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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Herstellung von Filtermaterial aus endlosen, längsgekreppten faserhaltigen Materialbahnen, insbesondere Papierbahnen mit gelockerten und abstehenden Fasern, geeignet zur Zusammenraffung in Querrichtung zu einem Strang. Durch Umhüllung dieses Stranges entsteht ein endloser Filterstrang, der in Filterstäbe und Filterstöpsel für Zigaretten oder andere Rauchwaren unterteilt werden kann. Die Zusammenraffung und Umhüllung der längsgekreppten Material- oder Papierbahn kann in unmittelbarem Anschluss an deren Herstellung erfolgen, oder die längsgekreppten Bahnen können zu Bobinen aufgewickelt, gelagert und anschliessend den üblichen Strangmaschinen zur Erzeugung eines umhüllten Filterstranges und Unterteilung desselben in Filterstäbe zugeführt werden.
Normalerweise wird als"gekrepptes Papier"ein Material bezeichnet, das bei seiner Herstellung auf Papiermaschinen in seiner Laufrichtung gestaucht wird, so dass es unregelmässige Querrippen aufweist und ein höheres Gewicht besitzt, als entsprechende, nicht zusammengestauchte Papierbahnen. Solche gekreppte Papiere wurden früher zur Herstellung von Zigarettenfiltern in grossem Umfange verwendet, sind aber schwierig zu verarbeiten, da die Kreppung quer zur Laufrichtung der Papierbahn verläuft und besitzen ausserdem nur eine relativ geringe Abschneidungswirkung auf die, aus dem Tabakrauch durch Verwendung solcher Filter abzuschneidenden festen und flüssigen Partikel.
Es sind aber auch andersartige längsgekreppte Material- oder Papierbahnen bekannt und in der österr. Patentschrift Nr. 214257 der Anmelderin beschrieben, bei denen die Krepprillen parallel zur Laufrichtung der endlosen Bahnen verlaufen. Bei der Herstellung dieser längsgekreppten Bahnen wird das Papier durch den Spalt zwischen ineinandergreifenden, mit Ringrippen versehenen Metallwalzen hindurchgeführt und dafür gesorgt, dass die Längsrillung der Papierbahn mindestens zum Teil auf Kosten der Papierdicke erfolgt. Dabei kann sich die Materialbahn quer zur Laufrichtung nicht bewegen, wird also in Querrichtung gereckt.
Zweckmässigerweise wird bei diesem Vorgang das Papier vor der Längsrillung nachgiebig gemacht, damit auch bei stärkerer Querreckung der Querzusammenhang der Papierbahn nicht zerstört wird, obwohl diese Querreckung bis zum Auftreten unzusammenhängender, kurzer Längsrisse im Papier gesteigert werden kann. Nach dem Passieren der ineinandergreifenden Metallwalze, also der eigentlichen Längskrepp-Einrichtung, wird die mit Längsrillen versehene Material- oder Papierbahn dann getrocknet. Solche längsgekreppten Material- oder Papierbahnen haben sich für die Herstellung von Filterstöpseln für Zigaretten bewährt und werden in grossem Umfange kommerziell verwendet.
Gemäss einer ebenfalls bereits bekannten Weiterentwicklung dieses Verfahrens zur Behandlung von endlosen Bahnen aus faserhaltigem Material, insbesondere aus Papier, zwecks Herstellung eines endlosen, in Filterstäbe und unterteilbaren Filterstranges, wird die befeuchtete, praktisch unelastische Materialbahn ebenfalls durch den Spalt zwischen zwei geheizten Rillungs- und Reckwalzen hindurchgeleitet, die mit engen, ineinandergreifenden, einander aber nicht berührenden Ringrippen versehen sind, wodurch die Materialbahn längsgekreppt und quergereckt wird bis zur Lockerung und Freilegung von Fasern ohne vollständige Zerstörung des Querzusammenhanges der Bahn, aber nach dem Austritt aus dem Spalt längs eines bestimmten Umschlingungswinkels auf wenigstens einer der Walzen liegen gelassen, dabei an parallelen Längsbereichen teilweise getrocknet,
versteift und dort die gelockerte Struktur fixiert. Anschliessend kann die Materialbahn, auf der genannten Walze liegen bleibend, in einen zweiten Spalt zwischen dieser Walze und einer dritten identischen Walze hindurchgeführt und dann von dieser dritten Walze übernommen, also auf dieser längs eines Umschlingungswinkels liegen gelassen werden.
Auch dieses verbesserte Verfahren hat sich bewährt und wegen der möglichen Vertiefung der im ersten Spalt erzeugten Längsrillen in der Materialbahn beim Durchgang durch den zweiten Spalt, wobei eine zusätzliche Querreckung erfolgt, kann eine stärker zerfaserte Material- oder Papierbahn mit erhöhter Filterwirksamkeit erzeugt werden.
Bei dem oben genannten Verfahren der Herstellung von längsgekreppten Materialbahnen besteht, besonders bei Verwendung dünnen Papiers von etwa 20 bis 50 g Gewicht/m2 die Notwendigkeit, vor dem Einlauf der Bahn in den ersten Spalt zwischen ineinandergreifenden, mit Ringrippen versehenen Walzen, die Materialbahn anzufeuchten und dementsprechend hinterher die mit Längsrillen versehene Material- bzw. Papierbahn zu trocknen. Diese beiden Massnahmen führen zu Schwierigkeiten, wenn die Geschwindigkeit der zu behandelnden Bahn vergrössert wird, um die Produktion zu steigern, also die betreffenden Maschinen möglichst rationell zu betreiben. Hiebei wird nämlich einerseits die zur Anfeuchtung zur Verfügung stehende Zeit/cm Bahnlänge immer kleiner und ebenso der zur Trocknung erforderliche Energieaufwand mit steigender Bahngeschwindigkeit immer grösser.
Erfolgt beispielsweise die Befeuchtung der Bahn in der hiezu vorgesehenen Einrichtung beim Durchlaufen einer Wegstrecke von 10 cm Länge, so ist bei einer Bahngeschwindigkeit von etwa 240 m/min die Verweilzeit jedes Zentimeters der Bahn in der Befeuchtungseinrichtung nur noch 0, 04 sec, was zu einer gleichmässigen Anfeuchtung nicht mehr ausreicht. Auch die Verweilzeit in den vorgesehenen Trocknungseinrichtungen wird entsprechend kurz, was für die erforderliche Trocknung einen grossen Raumaufwand oder eine entsprechende Energiesteigerung notwendig macht.
Diese Schwierigkeiten werden durch die Erfindung überwunden, die ein Verfahren betrifft zur Behandlung von endlosen Bahnen aus faserhaltigem Material, insbesondere Papier, zur Herstellung eines endlosen in
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Filterstäbe unterteilbaren Filterstranges, wobei die Materialbahn angefeuchtet und dann kontinuierlich durch mindestens einen Spalt zwischen zwei rotierenden Rillungs- und Reckwalzen hindurchgeführt wird, die mit engen, ineinandergreifenden, einander aber nicht berührenden Ringrippen versehen sind, wobei die Materialbahn von den Ringrippen festgehalten und quer zur Laufrichtung gereckt wird, welche Querreckung bis zur Lockerung und Freilegung von Fasern ohne vollständige Zerstörung des Querzusammenhanges des Materials erhöht wird.
Kennzeichnend hiebei ist, dass die Materialbahn, gegebenenfalls nach einer Imprägnierung bzw.
Beschichtung, beispielsweise mit Zellulose-Azetat oder einer chemischen Behandlung zur Umwandlung der Oberfläche in Zellulose-Azetat, mit einem leichtflüchtigen Tränkungsmittel, z. B. Methylalkohol oder andere Alkohole, sowie Äthanole, Propanol, Azetone, Äther und Benzol, angefeuchtet wird, das eine niedrigere Siedetemperatur als 250 cal/kg besitzt und nach dem Austritt aus dem Spalt von diesem Tränkungsmittel wieder befreit wird.
Die Erfindung ist nachstehend in einigen Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, Fig. 2 einen vergrösserten Ausschnitt der ineinandergreifenden Rillung-un Reckwalzen der Vorrichtung nach Fig. l, in Richtung der durchlaufenden Materialbahn gesehen, Fig. 3 eine
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undTränkungsmittel T und von Wasser W verwendet werden, Fig. 6 ein Diagramm des Quellvermögens Q einiger Papierbahnen bei Tränkung mit verschiedenen Tränkungsmitteln, Fig. 7 ein Diagramm über die Wirkung der Konzentration K eines Zusatzstoffes auf den Zugwiderstand Z von Filterstäben und die Fig.
8 bis 10 je eine schematische Darstellung von Vorrichtungen zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens.
Nachstehend wird das vorliegende Verfahren unter Verwendung einer Materialbahn aus glattem, ungeleimtem Papier von 0, 06 bis 0, 07 mm Dicke und 20 bis 50 g/m2 Gewicht beschrieben.
Für das vorliegende Verfahren ist es wesentlich, dass die zu behandelnde flache und glatte Papierbahn, bevor sie durch einen Rillungs- und Reckprozess in Längsrichtung gekreppt und dabei in Querrichtung gereckt wird, mit einem leichtflüchtigen Tränkungsmittel behandelt, also beispielsweise mit Methylalkohol befeuchtet wird und dann nach dem Rillungs- und Reckprozess wieder von diesem Tränkungsmittel befreit, dasselbe also verdunstet oder verdampft wird.
Eine nach diesem Verfahren behandelte Bahn aus einem faserhaltigen Material wie Papier, weist eine zerfaserte Struktur auf und besitzt eine Vielzahl kurzer, unzusammenhängender, vorzugsweise in Längsrichtung verlaufender rissartiger Öffnungen. Die mechanische Festigkeit der Materialbahn in Längsrichtung ist aber ausreichend, um zu gewährleisten, dass beim Durchlauf derselben durch eine Strangmaschine zur Herstellung eines endlosen, in Filterstäbe unterteilbaren Filterstranges, kein Abreissen zu befürchten ist. Die ganze faserhaltige Materialbahn, vorzugsweise aber die Stellen mit Öffnungen oder starker Verringerung der Materialdicke weisen gelockerte und freigelegte Fasern auf, die einen Filterstöpsel, der eine solche in Querrichtung zusammengeraffte Materialbahn enthält, eine hohe Filterwirksamkeit verleihen.
Die Längskreppung einer solchen Materialbahn erleichtert nicht nur die Zusammenraffung in Querrichtung zu einem endlosen Strang beim Durchlauf durch die Strangmaschine, sondern gewährleistet auch die erwünschte Gleichmässigkeit der Füllung eines solchen Filterstranges in Querrichtung. Mit einer längsgekreppten Papierbahn der angegebenen Struktur wird die unerwünschte Erweichung des Filterinhaltes beim Gebrauch vermieden und die Elastizität der Filterstöpsel in Querrichtung ist auch während des Rauchens ausreichend.
Vor der Durchführung der Längsrillung und der gleichzeitigen Querreckung muss die Materialbahn, also beispielsweise eine glatte Rohpapierbahn aus nur wenig gemahlenen Fasern, zunächst mit einer leichtflüchtigen Flüssigkeit, also beispielsweise Methylalkohol getränkt werden. Dies kann durch Befeuchtung der Materialbahn beispielsweise durch Aufsprühen, durch Tauchen, oder durch andere, in der papierverarbeitenden Industrie bekannte Methoden erfolgen. Es muss aber ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren verwendet werden, da der Rillungs- und Reckprozess mit hohen Geschwindigkeiten durchgeführt werden soll.
Der Rillungs- und Reckprozess des angefeuchteten Materials erfolgt während des kontinuierlichen Durchlaufes der Materialbahn durch Rillungs- und Reckwalzen, die weiter unten noch näher beschrieben werden.
Es wird angenommen, dass beim Durchlauf einer angefeuchteten Papierbahn durch solche Rillungs- und Reckwalzen das Papier an einer Vielzahl nebeneinanderliegender Stellen mehr oder weniger festliegt und in den dazwischen befindlichen Bereichen in Querrichtung gereckt und ausgedehnt wird, denn die längsgekreppte Papierbahn zeigt tatsächlich deutlich unterscheidbare parallele Längszonen und in Längsrichtung verlaufende Rinnen und Rippen. Jedenfalls wird durch die Rillungs- und Reckbehandlung die Oberfläche des Materials stellenweise auf Kosten der Materialdicke stark vergrössert, was zur Erhöhung der Filterwirksamkeit von Bedeutung ist.
Beispielsweise besteht die Möglichkeit, den Rillung-un Reckvorgang so durchzuführen, dass die längsgekreppte Papierbahn beim Austritt aus der Kreppeinrichtung praktisch die gleiche Breite aufweist, wie die Rohpapierbahn beim Eintritt, also eine Schrumpfung in Querrichtung vermieden ist.
Nach der Rillungs- und Reckbehandlung der vorher angefeuchteten Material- oder Papierbahn ist eine
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Trocknung erforderlich, um die längsgekreppte Bahn wieder zu versteifen und die gelockerte Struktur zu fixieren. Nach vollständiger Trocknung kann die gemäss dem vorliegenden Verfahren längsgekreppte Papierbahn eine grössere Breite als die der Kreppeinrichtung zugeführte, mit einer leichtflüchtigen Flüssigkeit getränkte glatte Rohpapierbahn aufweisen. Hierin unterscheidet sich das vorliegende von den bekannten Verfahren, bei denen eine Anfeuchtung mit Wasser erfolgt.
Es ist bekannt, und kann bei der Herstellung längsgekreppter, mit Wasser angefeuchteter Papoerbahnen beobachtet werden, dass die aus der Kreppeinrichtung herauslaufenden Papierbahnen praktisch gleiche Breite wie das angefeuchtete Rohpapier besitzen, aber während des Durchlaufes durch die Trocknungseinrichtung beim Erreichen eines bestimmten Trocknungsgrades sich in Querrichtung mehr oder weniger stark zusammenziehen. Verglichen mit der Breite der Rohpapierbahnen beträgt der sogenannte Schrumpfungsgrad der getrockneten längsgekreppten Papierbahn bis 30%. Das nicht mit Wasser, sondern mit Methylalkohol getränkte Rohpapier verhält sich aber ganz anders und zeigt nach vollständiger Trocknung eine Verbreiterung gegenüber der Rohpapierbahn um einen sogenannten Dehnungsgrad von 30% und mehr.
Wird beispielsweise ein einseitig glattes Rohpapier von 38 g/m2 Ge\vicht verwendet, das eine mittlere Faserlänge von 2 bis 4 mm aufweist, die nur leicht gemahlen sind, so ergibt ein Streifen solchen Papieres von 10 cm Breite nach dem Durchlaufen einer Kreppstation der nachstehend an Hand der Fig. 2 bis 4 beschriebenen Bauart, in unveränderter Einstellung des Eingriffes der Walzen :
Bei Befeuchtung mit Wasser eine Breite des längsgekreppten Streifens von
9, 8 cm in feuchtem Zustand, 7, 0 cm in trockenem Zustand
Bei Befeuchtung mit Methylalkohol eine Breite des längsgekreppten Streifens von
10, 0 cm in feuchtem Zustand, 12, 8 cm in trockenem Zustand.
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Methylalkohol etwa 28%.
Die nach dem Verfahren erzeugten längsgekreppten Papierbahnen zeigen aber nicht nur eine Dehnung an Stelle der bei Befeuchtung mit Wasser bekannten Schrumpfung, auch die Struktur der so behandelten Papierbahnen ist deutlich verschieden. Trotz der gleichen Eingriffstiefe und gleichen Dimensionen der verwendeten Kreppwalzen wird anscheinend eine wesentlich grössere Zahl rissähnlicher öffnungen erzeugt, die aber vorwiegend kürzer sind, so dass der Eindruck einer stärkeren Zerfaserung entsteht. Dementsprechend fühlt sich eine derart erzeugte Papierbahn wesentlich weicher an und scheint eine samtartige, faserige Oberfläche zu besitzen.
Um die stärkere Zerfaserung der Papierbahn bei der Behandlung nach dem vorliegenden Verfahren zu prüfen, wurden Streifen des oben erwähnten Rohpapiers von 24 cm Breite in einer weiter unten, an Hand der Fig. 1 bis 4 noch näher erläuterten Vorrichtung zu entsprechenden längsgekreppten Papierbahnen umgeformt.
Diese wurden unmittelbar einer handelsüblichen Strangmaschine zugeführt und Filterstäbe von 8, 05 mm Durchmesser und 90 mm Länge hergestellt.
Dabei wurde, bei gleichbleibender Einstellung der Eingriffstiefe aller Walzen, zuerst die Befeuchtungseinrichtung mit Wasser gefüllt und dieses dann durch reinen Methylalkohol ersetzt. Die hergestellten Filterstäbe wurden wie üblich zuerst auf ihren Zugwiederstand geprüft und dann jeweils in 6 Filterstöpsel von je 15 mm Länge unterteilt, die an die Tabaksäule der gleichen filterlosen Zigarettensorte montiert und dann mit einer standardisierten Rauchmaschine abgeraucht wurden ; es wurde der im Rauch hinter den Filtern enthaltene Anteil an flüssigen und festen Partikeln von Teer und Nikotin bestimmt (in Milligramm) und aus je zehn derartigen Messungen der Mittelwert gebildet.
Es ergaben sich folgende Werte :
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<tb>
<tb> Filterstäbe <SEP> bzw. <SEP> Filterstöpsel
<tb> aus <SEP> mit <SEP> Methyl- <SEP> aus <SEP> mit <SEP> Wasser
<tb> alkohol <SEP> getränk-getränkten
<tb> ten <SEP> Papierbahnen <SEP> Papierbahnen
<tb> Zugwiderstand <SEP> (Mittelwert
<tb> aus <SEP> 10 <SEP> Filterstäben) <SEP> 280 <SEP> mm <SEP> WS <SEP> 113 <SEP> mm <SEP> WS
<tb> Partikelmenge <SEP> im <SEP> Rauch <SEP> hinter
<tb> dem <SEP> Fiulter, <SEP> pro <SEP> Zigarette <SEP> 8 <SEP> mg <SEP> 18 <SEP> mg
<tb>
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Schon aus dem Unterschied der Zugwiderstände ist ersichtlich, dass die hiefür wesentliche Zerfaserung der Papierbahn bedeutend grösser ist. Trotz gleicher Papiermenge in den verglichenen Filterstäben ist eine Vergrösserung des Zugwiderstandes um etwa 115% festgestellt worden.
Die jeweils eine gleichgrosse Papiermenge enthaltenden Filterstöpsel zeigen dementsprechend bei dem nach dem vorliegenden Verfahren behandelten Papier auch eine wesentlich grössere Abscheidungswirkung ; somit kann durch die Verwendung von Methylalkohol als Tränkungsmittel die Oberfläche der im Papier enthaltenen und durch den Krepp- und Querreckungsprozess gelockerten bzw. freigelegten Fasern keinerlei nachteilige Einwirkung erfahren haben. Es wird im Gegenteil vermutet, dass die Reinigungswirkung eines leichtflüchtigen Tränkungsmittels, wie z. B. Methylalkohol, die Aufnahmefähigkeit der Fasern für die aus dem Rauch abzuscheidenden Partikel erhöht.
Die oben beschriebenen Messergebnisse wurden unter Verwendung von Methylalkohol als leichtflüchtiges Tränkungsmittel erzielt. Ausserdem sind auch andere Alkohole wie Äthylalkohole (Äthanole) und Propylakohole (Propanole) geeignet. Andere, sehr brauchbare Tränkungsmittel sind Acetone und andere Ketone. Auch Diäthyläther und andere Äther wie Schwefeläther und Natriumäther sind verwendbar. Ferner können cyklische Ringverbindungen wie Xylole, Toluole, Benzol, Gemische wie Leichtbenzine und sogenannte aromatische Ringverbindungen als Tränkungsmittel benutzt werden. Auch Halogenkohlenwasserstoffe wie Äthylchlorid, Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff usw. sind verwendbar, sowie Ester wie Essigsäure-Äthyl-Ester (Äthylacetat).
Für das vorliegende Verfahren sind alle jene Tränkungsmittel geeignet, deren Siedetemperaturen niedriger als diejenige von Wasser und deren Verdampfungswärmen kleiner als etwa 250 cal/g sind.
Die Wirkung einer Verdünnung von reinem Alkohol mit Wasser auf den Schrumpfungs- bzw. Dehnungsgrad von längsgekreppten Papierbahnen beim Trocknen zeigt die nachstehende Tabelle, die sich auf Rohpapierstreifen aus der oben genannten Papierqualität bezieht :
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<tb>
<tb> Tränkungsflüssigkeit <SEP> Breite <SEP> der <SEP> Papierbahnen
<tb> vor <SEP> dem <SEP> Tränken <SEP> nach <SEP> Trocknung
<tb> Reines <SEP> Wasser <SEP> 120 <SEP> mm <SEP> 90 <SEP> mm <SEP>
<tb> 90% <SEP> Wasser <SEP> +10% <SEP> Alkohol <SEP> 120 <SEP> mm <SEP> 100 <SEP> mm
<tb> 50% <SEP> Wasser <SEP> + <SEP> 50% <SEP> Alkohol <SEP> 120 <SEP> mm <SEP> 120 <SEP> mm
<tb> 10% <SEP> Wasser <SEP> + <SEP> 90% <SEP> Alkohol <SEP> 120 <SEP> mm <SEP> 160 <SEP> mm
<tb> Reiner <SEP> Alkohlo <SEP> 120 <SEP> mm <SEP> 168mm
<tb>
Bei den oben genannten Untersuchungen wurde zur Herstellung der längsgekreppten
Bahnen ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens verwendet, die in Fig. 1 schematisch dargestellt und eingerichtet ist für den kontinuierlichen Durchlauf einer Papierbahn--l--die von einer Rohpapierrolle-2-abgewickelt wird. Die Papierbahn muss ausreichende Festigkeit in Längsrichtung besitzen und sollte zweckmässigerweise aus wenig oder gar nicht gemahlenen oder geschlagenen Fasern bestehen.
Die Papierbahn--l--läuft durch eine Einrichtung in der sie angefeuchtet wird, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer rotierenden Walze--5--besteht, die in eine leichtflüchtige Flüssigkeit--6-- eintaucht und beim Betrieb auf ihrer Oberfläche einen Flüssigkeitsfilm aufweist, der die durchlaufende
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Tauchen der Walze-5-in das Tränkungsbad-6-und durch Regulierung des Anpressdruckes der Walze - kann innerhalb gewisser Grenzen die Anfeuchtung der durchlaufenden Papierbahn reguliert werden.
Zweckmässigerweise wird der Grad der Anfeuchtung so gewählt, dass das Papier noch eine genügende Reissfestigkeit in Längsrichtung aufweist, um ohne abzureissen die nachfolgenden Stationen der in Fig. 1 wiedergegebenen Vorrichtung durchlaufen zu können. Anderseits muss aber die Papierbahn genügend stark getränkt sein, um für den gewünschten Grad der Längskreppung eine entsprechende Querreckung zu erlauben.
Nach dem Verlassen der Befeuchtungseinrichtung gelangt die Materialbahn in eine Rillungs- und Reckeinrichtung und läuft dort zunächst in den Spalt zwischen den Rillungs-und Reckwalzen-8 und 9-ein. Jeder dieser beiden Walzen ist mit einer Vielzahl, eng benachbarter Ringrippen versehen, die ohne sich zu berühren, um einen einstellbaren Betrag ineinandergreifen.
Je nach Art des verwendeten leichtflüchtigen Tränkungsmittels kann es zweckmässig sein, die Rillungs- und Reckwalzen-8, 9--und ebenfalls die später noch zu beschreibende Rillungs-und Reckwalze-10--, auf eine gewisse Temperatur zu erwärmen, natürlich nur so hoch, dass sich die aus der Papierbahn austretenden Dämpfe nicht entzünden können. Hiezu können die Walzen mit geeigneten elektrischen Heizelementen im Inneren versehen werden, die entweder stillstehen und dann über die hohlen Achsen dieser Walzen gespeist werden, oder aber mit den Walzen mitrotieren, so dass die Stromzuführung über äussere Schleifringe erfolgen muss. Natürlich kann eine Heizung auch mit andern geeigneten Mitteln erfolgen, beispielsweise durch
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Verwendung von Heissdampf, der durch die hohlen Walzen strömt.
Es ist dabei wichtig, dass die Temperatur nicht über einen zulässigen Höchstwert ansteigen kann ; die Heizung soll aber auch bei einer Durchlaufgeschwindigkeit der getränkten Papierbahn bis zu mehreren Metern pro Sekunde die Rillungs- und Reckwalzen auf der gewünschten Temperatur halten können. Beim Durchlaufen der angefeuchteten Papierbahn durch den Spalt zwischen den Rillungs-und Kreppwalzen-8 und 9-wird sie an den die Rippen berührenden Stellen anscheinend etwas festgehalten, so dass die Querreckung besonders stark an den Stellen zwischen diesen anhaftenden Zonen des Papiers erfolgt.
Jedenfalls weist das durch den Spalt zwischen den Walzen-8 und 9-laufende Papier parallele streifenartige Längszonen unterschiedlicher Struktur auf, die in der Papierbahn deutlich erkennbar sind.
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am vorderen und rückwärtigen Ende tragende Schraubenspindeln erfolgen, damit gewährleistet ist, dass bei einer Höhenverstellung der Drehachse der Walze--8--diese Drehachse genau parallel zur Drehachse der Walze --9-- bleibt. Die Höhenverstellung selbst muss so fein einstellbar sein, dass es möglich ist, den Eingriff der gegenseitigen Ringrippen, etwa im Bereich zwischen 0 und 1 mm Eingriffstiefe auf Bruchteile eines Zehntel-mm genau und reproduzierbar einzujustieren.
Zweckmässigerweise ist die Verstelleinrichtung mit einer geeichten Skala und einer Markierung versehen, um gewährleisten zu können, dass eine gewünschte Eingriffstiefe jederzeit wieder eingestellt werden kann, wenn aus irgendwelchen Gründen der Eingriff verändert wurde. Ausserdem ist vorgesehen, dass die Rillungs-und Reckwalze--8--auf ihrer Drehachse in axialer Richtung justiert werden kann, um die Ringrippen der Walze --9-- genau in die Mitte zwischen die Ringrippen der Walze-8-zu stellen.
Es hat sich auch gezeigt, dass anscheinend durch geringfügige axiale Verschiebung der Walze--8-- relativ zur Walze--9--der Charakter der Längskreppung in der Papierbahn verändert werden kann.
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Reckwalzen-8 und 9-durchlaufendeAusführungsbeispiel längs eines Umschlingungswinkels von etwa 180 und gelangt dann in den Spalt zwischen dieser Walze--9--und einer dritten Rillungs-und Reckwalze--10--.
Während des Verweilens der bereits längsgerillten und quergereckten Papierbahn auf der Oberfläche der Walze --9-- werden die, in Kontakt mit den Ringrippen dieser Walze befindlichen Teile der Papierbahn etwas getrocknet und versteift, wodurch die in der ersten Rillungs- und Reckzone erzeugte gelockerte Struktur des Papiers fixiert wird, also keine Gefahr mehr besteht, dass durch die Weichheit und Nachgiebigkeit des Papiers diese Struktur nachteilig beeinflusst werden kann.
Die Rillungs-und Reckwalze--10--ist identisch wie die Walze--9--gestaltet, besitzt entsprechende Ringrippen und rotiert um eine Drehachse parallel zu derjenigen der Walze--9--. Auch die Drehachse der
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--9-- höhenverstellbar10-kann eine weitere Vertiefung der Längskreppung und eine Steigerung der Querreckung erzeugt werden, wobei gewährleistet ist, dass die Lage der Papierbahn im zweiten Spalt zwischen den Walzen--9 und 10--die gleiche ist, wie im ersten Spalt zwischen den Walzen--8 und 9--.
Nach dem Verlassen des zweiten Spaltes bleibt die nun in zwei Stufen längsgekreppte und quergereckte Papierbahn längs eines Umschlingungswinkels von 180 auf der Walze--10--liegen und wird von dort über eine Umlenkrolle--11--in horizontaler Richtung abgezogen. Es sei erwähnt, dass während der Verweilzeit der Papierbahn auf der Walze--10--jene Teile die erwärmten Ringrippen berühren, die sich beim Durchlaufen des Umschlingungswinkels der Walze--9--jeweils zwischen benachbarten Rippen befanden, also die Ringrippen der Walze --9-- nicht berührt haben. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die von der Walze --10-- abgezogene Papierbahn auf ihrer Ober- und Unterseite in gleicher Weise vorgetrocknet und versteift ist.
Falls erwünscht, kann die aus den drei Walzen--8, 9 und 10--bestehende Kreppeinrichtung mit einer Abdeckhaube --14-- versehen werden, damit die aus der Papierbahn austretenden Dämpfe nach oben in pfeilrichtung --15-- abziehen oder abgesaugt werden können.
Die so in zwei Stufen längsgekreppte und quergereckte Papierbahn wird durch den Kontakt mit den Walzen-9 bzw. 10-in den meisten Fällen von der enthaltenen Flüssigkeit vollständig befreit. Sollte diese
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oder durch Heissluft den restlichen Flüssigkeitsgehalt der durchlaufenden längsgekreppten Papierbahn beseitigt. Bei Verwendung der leichtflüchtigen Tränkungsmittel gemäss dem vorliegenden Verfahren ist es aber möglich, auf eine solche zusätzliche Trocknungseinrichtung --13-- zu verzichten, da der Trocknungseffekt der erwärmten Walzen-9 und 10-ausreicht, um die längsgekreppte Papierbahn vollständig zu trocknen.
Gegenüber dem hohen Heizenergiebedarf bei den bisher bekannten, mit einer Wasseranfeuchtung
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arbeitenden Verfahren, ist der nur geringe Energiebedarf für die Verdampfung der leichtflüchtigen Tränkungsmittel ein wesentlicher Vorteil des vorliegenden Verfahrens.
Falls erwünscht, kann das aus der Papierbahn verdampfende Tränkungsmittel auch zurückgewonnen werden, wozu bekannte Einrichtungen am Absaugrohr der Haube--13--vorgesehen werden können.
Die in Fig. 1 in einem Ausführungsbeispiel dargestellte Vorrichtung zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens für die Herstellung von längsgekreppten und quergereckten faserhaltigen Materialbahnen kann mit einer Aufwickeleinrichtung allgemein bekannter Bauart versehen werden, um die längsgekreppte Papierbahn zu Bobinen aufzuwickeln. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die hergestellte längsgekreppte Papierbahn direkt in die Zusammenraffeinrichtung einer Strangmaschine bekannter Bauart einzuführen ; hiebei ist es gelegentlich von Vorteil, wenn die Papierbahn nicht vollständig getrocknet ist, sondern nach erfolgter Umhüllung und Unterteilung in Filterstäbe nachtrocknen kann.
Besonders für schnellaufende Strangmaschinen, die unmittelbar mit einer längsgekreppten Papierbahn gespeist werden sollten, ist das vorliegende Verfahren vorteilhaft, da die rasche Beseitigung des leichtflüchtigen Tränkungsmittels aus der längsgekreppten Papierbahn ohne Schwierigkeiten möglich ist.
An Stelle der mit drei ineinandergreifenden Walzen-8, 9 und 10-- ausgestatteten Rillungs- und Reckstation der Einrichtung nach Fig. 1 können auch Stationen anderer Bauart verwendet werden, wie sie
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mit ebenen, senkrecht zur Walzenachse verlaufenden Flanken und angenähert rechteckiger Querschnittsform mit zylindrischen Stirnseiten, die vorzugsweise scharfkantig an die Flanken grenzen. Beispielsweise haben sich Ringrippen bewährt, die einen gegenseitigen Abstand von 0, 7 mm und eine Dicke von 0, 3 mm besitzen, bei einer radialen Flankenhöhe von etwa 1, 0 bis 1, 5 mm.
Da der Rillungs- und Reckprozess vorzugsweise, aber nicht ausschliesslich, mit faserhaltigem Flachmaterial einer Dicke unterhalb von 0, 1 mm durchgeführt wird, beispielsweise an Rohpapieren mit einer mittleren Dicke von etwa 0, 07 mm, verläuft die Papierbahn im Spalt zwischen zwei Walzen mit derartigen Ringrippen, wenn dieselben beispielsweise 0, 5 mm tief ineinandergreifen, ohne die Seitenflanken der Rippen zu berühren, wenn die Rippen der einen Walze jeweils genau in die Mitte der Rinne zwischen den beiden gegenüberliegenden Walzen hineinragen. Bei den oben genannten Abmessungen weist jede der ineinandergreifenden Ringrippen einen seitlichen Abstand von 0, 2 mm auf und eine durch diesen Spalt laufende Papierbahn berührt die Ringrippen jeweils nur an ihren zylindrischen Stirnseiten.
Der Rillungs- und Reckprozess zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens kann auch mit nur zwei ineinandergreifenden, mit Ringrippen versehenen Walzen durchgeführt werden, jedoch findet hiebei eine so kurrzeitige und heftige Beanspruchung der Papierbahn statt, dass die einzelnen Fasern brechen oder zerreissen können. Deshalb wird vorzugsweise eine Kreppstation mit mehr als zwei ineinandergreifenden Walzen verwendet, etwa gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der, auch beim vorliegenden Verfahren verwendeten Rillungs- und Reckwalzen ist in Fig. 2 bis 4 in einem etwa 10 : 1 vergrösserten Massstab dargestellt, wobei aber der Einfachheit halber der Durchmesser der Walzen kleiner als in Wirklichkeit gezeichnet ist. Die drei, ineinandergreifenden Rillungs-und Reckwalzen-8, 9 und 10-sind bezüglich ihrer Ringrippen --21-- und der dazwischen sich bildenden Ringkanäle-20-identisch. Die Ringrippen --21-- der Walzen --8 und 10-greifen in die entsprechenden Ringkanäle --20-- der Walze --9-- ein. Wie in den Fig. 2 und 3 angedeutet, läuft die
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mittleren Walze--9--, so dass der untere Spalt einen geringeren Eingriff und der obere Spalt einen grösseren Eingriff aufweist.
Beispielsweise kann der Eingriff für den unteren Spalt etwa 0, 3 mm betragen, während der obere Spalt einen Eingriff von etwa 0, 6 mm besitzt. Der Eingriff ist dabei jeweils längs der Verbindungslinie zwischen den Achsen der Walze-8 und 9-bzw. der Walze--9 und 10--angegeben. Die durchlaufende Papierbahn wird also in zwei aufeinanderfolgenden Stufen in Längsrichtung gekreppt und dabei quergereckt, wobei jene Zonen der Papierbahn, welche beim Durchlauf im ersten Spalt zwischen den Walzen--8 und 9-die zylindrischen Stirnflächen der Rippen Walze-9-berühren, nach dem Verlassen dieses Spaltes auf diesen Rippen liegen bleiben, bis sie in den zweiten Spalt zwischen den Walzen-9 und 10-- einlaufen.
Die Papierbahn verweilt dabei eine, dem Umschlingungswinkel von etwa 1800 entsprechende Zeit auf der Walze--9--. Nach dem Durchlauf durch den zweiten Spalt zwischen der Walze--9--und. der Walze - -10-- bleibt die dann tiefer gerillte und stärker gereckte Papierbahn während eines Umschlingungswinkels von ebenfalls etwa 1800 auf der Walze--10--liegen, u. zw. berühren jetzt jene Längszonen die flachen Stirnseiten der Ringrippen --21-- der Walze --10--, die beim Verweilen auf der Walze-9-die dortigen Ringrippen nicht berührt hatten.
Der zweistufige Rillungs- und Reckprozess mit den Walzen gemäss Fig. 2 bis 4 erlaubt auch bei gesteigerter Bahngeschwindigkeit eine zuverlässige Längsrillung und Querreckung des Papiers, ohne das Papier zu stark zu beanspruchen. Da die Walzen--8, 9 und 10--auf eine erwünschte Temperatur erwärmt sind, werden jeweils
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jene Längsstreifen des Papiers, welche die Stirnseiten der erwähnten Ringrippen berührt, in einem gewissen Ausmass getrocknet und versteift, was dazu führt, dass beim nächstfolgenden Rillungs- und Reckvorgang im zweiten Spalt das Papier den Anforderungen gewachsen ist.
Durch entsprechende Einjustierung der Eingriffstiefe der gegenseitigen Ringrippen im ersten bzw. zweiten Spalt kann eine längsgekreppte und quergereckte Papierbahn erzeugt werden, die einer Vielzahl von Anforderungen gerecht wird, ohne dass die Papierstruktur in nachteiliger Weise beeinflusst wird.
Es sei auch darauf hingewiesen, dass eine Paierbahn, die während eines vorbestimmten Umschlingungswinkels auf einer der Rillungs- und Kreppwalzen liegen bleibt, eine Biegung erfährt, die für die Lockerung und Freilegung von Einzelfasern vorteilhaft ist. Bei einer Rillungs- und Kreppstation aus den drei Walzen--8, 9 und 10--erfolgt die Biegung der längsgekreppten Materialbahn zuerst in der einen und dann in der andern Richtung, was die Freilegung von Einzelfasern noch erleichtert.
Wie bereits oben erwähnt, haben die meisten der genannten leichtflüchtigen Tränkungsmittel die Eigenschaft, eine Verbreiterung der längsgekreppten und zerfaserten Papierbahnen beim Trocknen zu bewirken, im Gegensatz zu der Schrumpfung bei mit Wasser befeuchteten Papierbahnen. Dementsprechend kann bei Verwendung von mit Wasser verdünnbaren leichtflüchtigen Tränkungsmitteln, beispielsweise bei Alkoholen und Ketonen, durch eine mehr oder weniger starke Wasserbeigabe die Breite der längsgekreppten Papierbahn nach dem Trocknen beeinflusst werden.
Wird beispielsweise eine Vorrichtung der oben beschriebenen Bauart für die Herstellung längsgekreppter Materialbahnen dazu verwendet, um eine Papierbahn vorbestimmter Breite mit Längsrillen zu versehen, gleichzeitig in Querrichtung zu recken und zu zerfasern, um diese Papierbahn dann direkt einer handelsüblichen Strangmaschine zur Erzeugung von umhüllten Papierfilterstäben zuzuführen, so kann der Zugwiderstand der erzeugten Filterstäbe durch mehr oder weniger grosse Wasserbeigabe zum leichtflüchtigen Tränkungsmittel beeinflusst werden. Beispielsweise wurde eine Rohpapierbahn von 240 mm Breite, 35 g/m2 Gewicht und 0, 06 mm Dicke in einer solchen Vorrichtung zu Filterstäben von 8, 0 mm Durchmesser und 102 mm Länge verarbeitet, wobei als Tränkungsmittel ein Gemisch aus Methylalkohol und Wasser verwendet wurde.
Der Zugwiderstand der Filterstäbe wurde mit der üblichen genormten Methode in mm Wassersäule beim Durchgang einer Luftmenge von 17, 5 cm 3/sec ermittelt. Das Ergebnis (Mittelwert aus 20 Filterstäben) zeigt die Kurve A im Diagramm der Fig. 5, das längs der Abszisse die Gewichtsanteile von Wasser-W-bzw. Methylalkohol --T-- im Tränkungsmittel angibt, während die Ordinate die Erhöhung--Z--des Zugwiderstandes in % gegenüber dem bei Befeuchtung mit reinem Wasser (100% W, 0% T) zeigt. Die im gleichen Diagramm eingetragene Kurve--B-zeigt die Zugwiderstandserhöhung--Z--bei Verwendung eines Gemisches von Aceton-T-und Wasser-W-- (in Gewichtsanteilen).
Bei der Verwendung von Filterstäben in Maschinen zur Herstellung von Filterzigaretten sind auch die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Festigkeit der zylindrischen Filterstäbe gegen radiales Eindrücken und die vollständige Ausfüllung des Querschnitts von Bedeutung. Bei den Filterstäben, die nach dem oben an Hand von Fig. 5 beschriebenen Beispiel hergestellt wurden, hat sich herausgestellt, dass die mechanische Festigkeit gegenüber einem radialen Druck innerhalb von etwa 10 bis 15% konstant bleibt, wenn das Tränkungsmittel einen Wasseranteil von 20 bis 100 Gew.-% aufweist.
Weiterhin wurde festgestellt, dass mit Sicherheit von 50 bis 0 Gew.-% Wassergehalt des Tränkungsmittels eine Verbreiterung der Papierbahn beim Trocknen stattfindet, so dass es zulässig ist, wenn die der Strangmaschine zugeführte Materialbahn noch nicht vollständig getrocknet ist ; beim Nachtrocknen der hergestellten Filterstäbe dehnt sich die im Innern befindliche Papierbahn noch etwas aus und gewährleistet dadurch eine besonders einheitliche Füllung solcher Filterstäbe.
Untersuchungen der Filterwirkung von Filterstöpseln, die durch Unterteilung der Filterstäbe gemäss den oben beschriebenen Beispielen erzeugt und an Zigaretten befestigt worden waren, haben die bereits bekannte Regel bestätigt, dass innerhalb gewisser Grenzen die Filterwirksamkeit proportional dem Zugwiderstand ist.
Jedenfalls bewirkt die Behandlung des Rohpapiers mit einem leichtflüchtigen Tränkungsmittel keine nachteilige Beeinflussung der Ab- und Adsorption seitens der freigelegten Papierfasern. Trotz dieser Ergebnisse konnte aber festgestellt werden, dass die vor dem Längskreppen mit leichtflüchtigen Tränkungsmitteln befeuchteten Papierbahnen in bezug auf ihre Wasseraufnahme bzw. Wasserdampfaufnahme aus dem Rauchstrom verschieden sind.
Zunächst wurde festgestellt, dass das Quellvermögen von Papierbahnen je nach dem Wassergehalt der verwendeten leichtflüchtigen Tränkungsmittel unterschiedlich ist. Das Quellvermögen-Q-in Prozenten wurde dabei mit Messgeräten bekannter Bauart an zehn aufeinanderliegenden Rohpapierproben gleicher Herkunft festgestellt, die durch einen zylindrischen Stempel von 16 mm Durchmesser mit einem Gewicht von 300 g
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a = reines Wasser, b = 50 Gew.-% Wasser und 50 Gew.-% Methylalkohol, c = reiner Methylalkohol.
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Es ist ersichtlich, dass zwischen Wasser und reinem Methylalkohol ein Unterschied von etwa 10 : 1 bezüglich des Quellvermögens besteht. Ähnliche Unterschiede wurden auch bezüglich der Aufnahmefähigkeit von Wasserdampf aus einem Gasstrom festgestellt. Das unterschiedliche Verhalten von derartigen längsgekreppten und stark zerfaserten Papierbahnen gegenüber der Wasser- bzw. Wasserdampfaufnahme ist aber für deren Verwendung in Zigarettenfiltern von grosser Bedeutung, da es unerwünscht ist, durch eine starke Wasseraufnahme aus dem durchströmenden Rauch diesen stark zu trocknen, weil dies den Rauchgeschmack ungünstig beeinflusst.
Es ist seit langer Zeit bekannt, dass Papierfilter trotz ihrer guten Filtereigenschaften, also grossen Abscheidungswirkung auf Teer- und Nikotinstoffe aus dem Rauch, wegen dem grossen Feuchtigkeitsentzug und damit der starken Trocknung des Rauches eine unerwünschte Geschmacksveränderung ergeben. Mit Papierbahnen, die nach dem vorliegenden Verfahren nicht mit Wasser, sondern mit leichtflüchtigen Tränkungsmitteln vor der Längskreppung und Zerfaserung behandelt wurden, wird die starke Austrocknung des Rauches vermieden, ohne Verminderung der erwünschten hohen Abscheidungswirkung gegenüber Teer- und Nikotinstoffen. Diese Verbesserung hängt möglicherweise auch damit zusammen, dass die Aufsauggeschwindigkeit von Wasser bzw.
Wasserdampf bei mit leichtflüchtigen Tränkungsmitteln behandelten Papierbahnen merklich kleiner ist, als bei Papierbahnen, die beim Längskreppen und Zerfasern mit Wasser befeuchtet wurden.
Wie bereits weiter oben erwähnt, ist es ein Vorteil des vorliegenden Verfahrens, dass bei Verwendung von leichtflüchtigen Tränkungsmitteln zusätzliche Substanzen in diesem Tränkungsmittel gelöst werden können, die dann mit dem Tränkungsmittel zusammen in feinster Verteilung auf die Papierbahn gebracht und nach deren Trocknung dort zurückgelassen werden.
Beispielsweise wurden bei Alkoholen als Tränkungsmittel als Zusätze Weinsäure, Zitronensäure u. ähnl. mehrwertige Oxycarbonsäuren verwendet und Filter hergestellt, die beim Abrauchen an Zigaretten eine Geschmacksverbesserung ergaben.
Bei Aceton und andern leichtflüchtigen Ketonen als Tränkungsmittel können Cellulosetriazetat, Celluloseacrylacetat, Cellulosenitrat, Cellulosehydroxyd und andere Celluloseverbindungen bzw. Glucosereste als zusätzliche Substanzen im Tränkungsmittel aufgelöst werden. Die genannten Celluloseverbindungen bzw.
Glucosereste sind auch als Zusätze zu einem Tränkungsmittel aus der Gruppe organischer Äther geeignet.
Ferner sind die leichtflüchtigen Tränkungsmittel geeignet, um solche zusätzlichen Substanzen in ihnen aufzulösen, die mit den Fasern der Materialbahn eine chemische Reaktion wenigstens an der Oberfläche bewirken.
Beispielsweise können Alkohole als Tränkungsmittel mit einem Zusatz von einwertigen Oxycarbonsäuren, etwa Oxyameisensäure oder Oxyessigsäure versehen werden. Bei organischen Äthern als Tränkungsmittel sind Zusätze einwertiger Fettsäuren wie Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, usw. möglich.
Beim Betrieb der bereits oben beschriebenen Einrichtung unter Verwendung von leichtflüchtigen Tränkungsmitteln, in denen zusätzliche Substanzen aufgelöst sind, hat es sich in manchen Fällen als nachteilig erwiesen, dass sich bei längerer Betriebszeit solche zusätzlichen Substanzen auf den Rillungs- und Reckwalzen niederschlagen, was unerwünscht ist. In solchen Fällen ist es zweckmässig, das vorliegende Verfahren in zwei aufeinanderfolgenden Schritten durchzuführen. Im ersten Verfahrensschritt wird das Rohpapier mit einem Tränkungsmittel behandelt, das die erwünschten Substanzen gelöst enthält und anschliessend getrocknet. Die derart imprägnierte Papierbahn wird dann unter Verwendung eines reinen, leicht flüchtigen Tränkungsmittels angefeuchtet, den eventuell erhitzten Rillungs- und Reckwalzen zugeführt und anschliessend vom Tränkungsmittel befreit.
Es hat sich erwiesen, dass bei diesem zweistufigen Verfahren auch bei längerem Betrieb sich keine merklichen Rückstände auf den Rillungs- und Reckwalzen bilden.
Beispielsweise lässt sich bei der Verwendung von Aceton mit einem Gehalt von einigen Prozent Cellulosetriazetat zwar eine für Zigarettenfilter ausgezeichnet verwendbare, zerfaserte Papierbahn herstellen, aber bei längerem Betrieb entstehen unerwünschte Niederschläge auf den Rillungs- und Reckwalzen. Diese für die Verwendung in Zigarettenfiltern besonders vorteilhafte, mit einem Gehalt von Cellulosetriazetat versehene, stark zerfaserte Papierbahn lässt sich aber vorteilhafterweise in zwei Verfahrensschritten herstellen. Hiebei wird im ersten Verfahrensschritt die Rohpapierbahn mit einer leicht flüchtigen Lösung imprägniert, die aus Aceton besteht, in dem eine geringe Menge, beispielsweise 0, 2 bis 4 Grew.-% Cellulosetriazetat gelöst ist. Die Imprägnierung und anschliessende Trocknung findet sehr rasch statt und benötigt nur geringe Energie.
Das so imprägnierte Rohpapier wird dann in der oben beschriebenen Weise mit einem leichtflüchtigen Tränkungsmittel befeuchtet und den Rillungs- und Reckwalzen zugeführt ; vorteilhafterweise wird hiebei ein Alkohol als leichtflüchtiges Tränkungsmittel verwendet, in welchem Cellulosetriazetat nicht löslich ist. Jedenfalls hat sich gezeigt, dass bei einer derart imprägnierten Papierbahn an den Rillungs- und Reckwalzen keine unerwünschten Rückstände auftreten. Auch ein Alkohol/Aceton-Gemisch ist brauchbar.
Durch die Verwendung von in leichtflüchtigen Tränkungsmitteln gelösten zusätzlichen Substanzen oder durch vorherige Imprägnierung der Rohpapierbahn mit den betreffenden zusätzlichen Substanzen in stark verdünnten Lösungen lassen sich längsgekreppte und stark zerfaserte Materialbahnen, insbesondere Papierbahnen herstellen, die in ausserordentlich feiner Verteilung diese zusätzlichen Substanzen an ihrer Oberfläche besitzen. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass bei Verwendung leichtflüchtiger Lösungsmittel zur
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Imprägnierung eine völlig gleichmässige Verteilung der zusätzlichen Substanzen über die gesamte Oberfläche der Papierbahnen stattfindet und auch die nachträgliche Längskreppung und starke Zerfaserung diese gleichmässige Verteilung keineswegs verändert.
Beispielsweise wurden die oben an Hand des Diagramms der Fig. 6 bereits beschriebenen Rohpapierbahnen - C und D-mit einer Lösung von etwa 1 Gew.-% Cellulosetriazetat in Aceton imprägniert und getrocknet.
Das Quellvermögen des Rohpapiers--C-nach dieser Imprägnierung ist in Fig. 6 bei--E--angedeutet und entsprechend das Quellvermögen der Rohpapierbahn--D--nach erfolgter Imprägnierung bei--F-- wiedergegeben. Es ist ersichtlich, dass die imprägnierten Papierbahnen ein völlig anderes Verhalten bezüglich Quellfähigkeit zeigen, als die betreffenden nicht imprägnierten Papierbahnen. Bei Verwendung von reinem Wasser zeigen die imprägnierten Papierbahnen nur ein äusserst geringes Quellvermögen. Dagegen ist bei Anfeuchtung mit Methylalkohol das Quellvermögen gleich oder grösser als bei den nicht imprägnierten Papierbahnen.
Hieraus ist bereits ersichtlich, dass trotz der Verteilung der nur 1% Cellulosetriacetat enthaltenen Acetonlösung über die gesamte Papieroberfläche der Papierbahn eine starke Beeinflussung des Verhaltens der Papierfasern gegenüber Wasser eintritt.
In gleicher Weise imprägnierte Rohpapierbahnen von 240 mm Breite entsprechend der in Fig. 6 mit--E bzw. F--angegebenen Papierqualität zeigen nach erfolgter Längskreppung und Zerfaserung unter Verwendung von Alkohol als leichtflüchtiges Tränkungsmittel, anschliessender Trocknung und Weiterverarbeitung zu Filterstäben bzw. Zigarettenssltern ein wesentlich anderes Verhalten als Zigarettenfilter aus gleichem Rohpapier aber ohne die genannte Imprägnierung mit 1 Grew.-% Cellulosetriazetat in Acetonlösung.
In mehrfachen Prüfungen wurde festgestellt, dass derartige Zigarettenfilter dem Rauch offensichtlich nur noch geringe Mengen Feuchtigkeit entziehen und anscheinend auch die im Rauch enthaltenen leichtflüchtigen aromatischen Stoffe viel weniger zurückhalten als entsprechende Filter aus nichtimprägnierten Papierbahnen. Jedenfalls treten praktisch bei Rauchversuchen die allgemein bekannten Beanstandungen der nachteiligen Beeinflussung des Geschmacks beim Rauchen der Zigaretten nicht mehr oder nur noch in stark vermindertem Masse auf, verglichen mit üblichen Papierfilter.
Wie bereits oben erwähnt, ermöglicht die Verwendung der genannten leichtflüchtigen Tränkungsmittel gemäss dem vorliegenden Verfahren eine ausserordentlich feine Verteilung zusätzlich erwünschter Stoffe über die gesamte Oberfläche der Materialbahnen. Beispielsweise zeigt das Diagramm der Fig. 7 den Einfluss der Konzentration von Cellulosetriazetat als Zusatz in einer Acetonlösung zur Imprägnierung von Rohpapierbahnen der im Diagramm der Fig. 6 mit-D bzw. F-bezeichneten Papierqualität. Dabei wurden mit derart imprägnierten Papierbahnen in gleicher Weise, wie oben bereits beschrieben, Filterstäbe hergestellt unter Verwendung von Methylalkohol als leichtflüchtiges Tränkungsmittel für das imprägnierte Rohpapier.
Für die betreffenden Filterstäbe ergab sich ein Zugwiderstand--Z--von 200 mm WS bei einer Papierbahn ohne jede Imprägnierung. Der Verlauf des Zugwiderstandes mit Imprägnierung durch eine Acetonlösung mit steigendem Prozentsatz--K--an Cellulosetriazetat ist durch die Kurve--G--wiedergegeben und es ist erkennbar, dass schon bei 0, 5 Gew.-% Cellulosetriazetat in der Acetonlösung der Zugwiderstand entsprechender Filterstöpsel von 200 mm WS auf etwa 125 mm WS absinkt. Bei steigender Konzentration-K-an Cellulosetriazetat über etwa 2 Gel.-% tritt nur noch eine geringfügige Zugwiderstandänderung auf.
Während die Kurve--G--den Einfluss der Imprägnierung der Rohpapierbahn zeigt für Filterstäbe, die in zwei aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten hergestellt werden, ist aus der zum Vergleich in Fig. 7 eingezeichneten Kurve-H-der Einfluss der Konzentration von Cellulosetriazetat in Aceton ersichtlich, wenn diese Lösung unmittelbar als leichtflüchtiges Tränkungsmittel für die vorher nicht imprägnierte gleiche Papierbahn verwendet wird.
Bei Durchführung des vorliegenden Verfahrens in zwei aufeinanderfolgenden Schritten, kann die Imprägnierung beispielsweise in einer Einrichtung wie sie schematisch in Fig. 8 dargestellt ist, durchgeführt
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--1--,--23-- rotiert. Die imprägnierte Papierbahn läuft dann über die Umlenkrolle--24--, auf welcher die beispielsweise aus elastischem Material bestehende Rolle --25-- drückt, so dass überschüssige Imprägnierlösung aus der Papierbahn abgedrückt wird. Anschliessend läuft die imprägnierte Papierbahn durch eine Trocknungseinrichtung-26--, in der gegebenenfalls das Lösungsmittel der Imprägnierlösung-22-- zurückgewonnen werden kann und wird nach erfolgter Trocknung auf der Vorratsrolle --27-- aufgewickelt.
Die derartig imprägnierte Papierbahn kann dann mittels der oben in Fig. 1 beschriebenen Einrichtung zu einer längsgekreppten, stark zerfaserten Papierbahn weiterverarbeitet werden. An Stelle der gezeichneten Imprägnierung durch Eintauchen der Papierbahn in eine Imprägnierlösung--22--kann die Imprägnierung natürlich auch mittels jeder andern bekannten Methode erfolgen, beispielsweise durch einseitiges oder zweiseitiges Aufsprühen der Imprägnierlösung auf die Papierbahn.
Da vorzugsweise die Imprägnierlösung aus einem leichtflüchtigen Lösungsmittel besteht, erfolgt die Trocknung der imprägnierten Papierbahn sehr rasch. Es ist deshalb auch möglich, wie in Fig. 9 schematisch dargestellt, die Imprägnierung unmittelbar vor der Verarbeitung des imprägnierten Rohpapiers durch eine Einrichtung gemäss der Fig. 1 vorzunehmen. Hiebei läuft beispielsweise die von der Vorratsrolle-2--
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und gelangt anschliessend unmittelbar in die Tränkungseinrichtung--5, 6, 7--wie sie oben an Hand von Fig. 1 näher beschrieben ist.
Wegen der sehr raschen Trocknung von mit leichtflüchtigen Tränkungsmitteln befeuchteten und dem längsgekreppten Material-insbesondere Papierbahnen ermöglicht das vorliegende Verfahren den direkten Anschluss einer Einrichtung nach Fig. 1 an eine schnellaufende Strangmaschine üblicher Bauart, wie dies in Fig. 10 schematisch dargestellt ist.
Hiebei wird die über die Umlenkrollen--11 und 12--laufende, bereits weitgehend
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von der Vorratstrommel --47-- abläuft. Aus dem Trichter --40-- läuft die in Querrichtung zusammengeraffte längsgekreppte Bahn als umhüllter zylindrischer Strang von beispielsweise 8, 0 mm Durchmesser heraus, die abstehende Kante --42-- der Umhüllung wird durch die Apparatur --43-- mit einem Leimstrich versehen, umgeklappt und beim Durchlauf durch das geheizte Formwerkzeug --44-- festgeklebt, so dass der umhüllte fertige Filterstrang--49--entsteht.
Zur überwindung der Reibung läuft das endlose Förderband - über die Umlenkrollen --45-- und durch den Trichter --41--, sowie das Formwerkzeug - -44--. Der fertige endlose Filterstrang--49--wird dann üblicherweise in Filterstäbe unterteilt, die üblicherweise eine Länge von 66 bis 120 mm aufweisen, entsprechend der sechsfachen Filterstöpsellänge.
Es sei noch erwähnt, dass das vorliegende Verfahren wegen der Benutzung leichtflüchtiger Tränkungsmittel auch besonders gut geeignet ist, diesen Tränkungsmitteln sogenannte Geschmacks- oder Flavourstoffe beizufügen, was gelegentlich erwünscht ist.