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Bei der Herstellung von Zigarettenfiltern besteht die Aufgabe darin, eine Kombination optimaler Eigenschaften zu erzielen, wobei neben einem hohen Abscheidegrad für Teer und Nikotin ein möglichst niederer Zugwiderstand und eine genügend hohe Steifigkeit des Filterstabes wichtig ist. Einige dieser Forderungen widersprechen einander insofern, als eine Erhöhung des Abscheidegrades durch engere Packungsdichte erzielt wird, wobei jedoch dann der Zugwiderstand ansteigt.
In der Schweizer Patentschrift Nr. 445353 wird gezeigt, wie verbesserte Zigarettenfilter aus Wirrfaservliesen hergestellt werden können, wenn diese Wirrfaservliese aus endlosen Filamenten aufgebaut werden. Dabei kann man die Packungsdichte und damit den Abscheidegrad durch Ausspinnen besonders feiner Filamente erhöhen, wobei Faserdicken von unter lOt günstige Absorptions- und Abscheidewerte ergeben. Bei dieser Vorgangsweise wurde das Wirrfilamentgebilde zunächst gemäss dem in der Schweizer Patentschrift Nr. 403149 geschilderten Verfahren hergestellt.
Das aus möglichst statistisch in Wirrlage verteilten Filamenten aufgebaute Flächengebilde mit einem Gewicht von etwa 25 bis 30 g/m2 und einer Breite von 30 cm wird durch Hitzebehandlung mit nachfolgender, mit Hilfe kontinuierlich laufender Walzen aufgebrachter Pressung thermisch verfestigt, um es für die weiteren Arbeitsgänge handhabbar zu machen. Die richtige Durchführung dieser Verfestigung hat für die erzielbare Filterwirkung insofern Bedeutung, als das flächige, in Form einer endlosen Bahn vorliegende Wirrvlies in Stabform gebracht werden muss. Dies wird so gemacht, dass es in die bekannten, mit trichterförmiger Einführung versehenen Filterstabmaschinen kontinuierlich eingebracht wird, wobei die flächige Form durch Zusammenfaltung und Umwicklung mit Papier in die bekannte Stabform gebracht wird.
Die Gleichmässigkeit, mit der dieser unter Zug stattfindende Vorgang verläuft, hängt weitgehend von einer gegenseitigen Verankerung bzw. Verklebung der Filamente ab. Ein Verzerren unter Zerstörung der Struktur würde zu Ungleichmässigkeiten im Aufbau der Filterstäbe führen.
Es zeigte sich nunmehr, dass bei zu hoher Hitzeeinwirkung bzw. bei zu hohem Walzendruck, das Flächengebilde und dessen Filamente zwar gut miteinander verschweisst werden, und dass das so hergestellte Produkt ausreichend steif und bei der Stabfertigung gut zu handhaben war, dass jedoch die Filterwirkung darunter litt. Dies ist auf zu starke Kanalbildung im Strang zurückzuführen, weil bei der intensiven Verschweissung die Oberfläche des Vlieses zu glatt und im Extremfall folienartig wurde, so dass beim Zusammenlegen zum Strang durchgehende Längskanäle gebildet wurden. Die so hergestellten Filterstränge zeigten zwar eine gute Steifigkeit, aber eine verringerte Absorptionsleistung.
Wurde ein frisch ausgesponnenes Faservlies desselben Aufbaus dagegen nur sehr schwach verschweisst, dann war die Oberfläche des Flächengebildes noch faserig, so dass beim Zusammenlegen zum Strang eine Kanalbildung ausgeschaltet wurde.
Diese hatte im fertigen Filterstrang eine sehr gute Absorptionsleistung zur Folge, jedoch waren die fertigen Filterstäbe zu weich, so dass sie sich bei der Handhabung verformten. Weiterhin zeigte sich, dass, neben der allgemeinen Filterung von im Rauch suspendierten Tröpfchen bzw. Teilchen, eine spezifische Absorption, abhängig von dem im Filter vorhandenen Faserrohstoff, festzustellen ist. Da die im Rauch vorhandenen Substanzen chemisch sehr verschiedenen Klassen angehören, ist es leicht verständlich, dass verschiedenartige Faserrohstoffe sich in ihrem Absorptionsvermögen gegenüber den einzelnen Substanzklassen erheblich voneinander unterscheiden.
Mit der Erfindung wird nun bezweckt, die angeführten Schwierigkeiten zu überwinden und Filterstäbe mit verbesserter Absorptionsleistung bei niederem Zugwiderstand und guter Steifigkeit zu schaffen. Der Erfindung liegt der prinzipielle Gedanke zugrunde, bei der Herstellung der Filterstäbe von solchen Spinnvliesen auszugehen, die aus zwei oder mehreren Fasertypen von Endlosfäden aufgebaut sind und diese Fäden in einer sehr gleichmässig vermischten Form von Wirrfaserstruktur enthalten.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Filterstäben für Zigaretten od. dgl., ausgehend von aus endlosen Fäden gebildeten und verfestigten Spinnvliesen, ist somit dadurch gekennzeichnet, dass aus zwei oder mehreren Fasertypen aufgebaute, die Endlosfäden in gleichmässig vermischter Form aufweisende Wirrfaservliese kontinuierlich unter Ausbildung feiner Längsfältchen zusammengerafft und zu Filterstäben geformt werden, wobei sich die aus herausstehenden Fadenschlingen bestehenden Oberflächen in Form einer Labyrinthstruktur zusammenlegen.
Im Rahmen der Erfindung kann jede Faserart die für sie spezifischen Aufgaben innerhalb des erfindungsgemäss hergestellten Filterstabes erfüllen, wobei gerade die homogene Verteilung der Fäden die Herstellung von Filtern optimaler Wirkung ermöglicht. Bei den bis jetzt verwendeten, aus parallelen Fasersträngen gebildeten Zigarettenfiltern lässt sich dagegen eine gezielte gleichmässige Labyrinthstruktur aus verschiedenartigen Fäden infolge der weitgehenden Parallelisierung der Fäden nicht verwirklichen. Die erfindungsgemäss vorgesehenen, aus endlosen Filamenten bestehenden Mischfaservliese in Wirrstruktur zeigen weiterhin einen gangbaren Weg, spezifische Filter für verschiedenartige Tabakmischungen herzustellen und auch den Geschmak der damit hergestellten Zigaretten zu beeinflussen.
Die als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemässe Verfahren dienenden, aus zwei oder mehreren Fasertypen aufgebauten Wirrfaservliese mit gleichmässig vermischten Endlosfäden können besonders vorteilhaft durch Ausspinnen von zwei oder mehreren parallelen Filamentscharen verschiedenen Fasertyps und Zusammenführen dieser Filamentscharen mit Hilfe von Luftströmen in der Weise erhalten werden, dass die
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einzelnen Filamentscharen samt den sie begleitenden Luftströmen mittels ärodynamischer Umlenkvorrichtungen aufeinander zugeführt und auf ihrer gesamten Breite miteinander vermischt werden, worauf die Fäden auf einem Siebband zu einem Vlies mit Wirrfaserstruktur abgelegt werden.
Dieses Material eignet sich dank seiner besonders gleichmässigen und sehr weitgehenden Vermischung ganz speziell für die erfindungsgemässe Erzeugung von Filterstäben.
Zur Herstellung dieses Ausgangsmaterials kann man sich zweckmässig der in der brit. Patentschrift Nr. 1, 107, 861 beschriebenen Spinndüsen mit geradlinigen Spinnlochreihen bedienen, bei welchen man die aus den Spinnlochreihen in Bandform austretenden Fadenscharen unmittelbar mit beiderseits angreifenden Luftströmen verstrecken und hierauf miteinander vermischen sowie als Wirrfaservlies ablegen kann. Andersartige Spinndüsen, bei denen jedoch auch lineare Fadenscharen gebildet werden und bei denen die Fadenscharen in Kanälen bandförmig mit Hilfe von Luftströmen geführt werden, können sinngemäss ebenfalls verwendet werden. So können die Filamente zwar zunächst aus Runddüsen ausgesponnen und dann durch entsprechende Weiterführung in Luftkanälen aufgefächert und so von einem ursprünglich zylindermantelförmigen in einen bandartigen Fadenverlauf gebracht werden.
Des weiteren ist es möglich, dass die verschiedenartigen Fadenscharen auch innerhalb einer für die Verspinnung von zwei Komponenten brauchbaren Spinndüse hergestellt werden. Man kann sich hiebei z. B. der in der Schweizer Patentschrift Nr. 444107 beschriebenen Anordnung bedienen. In jedem Fall werden dabei zwei lineare Fadenscharen aus verschiedenartigen Fasern gebildet, die sich z. B. in der Dicke, im Querschnitt oder im chemischen Aufbau unterscheiden. Zum Unterschied von der vorerwähnten Arbeitsweise werden diese Fadenscharen innerhalb desselben Luftkanals geführt, sie werden aber ebenfalls längs einer im wesentlichen geraden und ebenen Auftrefffläche auf einem Siebband in Form einer Wirrvliesstruktur zur Ablage gebracht.
Bei all diesen Arbeitsvorgängen, die zur Herstellung der als Ausgangsmaterial benötigten homogenen Wirrfaservliese führen, kommt es wesentlich darauf an, dass die endlosen Fäden von unterschiedlichem Fasertyp in innig vermischtem Zustand schlaufen-und schlingenförmig in Form einer Wirrstruktur abgelegt werden.
Anschliessend wird mit Hilfe eines beheizten Walzenpaares od. dgl., das die thermoplastischen Filamente zumindest oberflächlich erweicht und damit klebrig macht, die Wirrstruktur verfestigt. Diese Struktur kann dann durch bekannte Vorgänge mit Hilfe einer trichterförmigen Zuführeinrichtung zu Filtersträngen geformt werden.
Beispiel : Unter Benutzung von zwei Spinndüsen gemäss der brit. Patentschrift Nr. 1, 107, 861 und Beschickung beider Düsen mit einer Polypropylenschmelze wurden zwei Fadenscharen mit unterschiedlichem Fadendurchmesser (10 bzw. 60but) erzeugt, die nach dem bandförmigen Zusammenführen und Vermischen auf ein Siebband mit darunter befindlicher Absaugung abgelegt wurden, so dass sich ein Wirrfaservlies von 26 g/m2 Flächengewicht in einer Breite von 30 cm bildete. Vlies und Siebband wurden durch eine Infrarotstrahl-Strecke und anschliessend durch ein Walzenpaar, bestehend aus einer Stahlwalze und einer elastischen Gegenwalze, geschickt und dabei leicht thermisch verfestigt, so dass das Vlies anschliessend durch Einspeisung in die handelsüblichen Filterstabmaschinen ohne jede Schwierigkeit zu Filterstäben verformt werden konnte.
Besonders günstige Ergebnisse wurden mit Faserrohstoffen aus linearen Polyestern erzielt, wobei man die beiden Faserkomponenten durch Verwendung verschiedenartiger Polyester wirkungsvoll abstufen kann. So kann man als Haupt-Faserkomponente Polyäthylenterephthalat verwenden und als Versteifungs-Faserkomponente einen Copolyester aus Äthylenglykol, 90 Teilen Terephthalatsäure und 10 Teilen Isophthalsäure. Es zeigt sich, dass die aus Polyester aufgebauten Zigarettenfilter in geschmacklicher Hinsicht besonders günstig sind. Natürlich kann noch eine Vielzahl anderer Mischungen in Frage kommen, je nach dem speziellen Absorptionsvermögen der einzelnen Faserkomponenten.
Der grosse Vorteil im Aufbau dieser Filterstäbe aus den erfindungsgemäss eingesetzten Mischvliesen liegt
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Vliesoberfläche, die sich beim Reiben sehr leicht aufflust im Gegensatz zu weitgehend verschweissten Vliesgebilden. Diese "losefaserige" Oberfläche hat den Vorteil, dass bei der erfindungsgemässen Bildung des Filterstabes durchgehende Luftkanäle weitgehend ausgeschaltet werden können.
Die erfindungsgemässe Herstellung der Filterstäbe wird, wie bereits erwähnt, in der Weise vorgenommen, dass die hiefür vorgesehenen speziellen Spinnvliese zusammengerafft werden, wobei sich sehr feine, kontinuierliche Längsfältchen bilden und das Ganze ziehharmonikaförmig zu einem Filterstab zusammengelegt wird. Durch den aus vielen losen Faserschlingen aufgebauten flusigen Charakter der Oberfläche kommt es nunmehr beim Zusammentreffen, bei dem die einzelnen Lagen aufeinander zu liegen kommen, zu einem Ineinanderhaken der einzelnen Faserflächen unter Ausbildung einer für die Filtration besonders günstigen Labyrinthstruktur.
Infolge der Anwesenheit von zwei oder mehreren, in ihrem chemischen und/oder physikalischen Aufbau unterschiedlichen Filamenttypen bzw. Faserkomponenten in Form endloser und wirr liegender Schlingen ergibt sich die Möglichkeit, für die verschiedenen im Rauch vorhandenen Komponenten spezifische Filtrationswirkungen zu erhalten. So zeigte z. B. die Verwendung von Polyamidfasern günstige Auswirkungen auf Phenolabsorption, während Polyesterfasern sich auf Grund ihrer Absorptionscharakteristik geschmacklich
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besonders günstig auswirkten.
Es ist somit möglich, im Hinblick auf die Vielzahl der im Rauch vorhandenen Komponenten durch entsprechende Auswahl der Spinnstoffe und durch Überführung dieser Rohstoffe in Fasern verschiedener Dicke und durch Bildung der Wirrvliesstruktur jeweils für die verwendeten Tabaksorten besonders gut geeignete Filter herzustellen.
Da für die Filterwirkung neben der Labyrinthstruktur auch die Oberfläche der Faser durch Ausspinnen in Fasern verschiedener Dicke variiert wird, können optimale Wirkungen erzielt werden. So zeigte sich, dass für viele Fälle geeignete Filter aus einer Abmischung von 60 Gel.-% Fasern mit einer Dicke bis zu 10p und 40 Gew.-% Fasern mit einer Dicke von über 40jH hergestellt werden können, die eine gegenüber den jetzigen handelsüblichen Filtern erhöhte Absorptionsleistung aufweisen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Filterstäben für Zigaretten od. dgl., ausgehend von aus endlosen Fäden
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Fasertypen aufgebaute, die Endlosfäden in gleichmässig vermischter Form aufweisende Vliese kontinuierlich unter Ausbildung feiner Längsfältchen zusammengerafft und zu Filterstäben geformt werden, wobei sich die aus herausstehenden Fadenschlingen bestehenden Oberflächen in Form einer Labyrinthstruktur zusammenlegen.
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