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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Tabakrauchfiltern,
die regenerierte Zellulose enthalten.
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Üblicherweise
werden Tabakrauchfilter, wie sie insbesondere für Cigaretten
verwendet werden, aus Celluloseacetat hergestellt. Dabei dient als
Ausgangsmaterial für die weitere Fertigung ein Kabel (Tow)
aus gecrimpten Endlosfasern aus Celluloseacetat (siehe z. B.
WO 2007/026131 A1 ),
das in der Regel als Ballen angeliefert wird. Bei der Weiterverarbeitung
im Bereich einer Filtermaschine wird das Kabel aus dem Ballen gezogen
und geöffnet. Das Öffnen, wofür auch
die Begriffe "Strecken" oder "Recken" verwendet werden, findet in
einem so genannten Streckwerk statt. Dabei wird das Material aufgelockert
und bauschig, während die gecrimpte Grundstruktur und der
Querschnitt der einzelnen Fasern erhalten bleiben. Das geöff nete
Kabel wird zu einem Filterstrang geformt und mit einer Umhüllung
umgeben und danach zugeschnitten und verpackt oder direkt an eine
Cigarettenmaschine weitergeleitet.
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Es
sind auch Tabakrauchfilter aus regenerierter Cellulose bekannt.
Darunter versteht man Cellulosematerialien, die in einem Trocken-Nass-Extrusionsverfahren
(Lösungsmittel-Spinnverfahren) als cellulosische Fasern
und Filamente hergestellt werden. So beschreibt z. B. die
US 4 246 221 die Herstellung
von "Lyocell"-Fasern. Ähnliche extrudierte Fasern auf Cellulosebasis
sind unter den Namen "Viskose" und "Modal" bekannt.
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In
DE 100 53 359 A1 ist
ein Verfahren zum Herstellen von cellulosischen Formkörpern
(z. B. Fasern oder Filamenten aus Lyocell) beschrieben, bei dem
eine Spinnlösung mit einem Adsorber (z. B. Aktivkohle)
versehen wird. Aus einem derartigen Material lassen sich Tabakrauchfilter
herstellen, die ein besonders günstiges Retentionsverhalten
für gasförmige Substanzen zeigen.
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Kabel
aus gecrimpten Lyocell-Endlosfasern sind zwar bekannt (
WO 95/24520 A1 ), wurden
bisher bei der Filterfertigung aber nicht als Ausgangsmaterial verwendet,
da die viskoelastischen Fasereigenschaften unterschiedlich zu denen
von gecrimpten Endlosfasern aus Celluloseacetat sind (höhere
Reißfestigkeit, geringere Dehnung), was Probleme beim öffnen
in einer Filtermaschine erwarten ließ, die für Kabel
aus Celluloseacetat-Endlosfasern konzipiert ist. Daher ist die Verarbeitung
auf üblichen Filtermaschinen bisher nicht bekannt. Stattdessen
werden Tabakrauchfilter, die regenerierte Cellulose aufweisen, aus
einem aus Stapelfasern gefertigten Vlies hergestellt, was aber nicht
auf einer üblichen Filtermaschine erfolgen kann und generell
aufwendiger ist.
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Grundsätzlich
ist regenerierte Cellulose ein für Tabakrauchfilter sehr
geeignetes Material, denn Cellulose wird in der Umwelt leichter
abgebaut als Celluloseacetat und lässt sich besser an vorgegebene
Eigenschaften anpassen, z. B. durch Zugeben von Adsorbern (siehe
oben).
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Tabakrauchfiltern
mit regenerierter Cellulose zu schaffen, das sich ohne großen
Aufwand in einen Fertigungsprozess integrieren lässt und
bei dem auch für die Herstellung von Celluloseacetat-Filtersträngen
verwendete Maschinen benutzt werden können.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen
von Tabakrauchfiltern mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen. Der Anspruch 22 betrifft einen nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Tabakrauchfilter, der Anspruch 23 eine Filtercigarette mit
einem derartigen Tabakrauchfilter.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen
von Tabakrauchfiltern mit regenerierter Cellulose wird ein Kabel
aus Filtermaterial, das regenerierte Cellulose aufweist, gecrimpt
und unmittelbar danach geöffnet.
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Hier
wird das Wort "Kabel" für den englischen Begriff "Tow"
benutzt. Darunter ist ganz allgemein ein Strang aus vielen Einzelfasern
zu verstehen, wobei der Gesamtquerschnitt oder dessen Form nicht
näher spezifiziert ist. Die Fasern im Kabel sind nicht
verzwirnt und sind vor dem Crimpen generell parallel ausgerichtet.
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Das
Kabel aus Filtermaterial wird bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren gecrimpt, so dass kein gecrimptes Ausgangsmaterial benötigt
wird. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass sich ein
Kabel aus Filtermaterial mit regenerierter Cellulose entgegen der
gängigen Auffassung doch gut öffnen lässt, so
dass die weitere Filterherstellung nach dem Crimpen auf Filtermaschinen
durchgeführt werden kann, wie sie für Filter aus
Celluloseacetat benutzt werden.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird
das Kabel vor dem Crimpen aus mehreren Einzelkabeln zusammengeführt.
Dabei können mindestens zwei Einzelkabel eine unterschiedliche Zusammensetzung
aufweisen. Dies eröffnet die Möglichkeit, aus
einer relativ geringen Zahl unterschiedlicher Arten von Einzelkabeln,
die sich z. B. durch Zusätze wie z. B. Adsorber und/oder
durch unterschiedlichen Titer voneinander unterscheiden, eine große
Zahl unterschiedlicher Arten von Tabakrauchfiltern zusammenzustellen.
Das Verfahren ist also in der Handhabung sehr flexibel.
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Die
für das Kabel verwendeten Einzelkabel können aber
auch gleich aufgebaut sein. Ferner ist es denkbar, nur ein einziges
Kabel zu verwenden, das von vornherein den gewünschten
Gesamttiter aufweist.
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Der
Gesamttiter eines Einzelkabels liegt z. B. im Bereich von 1000 dtex
bis 25000 dtex, vorzugsweise im Bereich von 3000 dtex bis 12000
dtex, während der Gesamttiter des Kabels z. B. im Bereich
von 15000 dtex bis 80000 dtex liegen kann. Wenn das Filtermaterial
Endlosfasern aus regenerierter Cellulose aufweist, liegt der Einzeltiter
einer Endlosfaser aus regenerierter Cellulose z. B. im Bereich von
1,5 dtex bis 12 dtex.
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Für
die regenerierte Cellulose eignen sich bekannte Materialien wie
Lyocell, Viskose und Modal. Mischungen derartiger Materialien sind
ebenfalls denkbar.
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Wie
bereits erwähnt, kann das Filtermaterial mindestens einen
Adsorber aufweisen, z. B. Aktivkohle, Ionenaustauscher, Aluminiumoxid,
Siliciumdioxid, usw. Der Adsorber lässt sich, z. B. in
Form eines Granulats oder eines Pulvers, bereits in das Ausgangsmaterial
der regenerierten Cellulose, die in einer Spinnlösung vorliegt,
einmischen, so dass mit Adsorber beladene Fasern von regenerierter
Cellulose extrudiert werden können, z. B. wie in der
DE 100 53 359 A1 oder
der
DE 199 17 614
A1 beschrieben. Alternativ oder zusätzlich kann
der Adsorber auch zwischen die Fasern in dem Filtermaterial eingetragen
und/oder auf die Fasern des Filtermaterials aufgetragen werden,
gegebenenfalls auch unter Zusatz eines Bindemittels.
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Vorzugsweise
wird das Kabel nach dem Crimpen und Öffnen zu einem Filterstrang
geformt, der mit einer Umhüllung umgeben wird. Dabei ist
die Verwendung von handelsüblichen Filterumhüllungspapieren
und Leimen möglich. Danach kann der mit der Umhüllung
umgebene Filterstrang auf Länge geschnitten (z. B. auf
ein ganzzahliges Vielfaches der Länge eines einzelnen Tabakrauchfilters)
und verpackt werden. Es ist auch ein direkter Weitertransport des
Filterstrangs an eine Cigarettenmaschine denkbar.
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Wie
bereits angedeutet, lassen sich die Verfahrensschritte nach dem
Crimpen (insbesondere Öffnen, Bilden des Strangs, Umhüllen
mit dem Filterumhüllungspapier, Schneiden und Packen) auf
einer handelsüblichen Filterstrangmaschine durchführen, z.
B. der von der Hauni Maschinenbau AG unter der Bezeichnung "KDF"
vertriebenen Filterstrangmaschine. Dabei werden die auf das Öffnen
folgenden Verfahrensschritte unmittelbar nach dem Öffnen
durchgeführt.
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Das
Crimpen kann in einer Stauchkammer erfolgen, was im Prinzip bekannt
ist. Das Öffnen lässt sich in einem Streckwerk durchführen.
Dabei ist es vorteilhaft, zwischen der Stauchkammer und dem Streckwerk
einen Puffer anzuordnen, der dazu eingerichtet ist, einen intermittierenden
Betrieb der Stauchkammer an einen kontinuierlichen Betrieb des Streckwerks
anzupassen.
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Wenn
das Kabel vor dem Crimpen aus mehreren Einzelkabeln zusammengeführt
wird, können dazu auf Spindeln angelieferte Einzelkabel
verwendet werden.
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Wenn
nach dem Crimpen ein Zusatz auf das Kabel aufgebracht (oder in das
Kabel eingebracht) wird, wie bereits erwähnt, z. B. ein
Granulat, ein Pulver oder auch eine Paste oder Flüssigkeit,
erfolgt dies vorzugsweise nach dem Öffnen. Flüssigkeiten können
z. B. mit Hilfe einer Sprühkammer aufgebracht werden, in
der zumindest ein Teil des Zusatzes aufgesprüht wird, und
Feststoffe z. B. mit Hilfe einer Einstreuvorrichtung. Bei der Einbringung
von Granulaten sind Ladungen bis zum Dreifachen des Ausgangsgewichts
des Kabels mit regenerierter Cellulose möglich.
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Im
Vergleich zu Celluloseacetat hat regenerierte Cellulose bei der
Verwendung in Tabakrauchfiltern Vorteile. So sind keine Zusätze
wie Härter oder Plastifizierungsmittel (insbesondere Triacetin)
erforderlich. Ferner ist der Staubanfall bei der Verarbeitung bei
regenerierter Cellulose geringer als bei Celluloseacetat. Das erfindungsgemäße
Verfahren weist daher wirtschaftliche Vorteile auf, auch weil der
Preis für z. B. Lyocell vergleichbar oder sogar geringer
als der für Celluloseacetat ist.
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Ferner
zeigt das erfindungsgemäße Verfahren eine hohe
Variabilität bei den Möglichkeiten, ein Kabel
aus Filtermaterial aus Einzelkabeln mit unterschiedlicher Zusammensetzung,
unterschiedlichem Einzeltiter oder Gesamttiter oder mit unter schiedlichen
Zusatzmaterialien wie Adsorbern oder Mischungen von Adsorbern zusammenzustellen.
Die Kosten der Lagerhaltung sind daher günstig. Das Maß der
Crimpung lässt sich direkt einstellen, ist also variabel
und nicht von den Vorgaben eines Lieferanten abhängig (wie
bei gecrimpten Kabeln aus Celluloseacetat).
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
weiter beschrieben. Die Zeichnung zeigt in
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1 eine
schematische Darstellung, die die Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens veranschaulicht.
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In 1 ist
in schematischer Weise anhand eines Beispiels gezeigt, wie das Verfahren
zum Herstellen von Tabakrauchfiltern mit regenerierter Cellulose
ablaufen kann.
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Die
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens hat vier Abschnitte,
nämlich eine Zusammenstellungseinrichtung 1, einen
Crimper 2, ein Streckwerk 3 und eine Formatierungseinrichtung 4.
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Im
Ausführungsbeispiel werden die Tabakrauchfilter aus verschiedenen
Materialien zusammengestellt. Dazu befinden sich in der Zusammenstellungseinrichtung 1 eine
Anzahl von Spindeln (Kopsen, Haspeln) 10, auf die jeweils
ein Einzelkabel 12 aufgewickelt ist. Die Einzelkabel 12 bestehen
z. B. aus ungecrimpten Endlosfasern aus Lyocell in reiner Form oder
mit zugemischten Bestandteilen. Grundsätzlich ist es aber
auch denkbar, dass alle Einzelkabel 12 gleichartig gestaltet
sind. Ausführungsbeispiele dafür sind weiter unten
beschrieben.
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Die
Einzelkabel 12 (z. B. jeweils mit einem Gesamttiter im
Bereich von 3000 dtex bis 12000 dtex) werden in einem trichterartigen
Zusammenführer 14 zu einem Kabel 16 zusammengeführt, das
z. B. einen Gesamttiter im Bereich von 25000 dtex bis 80000 dtex
hat. Die Zusammenstellungseinrichtung 1 erlaubt also die
Bereitstellung eines Kabels 16 aus Filtermaterial, das
individuell aus Komponenten in Form von Einzelkabeln 12 ausgewählt
werden kann.
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Das
Kabel 16, das z. B. Endlosfasern aus Lyocell enthält,
die in der Regel noch ungecrimpt sind, wird nun dem Crimper 2 zugeführt.
Der Crimper 2 ist im Prinzip von herkömmlicher
Bauart, aber im Stand der Technik in der Regel nicht vor einer Filterfertigungsanlage
angeordnet, da im Stand der Technik als Ausgangsmaterial bereits
gecrimpte Kabel verwendet werden. In einer Stauchkammer 18 wird
das Kabel 16 gestaucht, wobei die einzelnen Fasern in dem
Filtermaterial aus ihrem ursprünglich geradlinigen Verlauf
ausweichen und eine gecrimpte Struktur, also eine Art Zickzackstruktur,
annehmen, wie es in einem Tabakrauchfilter erwünscht ist.
Im Ausführungsbeispiel wird in der Stauchkammer 18 ein
Kolben bewegt, so dass sich ein intermittierender Betrieb ergibt.
Daher ist hinter der Stauchkammer 18 ein Puffer 20 vorgesehen,
in den das gecrimpte Kabel 16 hineinläuft, um
in den hinter dem Puffer 20 stattfindenden Verfahrensschritten
wieder einen kontinuierlichen Betrieb zu ermöglichen. Zusätzlich
kann vor der Stauchkammer 18 ein in 1 nicht
abgebildetes Aggregat angeordnet sein, in dem eine Konditionierung
auf eine vorgegebene Temperatur und/oder Feuchte vorgenommen wird,
wodurch sich das Crimpergebnis verbessern lässt.
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Das
aus dem Puffer 20 austretende gecrimpte Kabel 16 wird über
eine Ausbreiterdüse 22 in das Streckwerk 3 eingeführt.
In dem Streckwerk 3 wird das zwischen zwei Bremswalzen 24 hindurchtretende
Kabel 16 mehreren Paaren von Streckwalzen 26a, 26b zugeführt.
Das Walzenpaar 26b läuft mit höherer Geschwindigkeit
als das Walzenpaar 26a, wodurch das Kabel 16 geöffnet
wird, während die gecrimpte Grundstruktur der einzelnen
Fasern erhalten bleibt. Trotz der von Celluloseacetat abweichenden
viskoelastischen Fasereigenschaften von regenerierter Cellulose
lässt sich ein gecrimptes Kabel 16 mit regenerierter
Cellulose gut öffnen.
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Hinter
den Streckwalzen 26 ist im Ausführungsbeispiel
eine Sprühkammer 28 angeordnet, in der das geöffnete
Kabel 16, das spätestens nach dem Durchlaufen
durch die Ausbreiterdüsen 22 und die Bremswalzen 24 eine
bandartige Form angenommen hat, mit Zusätzen wie z. B.
Flüssigkeiten (auch mit darin gelösten oder dispergierten
Substanzen) beaufschlagt werden kann. Zum Fixieren von pulver- oder
granulatförmigen Substanzen können dabei klebstoffartige
Zusatzmittel verwendet werden.
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Anschließend
tritt das flache Kabel 16 über eine Einlaufdüse 30 in
die Formatierungseinrichtung 4 ein. Mit Hilfe eines Eilauffingers 32 wird
das Kabel 16 zu einem Filterstrang 34 mit im Wesentlichen kreisrundem
Querschnitt geformt. Über ein Formatband 36 wird
ein von einer Rolle (Bobine) abgewickeltes Filterumhüllungspapier 38 um
den Filterstrang 34 gelegt und schließlich entlang
der sich dabei ausbildenden Längsnaht verleimt. In einer Schneideinrichtung 40 wird
der umhüllte Filterstrang in Stücke geschnitten,
die jeweils in größerer Zahl zusammen verpackt
werden. Im Ausführungsbeispiel haben diese Stücke
die Länge von vier Einzelfiltern.
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Es
folgen einige Beispiele, die verschiedene Möglichkeiten
für die Zusammensetzung des Kabels 16 zeigen.
Darin ist die Garnfeinheit (Titer) in der international üblichen
Einheit "dezitex" (dtex) angegeben; 1 dtex = 1 g/10000 m. Die Umrechnung
auf die alte Einheit Denier (den) erfolgt über 10 dtex
= 9 den.
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Beispiel 1
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Fünf
Einzelkabel (Towbänder) von jeweils 6660 dtex Gesamttiter,
jeweils bestehend aus Lyocell-Endlosfasern mit einem Einzeltiter
von 5 dtex, denen bei der Herstellung 30 Gew.-% Kokosnussschalenkohle
zugesetzt worden sind, und drei Einzelkabel von jeweils 6660 dtex
Gesamttiter aus Lyocell-Endlosfasern von 5 dtex Einzeltiter (ohne
Adsorbent) werden von Spindeln (Kopsen, Haspeln) abgezogen und zu
einem Kabel (Tow) mit einem Gesamttiter von 53280 dtex zusammengefasst
und direkt in die Stauchkammer eines Crimpers vor dem Streckwerk
einer Filtermaschine geführt.
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Beispiel 2
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Drei
Einzelkabel aus Lyocell-Endlosfasern mit einem jeweiligen Gesamttiter
von 6660 dtex und einem Einzeltiter von 1,7 dtex werden mit drei
Einzelkabeln aus Lyocell-Endlosfasern von jeweils 6660 dtex Gesamttiter
und einem Einzeltiter von 5 dtex zu einem Kabel aus Lyocell ohne
zugesetzten Adsorber mit einem Gesamttiter von 39 960 dtex zusammengefasst.
Dieses Kabel wird direkt in die Stauchkammer eines Crimpers vor
dem Streckwerk einer Filtermaschine geführt.
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Beispiel 3
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Ein
Kabel aus Lyocell-Endlosfasern mit einem Gesamttiter von 66600 dtex
wird von einer Rolle abgezogen und direkt in die Stauchkammer eines Crimpers
vor dem Streckwerk einer Filtermaschine geführt. In diesem
Fall ist das Kabel nicht aus mehreren Einzelkabeln zusammengesetzt.
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Beispiel 4
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Fünf
Einzelkabel mit einem Gesamttiter von jeweils 6660 dtex, die aus
mit 30 Gew.-% Aktivkohle in der Faser enthaltenden Lyocell-Endlosfasern
mit einem Einzeltiter von 5 dtex bestehen, werden mit fünf
Einzelkabeln von jeweils 6660 dtex Gesamttiter, die Lyocell-Endlosfasern
mit einem Einzeltiter von 5 dtex und einer Beladung mit 30 Gew.-%
Ionenaustauscher in der Faser enthalten, zusammengefasst und direkt
in die Stauchkammer eines Crimpers vor dem Streckwerk einer Filtermaschine
geführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2007/026131
A1 [0002]
- - US 4246221 [0003]
- - DE 10053359 A1 [0004, 0016]
- - WO 95/24520 A1 [0005]
- - DE 19917614 A1 [0016]