Verfahren zur Behandlung von endlosen Bahnen aus faserhaltigem Material zwecks Herstellung eines Filterstrangs
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung des Verfahrens gemäss dem Hauptpatent für die Behandlung von endlosen Bahnen aus faserhaltigem Material, insbesondere Papier, um es zur Zusammenraffung in Querrichtung und Umhüllung geeignet zu machen, zwecks Herstellung eines endlosen, in Filterstäbe unterteilbaren Filterstrangs.
Die praktisch unelastische Materialbahn wird kontinuierlich durch mindestens einen Spalt zwischen zwei rotierenden Rillungs- und Reckwalzen hindurchgeführt, die mit engen ineinandergreifenden, einander aber nicht berührenden Ringrippen versehen sind, wobei die Materialbahn von den Ringrippen festgehalten, aber längs der sich frei im Spalt bis zu den jeweils benachbarten Ringrippen erstreckenden Materialabschnitten quer zur Laufrichtung gereckt wird, welche Querreckung bis zur Lockerung und Freilegung von Fasern ohne vollständige Zerstörung des Querzusammenhangs des Materials erhöht wird.
Gemäss dem Hauptpatent wird die Materialbahn vor dem Eintritt in den Spalt mit einem leichtflüchtigen Tränkungsmittel behandelt und nach dem Austritt aus dem Spalt von demselben wieder befreit.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird bei diesem Verfahren ein Tränkungsmittel verwendet mit einer Verdampfungswärme kleiner als 250 cal/g.
Die Erfindung ist nachstehend in einigen Ausführungsbeispielen anhand der Fig. 1 bis 5 näher erläutert. Diese zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm der Zugwiderstandserhöhung Z in % von Filterstöpseln, wenn das verwendete Tränkungsmittel T die auf der Zeichnung angegebenen Gewichtsprozente von Wasser W enthält,
Fig. 2 ein Diagramm des Quellvermögens Q einiger Papierbahnen bei Tränkung mit verschiedenen Tränkungsmitteln,
Fig. 3 ein Diagramm über die Wirkung der Konzentration K eines Zusatzstoffes auf den Zugwiderstand Z von Filterstäben,
Fig. 4 und 5 je eine schematische Darstellung von Einrichtungen zur Imprägnierung von Rohpapierbahnen.
Für das Verfahren gemäss dem Hauptpatent wurde als besonders vorteilhaft festgestellt, wenn die zu behandelnde flache und glatte faserhaltige Materialbahn, beispielsweise eine Papierbahn, bevor sie durch einen Rillungs- und Reckprozess in Längsrichtung gekreppt und dabei in Querrichtung gereckt wird, mit einem leichtflüchtigen Tränkungsmittel behandelt wird, dessen Verdampfungswärme kleiner als
250 cal/g ist.
Ausser dem im Hauptpatent bereits erwähnten Methylalkohol sind auch andere Alkohole, wie Äthylalkohole (Äthanole) und Propylalkohole (Propanole) geeignet. An dere, sehr brauchbare Tränkungsmittel sind Acetone und andere Ketone. Auch Diäthyläther und andere Äther sind verwendbar. Ferner können cyklische Ringverbindungen, wie Xylole, Toluole, Benzol, Gemische wie Leichtbenzine und sogenannte aromatische Ringverbindungen als Tränkungsmittel benützt werden.
Auch Halogenkohlenwasserstoffe, wie Äthylchlorid, Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff usw. sind verwendbar, sowie Ester, wie Essigsäure-Äthyl-Ester (Äthylacetat).
Wie bereits im Hauptpatent beschrieben, 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 Einrichtung der im Hauptpatent 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 Gewicht pro m2 und 0,06 mm Dicke in einer solchen Einrichtung 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 cm3 pro sek ermittelt. Das Ergebnis (Mittelwert aus 20 Filterstäben) zeigt die Kurve A im Diagramm der Fig. 1, das längs der Abszisse den prozentualen Anteil 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 Gewichtsprozenten).
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 anhand von Fig. 1 beschriebenen Beispiel hergestellt wurden, hat sich herausgestellt, dass die mechanische Festigkeit gegenüber einem radialen Druck innerhalb von etwa i 10 bis 15 % konstant bleibt, wenn das Tränkungsmittel einen Wasseranteil von 20-100 Gewichtsprozent aufweist.
Weiterhin wurde festgestellt, dass mit Sicherheit von 50-0 Gewichtsprozent 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 Prozent wurde dabei mit Messgeräten bekannter Bauart an zehn aufeinanderliegenden Rohpapierbahnen gleicher Herkunft festgestellt, die durch einen zylindrischen Stempel von 16 mm Durchmesser mit einem Gewicht von 300 g zusammengedrückt werden. In dem Diagramm der Fig. 2 ist das Quellvermögen Q in Prozent für zwei Papiersorten C (38 g/m2) und D (35 g/m2) angegeben, wenn zur Anfeuchtung drei verschiedene Tränkungsmittel verwendet werden, nämlich: a = reines Wasser, b = 50 Gewichtsprozent Wasser und 50 Gewichtsprozent
Methylalkohol, c = reiner Methylalkohol.
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 Teerund 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 im Hauptpatent 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 und ähnliche mehrwertige Oxycarbonsäuren verwendet und Filter hergestellt, die beim Abrauchen an Zigaretten eine Geschmacksverbesserung ergaben.
Bei Aceton und anderen 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 im Hauptpatent beschriebenen Einrichtung unter Verwendung von leichtflüchtigen Tränkungsmit teln,indenen zusätzlicheSubstanzen 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 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. Hierbei wird im ersten Verfahrensschritt die Rohpapierbahn mit einer leicht flüchtigen Lösung imprägniert, die aus Aceton besteht, indem eine geringe Menge, beispielsweise 0,2 bis 4 Gewichtsprozent 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 hierbei 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 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 anhand des Diagramms der Fig. 2 bereits beschriebenen Rohpapierbahnen C und D mit einer Lösung von etwa 1 Gewichtsprozent Cellulosetriazetat in Aceton imprägniert und getrocknet. Das Quellvermögen des Rohpapiers C nach dieser Imprägnierung ist in Fig. 2 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. 2 mit D bzw. F angegebenen Papierqualität, zeigen nach erfolgter Längskreppung und Zerfaserung unter Verwendung von Alkohol als leichtflüssiges Tränkungsmittel, anschliessender Trocknung und Weiterverarbeitung zu Filterstäben bzw. Zigarett enfiltern ein wesentlich anderes Verhalten als Zigarettenfilter aus gleichem Rohpapier, aber ohne die genannte Imprägnierung mit 1 Gewichtsprozent 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.
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. 3 den Einfluss der Konzentration von Cellulosetriazetat als Zusatz in einer Acetonlösung zur Imprägnierung von Rohpapierbahnen der im Diagramm der Fig. 2 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 Wassersäule 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 Gewichtsprozent Cellulosetriazetat in der Acetonlösung der Zugwiderstand entsprechender Filterstöpsel von 200 mm Wassersäule auf etwa 125 mm Wassersäule absinkt. Bei steigender Konzentration K an Cellulosetriazetat über etwa 2 Gewichtsprozent tritt nur noch eine geringfügige Zugwiderstandsänderung 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. 3 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. 4 dargestellt ist, durchgeführt werden. Hierbei wird die Rohpapierbahn 1, die von der Vorratsrolle 2 abläuft, über eine Umlenkrolle 20 und eine Tauchrolle 21 geführt, die in eine Imprägnierlösung 22 im Behälter 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 im Hauptpatent beschriebenen Einrichtung zu einer längsgekreppten, stark zerfaserten Papierbahn weiterverarbeitet werden. Anstelle der gezeichneten Imprägnierung durch Eintauchen der Papierbahn in eine Imprägnierlösung 22 kann die Imprägnierung natürlich auch mittels jeder anderen bekannten Methode erfolgen, beispielsweise durch einseitiges oder zweiseitiges Aufsprühen der Imprägnierlösung auf die Papierbahn.
Da vorzugsweise die Imprägnierlösung aus einem leicht flüchtigen Lösungsmittel besteht, erfolgt die Trocknung der imprägnierten Papierbahn sehr rasch. Es ist deshalb auch möglich, wie in Fig. 5 schematisch dargestellt, die Imprägnierung unmittelbar vor der Verarbeitung des imprägnierten Rohpapiers durch eine Einrichtung gemäss dem Hauptpatent vorzunehmen. Hierbei läuft beispielsweise die von der Vorratsrolle 2 kommende Papierbahn 1 zwischen den Rollen 30 und 31 hindurch, wobei sie durch den von der Rolle 30 aus dem Imprägnierbad 32 im Behälter 33 mitgenommenen Flüssigkeitsfilm imprägniert wird. In einer Trocknungseinrichtung 34 wird die imprägnierte Papierbahn dann getrocknet und gelangt anschliessend unmittelbar in die Tränkungseinrichtung 5, 6, 7, wie sie im Hauptpatent näher beschrieben ist.
Process for the treatment of endless webs of fibrous material for the purpose of producing a filter rod
The present invention relates to an improvement of the method according to the main patent for the treatment of endless webs of fibrous material, in particular paper, in order to make it suitable for gathering in the transverse direction and wrapping for the purpose of producing an endless filter rod which can be divided into filter rods.
The practically inelastic material web is continuously passed through at least one gap between two rotating grooving and forging rollers, which are provided with tight interlocking, but not touching, annular ribs, the material web being held by the annular ribs, but along the freely in the gap to the respectively adjacent annular ribs extending material sections is stretched transversely to the running direction, which transverse stretching is increased to the loosening and exposure of fibers without complete destruction of the transverse connection of the material.
According to the main patent, the material web is treated with a volatile impregnating agent before it enters the gap and is freed from the same again after it exits the gap.
According to the present invention, an impregnating agent is used in this process with a heat of vaporization of less than 250 cal / g.
The invention is explained in more detail below in some exemplary embodiments with reference to FIGS. 1 to 5. These show:
1 shows a diagram of the increase in tensile resistance Z in% of filter stoppers when the impregnating agent T used contains the percentages by weight of water W given in the drawing,
2 shows a diagram of the swelling capacity Q of some paper webs when impregnated with different impregnating agents,
3 shows a diagram of the effect of the concentration K of an additive on the tensile resistance Z of filter rods,
4 and 5 each show a schematic representation of devices for impregnating raw paper webs.
For the method according to the main patent it was found to be particularly advantageous if the flat and smooth fibrous material web to be treated, for example a paper web, is treated with a volatile impregnating agent before it is creped in the longitudinal direction by a creasing and stretching process and stretched in the transverse direction , whose heat of vaporization is less than
Is 250 cal / g.
In addition to the methyl alcohol already mentioned in the main patent, other alcohols such as ethyl alcohols (ethanols) and propyl alcohols (propanols) are also suitable. Other very useful impregnating agents are acetones and other ketones. Diethyl ether and other ethers can also be used. In addition, cyclic ring compounds such as xylenes, toluenes, benzene, mixtures such as light gasoline and so-called aromatic ring compounds can be used as impregnating agents.
Halogenated hydrocarbons, such as ethyl chloride, chloroform, carbon tetrachloride, etc., can also be used, as well as esters, such as ethyl acetate (ethyl acetate).
As already described in the main patent, most of the volatile impregnating agents mentioned have the property of causing the longitudinally creped and fiberized paper webs to widen during drying, in contrast to the shrinkage of paper webs moistened with water. Accordingly, when using highly volatile impregnating agents that can be diluted with water, for example alcohols and ketones, the width of the longitudinally creped paper web after drying can be influenced by adding more or less water.
For example, a device of the type described in the main patent is used for the production of longitudinally creped material webs to provide a paper web of a predetermined width with longitudinal grooves, to stretch it in the transverse direction and to shred it, in order to then feed this paper web directly to a commercially available strand machine for the production of wrapped paper filter rods , the tensile resistance of the filter rods produced can be influenced by adding more or less water to the volatile impregnating agent. For example, a raw paper web 240 mm wide, 35 g weight per m2 and 0.06 mm thick was processed in such a device into filter rods 8.0 mm in diameter and 102 mm in length, a mixture of methyl alcohol and water being used as the impregnating agent.
The tensile resistance of the filter rods was determined using the usual standardized method in mm of water column when an air volume of 17.5 cm3 per second passed through. The result (mean value from 20 filter rods) shows curve A in the diagram of FIG. 1, which shows the percentage of water W or methyl alcohol T in the impregnation agent along the abscissa, while the ordinate shows the increase Z of the tensile resistance in% compared to that at Humidification with pure water (100% W, 0% T) shows. Curve B entered in the same diagram shows the increase in tensile resistance Z when using a mixture of acetone T and water W (in percent by weight).
When filter rods are used in machines for producing filter cigarettes, the mechanical properties, in particular the strength of the cylindrical filter rods against radial indentation and the complete filling of the cross section, are also important. In the case of the filter rods that were produced according to the example described above with reference to FIG. 1, it has been found that the mechanical strength against a radial pressure remains constant within about 10 to 15% if the impregnating agent has a water content of 20-100 Has weight percent.
Furthermore, it was found that with a water content of 50-0 percent by weight of the impregnating agent, the paper web widened during drying, so that it is permissible if the material web fed to the strand machine has not yet completely dried; When the filter rods produced are dried, the paper web located inside expands somewhat and thereby ensures a particularly uniform filling of such filter rods.
Investigations of the filter effect of filter stoppers, which were produced by subdividing the filter rods according to the examples described above and attached to cigarettes, have confirmed the already known rule that the filter effectiveness is proportional to the draw resistance within certain limits. In any case, the treatment of the base paper with a highly volatile impregnating agent does not have any adverse effect on the absorption and adsorption on the part of the exposed paper fibers. In spite of these results, however, it was found that the paper webs moistened with volatile impregnating agents prior to the longitudinal creping, with regard to their water absorption or
Water vapor absorption from the smoke stream are different.
First of all, it was found that the swelling capacity of paper webs differs depending on the water content of the volatile impregnating agents used. The swelling capacity Q in percent was determined with measuring devices of known design on ten stacked raw paper webs of the same origin, which are pressed together by a cylindrical punch 16 mm in diameter with a weight of 300 g. In the diagram in FIG. 2, the swelling capacity Q is given in percent for two types of paper C (38 g / m2) and D (35 g / m2) when three different impregnating agents are used for moistening, namely: a = pure water, b = 50 percent by weight water and 50 percent by weight
Methyl alcohol, c = pure methyl alcohol.
It can be seen that there is a difference of about 10: 1 between water and pure methyl alcohol in terms of swelling capacity. Similar differences were also found with regard to the absorption capacity of water vapor from a gas stream. The different behavior of such longitudinally creped and heavily shredded paper webs in relation to the absorption of water or water vapor is of great importance for their use in cigarette filters, since it is undesirable to dry the smoke through a strong water absorption, because this affects the smoke taste unfavorably influenced.
It has been known for a long time that paper filters, despite their good filter properties, that is to say a large separation effect on tar and nicotine substances from the smoke, result in an undesirable change in taste due to the large amount of moisture being extracted and thus the strong drying of the smoke. With paper webs that were not treated with water but with volatile impregnating agents prior to the longitudinal creping and defibration according to the present process, the excessive drying out of the smoke is avoided without reducing the desired high separation effect against tar and nicotine substances. This improvement may also be related to the fact that the absorption rate of water or
Water vapor in paper webs treated with highly volatile impregnating agents is noticeably smaller than in paper webs that have been moistened with water during longitudinal creping and shredding.
As already mentioned in the main patent, it is an advantage of the present process that when using highly volatile impregnating agents, additional substances can be dissolved in this impregnating agent, which are then brought onto the paper web together with the impregnating agent in extremely fine distribution and left there after it has dried.
For example, tartaric acid, citric acid and similar polyvalent oxycarboxylic acids were used as additives in alcohols as impregnating agents, and filters were produced which improved the taste when smoking cigarettes.
If acetone and other volatile ketones are used as impregnants, cellulose triacetate, cellulose acrylacetate, cellulose nitrate, cellulose hydroxide and other cellulose compounds or glucose residues can be dissolved as additional substances in the impregnation agent. The cellulose compounds or glucose residues mentioned are also suitable as additives to an impregnating agent from the group of organic ethers.
Furthermore, the volatile impregnating agents are suitable for dissolving such additional substances in them that cause a chemical reaction with the fibers of the material web, at least on the surface.
For example, alcohols as impregnating agents can be provided with an addition of monohydric oxycarboxylic acids, such as oxyformic acid or oxyacetic acid. With organic ethers as impregnating agents, additives of monovalent fatty acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid etc.
possible.
When operating the device described in the main patent using highly volatile impregnating agents in which additional substances are dissolved, it has in some cases proven to be disadvantageous that such additional substances precipitate on the creasing and forging rollers during prolonged operation, which is undesirable.
In such cases it is advisable to carry out the present procedure in two successive steps.
In the first process step, the raw paper is treated with an impregnating agent that contains the desired substances in dissolved form and then dried. The paper web impregnated in this way is then moistened using a pure, volatile impregnating agent, fed to the possibly heated grooving and stretching rollers and then freed from the impregnating agent. It has been shown that with this two-stage process, even after prolonged operation, no noticeable residues form on the creasing and forging rollers.
For example, using acetone with a cellulose triacetate content of a few percent makes it possible to produce a fiberized paper web that is excellently suitable for cigarette filters, but if it is used for a long time, undesirable deposits occur on the creasing and forging rollers. This heavily frayed paper web, which is particularly advantageous for use in cigarette filters and contains cellulose triacetate, can advantageously be produced in two process steps. In the first process step, the base paper web is impregnated with a volatile solution which consists of acetone by dissolving a small amount, for example 0.2 to 4 percent by weight, of cellulose triacetate. The impregnation and subsequent drying takes place very quickly and requires little energy.
The raw paper impregnated in this way is then moistened with a volatile impregnating agent in the manner described above and fed to the creasing and forging rollers; Advantageously, an alcohol is used as a volatile impregnating agent in which cellulose triacetate is not soluble. In any case, it has been shown that with a paper web impregnated in this way, no undesired residues occur on the creasing and forging rollers. An alcohol / acetone mixture can also be used.
Through the use of additional substances dissolved in volatile impregnating agents or through previous impregnation of the base paper web with the additional substances in question in highly diluted solutions, longitudinally creped and heavily fiberized webs of material, in particular paper webs, can be produced which have these additional substances on their surface in an extremely fine distribution. It has surprisingly been found that when using highly volatile solvents for the impregnation, the additional substances are completely uniformly distributed over the entire surface of the paper webs and that the subsequent longitudinal creping and strong defibration in no way change this uniform distribution.
For example, the base paper webs C and D already described above with reference to the diagram in FIG. 2 were impregnated with a solution of about 1 percent by weight of cellulose triacetate in acetone and dried. The swelling capacity of the base paper C after this impregnation is indicated in FIG. 2 at E and correspondingly the swelling capacity of the base paper web D after the impregnation has been carried out at F. It can be seen that the impregnated paper webs show a completely different behavior in terms of swellability than the relevant non-impregnated paper webs. When using pure water, the impregnated paper webs show only an extremely low swelling capacity. On the other hand, when moistened with methyl alcohol, the swelling capacity is equal to or greater than that of the non-impregnated paper webs.
From this it can already be seen that despite the distribution of the acetone solution, which contains only 1% cellulose triacetate, over the entire paper surface of the paper web, the behavior of the paper fibers towards water is strongly influenced.
Raw paper webs impregnated in the same way with a width of 240 mm, corresponding to the paper quality indicated in Fig. 2 with D or F, show a significant filtering after longitudinal creping and defibration using alcohol as a low-viscosity impregnating agent, subsequent drying and further processing into filter rods or cigarette different behavior than cigarette filters made of the same raw paper, but without the aforementioned impregnation with 1 percent by weight cellulose triacetate in acetone solution.
In multiple tests it was found that such cigarette filters evidently only remove small amounts of moisture from the smoke and apparently also retain the volatile aromatic substances contained in the smoke much less than corresponding filters made from non-impregnated paper webs. In any case, the generally known complaints about the adverse effect on the taste when smoking the cigarettes no longer occur in practice or only to a greatly reduced extent.
As already mentioned above, the use of the volatile impregnating agents mentioned in the present process enables an extremely fine distribution of additionally desired substances over the entire surface of the material webs. For example, the diagram in FIG. 3 shows the influence of the concentration of cellulose triacetate as an additive in an acetone solution for the impregnation of base paper webs of the paper quality designated in the diagram in FIG. 2 with D or F. With paper webs impregnated in this way, filter rods were produced in the same way as already described above, using methyl alcohol as a highly volatile impregnating agent for the impregnated base paper. For the filter rods in question, there was a tensile resistance Z of 200 mm water column for a paper web without any impregnation.
The course of the tensile resistance with impregnation with an acetone solution with increasing percentage K of cellulose triacetate is shown by curve G and it can be seen that even with 0.5 percent by weight of cellulose triacetate in the acetone solution, the tensile resistance of corresponding filter plugs from 200 mm water column to about 125 mm water column sinks. When the concentration K of cellulose triacetate increases above about 2 percent by weight, only a slight change in tensile resistance occurs.
While curve G shows the influence of the impregnation of the base paper web for filter rods which are produced in two successive process steps, the influence of the concentration of cellulose triacetate in acetone can be seen from curve H drawn in for comparison in FIG. 3, if this solution is immediately volatile Impregnating agent is used for the same paper web that has not previously been impregnated.
When carrying out the present method in two successive steps, the impregnation can be carried out, for example, in a device as shown schematically in FIG. 4. Here, the base paper web 1, which runs off the supply roll 2, is guided over a deflection roller 20 and a dip roller 21, which rotates in an impregnation solution 22 in the container 23. The impregnated paper web then runs over the deflecting roller 24, on which the roller 25, which consists for example of elastic material, presses, so that excess impregnation solution is pressed off the paper web. The impregnated paper web then runs through a drying device 26, in which the solvent of the impregnation solution 22 can optionally be recovered, and is wound onto the supply roll 27 after drying has taken place.
The paper web impregnated in this way can then be further processed by means of the device described in the main patent into a longitudinally creped, heavily fiberized paper web. Instead of the illustrated impregnation by immersing the paper web in an impregnation solution 22, the impregnation can of course also be carried out by any other known method, for example by spraying the impregnation solution onto the paper web on one or both sides.
Since the impregnation solution preferably consists of a volatile solvent, the impregnated paper web is dried very quickly. It is therefore also possible, as shown schematically in FIG. 5, to carry out the impregnation immediately before the processing of the impregnated raw paper by a device according to the main patent. Here, for example, the paper web 1 coming from the supply roll 2 runs between the rolls 30 and 31, being impregnated by the liquid film entrained by the roll 30 from the impregnation bath 32 in the container 33. The impregnated paper web is then dried in a drying device 34 and then passes directly into the impregnation device 5, 6, 7, as described in more detail in the main patent.