Verfahren zur Herstellung eines Filtermaterials für Rauchwaren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her stellung eines Filtermaterials für Rauchwaren.
Das Verfahren nach der Erfindung bezweckt die Schaffung eines solchen Filtermaterials, das die Ab sorptionsleistung des daraus hergestellten Filters in neu artiger Weise verbessert und ein extrem hohes Auf nahmevermögen für Tabakrauchkondensat besitzt, um dadurch bei definierter freier Durchgangsfläche die Wirksamkeit eines solchen Filtermaterials gegenüber herkömmlichen aus fädigem -Material, wie z. B. aus Celluloseacetat bestehenden Filtermaterials um etwa 45 Ö zu verbessern.
Es sind bereits eine Reihe von Verfahren zur Her stellung von Filtermaterial für Rauchwaren bekannt. Für die zigarettenherstellende Industrie haben jedoch nur solche Verfahren Bedeutung erlangt, die die Filter stäbe aus endlosen Faserbündeln aus synthetischen Ma terialien vornehmlich Celluloseacetat bilden oder sol che, die endlose gekreppte Papierbahnen mit und ohne Vliesauflage als Ausgangsmaterial zur Filterstabbildung benutzen.
Zur Verbesserung der Absorptionsleistung von Zigarettenfiltern wurden u. a. Prallkörper im Filter vor gesehen. Diese sollen die nichtgasförmigen Tabakrauch bestandteile bremsen oder zur Bildung von grösseren Agglomeraten veranlassen. Man hat auch bereits in die Filter Stoffe mit grosser innerer Oberfläche wie Aktiv kohle. Kieselgele sowie natürliche oder auch künstliche lonenaustauscher eingelagert. Diese Stoffe entfalten jedoch nur hinsichtlich der Gasphase des Tabakrauches die ihnen eigene Wirkung.
Dadurch, dass ihre äussere Oberfläche zumindest partiell während des Hindurchströmens von Tabakrauch sehr schnell von niedergeschla-enen nichtgasförmigen Rauchanteilen be deckt wird, verliert die innere Oberfläche solcher Stoffe jedoch sehr rasch ihre Wirksamkeit. Ausserdem sind solche oberflächenaktiven Stoffe weitgehend durch die Fixiermittel. die sie im Faserbündel oder Vlies des Tabakrauchfilters festhalten sollen, blockiert, so dass sie von vornherein selbst für die Gasphase des Tabak rauches nur bedingt wirksam sein können.
Man hat ferner bereits sehr feire Fasermaterialien, wie Asbestfasern oder solche tierischer Herkunft, wie Kollagenfasern, als Tabakrauchfiltermaterial verwendet, weil sich Tabakrauchpartikel nur an solchen Körpern wirksam niederschlagen, die ihnen in den äussren Di mensionen entsprechen. Bei faserigem Material müssen also die Durchmesser der Einzelfasern grössenordnungs mässig denen der Tabakrauchpartikeln entsprechen.
Abgesehen davon, dass sich tierische Fasern, wie Kollagenfasern, aus geschmacklichen und werbepsy chologischen Gründen für die Herstellung von Zigaret tenfiltern verbieten, sind sie aufgrund ihrer mechani- vchen Eigenschaften zur Verarbeitung zu Ziearetten- filtern ungeeignet, obwohl sie für die zu lösende Auf gabe die richtigen Einzelfaserdurchmesser besitzen. Anorganisches Fas _rmaterial geeigneter Stärke hat sich seiner geringen mechanischen Belastbarkeit wegen nicht als Filtermaterial bewährt.
Das erfindungsgemässe Verfahren erreicht die be schriebenen Vorteile und behebt die erwähnten Nach teile dadurch, dass man in aus zueinander in Wirrlage befindlichen, bis zu 10 mm langen Fasern in Form eines vliesartigen Materials zerriebene Schaumstoff partikel einlagert.
Die zermahlenen Schaumstoffteilchen haben vor zugsweise Muschelform mit so geringen Wandstärken, dass sich an den Bruchkanten in bevorzugtem Masse Rauchpartikeln niederschlagen, die dann vom lockeren, aber ausreichend saugfähigen Trägervlies aufgenommen werden.
Das Filtermaterial wird z. B. mit einer Schar von Rundmessern in gleichmässige Streifen zerschnitten, die naturgemäss rechteckigen Querschnitt haben, und zu einem endlosen Filterstab zusammengefasst. Für den Tabakrauchstrom stellen diese parallel zueinander lie genden Streifen eine dichte Masse dar, so dass er ausschliesslich durch den nicht von diesen Streifen er füllten Filterraum hindurchströmt. Die Summe der Querschnittfläche dieser nicht erfüllten Räume ergibt die freie Durchgangsfläche , die bei einem gewählten Zugwiderstand des Filterstopfens so einzustellen ist, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Rauchstromes zur optimalen Niederschlagung ausreichend gross ist.
Diese freie Durchoan#,sfläche>> ist für jede Filteraufgabe unter Berücksichtigung der Filterlänge, der jeweiligen Tabak mischung, des für den #-,ünstiLsten Geschmackseindruck noch zulässiLen Zu;widerstandes der Gesamtzigarette usw. empirisch von F 11 zu Fall neu festzulegen.
Die in die Räume zwischen den Filtermaterialstreifen hinein ragenden, zermahlenen Schaumstoffteilchen bilden da bei eine Vielzahl von Turbulenzzentren, die die Vor aussetzung für die Le"enüber herkömmlichen Zigaret tenfiltern verbesserte Adsorptionsleistung des nach dem crfindungsgeniässen Verfahren hergestellten Filterma terials bilden.
Vorzugswcis-- wird dabei die mittlere Teilchengrösse der Schaumstoffpartikcln kleiner als der mittleren Porendurchmesser des den Partikeln zugrunde lie2enden Schaumstoffes gcivählt.
Als Trä_7ervliesfasern@können beliebige faserige Ma terialien verwendet werden wie Asbest, Cellulose, Cel- (uloseacetat, Regeneratcellulose, Glasfasern, Linters usw.
Als Verbindungen. die im Vlies zur Polymerisation gebracht werden, haben sich vornehmlich Styrole be währt, aber auch Acryl- oder Methacrylsäureester, Vinylacetat, Vinylehlorid, Vinyläther und Isobutylen.
Das Vlies mit den lose eingelagerten Schaumstoff partikeln wird zweckmässig mit Lösungen oder Emulsio nen der mononieren oder auch partiell polymerisierten noch polymerisationsfähigen Verbindungen besprüht oder in sie getaucht und durch beliebige Wärme- oder Lichtbehandlung, ""während der die Polymerisation ab läuft oder zu Ende verläuft, mit den eingelagerten Schaumstoffpartikeln zu einer nicht mehr zu lösenden, lockeren Einheit verbunden.
Bei langsam verlaufenden Reaktionen ist die zu sätzliche Verwendung von Polymerisations-Katalysato- ren zweckmässig. Als solche haben sich Cobalt- oder Manoansalze alicyclischer Carbonsäuren in Mengen unter 1 ')' (bezo(yen auf die polymerisationsfähige Ver bindung) vornehmlich 0.02-0,2 als günstig erwiesen.
Das Filtermaterial lässt sich noch verbessern, wenn den verwendeten polymerisationsfähigen Verbindungen Blä hmittcl zugesetzt werden, die im Vlies eine zu mindest partielle Verschäumung des Kunststoffes mög_ lieh machen. Auch der Zusatz von an sich schäum- baren Kunststoffen hat sich zur weiteren Verbesserung des Filtermaterials bewährt.
Das Vlies wird auf diese Weise noch aufnahmefähiger für die sich an den ein- gelav(erten, zermahlenen Schaumstoffpartikeln nieder schlagenden Tabakrauchkondensate.
Im folgenden wird das erfindungsgemässe Verfahren anhand von Beispielen näher erläutert und die gegen- über herkömmlichen Filtermaterialien erreichbare Ver besserung aufgezeigt.
<I>Beispiel I</I> Polyurethanschaum mit ein;-m mittleren Porendurch messer von 1.2 mm wurde zerrieben und nach Teilchen grösse fraktioniert. Für die aufgeführten Beispielse wurd; eine Fraktion von 0,25-0.7 mm verwendet. Die Partikel haben in diesem Korngrössenbereich unter der Voraus setzung einer Porengrösse von 0,8-1.5 mm die Form flacher Schalen oder grösserer Bruchstücke davon.
30 g dieser Schaumstof\partikel wurden zu 200 g in Wasser aufgeschlagenem Celluloseacetatfasermateri < < l von 1,6 den. und einer Faserlän,-,e von 2.0--1,0 mm gegeben, das Ganze kräftig aufgerührt und über Siebe abgesaugt. Dabei wurden die Siebfliiclicn so gewählt, dass die entstandenen Blätter nach dem Trocknen (ohne Druck) ein lockeres Vlies mit einer Stärke von etwa 0,5 mm bildeten.
Die getrockneten Blätter wurden darauf durch eine 20 '(; ige äthanolische Styrollösung < ,::führt, g#"trocl;nct und durch Erwärmung auf 140-C gehärtet. Danach wurden sie in 0,5 mm breite Streifen von annähernd quadratischem Querschnitt geschnitten.
Diese Streifen wurden in einer solchen Anzahl zu Filterstäben von 8,25 mm Durchmesser zusammenCefasst und mit einer Papierumhüllung versehen, dass aus diesen Filterstäben geschnittene, 17 mm lange Filterstopfen einen Zug widerstand von 60 = 5 nini Wassersäule bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 17,5 ml; sec besassen.
In den Filterstäben und Filterstopfen lagen die einzelnen Streifen Filtermaterial annähernd parallel zueinander und begrenzten Rauchstrotnkanäle von gleichem Quer schnitt und gleicher Anzahl über die gesamte Filter stablänge, so dass in jedem aus dem in diesem von Hand gefertigten Beispiel zwar endlichen. sonst aber endlosen Filterstrang geschnittenen Filterstopfen die gleiche < :freie Durchgangsfläche gesichert ist.
Die aus den Stäben geschnittenen Filterstopfen wur den an Zigarettentabakstränge gesetzt und die so ent standenen Filterzigaretten entsprechend dem DIN-Ent wurf Nr. 10.240 (siehe auch Beiträge zur Tabak forschung<I>I</I> s. 32 (1961),<I>I</I> s. 307 1962) verraucht und der Hauptstromrauch sowie das Filter analytisch unter sucht. Als Vergleich dienten 17 nim lange Filter aus Celluloseacetattow mit einem Einzeltiter von 5 den.
und einem Gesamttiter von 78 000 den. unter Ver wendung von 9 Triacetin als Härter. die im gleichen Zugwiderstandsbereich wie die Filter lagen und wie diese an die gleichen Zigarettentabakstränge gesetzt worden waren. Die nachfolgende Tabelle 1 gibt Auf schluss über die Überlegenheit des neuen Filters (,e;,cn- über dem herkömmlichen.
Der direkte Adsorptionsgrad des Filters für Nikotin ist beschrieben durch den Quotienten
EMI0002.0101
EMI0003.0001
<I>Tabelle <SEP> 1</I>
<tb> Filterzigaretten <SEP> Filterzigaretten
<tb> 17 <SEP> mm <SEP> Celluloseacetatfilter <SEP> 17 <SEP> mm <SEP> Filter
<tb> Beispiel <SEP> 1
<tb> Tabakgewicht, <SEP> verraucht <SEP> mg <SEP> 810 <SEP> 802
<tb> durchschnittliche <SEP> Zugzahl <SEP> 9,6 <SEP> 9,5
<tb> Rauch <SEP> Gesamtkondensat <SEP> feucht <SEP> mg <SEP> 24,4 <SEP> 9,1
<tb> <SEP> trocken <SEP> mg <SEP> 24,2 <SEP> 8,1
<tb> Nikotin <SEP> mg <SEP> 1,31 <SEP> 0,57
<tb> Filter <SEP> Nikotin <SEP> <I>mg <SEP> 0,67</I> <SEP> 1,41
<tb> Dir. <SEP> Adsorptionsgrad <SEP> für
<tb> Nikotin, <SEP> ' <SEP> 33,8 <SEP> 71,2 Beispiel <I>2</I> 30 :
o Schaumstoffpartikel (aus Beispiel 1) wurden zu 200 g Unters gegeben, die in Wasser aufgeschlagen worden waren. Die Linters hatten eine mittlere Faser- länce von 2,5 mm. Sonst wurde wie im Beispiel 1 verfahren. Die Raucherergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
<I>Beispiel</I> .3 200 entklumpte Linters und 20 g zermahlerner Polystyrolschaum wurden in einer Luftwirbelkammer in nig untereinander vermischt und in einen Rüttelsieb- Kasten gegeb n, an den gegenüber einem unter der Siebfläche entlan;,y;führten endlosen Stahlband eine elektrische Spannung von + 18 000 Volt gelegt wor den war.
Die Lintersfasern und die Schaumpartikeln wanderten im elektrischen Feld entsprechend ihrer elek trischen Ladung auf das geerdete Stahlband, wo sie mit <B>610'</B> ihres Gewichtes an Vinylacetat besprüht wurden. Dem Sprühmittel war kurz vor dem Verarbeiten 0,1 seines Gewichtes an Cobaltnaphthenat zugesetzt wor den.
Nach einer Belichtungsstrecke wurde der Band auftrag, nachdem die Auflage zusammen mit dem Trägerband eine Walze passiert hatte, als lockeres, zu- sammenhä ngendes Vlies abgenommen, das nach einer Lavlyerzeit von 10 Stunden wie im Beispiel 1 zu Streifen zerschnitten und wie dort zu endlosen Filterstäben und Filterstopfen weiterverarbeitet wurde. Die Rauchergeb nisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
<I>Beispiel 4</I> 200 g Celluloseacetat von 1,6 den. und ein--r Faser länge von 2,5-4,0 mm wurden in Wasser aufgeschlagen und mit 20 g zerriebenem Polyurethanschaum zu Blät tern wie im Beispiel 1 verarbeitet, wobei jedoch kurz vor dem Trockensaugen so viel Polystyrol P in einer Körnung von 0,2-0,3 mm auf die flüssige Phase ge geben wurde, dass nach dem Trockensaug-.n in der Vliesoberfläche bezogen auf das Celluloseacetat <B>101o</B> an Polystyrol P lose eingelagert war.
Nach dem Trocknen wurde mit 6 % Vinylacetat besprüht, dem 0,1 0 seines Gewichtes an Cobaltnaphthenat zugesetzt worden war und erwärmt, wobei das Polystyrol geschäumt wurde. Während dieser Fertigungsphase wurde das Vlies zwi schen Walzen geführt, deren Abstand voneinander auf 0,5 mm eingestellt worden war. Damit war die Schicht dicke des fertigen Bogens festgelegt, der beim Hindurch führen durch eine Rundmesserschar zu einem endlosen Bündel 0,5 mm breiter Streifen zerschnitten wurde. Wie im Beispiel 1 wurde dieses Streifenbündel zum endlosen Filterstrang zusammengefasst und wie dort hin sichtlich seiner Adsorptionseigenschaften für den Tabak rauch untersucht.
Die Rauchergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
EMI0003.0039
<I>Tabelle <SEP> 2</I>
<tb> Filterzigaretten <SEP> 17 <SEP> mm <SEP> Filter
<tb> Beispiel <SEP> 2 <SEP> Beispiel <SEP> 3 <SEP> Beispiel <SEP> 4 <SEP> Vergleich
<tb> Tabakgewicht, <SEP> verraucht <SEP> mg <SEP> 815 <SEP> 800 <SEP> 826 <SEP> 815
<tb> durchschnittliche <SEP> Zugzahl <SEP> 9,6 <SEP> 9,5 <SEP> 9,6 <SEP> 9,5
<tb> Rauch <SEP> Gesamtkondensat <SEP> feucht <SEP> mg <SEP> 9,3 <SEP> 8,9 <SEP> 9,4 <SEP> 25,8
<tb> <SEP> trocken <SEP> mg <SEP> 8,5 <SEP> 8,1 <SEP> 8,6 <SEP> 24,5
<tb> Nikotin <SEP> mg <SEP> 0,60 <SEP> 0,71 <SEP> 0,53 <SEP> 1,34
<tb> Filter <SEP> Nikotin <SEP> mg <SEP> 1,42 <SEP> 1,32 <SEP> 1,40 <SEP> 0,68
<tb> Dir. <SEP> Adsorptionsgrad <SEP> für
<tb> Nikotin <SEP> i; <SEP> 70,4 <SEP> 65,1 <SEP> 72,6 <SEP> 33,7