Порожнисті/пористі волокна та їх застосування

Реферат: За одним з варіантів здійснення винаходу пропонується полімерна суміш полівінілацетату (PVAc) та поліакрилової кислоти (РАА), у якій кількість полівінілацетату становить від приблизно 20 % (мас.) до приблизно 80 % (мас), а кількість поліакрилової кислоти становить від приблизно 80 % (мас.) до приблизно 20 % (мас.) від загальної маси суміші. За іншим варіантом здійснення винаходу пропонується волокно, вироблене з цієї полімерної суміші, яке включає в себе комірки. За іншим варіантом здійснення винаходу пропонується матеріал, який виділяє ароматизатор, та який являє собою пористе волокно, яке розкрите в цьому описі, та один або декілька ароматизаторів, що знаходяться у повздовжньому осередкові волокна. За іншим варіантом здійснення винаходу пропонується мембрана на основі полімерного волокна, яка включає в себе порожнисте пористе волокно, сформоване з полімерної суміші, яка розкрита в цьому описі. За іншим варіантом здійснення пропонується фільтр, що включає в себе волокно, яке розкрите в цьому описі. За іншим варіантом здійснення пропонується спосіб продукування волокна, розкритого в цьому описі, шляхом додання полімерів до екструдера або змішувача, та екструдування або формування з розплаву волокна, яке включає в себе комірки. UA 101822 C2 (12) UA 101822 C2 UA 101822 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Короткий виклад суті винаходу Порожнисті та/або пористі волокна і пористі мембрани можуть мати найрізноманітніше застосування, наприклад, для фільтрації, регульованого виділення, ультрафільтрації через напівпроникні мембрани, у аналітичних дослідженнях, харчовій промисловості і фармацевтичній промисловості, природоохоронних технологічних процесах і медичній промисловості. Однак виробництво цих волокон є складним та високозатратним. Залишається потреба у порожнистому та/або пористому полімерному волокні та у полімерних композиціях і способах їх виготовлення, що дозволяли б регулювати діаметр та міцність волокна та уможливлювали б їх просте та економічне виготовлення. За одним з варіантів здійснення винаходу пропонується полімерна суміш полівінілацетату (PVAc) та поліакрилової кислоти (PAA), у якій кількість полівінілацетату становить від приблизно 20 % (мас.) до приблизно 80 % (мас.) і кількість поліакрилової кислоти становить від приблизно 80 % (мас.) до приблизно 20 % (мас.) від загальної маси суміші. За іншим варіантом здійснення винаходу пропонується волокно, виготовлене з полімерної суміші гідрофільного полімеру та гідрофобного полімеру, таких як PVAc та PAA, причому волокно сформоване з розплаву і в ньому є комірки, принаймні деякі з яких утворюють у волокні взаємозв'язану мережу. За одним конкретним варіантом здійснення винаходу волокно є порожнистим. За іншим конкретним варіантом здійснення винаходу, якому віддають перевагу, принаймні деякі з взаємозв'язаних мереж сполучають внутрішню та зовнішню частини волокна. За іншим конкретним варіантом здійснення винаходу, якому віддають перевагу, принаймні деякі з взаємозв'язаних мереж комірок сполучають порожнистий осередок волокна та його зовнішньою частиною. За іще одним варіантом здійснення винаходу пропонується вивільнюючий ароматизатор матеріал, до складу якого входить розкрите у цьому описі пористе волокно та один або декілька ароматизаторів, уміщених у повздовжньому осередку усередині волокна. За іще одним варіантом здійснення винаходу пропонується мембрана на основі полімерного волокна, яка містить розкрите у цьому описі виготовлене з полімерної суміші порожнисте пористе волокно. За іншим варіантом здійснення винаходу пропонується фільтр, який містить розкрите в цьому описі волокно. За іще одним варіантом здійснення пропонується курильний виріб, наприклад, сигарета, до складу якої входять пруток курильного матеріалу, такого як тютюн або замінник тютюну, та фільтр, який містить волокна, розкриті в цьому описі. За іншим варіантом здійснення пропонується спосіб виготовлення розкритого в цьому описі волокна, відповідно до якого відповідні полімери вводять у компаундер, екструдер або змішувач та перетворюють суміш у волокно з комірками шляхом екструдування або формування з розплаву. Формування згаданого волокна може здійснюватись безпосередньо з екструдера, змішувача або компаундера. За одним конкретним варіантом здійснення, волокно, фільтри та спосіб виготовлення волокна залучають полімерну суміш полівінілацетату (PVAc) та поліакрилової кислоти (PAA), в якій кількість полівінілацетату становить від приблизно 20 % (мас.) до приблизно 80 % (мас.) і кількість поліакрилової кислоти становить від приблизно 80 % (мас.) до приблизно 20 % (мас.) від загальної маси суміші. Варіанти здійснення винаходу, яким віддають перевагу, включають суміш із 20 % (мас.) PVAc та 80 % (мас.) PAA, суміш із 40 % (мас.) PVAc та 60 % (мас.) PAA, суміш із 50 % (мас.) PVAc та 50 % (мас.) PAA, суміш із 80 % (мас.) PVAc та 20 % (мас.) PAA, суміш із 60 % (мас.) PVAc та 40 % (мас.) PAA та суміш із 80 % (мас.) PVAc і 20 % (мас.) PAA. Варіанти здійснення винаходу, опис яких наведено в цьому документі, використовують полімерну суміш, з якої може формуватись порожнисте та/або пористе волокно із застосуванням простих способів формування волокна, які виключають необхідність застосування полімеризації емульсії, необхідність теплової обробки після формування, необхідність у розчинниках, необхідність введення пороутворювачів, таких як CO2, або коміркотвірних матеріалів, які екстрагуються розчинниками, до розплаву для формування волокна, та необхідність розтягування волокна після формування. За варіантами здійснення винаходу, які наведені в цьому описі, одержують волокно, яке є пластичним та придатним для включення до складу фільтрувальних матеріалів, таких як сигаретні фільтри, або до складу твердофазних мікроекстракційних матеріалів, придатних для застосування у дослідженнях, або для застосування в процесах мембранного розділення. Очікується, що порожниста/пориста структура волокна підвищить ефективність фільтрів, які виробляються з нього, а також допоможе підвищити їх здатність до розкладання після викидання. Очікується також, що пориста структура волокна у деяких варіантах здійснення 1 UA 101822 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 винаходу надасть можливість застосування такого волокна як системи для доставки ароматизатора або як сорбента заздалегідь визначених складових, наприклад, у курильному виробі. Короткий опис фігур Фігури 1A, 1B, 1C, 1D та 1E представляють собою зображення порожнистого волокна, до складу якого входить 20 % (мас.) PVAc та 80 % (мас.) PAA, які одержали за допомогою растрового електронного мікроскопу, що працює у природному середовищі (ESEM). Фігури 2A, 2B та 2C представляють собою зображення зануреного у воду волокна за одним з варіантів здійснення винаходу, до складу якого входить 40 % (мас.) PVAc та 60 % (мас.) PAA, які одержали за допомогою оптичного мікроскопу при проходженні поляризованого світла. Фігура 2D представляє собою зображення незануреного у воду волокна за одним з варіантів здійснення винаходу, що описані в цьому документі, до складу якого входить 50 % (мас.) PVAc та 50 % (мас.) PAA, яке одержали за допомогою оптичного мікроскопу при проходженні поляризованого світла. Фігура 2E представляє собою зображення кінця зануреного у воду волокна, до складу якого входить 40 % (мас.) PVAc, яке одержали за допомогою оптичного мікроскопу у відбитому світлі. Фігура 3 представляє собою зображення поперечного перерізу (перпендикулярно до осі) волокна товщиною 5 мкм за одним з варіантів здійснення винаходу, до складу якого входить 40 % (мас.) PVAc та 60 % (мас.) PAA, яке одержали за допомогою оптичного мікроскопу при проходженні поляризованого світла. Фігура 4 представляє собою зображення поперечного перерізу (перпендикулярно до осі) волокна товщиною 5 мкм за одним з варіантів здійснення винаходу, до складу якого входить 50 % (мас.) PVAc та 50 % (мас.) PAA, яке одержали за допомогою оптичного мікроскопу при проходженні поляризованого світла. Фігура 5 представляє собою зображення поперечного перерізу (перпендикулярно до осі) волокна товщиною 5 мкм за одним з варіантів здійснення винаходу, до складу якого входить 60 % (мас.) PVAc та 40 % (мас.) PAA, яке одержали за допомогою оптичного мікроскопу при проходженні поляризованого світла. Фігура 6 представляє собою зображення повздовжнього перерізу (паралельно осі) волокна за одним з варіантів здійснення винаходу, до складу якого входить 60 % (мас.) PVAc та 40 % (мас.) PAA, яке одержали за допомогою оптичного мікроскопу при проходженні поляризованого світла. Докладний опис Термін "полімерна суміш", що застосовують у цьому описі, означає розплавлену або тверду суміш двох або більше різних полімерів, які або змішалися (одне в одному), або ні. Термін "полівінілацетат" тут означає гомополімер, одержаний з вінілацетатного мономеру або співполімеру, одержаного з суміші мономерів, яка містить вінілацетатний мономер як основний компонент та другий мономер, мольна кількість якого менша за кількість вінілацетатного мономеру. Оскільки гідроліз ацетатних складових у вінілацетатному мономері та полівінілацетаті є рівноважною реакцією, імовірно, що не усі гідроксильні складовіу цих сполуках будуть етерифіковані. Відповідно, згаданий термін "полівінілацетат" не виключає полімерів, де рівноважна реакція гідролізу відбулась в умовах навколишнього середовища. Термін "поліакрилова кислота" тут означає гомополімер, одержаний з мономеру акрилової кислоти або співполімеру, одержаного з суміші мономерів, яка містить акрилову кислоту як основним компонент та другий мономер, мольна кількість якого менша за кількість мономеру акрилової кислоти. Термін "комірки" тут означає як ділянку, замкнену в полімерній суміші ("закрита" комірка), так і ділянку, неповністю (частково) замкнену в полімерній суміші ("відкрита" комірка). Відкрита комірка може сполучатися з іншою коміркою або з поверхнею полімерної суміші. Комірку, що сполучається з поверхнею полімерної суміші, тут називають "порою". Дві або більше відкритих комірок, сполучені одна з другою, називаються "взаємозв'язані". Можна вважати, що такі взаємозв'язані комірки утворюють мережу взаємозв'язаних комірок. Термін "осередок" тут означає центральну повздовжню ділянку, замкнену стінкою з полімерної суміші, але яка сама по собі є загалом вільною від полімерної суміші. Терміни "порожнина" або "порожнистий осередок" означають осередок, заповнений повітрям або інертним газом. Осередки, що не є порожнистими, можуть уміщувати один або декілька додаткових матеріалів, таких як тверді, рідкі або газоподібні ароматизуючі композиції. У полімерній суміші, яка оточує осередок, можуть бути комірки або пори, і, якщо такі комірки або пори наявні, то вони можуть сполучатися з порожнистим осередком. 2 UA 101822 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Терміни "головка екструдера" або "фільєра" тут означають технологічне обладнання, що має один або декілька отворів, придатних для екструзії або формування полімеру або полімерної суміші з одержанням волокна. Головка екструдера або фільєра, яка має отвір у формі кільця, є головкою екструдера "з кільцеподібним соплом" або "кільцевою" фільєрою. Термін "після формування" тут означає процес, що відбувається після того, як волокно вийшло з отвору головки екструдера або фільєри. Словосполучення "теплова обробка після формування" означає нагрівання або відпалювання екструдованого або сформованого волокна з метою зміни однієї або декількох його властивостей після того, як волокно вийшло з отвору головки екструдера або фільєри, зокрема, з метою модифікування його пористості або коміркуватої структури чи модифікування його міцності. Словосполучення "витягування після формування" означає докладання до волокна напруження або зусилля з метою зміни однієї або декількох його властивостей після того, як волокно вийшло з отвору головки екструдера або фільєри, зокрема, з метою модифікування його пористості або коміркуватої структури чи модифікування його міцності. Словосполучення "гідроліз після формування" означає обробку волокон таким чином, щоб зруйнувати з'вязки, які гідролізуються, з метою зміни складу або властивостей волокна після того, як волокно вийшло з отвору головки екструдера або фільєри. Словосполучення "видалення після формування складових, що екстрагуються або гідролізуються" означає видалення матеріалу з волокна шляхом екстрагування розчинниками або гідролізом, яке здійснюють з метою зміни складу або властивостей волокна після того, як волокно вийшло з отвору головки екструдера або фільєри. Термін "коміркоутворювальні матеріали" тут означає матеріали, які додають до полімерної суміші для утворення у ній комірок або пор. Прикладами є пороутворювачі, які розширюються або випаровуються у процесі змішування, екструдування або формування, з утворенням комірок у готовому матеріалі, а також матеріали (які є розчинними або екстрагуються одним або декількома розчинниками), після видалення яких обробкою розчинником з екструдованого або сформованого матеріалу у згаданому матеріалі залишаються порожнини, які утворюють комірки або пори у згаданому матеріалі. Термін "мембрана на основі полімерного волокна" тут означає волокно, яке має центральний порожнистий осередок, орієнтований загалом у повздовжньому напрямку у полімерному матеріалі, в якому є одна або декілька пор і який має кільцеподібний перетин. Такі пори уможливлюють сполучення внутрішньої частини волокна (тобто осередка) із зовнішньою поверхнею волокна - стосовно речовин, для яких дана мембрана на основі полімерного волокна є проникною. Як приклад, мембрана на основі полімерного волокна, яка є проникною для білка крові, уможливить переміщення білка крові між осередком волокна та зовнішньою поверхнею волокна під впливом градієнту концентрації, що забезпечить відокремлення згаданого білка з рідини, у якій він має вищу концентрацію. Термін "додатковий матеріал" тут означає будь-який матеріал, окрім полімерної суміші, повітря та інертного газу, уведений до осередка волокна. Взагалі, до числа додаткових матеріалів можуть належати ті матеріали, які необхідно доставити у регульований спосіб з осередка волокна до зовнішньої поверхні волокна, або до яких необхідно доставити визначені складові із зовнішньої поверхні волокна. До прийнятних додаткових матеріалів належать ароматизатори, секвестранти або сорбенти. До числа ароматизаторів належать композиції, що надають запах або аромат рідині, парі або газу, що їх містять. До числа ароматизаторів, прийнятних для застосування у волокнах, розкритих в цьому описі, належать (але ними не обмежуються) ментол, м'ята перцева, м'ята кучерява, вінтергрен, кориця, шоколад, ванілін, лакричник, гвоздика, аніс, сандалове дерево, герань, трояндова олія, ваніль, лимонна олія, касія, фенхель, імбир, етилацетат, ізоамілацетат, пропілізобутират, ізобутилбутират, етилбутират, етилвалерат, бензилформіат, лімонен, цимен, пінен, ліналоол, гераніол, цитронелол, цитраль, олія м'яти перцевої, апельсинова олія, коріандрова олія, борнеол, фруктовий екстракт, тютюновий ароматизатор або екстракт, та їх комбінації. Ароматизатором, якому віддають особливу перевагу, є ментол. До числа прийнятних сорбентів належить будь-який матеріал, що є здатним адсорбувати або абсорбувати певні складові, з якими контактує згаданий сорбент, і включає як абсорбенти, так і адсорбенти, такі як вугілля, наприклад, активоване вугілля, графіт та деревне вугілля, оксиди алюмінію, у тому числі активовані оксиди алюмінію, цирконій, оксиди титану, молекулярні сита, силікагелі, цеоліти, полімерні смоли, та їх комбінації. За одним з варіантів здійснення винаходу пропонується полімерна суміш, що містить полівінілацетат та поліакрилову кислоту. Взагалі, кількість полівінілацетату становить від приблизно 20 % (мас.) до приблизно 80 % (мас.), а кількість поліакрилової кислоти становить від приблизно 80 % (мас.) до приблизно 20 % (мас.) від загальної маси суміші. У разі наявності 3 UA 101822 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 полівінілацетату у кількості, що перевищує приблизно 80 % (мас.), та у разі наявності поліакрилової кислоти у кількості, що перевищує приблизно 80 % (мас.), виникають труднощі з одержанням матеріалу, який має достатню пластичність або є придатним для одержання волокна формуванням з розплаву, хоча все ще одержується коміркувата структура. За варіантом здійснення винаходу, якому віддають більшу перевагу, вищезгадані діапазони визначають кількість гомополімерів полівінілацетату та поліакрилової кислоти. Було встановлено, що ця суміш полімерів може забезпечити одержання порожнистого або пористого волокна, яке, неочікувано і, на відміну від волокна, яке розкривається у патенті США № 5,922,201 на ім'я Yamamori et al., або волокна, яке розкривається у публікації заявки на патент США № 2004/0226443 на ім'я Gillingham et al., має комірки у стінці полімерного волокна. Ще більш несподіваним виявилося те, що ці комірки можна одержати простими способами формування з розплаву, без необхідності додання пороутворювального матеріалу, який повинен екстрагуватись пізніше, і без необхідності формування з розчину, на відміну від описаного в роботі Paul, "Polymer Hollow Fiber Membranes for Removal of Toxic Substances from Blood, " Prog. Polym. Sci., 14, 597-627 (1989). Більш пластичну та стабільнішу суміш, з якої легше формувати волокно, можна одержати у разі, коли концентрація полівінілацетату знаходиться у межах від приблизно 30 % (мас.) до приблизно 70 % (мас.), конкретніше, від приблизно 40 % (мас.) до приблизно 60 % (мас.), і, ще конкретніше, становить приблизно 50 % (мас.) від загальної маси суміші. Подібним же чином, пластичні, міцні суміші, з яких легко формувати волокно з коміркуватою структурою, можна одержати у разі, коли концентрація поліакрилової кислоти знаходиться у межах від приблизно 30 % (мас.) до приблизно 70 % (мас.), конкретніше, від приблизно 40 % (мас.) до приблизно 60 % (мас.), і, ще конкретніше, становить приблизно 50 % (мас.) від загальної маси суміші. За одним конкретним варіантом здійснення винаходу полімерна суміш складається по суті з полівінілацетатного гомополімеру та гомополімеру поліакрилової кислоти, кількості кожного з яких наведено вище. За іншим варіантом здійснення винаходу пропонується волокно, що містить полімерну суміш гідрофобного полімеру та гідрофільного полімеру, за конкретним варіантом здійснення винаходу, суміш полівінілацетату та поліакрилової кислоти, причому згадане волокно має комірки. Згадані комірки можуть утворювати у волокні мережу взаємозв'язаних комірок і, за варіантом здійснення винаходу, якому віддають перевагу, ця мережа взаємозв'язаних комірок може забезпечувати сполучення із зовнішньою поверхнею волокна. За більш конкретним варіантом здійснення винаходу волокно може мати стінку з кільцеподібним перетином, яка має одну або декілька комірок, та осередок, що проходить у повздовжньому напрямку у межах цієї стінки. Діаметр згаданого осередка може, як правило, становити від приблизно 5 мкм до приблизно 15 мкм. За варіантом здійснення винаходу, якому віддають перевагу, комірки у стінці, яка має кільцеподібний перетин, забезпечують сполучення зовнішньої поверхні волокна з осередком. Стінка, яка має кільцеподібний перетин, містить розкриту в цьому тексті полімерну суміш. Осередок волокна може бути порожнистим або може вміщувати додатковий матеріал, введений у нього під час виготовлення або використання волокна. За варіантом, якому віддають перевагу, додатковий матеріал включає в себе одну або декілька сполук-ароматизиторів, як описано вище. Не бажаючи, втім, пов'язувати себе жодною теорією, вважають, що сполуки-ароматизатори у разі нагрівання (наприклад, потоком гарячого газу, таким як головний струмінь сигаретного диму) можуть випаровуватися, можуть стати більш рухомими, або і те, і друге, та дифундувати крізь стінку волокна на його зовнішню поверхню, звідки вони можуть забиратись і транспортуватись потоком газу. За іншим варіантом здійснення винаходу пропонується розкрита вище мембрана на основі полімерним волокном, яка включає в себе порожнисте волокно із взаємозв'язаною мережею комірок у полімерній суміші. Мембрана на основі полімерного волокна, виготовлена з порожнистих волокон, що місять розкриті в цьому тексті полімерні суміші, може бути пристосована для застосування у різноманітних процесах мембранного розділення, таких як очищення білка, відокремлення плазми, діаліз, ультрафільтрація і т.ін. у спосіб, подібний до того, який розкрито у роботі Paul, "Polymer Hollow Fiber Membranes for Removal of Toxic Substances from Blood, " Prog. Polym. Sci., 14, 597-627 (1989). За іншим варіантом здійснення винаходу пропонується фільтрувальний матеріал, який включає в себе волокно, яке було описано вище. Фільтрувальний матеріал може мати форму фільтрувальної пробки, нетканої тканини, смужкуватого паперу або іншу структуру, і може за варіантом, якому віддається перевага, застосовуватись при відфільтровуванні заздалегідь визначених компонентів диму. Відповідно, фільтрувальний матеріал може бути розміщеним на 4 UA 101822 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 кінці прутка з курильного матеріалу, такого як тютюн або замінник тютюну, як складова частина курильного виробу, такого як сигарета. Фільтри, описані в цьому документі, можуть застосовуватись як з традиційними, так і нетрадиційними сигаретами. До числа нетрадиційних сигарет можуть бути віднесені електросигарети або сигарети, які мають паливний елемент у тютюновому прутку. Традиційні сигарети, як правило, загалом мають конструкцію у формі циліндричного стрижня і, за типовим варіантом, містять рулон або стовпчик курильного матеріалу, наприклад, різаного тютюну, оточений паперовою обгорткою. Сигарети багатьох типів можуть мати циліндричну фільтрувальну частину, розміщену торцем до торця з тютюновим прутком. Фільтрувальна частина може містити одну або декілька пробок, виготовлених з целюлозно-ацетатного джгута, що охоплюються паперовим матеріалом, відомим як "обгортка пробки", з одержанням у такий спосіб "фільтрувальної пробки". За типовим варіантом, фільтрувальна частина приєднується до одного кінця тютюнового прутка за допомогою обгорткового матеріалу, що їх охоплює, відомого під назвою "обідковий папір". Опис сигарет для систем електропаління наведено у патентах США № 6,026,820; № 5,988,176; № 5,915,387; № 5,692,526; № 5,692,525; № 5,666,976; та № 5,499,636, ÿê³ ìàëåæàòü òîíó æ âëàñìèêó. До інших нетрадиційних сигарет належать сигарети, що мають паливний елемент у тютюновому прутку, як описано у патенті США № 4,966,171. Фільтрувальному матеріалу, виготовленому з волокна, розкритого в цьому описі, може, за бажанням, надаватись форма пробки формуванням волокна у джгут, формуванням джгуту у пробку і приєднанням пробки до прутка з курильного матеріалу обгорткою пробки. За типовим варіантом, курильний матеріал містить тютюн або замінник тютюну. Прикладами тютюнових матеріалів прийнятних видів можуть бути (але без обмеження ними) тютюн трубовогневого сушіння, тютюн типу Burley, тютюн типу Maryland, тютюн східного типу (Oriental), тютюн рідкісних сортів, особливий тютюн, відновлений тютюн, агломерований тонкоподрібнений тютюн, їх суміші і т.п. За варіантом, якому віддають перевагу, тютюн або замінник тютюну є пастеризованим. Деяка частина або весь тютюновий матеріал може бути ферментованим. Окрім того, тютюн або замінник тютюну може застосовуватись у будь-якій прийнятній формі, у тому числі у формі волокна та/або частинок тютюнового листя, оброблених тютюнових матеріалів, таких як тютюн, збільшений за об'ємом або спушений тютюн, подрібнений тютюн, оброблені тютюнові відходи, що складаються із середніх жилок, таких як порізані і скачувані або порізані і спушені середні жилки, відновлені тютюнові матеріали, їх суміші і т.п. Застосовуватись може також генетично модифікований тютюн. За іншим варіантом здійснення винаходу пропонується спосіб виготовлення розкритого в цьому тексті волокна, який включає: (a) додання полівінілацетату до поліакрилової кислоти для одержання формувальної суміші; та (b) пропускання формувальної суміші безпосередньо через головку екструдера або фільєру для формування волокна. Головка екструдера або фільєра, що застосовується для формування волокна, можуть мати кільцеву конфігурацію. Наприклад, для формування стінки розкритої в цьому тексті порожнистої волоконної структури може застосовуватись фільєра, яка має кільцевий отвір або виріз, через який примусово подається розплавлена формувальна суміш. За одним конкретним варіантом здійснення винаходу може застосовуватись коаксіальний центральний отвір фільєри - для введення матеріалу для заповнення осередка або вільного простору у волокні відповідним матеріалом, як правило - газом або рідиною, який застосовується для наповнення осередка волокна та запобігання його руйнуванню в процесі формування. Такі головка екструдера або фільєра можуть встановлюватись на вихідному отворі традиційного компаундера або екструдера, наприклад, двошнекового екструдера, який, за необхідністью, може споряджуватись нагрівальним або охолоджувальним пристроєм для підтримування необхідної для волокноутворення температури. Однак можливим може бути одержання бажаного полімерного розплаву і без додаткового нагрівання, оскільки зсувне зусилля, що створюється екструдером або компаундером, може підвищувати температуру формувальної суміші до рівня, достатнього для розплавлення її складових. У разі, якщо зсувне зусилля, яке створюється компаундером або екструдером, не є достатнім для розплавлення складових формувальної суміші, може виникнути необхідність у нагріванні для розплавлення цих складових. Таке нагрівання необхідно здійснювати доти, доки формувальна суміш не досягне температури розплавлення суміші полімерів, як правило – температури розплавлення складової формувальної суміші з найбільшою температурою 5 UA 101822 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 розплавлення, яка в більшості випадків становить приблизно 150C. За варіантом, якому віддають перевагу, згаданий спосіб не потребує та не включає теплової обробки волокна після формування, розтягування волокна після формування, додавання коміркотвірних матеріалів у формувальну суміш, гідролізу полімеру після формування або видалення після формування складових, які екстрагуються або гідролізуються. Бажану порожнисту, коміркувату або пористу структуру одержують без застосування таких технологічних етапів завдяки застосуванню розкритої в цьому тексті полімерної суміші. Діаметр волокна може регулюватись шляхом регулювання швидкості намотування волокна під час волокноутворення. На стендовій установці швидкість намотування може, як правило, змінюватися від приблизно 5 м/хвилину до приблизно 100 м/хвилину. У разі повільнішої швидкості намотування діаметр волокна є товщим, але при цьому менш однорідним і може, як правило, становити від приблизно 100 мкм до приблизно 400 мкм. У разі більш високої швидкості намотування діаметр волокна стає одноріднішим та при цьому меншим, і при швидкості намотування приблизно 100 м/хвилину він становитиме приблизно 50 мкм. Втім, додатковим підвіщенням швидкості намотування можна зменшити діаметр волокна до величини менше ніж 10 мкм. Діаметр волокна може бути зменшеним набагато істотніше у разі реального масштабування завдяки застосуванню промислових установок для формування волокна. Крім того, в осередку волокна може міститися один або декілька додаткових матеріалів. Як описано вище, ці додаткові матеріали можуть бути твердими, рідкими або газоподібними і можуть вводитись до осередка волокна за допомогою одного або декількох різних способів. За одним з варіантом здійснення винаходу додатковий матеріал може вводитись до осередка волокна через центральний отвір головки екструдера або фільєри, разом з газом або рідиною, що вводиться для утримання осередка у відкритому стані під час формування волокна. Наприклад, ароматизуючі композиції або сорбенти можуть вводитись захопленням їх потоком газу або пари, що проходить через головку екструдера або фільєру, завдяки чому вони затримуються в осередкові волокна. За іншим варіантом здійснення винаходу волокно можуть занурювати до розчину або суспензії ароматизатору або оббризкувати розчином або суспензією ароматизатору, який (яка) у подальшому може дифундувати крізь стінки волокна через комірки у стінках волокна і може утримуватись волокном після його видалення з ванни або камери для оббризкування. З часом, ароматизуючі композиції можуть випаровуватися або дифундувати крізь комірки у стінках волокна. У разі, коли ці комірки є взаємозв'язаними та сполучаються як з осередком, так і з зовнішньою поверхнею волокна, вони утворюють пори, які забезпечують випарюваному ароматизатору шлях для проходження крізь волокно і виходу на ділянку, яка оточує волокно, звідки ароматизатор у подальшому може бути доставленим споживачеві. Наприклад, пара або розчин ментолу може доставлятися в осередок волокна через центральний отвір кільцевої фільєри. Одержане просякнуте ментолом волокно може у подальшому вводитись до складу курильного виробу, наприклад, у фільтрувальну пробку сигарети. При використанні сигарети головний струмінь диму, який проходить через фільтрувальну пробку, нагріває ментол, що міститься у волокні, сприяючи його випаровуванню та дифузії ментолу через пори, що зв'язують осередок волокна з його зовнішньою поверхнею. Коли ментол вивільнюється з волокна, він захоплюється головним струмінем диму і доставляється споживачеві. Водночас до використання сигарети складна конфігурація мережі комірок, що утворюють у волокні пори, зменшує здатність ментолу до дифузії та міграції з волокна. Подібним чином до осередка волокна під час його формування може вводитись сорбент або секвестрант. Після цього з волокна може виготовлятися фільтрувальна пробка, і визначені складові головного струміня диму можуть затримуватися волокном внаслідок потрапляння у пори на зовнішній поверхні волокна. Ці визначені складові можуть дифундувати крізь волокно у напрямку його осередка, де вони сорбуватимуться сорбентом та утримуватимуться у волокні до завершення використання курильного виробу. Для введення додаткових матеріалов у осередок волокна можуть застосовуватись й інші способи, у тому числі оббризкування волокна рідкою дісперсією або розчином, що містить додатковий матеріал, або занурення волокна у таку дісперсію або розчин, так що додатковий матеріал дифундуватиме через волокно до його осередка. Пористість волокна (тобто кількість і розмір пор на поверхні волокна) може регулюватись нанесенням покриття на частину поверхні волокна. Розмір пор, у залежності від необхідності, може становити від приблизно 2 мкм до декількох сотень мкм, конкретніше, від приблизно 5 мкм до приблизно 50 мкм. Покриттям, у залежності від необхідності, може бути покриття, яке розчиняється у гарячому вологому середовищі, такому як головний струмінь сигаретного диму. Завдяки цьому пористість волокна (і дифузія ментолу з волокна) є дуже обмеженою під час 6 UA 101822 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 зберігання курильного виробу, тоді як обидва ці параметри значно збільшуються під час використання курильного виробу. Приклад 1 1 г полівінілацетату додають до 1 г поліакрилової кислоти у мікрокомпаундері, нагрівають та перемішують впродовж 2 хв при температурі 150 °C із швидкістю змішування 100 об/хв. Полімерний розплав, який одержують, витягують безпосередньо з головки екструдера мікрокомпаундера і формують за допомогою бобінного способу формування із швидкістю намотування 5 м/хв. Волокно, що одержують, фотографують за допомогою петрографічного оптичного мікроскопу Olympus BX60 при проходженні поляризованого світла. Поперечний розріз волокна, представлений на Фігурі 4, відібражає коміркувату структуру волокна. Повздовжнє зображення волокна представлено на Фігурі 2D. Приклад 2 Випробування проводили за методикою, подібною до методики Прикладу 1, завиключенням того, що кількість кожного полімеру, що додавався до мікрокомпаундеру, змінюється для одержання суміші та формування із неї волокна, які містять 60 % (мас.) полівінілацетату та 40 % (мас.) поліакрилової кислоти. Фотографування волокна, що одержали з розплаву, здійснюють, як вказано у Прикладі 1. Зображення, які одержали, представлені на Фігурі 5 та Фігурі 6. Коміркуватість волокна чітко видно. Приклад 3 Випробування проводили за методикою, подібною до методики Прикладу 1, за виключенням того, що кількість кожного полімеру, що додавався до мікрокомпаундеру, змінюється для одержання суміші та формування із неї волокна, які містять 40 % (мас.) полівінілацетату та 60 % (мас.) поліакрилової кислоти. Волокна, сформовані з розплаву, розрізають з одержанням розрізу діаметром 5 мкм і фотографують за допомогою оптичного мікроскопу при проходженні поляризованого світла. Результати представлені на Фігурі 3. Ці волокна занурюють у воду і фотографують за допомогою оптичного мікроскопу при проходженні поляризованого світла. Зображення, що одержали, представлені на Фігурі 2A, Фігурі 2B та Фігурі 2C. Частину волокна, яка була занурена у воду, і наслідкове набухання більшої ділянки волокна фотографують за допомогою оптичного мікроскопу у відбитому світлі. Фотографія представлена на Фігурі 2Е. Унаслідок набухання, що спостерігалось над рівнем води, діаметр волокна по суті подвоївся. Приклад 4 Випробування проводили за методикою, подібною до методики Прикладу 1, за виключенням того, що кількість кожного полімеру, що додавався, змінюється для одержання суміші та формування із неї волокна, які містять 20 % (мас.) полівінілацетату та 80 % (мас.) поліакрилової кислоти. Представлені на Фігурах 1A, 1B, 1C, 1D та 1E фотографії, які одержали за допомогою екологічного сканувального електронного мікроскопу (ESEM), показують комірки, що утворились у волокні. Приклад 5 Волокно формують окремо з чистого полівінілацетату та чистої поліакрилової кислоти. Волокна, які одержали, є суцільними і не мають коміркуватої структури, яка спостерігалась у разі волокна, яке було сформовано з сумішей, опис яких наведено в цьому документі. На відміну від результатів, які одержали з чистим полівінілацетатом та чистою поліакриловою кислотою, волокна, які одержали з полімерних сумішей PVAc/PAA 40 %/60 % (мас.), 50 %/50 % (мас.) та 60 %/40 % (мас.), мали стінки пористої структури з порами довільного розміру з видимим взаємозв'язком внутрішніх комірок. Товщина стінок комірок була відносно однаковою в усіх волокнах, які одержали з полімерної суміші. Крім того, у разі чистого PVAc або чистої PAA, було важко формувати з розплаву волокна, які були надзвичайно ламкими. Волокна, одержані з суміші PVAc та PAA, легко формувались з розплаву з одержанням пористого волокна, яке зберігало свою цілісність. Волокна, виготовлені з сумішей (PVAc) та (PAA), до того ж мали здатність всмоктувати воду, що може пояснюватись капілярною дією, адсорбуванням або комбінацією цих механізмів. Незважаючи на те, що цей опис може містити посилання на певні варіанти здійснення винаходу, яким віддають перевагу, слід розуміти, що фахівцям у цій галузі техніки будуть очевидними їх варіанти та модифікації, і що такі варіанти та модифікації повинні розглядатись у межах об'єму та обсягу цього винаходу, який визначається формулою винаходу. Усі вищезгадані документи включено до цього опису шляхом посилання у повному обсязі тією ж мірою, як якби кожний окремий документ був конкретно та окремо зазначений включеним до цього опису у повному обсязі шляхом посилання на нього. 60 7 UA 101822 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 40 1. Волокно, яке включає в себе полімерну суміш, яка містить полівінілацетат у кількості від приблизно 20 % (мас.) до приблизно 80 % (мас.) та поліакрилову кислоту у кількості від приблизно 80 % (мас.) до приблизно 20 % (мас), від загальної маси полімерної суміші, причому у волокні є комірки. 2. Волокно за п. 1, яке відрізняється тим, що принаймні декілька з комірок утворюють у волокні взаємозв'язану мережу. 3. Волокно за п. 2, яке відрізняється тим, що взаємозв'язана мережа комірок забезпечує сполучення з зовнішньою поверхнею волокна. 4. Волокно за п. 1, яке відрізняється тим, що воно утворене формуванням з розплаву. 5. Волокно за п. 1, яке відрізняється тим, що воно має: (a) стінку з кільцеподібним перетином, у якій є одна або декілька комірок; та (b) осередок, який проходить у повздовжньому напрямку у межах зазначеної стінки з кільцеподібним перетином. 6. Волокно за п. 5, яке відрізняється тим, що осередок є порожнистим і його діаметр коливається у межах від приблизно 5 мкм до приблизно 15 мкм. 7. Волокно за п. 5, яке відрізняється тим, що вміщує додатковий матеріал, розміщений в осередку. 8. Матеріал, що вивільнює додатковий матеріал, який включає в себе волокно за п. 1. 9. Мембрана на основі полімерного волокна, яка включає в себе волокно за п. 1. 10. Фільтрувальний матеріал, який включає в себе волокно за п. 1. 11. Курильний виріб, який включає в себе: (a) пруток курильного матеріалу, та (b) фільтрувальний матеріал за п. 10, розміщений на кінці згаданого прутка. 12. Курильний виріб за п. 11, який відрізняється тим, що він є сигаретою і волокно має порожнистий осередок, який вміщує ароматизатор. 13. Спосіб виготовлення волокна за п. 1, який включає: (a) додавання полівінілацетату до поліакрилової кислоти для одержання формувальної суміші; та (b) подавання формувальної суміші безпосередньо через головку екструдера або фільєру з формуванням волокна, в якому є комірки. 14. Спосіб за п. 13, який відрізняється тим, що головка екструдера або фільєра включає в себе кільцеву фільєру, при цьому волокно має стінку з полімерного матеріалу, яка має кільцеподібний перетин та в якій є комірки, та осередок, який проходить у повздовжньому напрямку. 15. Спосіб за п. 14, який відрізняється тим, що додатково включає введення до осередку волокна, який проходить у повздовжньому напрямку, потоку газу або пари через центральний отвір у головці екструдера або фільєрі. 8 UA 101822 C2 9 UA 101822 C2 10 UA 101822 C2 11 UA 101822 C2 12 UA 101822 C2 13 UA 101822 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 14