Anwendung von Kunststoff Fasern In der letzten Zeit weist die Filterzigarette einen immer grösseren Anteil am Zigarettenverbrauch auf, weshalb den Zigarettenfiltern eine wachsende Bedeu tung zukommt. Dabei werden besonders Filter bevor zugt, die aus gebündelten Kunstfasern bestehen, da sich deren Fabrikation als besonders vorteilhaft erwiesen hat, denn die zu einem endlosen Strang vereinigten Kunstfaserfäden können kontinuierlich den Herstellungsmaschinen für die Filterstöpsel zuge führt werden.
Als Fasermaterial hierfür wird bereits verarbeitet oder ist vorgeschlagen worden: Cellulose- Triacetat, Cellulose-Acetat, Cellulose-Ester, Viskose, Cellulose-Äther usw., alleine oder miteinander ge mischt.
Entgegen der allgemein verbreiteten Annahme, wonach solche Kunstfaserfilter einen Fortschritt gegen über den seit langem bekannten Filtern aus Krepp- papier oder Baumwollwatte ergeben, hat sich durch neuere Untersuchungen beweisen lassen, dass diese Annahme nicht zutrifft.
Es ist behauptet worden: 1. dass Filter aus Kunstfasern (insbesondere aus in Aceton unlöslichem Cellulose-Triacetat) dem Tabak weniger Feuchtigkeit entziehen als etwa Kreppapier filter, 2. dass derartige Filter die Alkaloide im Tabak rauch bis zu 90% abscheiden können, 3. dass Kunstfaserfilter einen besonders guten Schutz der Atmungsorgane (z. B. deren Schleimhäute) gewährleisten.
Angesichts der Wichtigkeit einer zuverlässigen Filtrierung des Tabakrauches wurden - um diese Angaben sachlich zu erhärten - Filter dieser Bauart einer sorgfältigen messtechnischen Kontrolle unter zogen. Dabei haben sich die nachstehenden über raschenden Ergebnisse eingestellt: Zu 1.
Bei der Prüfung von je 10 Stück 12 inm langer Filterstöpsel aus Cellulose-Triacetat und aus Krepp- papier ergab sich
EMI0001.0021
Cellulose- <SEP> Kreppapier
<tb> Triacetat
<tb> Nikotingehalt <SEP> im <SEP> Filter <SEP> in <SEP> mg <SEP> 5,20 <SEP> 9,30
<tb> Gewichtszunahme <SEP> nach <SEP> dem
<tb> Rauchen <SEP> in <SEP> mg <SEP> <B>176,5</B> <SEP> 234,2
<tb> Verhältnis <SEP> 1:33,9 <SEP> 1:25,2 Da Nikotin und Teer jeweils erfahrungsgemäss in fast gleichen Mengen dem Rauch entzogen werden, stellt die angegebene Verhältniszahl die Wasserabsorption der Filter dar.
Also ist die Wasserabsorption bei Cellulose-Triacetat eindeutig grösser (um etwa 30%) als bei Kreppapier.
Zu 2. Nach der in Europa allgemein angewandten Analysenmethode von Schmidt-Pfyhl wurde festgestellt, dass bei einem Tabak von mittlerem Nikotingehalt und einem Filter mit brauchbarem Zugwiderstand aus Acetatfasern kein höherer Abscheidungsgrad für Alkaloide als etwa 20% erreichbar ist.
Zu 3. Die Kunstfasern solcher Filter zeigen den Charakter von anorganischen Substanzen, besitzen also kein Quellvermögen, und die mögliche Wirkung auf die Schleimhäute der Atmungsorgane ist, wenn auch noch weitgehend unerforscht, kaum förderlich. Es hat sich gezeigt, dass beim normalen Rauchen von Zigaretten mit Kunstfaserfiltern durch die mechani sche Beanspruchung, das Durchziehen des Rauches, das unvermeidliche Drücken und Rollen des Mund stückes, ständig kurze Faserenden als Staubteile aus dem Filtermundstück herauskommen und unmittelbar in die Mundhöhle gelangen. Aus Mikrophotographien ist die charakteristische Gestalt solcher Staubteilchen als kantig, spitz und drahtartig erwiesen, und es sind die scharfen Schnitt- bzw. Bruchkanten der Kunst fasern erkennbar.
Die im Mikrobild erkennbare Gestalt der Kunst fasern mit ihrer drahtartig aussehenden glatten Ober fläche lassen dieses Material als wenig geeignet für Filterzwecke erkennen, wenn dies auch bisher kaum berücksichtigt wurde.
Es sind bereits Fasern bekannt geworden, die infolge einer Reihe von unregelmässig verteilten Hohl räumen, die wenigstens zum Teil miteinander kommu nizieren, eine erheblich vergrösserte Oberfläche auf weisen. Diese Fasern werden beispielsweise dadurch hergestellt, dass man in eine Spinnlösung ein Gas während des Verspinnens einbläst, wobei die durch das Gas gebildeten Räume bei dem Erhärten erhalten bleiben. Daneben besteht auch die Möglichkeit, der Spinnlösung einen gasbildenden Stoff beizugeben, welcher während des Verspinnens Hohlräume hervor ruft.
Bei entsprechender Bemessung dieses Zusatz stoffes oder der beim Verspinnen eingeblasenen Luft ist es möglich, Fasern zu schaffen, welche, wie oben erwähnt, eine Reihe von unregelmässigen verteilten Hohlräumen aufweisen, die wenigstens zum Teil mit einander kommunizieren.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun die Anwen dung von Fasern aus saugfähigen Kunststoffen, die eine Vielzahl von wenigstens zum Teil miteinander kommunizierenden, unregelmässig verteilten Hohl räumen und infolgedessen eine grosse aktive Ober fläche aufweisen, für Rauchwarenfilter.
Es hat sich völlig überraschend gezeigt, dass Fasern dieser Art eine sehr gute Filterung des Tabakrauches bewirken. Weiterhin hat sich überraschend heraus gestellt, dass diese Fasern ein Quellvermögen zeigen, obwohl die aus gleichem Material hergestellten glatten bzw. zylindrischen Fasern, wie oben ausgeführt, nicht quellfähig sind.
Die vorliegende Erfindung ist nachstehend in einigen Ausführungsbeispielen anhand der Fig. 1 bis 5 näher erläutert. Hiervon zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Filterfaser, Fig. <I>2a</I> und<I>2b</I> je einen Viskosefaden bekannter Art, Fig. 3a und 3b je eine Mikrophotographie einer trockenen bzw. aufgequollenen Filterfaser, Fig. 4 eine Mikrophotographie einer Aufsicht auf eine Filterfaser, Fig. 5 eine Mikrophotographie eines Querschnitts durch einen Strang aus Filterfasern.
Die zur Erzeugung von Viskosehohlfäden mit oder ohne.Querwänden gebräuchlichen Spinnlösungen ent halten Stoffe, beispielsweise Natriumcarbonat, die beim Spinnprozess durch Einwirkung des saueren Spinnbades eine Gasbildung zur Folge haben, etwa Kohlendioxydgas.
Bei geeigneter Bemessung des Koa- gulationsvorganges gelingt es, die erzeugten, gasblasen- haltigen Fäden zuerst an der Aussenseite zu verfestigen, so dass sich die im flüssigen Innern gebildeten Gas blasen vereinigen können und einen durchgehenden, mehr oder weniger lang sich erstreckenden Hohlkanal bilden.
Es ist bei der Weiterentwicklung dieses Verfahrens bekanntlich gefunden worden, dass der Spinnprozess auch derart durchgeführt werden kann, dass nicht ein solcher mehr oder weniger langer Hohlkanal entsteht, sondern ein Viskosefaden mit einer Vielzahl willkür lich verteilter Hohlräume. Durch geeignete Wahl des Säuregehaltes des Spinnbades und der Verweilzeit der Fäden in demselben, kann erreicht werden, dass ein Teil dieser Hohlräume an gemeinsamen Trennwänden Durchgänge erhalten und dass solche Hohlräume auch von der Fadenoberfläche ins Innere führen.
Jedenfalls entsteht eine skelettartige Struktur des den Faden bildenden Viskosematerials, teils aus abgeschlossenen, teils aus miteinander kommunizierenden Hohlräumen aufgebaut. Beispielsweise zeigt die Fig. 1 in schema tischer Wiedergabe einen Längsschnitt durch eine solche Filterfaser, die aus einer Vielzahl von Viskose lamellen la, 1b, 1c usw. aufgebaut ist, zwischen denen sich willkürlich verteilte Hohlräume<I>2a</I> bis<I>2d</I> befinden.
Das Viskosematerial besitzt eine gewisse Quell- fähigkeit und kann eine bestimmte Wassermenge auf nehmen. Es ist klar, dass eine Filterfaser nach Fig. 1 eine wesentlich grössere Oberfläche aufweist als eine Vollfaser oder auch eine Hohlfaser nach Fig. 2a bzw. 2b.
Dementsprechend ist auch die absorbierbare Wassermenge der Filterfaser viel grösser, und der Durchmesser einer mit Wasser getränkten Faser erhöht sich wesentlich mehr als etwa jener einer Cellulose- Acetatfaser. In Fig. 3a und 3b ist je eine Mikrophoto graphie einer trockenen bzw. einer 60 Sekunden in Wasser aufgequollenen Viskosefilterfaser von band artiger Gestalt wiedergegeben, woraus eine Vergrö sserung der Breite von etwa 1:2 ersichtlich ist. Der Vergrösserungsmassstab ist bei beiden Aufnahmen derselbe.
Die beschriebenen Filterfasern können auch aus andern Kunststoffen als Viskose hergestellt werden, jedoch muss das Material zu Fäden verarbeitbar sein und eine gewisse Saugfähigkeit besitzen wie etwa Cellulose-Acetat.
Bei Untersuchungen von in feuchter Umgebung aufgequollenen Filterfasern aus Viskose und Cellulose- Acetat hat sich bekanntlich gezeigt, dass praktisch alle Viskoselamellen und Wandungsteile eine ent sprechende Quellung aufweisen. Dies hat zur Folge, dass die vorher elastische Filterfaser beim Aufquellen schlaff und weich wird.
Diese Eigenschaft ist insofern von grosser Bedeutung, als solche Filterfasern aus Viskose wegen ihrer Weichheit ein ausgesprochen organfreundliches Verhalten zeigen und auf Schleim häute, dank ihrer grossen Quellfähigkeit, wie natür liche Staubfasern wirken, im Gegensatz zu andern Kunstfasern etwa aus Cellulose-Triacetat usw., welche scharfkantig und hart bleiben.
Eine Filterfaser aus Viskose der oben beschrie benen Art von bandartiger Gestalt ist aus der in Fig. 4 wiedergegebenen Mikrophotographie ersichtlich, und zwar handelt es sich dabei um eine Aufsicht im Dunkel- feld. Aus diesem bei relativ geringer Vergrösserung entstandenen Bild sind die willkürlich verteilten Hohl räume an der Faseroberseite und im Innern deutlich erkennbar. Einen Querschnitt durch einen Strang aus solchen Filterfasern zeigt die Mikrophotographie der Fig. 5, aus welcher die Skelettstruktur ersichtlich ist.
Die stark vergrösserte Oberfläche solcher Filter fasern ergibt aber nicht nur eine verbesserte Quell- fähigkeit, sondern auch eine gesteigerte Abscheidungs- wirkung. Anstelle längs der glatten Oberfläche bisher üblicher Kunstfasern strömt der durch einen Filter stöpsel aus den beschriebenen Filterfasern gezogene Rauch nun längs der zerklüfteten Aussenseite der selben und dringt durch die kommunizierenden Hohl räume in das Viskoseskelett ein. Die Absorption und die Adsorption ist entsprechend dem Oberflächen zuwachs stark erhöht, und ebenso wird die Konden sation von flüssigen Partikeln im Rauch erleichtert.
Dabei muss keineswegs eine Vergrösserung des Strö mungswiderstands in Kauf genommen werden.
Das oben erläuterte Verfahren zur Herstellung derartiger Filterfasern unter Gasbildung im saueren Spinnbad kann bekanntlich auch dahingehend modi fiziert werden, dass bereits eine homogen mit feinen Gasblasen durchsetzte Spinnlösung durch geeignete Düsen in das Spinnbad gepresst wird. Da die Filter fasern eine relativ geringe mechanische Festigkeit benötigen, können auch auf diese Weise Kunststoff- fäden mit willkürlich verteilten Hohlräumen für Filter zwecke gewonnen werden. Die Anzahl solcher Gas blasen pro Raumteil Spinnlösung und die mittlere Grösse der Gasblasen können je nach Art der erwünsch ten Faserstruktur gewählt werden.
Der Gehalt der Spinnlösung an feinsten Gasblasen kann schliesslich so weit gesteigert werden, dass ein Feinschaum durch die Düsen in das Spinnbad gepresst wird und dort zu Schaumfäden erstarrt. Weiterhin kann auch durch entsprechende Ausgestaltung der Düsen und gleich zeitige Zufuhr eines unter Druck stehenden Gas stromes beim Durchgang der blasenfreien Spinn lösung durch diese Düsen ein Faden mit willkürlich verteilten Hohlräumen der erwünschten Skelettstruktur erzeugt werden.
Die Filterfasern, hergestellt nach dem beschrie benen Verfahren, werden zweckmässigerweise zu einem endlosen Filterstrang bestimmten Durchmessers ver einigt, der dann nach Umhüllung mit einem Mantel aus geeignetem Material, wie Papier, einer Filter stöpselmaschine zugeführt und zu Filterstöpseln ver arbeitet werden kann. Diese Filterstöpsel unterscheiden sich von den bekannten Kunstfaserfiltern durch die aus einem Kunststoffskelett bestehenden zerklüfteten Fasern, die mit willkürlich verteilten Hohlräumen versehen sind, von denen wenigstens ein Teil mitein ander in Verbindung steht.
Falls erwünscht, kann bei der Strangherstellung sowohl aus Viskose- als auch aus Cellulose-Acetat- Filterfasern ein geeignetes Bindemittel zur Verfestigung des Strangs mitverarbeitet werden.