les alginates et leurs dérivés, le polyéthylène, les guars et leurs
dérivés, les
alcools polyvinyliques et leurs dérivés.
Le polymère (P) peut être par exemple l'un des polymère ci-après : la
cellulose, l'acétate de cellulose, le sulfate de cellulose, l'éthylcellulose,
l'hydroxyéthylcellulose, la méthylcellulose,
l'hydroxyméthylcellulose, la
carboxyméthylcellulose, l'amidon, l'amidon carboxyméthylé, l'hydroxypropyle
d'amidon, la gomme arabique, l'agar-agar, l'acide alginique, l'alginate de
sodium,
l'alginate de potassium, l'alginate de calcium, la gomme adragante, la gomme
guar,
la gomme de caroube, les polyvinyl acétates (éventuellement hydrolysés), les
copolymères de polyvinyl acétates et d'esters vinyliques d'acides
carboxyliques
CA 02663549 2013-05-27
9b
aliphatiques, les alcools polyvinyliques, le polyéthylène, les copolymères
d'éthylène
et d'esters vinyliques d'acides carboxyliques saturés aliphatiques, le
polycyclopentadiène hydraté.
L'invention a aussi pour objet un procédé de préparation d'un matériau
composite, le matériau composite étant tel que défini ci-dessus, le procédé
comprenant les étapes successives suivantes :
1) ajout d'au moins un composé (C), choisi parmi la silice précipitée et un
mélange
de silice précipitée et de charbon actif, dans une solution comprenant un
solvant et
un de polymère (P), le polymère (P) étant l'acétate de cellulose,
2) mise en forme du mélange obtenu,
3) introduction, dans un liquide non-solvant du polymère (P) et au moins en
partie
miscible avec le solvant utilisé dans la solution de polymère (P), du produit
mis en
forme, afin d'insolubiliser ledit polymère (P),
4) lavage(s) du produit obtenu pour éliminer, au moins en partie, le solvant
utilisé
dans la solution de polymère (P), et
5) séchage.
CA 02663549 2009-03-11
WO 2008/031816
PCT/EP2007/059515
En particulier, le polymère (P) peut être la cellulose ou un de ses dérivés
(entre autres, l'acétate de cellulose ou le sulfate de cellulose), le
polyéthylène,
la gomme arabique, un alcool polyvinylique.
Plus particulièrement, le polymère (P) peut être un dérivé de la cellulose,
5 (par
exemple, l'acétate de cellulose, le sulfate de cellulose, l'éthylcellulose,
l'hydroxyéthylcellulose, la méthylcellulose, l'hydroxyméthylcellulose, la
carboxyméthylcellulose).
De manière très préférée, le polymère (P) est l'acétate de cellulose.
Le composé (C) mis en oeuvre est le plus souvent un adsorbant et/ou un
10 support de catalyseur.
Le composé (C) utilisé peut être un oxyde minéral, tel que, en particulier,
une silice, une alumine, un oxyde de zirconium, un oxyde de titane, un oxyde
de fer, un oxyde de cérium.
Le composé (C) peut être également un silico-aluminate.
Enfin, le composé (C) peut être du charbon actif (en particulier du
charbon actif de noix de coco).
Ainsi, le composé (C) est généralement choisi parmi les silices, les
alumines, les oxydes de zirconium, les oxydes de titane, les oxydes de fer,
les
oxydes de cérium, les silico-aluminates et le charbon actif.
Le composé (C) consiste par exemple en une silice amorphe de
synthèse.
Ce peut être une silice pyrogénée, une silice colloïdale, un gel de silice,
une silice précipitée ou un de leurs mélanges.
Selon une variante préférée de l'invention, le composé (C) est de la silice
précipitée. Celle-ci peut être préparée par réaction de précipitation d'un
silicate, tel qu'un silicate de métal alcalin (silicate de sodium par
exemple),
avec un agent acidifiant (acide sulfurique par exemple), avec obtention d'une
suspension de silice précipitée, puis, habituellement, séparation, en
particulier
par filtration (avec obtention d'un gâteau de filtration), de la silice
précipitée
obtenue et enfin séchage (généralement par atomisation) ; le mode de la
préparation de la silice précipitée peut être quelconque : notamment, addition
d'agent acidifiant sur un pied de cuve de silicate, addition simultanée totale
ou
partielle d'agent acidifiant et de silicate sur un pied de cuve d'eau et de
silicate.
CA 02663549 2009-03-11
WO 2008/031816 PCT/EP2007/059515
11
Selon une autre variante préférée de l'invention, le composé (C) est du
charbon actif.
Selon un mode de réalisation de l'invention, on utilise un mélange de
composés (C), en particulier un mélange de silice précipitée et de charbon
actif.
Le composé (C) employé dans l'étape 1) du procédé selon l'invention
présente avantageusement une surface spécifique relativement élevée. Il
possède généralement, en particulier dans le cas d'une silice précipitée et/ou
de
charbon actif, une surface spécifique BET d'au moins 100 m2/g, de préférence
d'au moins 200 m2/g, en particulier supérieure à 450 m2/g.
Le composé (C) présente habituellement une taille médiane de particules
d'au moins 0,5 lm, en particulier comprise entre 0,5 et 100 m.
Lorsque le composé (C) est de la silice précipitée, cette taille est de
préférence plus particulièrement comprise entre 0,5 et 50 lm, notamment entre
0,5 et 20 lm, par exemple entre 2 et 15 m.
Lorsque le composé (C) est du charbon actif (en particulier du charbon actif
de noix de coco), cette taille est de préférence plus particulièrement
comprise
entre 1 et 80 lm, notamment entre 2 et 70 m.
Le composé (C) utilisé dans l'étape 1) du procédé selon l'invention, en
particulier lorsqu'il s'agit de silice, notamment de silice précipitée,
possède de
préférence une prise d'huile DOP inférieure à 260 m1/100g, notamment
inférieure
à 240 m1/100g, par exemple inférieure à 225 m1/100g. Sa prise d'huile DOP peut
être inférieure à 210 m1/100g, voire à 205 m1/100g. Sa prise d'huile DOP peut
être d'au moins 80 m1/100g, notamment supérieure à 145 m1/100g, par exemple
supérieure à 180 m1/100g. La prise d'huile DOP est déterminée selon la norme
ISO 787/5 en mettant en oeuvre du dioctylphtalate (la mesure est effectuée sur
le
composé (C) tel quel).
Le composé (C) employé, en particulier lorsqu'il s'agit de silice, notamment
de silice précipitée, et/ou de charbon actif, posède généralement une surface
spécifique CTAB (surface externe déterminée selon la norme NF T 45007
(novembre 1987)) supérieure à 280 m2/g, notamment supérieure à 300 m2/g, en
particulier supérieure à 330 m2/g, par exemple supérieure à 350 m2/g ; elle
peut
être inférieure à 450 m2/g.
CA 02663549 2009-03-11
WO 2008/031816 PCT/EP2007/059515
12
On peut notamment mettre en oeuvre dans l'étape 1) du procédé selon la
présente invention une silice précipitée particulière présentant :
- une prise d'huile DOP inférieure à 260 m1/100g, notamment inférieure à
240 m1/100g, en particulier inférieure à 225 m1/100g
- un volume poreux (Vd25), formé par les pores de diamètre inférieur à
25 nm, supérieur à 0,8 ml/g, notamment supérieur à 0,9 ml/g, par exemple
d'au moins 0,95 ml/g (volume poreux déterminé par la méthode de Barett,
Joyner et Halenda, dite méthode BJH, décrite notamment, par F. Rouquerol,
L. Luciani, P. Llewwellyn, R. Denoyel et J. Rouquerol, dans Les Techniques
de l'Ingénieur , septembre 2001),
- une surface spécifique CTAB supérieure à 280 m2/g, notamment
supérieure à 300 m2/g, en particulier supérieure à 330 m2/g, par exemple
supérieure à 350 m2/g,
- de préférence, une surface spécifique BET supérieure à 450 m2/g, par
exemple supérieure à 510 m2/g.
Cette silice précipitée particulière peut présenter un diamètre de pores (do),
pour les pores de diamètre inférieur à 25 nm, pris au maximum de la
distribution
de taille de pores en volume, inférieur à 12,0 nm, en particulier inférieur à
8,0 nm
(méthode de Barett, Joyner et Halenda).
Elle peut être préparée par un procédé comprenant la réaction d'un
silicate avec un agent acidifiant ce par quoi l'on obtient une suspension de
silice précipitée, puis la séparation et le séchage (notamment par
atomisation)
de cette suspension, la réaction du silicate avec l'agent acidifiant étant
réalisée
selon les étapes successives suivantes :
(i) on forme un pied de cuve initial comportant une partie de la quantité
totale du silicate engagé dans la réaction, la concentration en silicate
(exprimée en Si02) dans ledit pied de cuve initial étant comprise entre 10 et
50 g/L, de préférence entre 12 et 48 g/L, en particulier entre 15 et 45 g/L,
et la
température dudit pied de cuve initial étant comprise entre 40 et 65 C,
(i') éventuellement, on ajoute audit pied de cuve de l'agent acidifiant,
pendant 5 à 30 minutes, jusqu'à l'obtention d'une valeur du pH du milieu
réactionnel comprise entre 3,5 et 8,5.
CA 02663549 2009-03-11
WO 2008/031816 PCT/EP2007/059515
13
(ii) on ajoute audit pied de cuve, de préférence de manière simultanée,
de l'agent acidifiant et la quantité restante du silicate, pendant 20 à
150 minutes, le rapport quantité de silicate ajoutée (exprimée en
Si02) / quantité de silicate présente dans le pied de cuve initial (exprimée
en
Si02) étant supérieur à 5 :
a) soit à des débits constants conduisant à l'issue de cette addition
simultanée à une valeur de pH du milieu réactionnel comprise entre 3,5 et 8,5,
b) soit à un débit d'agent acidifiant régulé de manière à maintenir le pH
du milieu réactionnel à une valeur constante et comprise entre 3,5 et 8,5,
(iii) on ajoute au milieu réactionnel, dans le cas où la valeur du pH du
milieu réactionnel à l'issue de l'étape (ii) est supérieure à 6,0, de l'agent
acidifiant, pendant 3 à 25 minutes, de manière à atteindre une valeur de pH du
milieu réactionnel comprise entre 3,5 et 6,0,
(iv) on maintient le milieu réactionnel, obtenu à l'issue de l'étape
précédente,
sous agitation pendant 5 à 60 minutes.
La surface des particules du composé (C) employé, en particulier lorsqu'il
s'agit d'une silice précipitée, peut être préalablement fonctionnalisée,
notamment
par greffage ou adsorption de molécules organiques, comprenant par exemple
au moins une fonction amino, phényle, alkyle, cyano, nitrile, alkoxy, hydroxy,
amide, thio et/ou halogène.
Dans l'étape 1) du procédé selon l'invention, on mélange le composé (C)
avec une solution du polymère (P), de préférence sous agitation et, en
particulier, de manière progressive, de manière à obtenir un mélange le plus
homogène possible. Cette étape revient à disperser le composé (C) (sous forme
solide) dans un milieu formé du polymère (P) en solution dans l'un de ses
solvants. On peut éventuellement employer ici un mélangeur de type
granulateur, par exemple de type Rotolab Zanchetta.
On peut utiliser à titre de solvant, par exemple, l'acide acétique (en
particulier lorsque le polymère (P) est l'acétate de cellulose), l'eau (en
particulier
dans le cas où le polymère (P) est le sulfate de cellulose, un alcool
polyvinylique,
la gomme arabique), une huile naphténique (en particulier dans le cas où le
polymère (P) est le polyéthylène).
CA 02663549 2009-03-11
WO 2008/031816 PCT/EP2007/059515
14
Lorsque le polymère (P) est l'acétate de cellulose, celui-ci est généralement
mis en solution dans un mélange acide acétique + eau, par exemple dans les
proportions massiques suivantes :
acétate de cellulose :10 à25 %
acide acétique : 65 à 80 %
eau :5 à 15%
Un ajout de solvant (par exemple d'acide acétique dans le cas où le
polymère (P) est l'acétate de cellulose) peut être effectué sur le mélange
formé à
l'issue de l'étape 1), ou dans la solution de polymère (P), notamment pour en
diminuer la viscosité.
Les proportions de polymère (P) et de composé (C) mis en oeuvre dans
l'étape 1) dépendent des proportions souhaitées dans le matériau composite
final, et sont, en général, telles que celui-ci présente une teneur en
polymère (P)
comprise entre 10 et 95%, de préférence entre 15 et 45%, en poids, et une
teneur en composé (C) comprise entre 5 et 90%, de préférence entre 55 et
85 /0, en poids.
L'étape 2) de mise en forme du mélange obtenu à l'issue de l'étape 1) peut
être effectuée par compactage (par exemple à l'aide d'une compacteuse
Alexanderwerk).
De préférence, l'étape 2) est plutôt effectuée par granulation ou par
extrusion.
La granulation peut se dérouler en continu ou en discontinu. Le produit
obtenu se présente sous forme de granulés.
Elle peut être réalisée dans un granulateur mécanique à rotor.
On peut employer un granulateur à rotor équipé de socs de charrue,
notamment un granulateur Lôdige, à taux de cisaillement modéré.
La granulation est de préférence réalisée dans un granulateur à taux de
cisaillement élevé.
On emploie de préférence un granulateur à rotor équipé de pales ou de
broches, en particulier un granulateur Rotolab Zanchetta, qui fonctionne
généralement en discontinu.
La granulation est habituellement effectuée sous agitation.
CA 02663549 2009-03-11
WO 2008/031816 PCT/EP2007/059515
Elle peut être réalisée à température ambiante (température du lieu de
l'installation).
En général, 25 à 75 % du volume du bol (cuve) du granulateur, en
particulier dans le cas d'un granulateur Rotolab Zanchetta, sont remplis
5 initialement par le mélange obtenu à l'issue de l'étape 1).
La vitesse du rotor du granulateur, en particulier dans le cas d'un
granulateur Rotolab Zanchetta, peut être comprise entre 200 et 1000 tours/min,
par exemple entre 400 et 600 tours/min.
L'extrusion peut être une extrusion haute pression (par exemple au moyen
10 d'un appareil type presse piston) ou une extrusion basse pression (par
exemple
au moyen d'un appareil type Fuji Paudal). Les extrudés obtenus se présentent
généralement sous forme cylindrique.
Le procédé selon l'invention peut comprendre, à l'issue de l'étape 2), une
éventuelle étape de calibration et/ou de broyage, afin d'éliminer les
éventuels
15 produits n'ayant pas la taille désirée. Ledit procédé peut
éventuellement
comprendre en outre une étape de sphéronisation, de manière à augmenter le
caractère sphéroïdal du produit.
Dans l'étape 3) du procédé selon l'invention, on insolubilise (précipite) le
polymère (P) en introduisant, dans un liquide qui ne soit pas un solvant dudit
polymère (P) et qui soit au moins en partie (de préférence totalement)
miscible
avec le solvant utilisé dans la solution de polymère (P) mise en oeuvre dans
l'étape 1), le produit issu de l'étape 2) de mise en forme. L'insolubilisation
du
polymère (P) le transforme en une matrice solide poreuse dans laquelle est
dispersé le composé (C).
On peut utiliser à titre de liquide non-solvant du polymère (P), par exemple,
l'eau (en particulier lorsque le polymère (P) est l'acétate de cellulose et le
solvant
employé l'acide acétique), une solution aqueuse (diluée) d'acide acétique (en
particulier lorsque le polymère (P) est l'acétate de cellulose et le solvant
employé
l'acide acétique), l'éthanol (en particulier dans le cas où le polymère (P)
est le
sulfate de cellulose et le solvant employé l'eau), un acide carboxylique (en
particulier dans le cas où le polymère (P) est un alcool polyvinylique et le
solvant
employé l'eau), un alcool (en particulier dans le cas où le polymère (P) est
la
gomme arabique et le solvant employé l'eau (chaude)), l'hexane (en particulier
CA 02663549 2009-03-11
WO 2008/031816 PCT/EP2007/059515
16
dans le cas où le polymère (P) est le polyéthylène et le solvant employé une
huile naphténique).
Le liquide non-solvant du polymère (P) est en général préalablement
chauffé. Notamment lorsque le polymère (P) est l'acétate de cellulose et ledit
liquide est l'eau, le produit issu de l'étape 2) peut être ainsi introduit
dans ledit
liquide se trouvant à une température comprise entre 30 et 90 C, en
particulier
entre 45 et 75 C, voire entre 50 et 70 C ; on peut ici introduire par
exemple
environ 70 à 130 grammes de produit issu de l'étape 2) par litre d'eau.
L'étape 3) est généralement réalisée sous agitation.
L'étape 4) du procédé conforme à l'invention consiste en un ou plusieurs
lavages du produit obtenu à l'issue de l'étape 3) (après l'avoir séparé du
liquide
utilisé dans l'étape 3)), afin d'éliminer, au moins en partie, de préférence
totalement, le solvant résiduel. Ce lavage peut être effectué avec de l'eau,
notamment dans le cas où le solvant utilisé pour le polymère (P) est l'acide
acétique.
Puis, après une éventuelle étape d'essorage (de préférence léger), le
procédé selon l'invention comporte une étape 5) de séchage, notamment afin
d'éliminer le liquide de lavage utilisé dans l'étape 4).
Notamment lorsque le liquide de lavage est de l'eau, et en particulier
lorsque le polymère (P) est l'acétate de cellulose, l'étape de séchage peut
être
effectuée à une température comprise entre 50 et 120 C, par exemple dans un
dispositif (notamment étuve ou lit fluide) ventilé, en général pendant 2 à 60
heures, en particulier entre 5 et 30 heures.
Le procédé selon l'invention peut comprendre, après l'étape de séchage,
une éventuelle étape de broyage et/ou de tamisage (séparation), afin
d'éliminer
les éventuels produits n'ayant pas la taille désirée, notamment selon les
applications visées. Le matériau composite obtenu peut présenter, par exemple
lorsqu'il est destiné à être utilisé dans un filtre à cigarette, des tailles
de
particules comprises entre 100 et 2000 lm, notamment entre 200 et 1500 lim,
en particulier entre 200 et 800 gm, voire entre 400 et 800 m.
Le procécé selon l'invention permet, de manière avantageuse, de préparer
un matériau composite ayant une capacité de filtration au moins aussi élevée,
en
général plus élevée, que celle du composé (C) utilisé, en particulier lorsque
le
CA 02663549 2009-03-11
WO 2008/031816 PCT/EP2007/059515
17
composé (C) est du charbon actif et/ou surtout de la silice (de préférence de
la
silice précipitée). Et cela peut être d'autant plus le cas lorsque le polymère
(P)
employé est l'acétate de cellulose.
De même, de manière préférée, le procédé selon l'invention permet
d'obtenir un matériau composite qui conserve une grande partie (par exemple au
moins 60 %) de la surface spécifique du composé (C) utilisé, en particulier
lorsque le polymère (P) est l'acétate de cellulose, notamment dans le cas où
le
composé (C) est du charbon actif et/ou surtout de la silice (de préférence de
la
silice précipitée).
Le matériau composite selon l'invention ou (susceptible d'être) obtenu par
le procédé de l'invention peut être employé notamment comme support de
liquide.
A titre de liquide, on peut notamment citer les liquides organiques tels que
les acides organiques, les agents tensio-actifs, les additifs organiques pour
caoutchouc/polymères, les pesticides.
On peut employer à titre de liquide des agents conservateurs (acide
phosphorique, acide propionique notamment), des arômes, des colorants, des
compléments liquides d'alimentation, notamment animale (en particulier,
vitamines (vitamine E par exemple), chlorure de choline).
Le matériau composite selon l'invention ou (susceptible d'être) obtenu par
le procédé de l'invention peut être employé comme support de catalyseur.
Il peut être utilisé également comme additif, en particulier pour matériaux
massifs ou en couches minces. Il peut être employé comme additif pour papier,
peinture, ou pour la préparation de séparateurs de batterie.
Le matériau composite selon l'invention ou (susceptible d'être) obtenu par
le procédé de l'invention peut être utilisé pour la filtration liquide (par
exemple
pour la filtration de la bière) ou pour la filtration gazeuse, notamment en
chromatographie.
Ainsi, il trouve une application particulièrement intéressante dans les
filtres
à cigarettes. Il peut être par exemple introduit dans un filtre à cavité ou
dispersé
au sein du réseau de fibres constituant un des segments du filtre. Il présente
de
manière avantageuse une bonne capacité d'absorption des composants volatils
et semi-volatils de la fumée de cigarette. Sa capacité de filtration est, de
manière
CA 02663549 2009-03-11
WO 2008/031816 PCT/EP2007/059515
18
préférée, proche de, voire supérieure à, celle du composé (C) seul. Ses
caractéristiques permettent une augmentation raisonnable de la perte de charge
dans le filtre et un entraînement de fines particules dans la fumée plus
faible que
dans le cas des additifs traditionnels, comme le charbon actif et la silice,
lorsque
la cigarette est fumée.
La présente invention a enfin pour objet un filtre à cigarette contenant au
moins un matériau composite selon l'invention ou (susceptible d'être) obtenu
par
le procédé de l'invention ; ledit matériau composite peut comprendre au moins
deux composés (C) différents, par exemple de la silice précipitée et du
charbon
actif.
Ainsi, un matériau composite contenant plusieurs composés (C) de natures
différentes peut avantageusement être introduit dans un même filtre, avec des
technologies classiques, comme s'il s'agissait d'un seul additif. L'invention
peut
permettre donc en outre d'apporter un avantage en termes de coût et de
diversité de filtres.
Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la
portée.
EXEMPLES 1-5
Dans les exemples 1 à 3, on utilise comme matière première, à titre de
composé (C), une silice précipitée, sous forme de poudre, ayant les
caractéristiques suivantes :
- surface spécifique BET
550 m2/g
- prise d'huile (DOP) 200 m1/100g
- taille médiane de
particules 23 lm
- humidité (norme ISO 787/2,
105 C, 2h) 7 %
Dans l'exemple 4, on utilise comme matière première, à titre de composé
(C), du charbon actif de noix de coco, sous forme de poudre, commercialisé par
la société Pica (contenant 0,5 % d'eau, ayant une taille médiane de particules
inférieure à 80 lm et une surface spécifique BET de 821 m2/g.
Dans les exemples 1 à 4, on utilise comme matière première, à titre de
polymère (P), de l'acétate de cellulose, en solution dans de l'acide acétique.
Plus
CA 02663549 2009-03-11
WO 2008/031816 PCT/EP2007/059515
19
précisément, la solution d'acétate de cellulose employée contient 18 %
d'acétate
de cellulose, 11 % d'eau et 71 % d'acide acétique.
EXEMPLE 1
On prépare d'abord un mélange par addition de 139 grammes de silice
précipitée dans 300 grammes de solution d'acétate de cellulose.
Pour cela, on ajoute progressivement la silice précipitée à la solution
d'acétate de cellulose, cette incorporation étant effectuée sous agitation
(moteur
d'agitation équipé d'une pale cadre), de manière à obtenir un mélange
homogène.
Puis le mélange obtenu est introduit dans le bol d'un granulateur Rotolab
Zanchetta et une granulation est réalisée dans les conditions suivantes :
- température : température ambiante
- vitesse du rotor du granulateur : 500 tours/min
- durée de granulation : 25 minutes
Les granulés obtenus à l'issue de la granulation sont ensuite versés dans
de l'eau préchauffée à 60 C, dans laquelle ils séjournent pendant 15 minutes,
l'eau étant soumise à une agitation.
Après les avoir retirés de l'eau, les granulés sont lavés 5 fois avec de l'eau
froide (durée de chaque lavage : 15 minutes), pour éliminer l'acide acétique
résiduel.
Après essorage, les granulés sont séchés dans une étuve ventilée,
pendant 12 heures, à une température de 95 C.
Les caractéristiques du matériau composite ainsi obtenu (référencé MC1)
sont répertoriées dans le tableau 1.
EXEMPLE 2
On prépare d'abord un mélange par addition de 139 grammes de silice
précipitée dans 300 grammes de solution d'acétate de cellulose.
Pour cela, on ajoute progressivement la silice précipitée à la solution
d'acétate de cellulose, cette incorporation étant effectuée sous agitation
(moteur
CA 02663549 2009-03-11
WO 2008/031816 PCT/EP2007/059515
d'agitation équipé d'une pale cadre), de manière à obtenir un mélange
homogène ; le produit obtenu est placé dans le bol d'un granulateur Rotolab
Zanchetta, dans lequel il est soumis à une agitation (vitesse du rotor :
500 tours/min), à température ambiante, pendant 5 minutes.
5 Puis le mélange obtenu est introduit dans le tamis cylindrique d'une
extrudeuse Fuji Paudal, tamis percé d'orifices d'un diamètre de 500 m, et une
extrusion est réalisée par la rotation du rotor qui pousse le mélange au
travers
du tamis, générant ainsi des extrudés cylindriques de 500 m de diamètre.
L'application d'un flux d'air permet de limiter le collage entre plusieurs
extrudés
10 cylindriques.
Les extrudés obtenus sont ensuite versés dans de l'eau préchauffée à
60 C, dans laquelle ils séjournent pendant 15 minutes, l'eau étant soumise à
une agitation.
Après les avoir retirés de l'eau, les extrudés sont lavés 5 fois avec de l'eau
15 froide (durée de chaque lavage : 15 minutes), pour éliminer l'acide
acétique
résiduel.
Après un essorage léger, les extrudés sont séchés dans une étuve
ventilée, pendant 12 heures, à une température de 95 C.
Les caractéristiques du matériau composite ainsi obtenu (référencé MC2)
20 sont répertoriées dans le tableau 1.
EXEMPLE 3
On prépare d'abord un mélange par addition de 13,9 grammes de silice
précipitée dans 30,0 grammes de solution d'acétate de cellulose.
Pour cela, on ajoute progressivement la silice précipitée à la solution
d'acétate de cellulose, cette incorporation étant effectuée sous agitation
(moteur
d'agitation équipé d'une pale cadre), de manière à obtenir un mélange
homogène.
Puis le mélange obtenu est introduit dans corps du piston d'une extrudeuse
presse piston et une extrusion est réalisée par passage du mélange au travers
d'une pastille percée d'orifices d'un diamètre de 800 m, générant ainsi des
extrudés cylindriques de 800 m de diamètre.
CA 02663549 2009-03-11
WO 2008/031816 PCT/EP2007/059515
21
Les extrudés obtenus sont ensuite versés dans de l'eau préchauffée à
60 C, dans laquelle ils séjournent pendant 15 minutes, l'eau étant soumise à
une agitation.
Après les avoir retirés de l'eau, les extrudés sont lavés 5 fois avec de l'eau
froide (durée de chaque lavage : 15 minutes), pour éliminer l'acide acétique
résiduel.
Après un essorage léger, les extrudés sont séchés dans une étuve
ventilée, pendant 12 heures, à une température de 95 C.
Les caractéristiques du matériau composite ainsi obtenu (référencé MC3)
sont répertoriées dans le tableau 1.
EXEMPLE 4
On prépare d'abord un mélange par addition de 109,7 grammes de
charbon actif dans 200 grammes de solution d'acétate de cellulose.
Pour cela, on ajoute progressivement le charbon actif à la solution
d'acétate de cellulose, cette incorporation étant effectuée sous agitation
(moteur
d'agitation équipé d'une pale cadre), de manière à obtenir un mélange
homogène.
Puis le mélange obtenu est introduit dans corps du piston d'une extrudeuse
presse piston et une extrusion est réalisée par passage du mélange au travers
d'une pastille percée d'orifices d'un diamètre de 1000 m, générant ainsi des
extrudés cylindriques de 1000 m de diamètre.
Les extrudés obtenus sont ensuite versés dans de l'eau préchauffée à
60 C, dans laquelle ils séjournent pendant 15 minutes, l'eau étant soumise à
une agitation.
Après les avoir retirés de l'eau, les extrudés sont lavés 5 fois avec de l'eau
froide (durée de chaque lavage : 15 minutes), pour éliminer l'acide acétique
résiduel.
Après un essorage léger, les extrudés sont séchés dans une étuve
ventilée, pendant 12 heures, à une température de 95 C.
Les caractéristiques du matériau composite ainsi obtenu (référencé MC4)
sont répertoriées dans le tableau 1.
CA 02663549 2009-03-11
WO 2008/031816
PCT/EP2007/059515
22
Tableau 1
MC1 MC2 MC3 MC4
Taille médiane de particules ( m) 700 715 860 790
Vd1 (cm3/g) 0,78 0,55 0,77 0,46
Cohésion
0,0 0/0 0,0 0/0 0,0
0/0 0,0 0/0
(taux de particules < 100 lm (2 bars))*
Diamètre moyen de pores (nm) 14,0 11,7 12,4 36,5
Surface BET (m2/g) 360 380 360 517
Teneur en silice (%) 70 70 70 -
Teneur en charbon actif (%) - - - 75
Teneur en acétate de cellulose (%) 30 30 30 25
* mesuré par le test de cohésion mentionné dans la description ( /0 en volume)
On peut constater notamment que les matériaux composites selon
l'invention (MC1, MC2, MC3, MC4), pour chacun desquels le taux de
particules de diamètre inférieur à 100 lm obtenu après une contrainte de
pression d'air de 2 bars (mesuré par le test de cohésion mentionné plus haut
dans la description) est égal à 0,0 /0, ont une cohésion plus élevée que la
silice seule (pour laquelle ce taux est de 10%) et que le charbon actif seul
(pour lequel ce taux est de 2,0 %).
EXEMPLE 5
Afin d'évaluer leurs propriétés d'adsorption de composés volatils et semi-
volatils dans un flux de fumée de cigarette, les matériaux composites obtenus
dans les exemples 1 et 3 sont mis en oeuvre, après un tamisage entre 400 et
800 lm, dans des échantillons de cigarettes constitués de la partie tabac des
échantillons normalisés CORESTA MONITOR n 4 à laquelle est associé un
filtre à cavité monté manuellement.
Ce filtre est constitué d'un segment de 8 mm de longueur en acétate de
cellulose, d'une cavité complètement remplie (sans volume mort) de l'additif à
tester et d'un autre segment de 8 mm de longueur en acétate de cellulose
L'additif à tester est constitué soit par un des matériaux composites de
CA 02663549 2009-03-11
WO 2008/031816
PCT/EP2007/059515
23
l'exemple 1 et 3, soit de la silice seule ou du charbon actif seul
(correspondant
à ceux utilisés comme matière première dans les exemples ci-dessus) à titre
de référence ; dans ces deux derniers cas, la quantité de silice ou de charbon
utilisée dans le filtre est égale à la quantité de silice présente dans le
filtre
contenant le matériau composite de l'exemple 1 ou 3. La longueur de la cavité
contenant l'additif est d'environ 9 mm.
Après montage manuel du filtre, chaque cigarette échantillon est
conditionnée pendant 90 heures, à 60 % d'humidité relative, à une
température de 22 C, puis fumée sur une machine à fumer rotative à 20
positions Borgwaldt (RM2OH).
La fumée sortie du filtre passe sur un filtre Cambridge ne laissant
passer que la phase vapeur, celle-ci étant ensuite recueillie par des pièges
froids remplis de méthanol.
Les composés volatils et semi-volatils alors récupérés sont analysés par
chromatographie en phase gaz couplée à une spectrométrie de masse
(GC/MS).
Les taux de réduction des espèces volatiles et semi-volatiles indiqués
dans le tableau 2 ci-dessous sont déterminés par rapport à ceux obtenus avec
des cigarettes du même type, mais pour lesquelles une cavité d'une longueur
de 9 mm est laissée vide entre les deux segments d'acétate de cellulose.
Tableau 2
MC1 MC3 Silice
Charbon actif
teneur en silice (%) 70 70 100 -
teneur en charbon actif (%) - - - 100
quantité utilisée (mg) 107 107 75 75
Taux de réduction (%)
pyridine 81 81 75 55
crotonaldéhyde 47 48 34 71
acroléine 55 63 52 69
acétone 72 70 64 68
méthyl-éthyl-cétone 84 87 79 71
acétonitrile 65 63 52 61
CA 02663549 2009-03-11
WO 2008/031816
PCT/EP2007/059515
24
On peut constater que les matériaux composites MC1 et MC3 présentent
des propriétés d'adsorption très satisfaisantes. Ils permettent ainsi
d'obtenir
des taux de réduction des espèces volatiles et semi-volatiles supérieurs à
ceux
obtenus avec la silice seule et globalement au moins équivalents voire même
supérieurs à ceux obtenus avec le charbon actif seul, tout en présentant une
meilleure cohésion.
