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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stoffs für die Tabak verarbeitende Industrie, einen derart hergestellten Stoff, ein Verfahren zur Herstellung von Filterstäben für ein Tabakprodukt, einen derart hergestellten Filterstab und eine Filterstabmaschine der Tabak verarbeitenden Industrie.
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Die Verwendung von Triacetin als Verklebungsmittel in herkömmlichen Filterstrangmaschinen zur Herstellung von Zigarettenfiltern insbesondere auf Zelluloseacetat-Basis ist seit langem bekannt, siehe beispielsweise
DE 28 14681 A1 und
DE 31 22557 C2 . Dabei wird Triacetin beispielsweise auf das Filtertow aufgesprüht. Das Triacetin weicht die Oberfläche der Fäden des Filtertows auf, so dass die Fäden bei gegenseitiger Berührung miteinander verkleben und dadurch vernetzen.
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Generell kann aber das als Verklebungsmittel genutzte Triacetin zu unerwünschten Verklebungen in der Maschine führen. Dies ist besonders problematisch in neuartigen Filterstabmaschinen, in denen das im Prinzip endlose Filtertow zerschnitten und der Filterstrang aus vereinzelten Filtertow-Fasern endlicher Länge beispielsweise in einem speziellen Saugbandförderer aufgebaut wird. Eine solche Maschine der Anmelderin ist unter dem Markennamen TURMALIN bekannt. Triacetin kann in derartigen Maschinen allenfalls als Spur in den zentralen Bereich des Filters eingebracht werden, damit auf der Mantelfläche des Filters kein die Maschine kontaktierendes Triacetin auftritt. Jedoch kann auf diese Weise nur eine im Allgemeinen ungenügend geringe Menge an Triacetin in den Filter eingebracht werden. Zudem ist das Triacetin nicht homogen im Filter verteilt, sondern im zentralen Bereich des Filters konzentriert.
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Eine weitere Problematik ergibt sich bei Maschinen, die zur Herstellung von Filterstäben mit bestimmten Zusatzstoffen wie beispielsweise Aktivkohle ausgerüstet sind. Aus der
DE 1 432 624 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung von Filtern für Tabakrauch bekannt, wobei ein zusätzliches Material, beispielsweise Aktivkohle, auf getrennte Zonen einer Bahn, eines Tows oder eines Garns aufgebracht wird. In einem Ausführungsbeispiel ist das zusätzliche Material ein Gemisch aus Aktivkohle und Zelluloseacetat in fein zerteilter Form. Bei derart ausgerüsteten Filterstabmaschinen ergibt sich die Problematik, dass in den Filter eingesprühtes Triacetin zu einer unerwünschten Wechselwirkung mit dem oder den Zusatzstoffen führen kann. Beispielsweise im Falle von Aktivkohle kann eingesprühtes Triacetin zu einer unerwünschten Deaktivierung der Aktivkohle führen, was deren Wirksamkeit herabsetzen und dadurch beeinträchtigen kann.
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Vor dem zuvor beschriebenen Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung insbesondere darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Stoffs für die Tabak verarbeitende Industrie und einen derart hergestellten Stoff bereitzustellen, die es erlauben, eine höhere Menge an Triacetin insbesondere homogen in einen Filterstab für ein Tabakprodukt einzubringen, ohne dass es zu Verklebungen in der Filterstabmaschine durch das Triacetin kommen kann. Nach einem weiteren Aspekt besteht die Aufgabe der Erfindung auch darin, ein Verfahren zur Herstellung von Filterstäben unter Verwendung des erfindungsgemäßen Stoffs, einen derart hergestellten Filterstab und eine entsprechend ausgerüstete Filterstabmaschine bereitzustellen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Nach einem Aspekt stellt die Erfindung Verfahren zur Herstellung eines Stoffs für die Tabak verarbeitende Industrie bereit, gekennzeichnet durch Herstellen einer Lösung aus Zelluloseacetat, einem Lösungsmittel und Triacetin, gegebenenfalls Verarbeiten der Lösung zu einem Zwischenprodukt, und Ausdampfen des Lösungsmittels aus der Lösung oder aus dem Zwischenprodukt, so dass ein Zelluloseacetet-Triacetin-Feststoff erhalten wird.
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Obwohl Triacetin bei allen in der Praxis auftretenden Temperaturen flüssig ist (Schmelzpunkt –77,8°C), ist es erfindungsgemäß überraschenderweise gelungen, Triacetin sogar in hohen Anteilen als Feststoff in einem Zelluloseacetat-Triacetin-Feststoff-Gemisch zu erhalten. Dies gelingt erfindungsgemäß durch Herstellen einer Lösung aus Zelluloseacetat, einem Lösungsmittel und Triacetin, in der die Zelluloseacetat-Fasern vollständig gelöst sind, und Ausdampfen des Lösungsmittels je nach Anwendung aus der Lösung oder aus einem lösungsmittelhaltigen Zwischenprodukt. In der Lösung sind Zelluloseacetat und Triacetin vollständig mischbar, wobei das Zelluloseacetat eine überraschend starke Anhebung des Schmelzpunkts des Zelluloseacetat-Triacetin-Gemischs bewirkt, und zwar selbst bei einem signifikanten bis hohen Anteil an Triacetin. Der erfindungsgemäße Zelluloseacetat-Triacetin-Feststoff ist nicht klebrig und kann daher in erheblichen Mengen homogen in den Filterstab eingebracht werden, ohne dass es zu einer nachteiligen verklebenden Wirkung des Triacetin in der Filterstabmaschine kommt. Kontakt des Zelluloseacetat-Triacetin-Feststoffs an der Außenfläche des Filterstabs zu der Filterstabmaschine ist unschädlich. Es kann problemlos ein gewünschter Anteil an Triacetin in dem Filterstab von bis zu 8% oder 10% des Filterstabgewichts, im Einzelfall ein noch höherer Anteil, erhalten werden.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren einen Granulat erzeugenden Verarbeitungsschritt, der im Ergebnis den Zelluloseacetat-Triacetin-Feststoff als Granulat bereitstellt. Granulat kann mittels bekannter Einrichtungen für Filterstabmaschinen, wie sie beispielsweise zur Einbringung von Aktivkohlegranulat verwendet werden, kontrolliert und homogen in den Filterstab eingebracht werden. Granulat kann auf unterschiedliche Weise erzeugt werden. Beispielsweise kann der ausgehärtete Zelluloseacetat-Triacetin-Feststoff zerkleinert werden. Eine Zerkleinerung kann auch bereits vor der vollständigen Aushärtung an einem noch weichen, zähflüssigen und/oder noch lösungsmittelhaltigen Zwischenprodukt erfolgen. Es ist aber beispielsweise auch denkbar, Partikel aus der Lösung auszuformen, die nach dem Ausdampfen des Lösungsmittels das Granulat ergeben. Das Zelluloseacetat-Triacetin-Granulat weist vorzugsweise eine mittlere Partikelgröße im Bereich zwischen 0,2 mm und 1.5 mm, beispielsweise etwa 0.5 mm auf.
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In einem für die industrielle Fertigung geeigneten vorteilhaften Herstellungsverfahren werden aus der erfindungsgemäß hergestellten Lösung vor dem Ausdampfen des Lösungsmittels im Wesentlichen endlose Fasern ersponnen, die als Filamente bezeichnete werden. Bei diesem Nassspinnverfahren wird beispielsweise die Lösung durch eine Spinndüse mit mehreren Öffnungen gepresst. Das Verfahren weist insoweit Ähnlichkeit zu einem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Zelluloseacetat-Tow auf, wobei die Erfindung darauf beruht, dass der Lösung Triacetin in einem gewünschten Anteil zugesetzt wird.
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Die ersponnenen Fasern bzw. Filamente können anschließend, insbesondere nach dem Ausdampfen des Lösungsmittels, zerkleinert werden, um Zelluloseacetat-Triacetin-Granulat zu erhalten. Das Granulat kann wie zuvor erwähnt mittels bekannter Einrichtungen für Filterstabmaschinen in den Filterstab eingebracht werden.
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Es sind aber auch andere Nutzungen der Zelluloseacetat-Triacetin-Filamente in der Tabak verarbeitenden Industrie denkbar. Beispielsweise können Filamente zu einem Zelluloseacetat-Triacetin-Tow weiterverarbeitet werden, das einer Filterstabmaschine anstelle von herkömmlichem Filtertow zugeführt werden kann, wenn ein Triacetin-Gehalt in dem Filterstab gewünscht ist. Das Zelluloseacetat-Triacetin-Tow kann auch beispielsweise zu Stapelfasern zerschnitten werden, die eine endliche Länge aufweisen.
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Vorzugsweise beträgt der Gewichtsanteil von Triacetin in der Lösung relativ zu dem Gewichtsanteil des Zelluloseacetats mindestens 1%, vorzugsweise mindestens 2%, weiter vorzugsweise mindestens 5% und noch weiter vorzugsweise mindestens 10%. Insbesondere in einer Granulat produzierenden Ausführungsform beträgt das genannte Gewichtsverhältnis vorzugsweise mindestens 15%, weiter vorzugsweise mindestens 20%, noch weiter vorzugsweise mindestens 25%. Mittels der Erfindung lassen sich problemlos Gewichtsanteile von Triacetin in der Lösung relativ zu dem Gewichtsanteil des Zelluloseacetats von mehr als 30% bis zu 50% und mehr erreichen. Bei Triacetin-Anteilen von über 50% wird das Zelluloseacetat-Triacetin-Gemisch zunehmend weicher, ohne jedoch zunächst seine vorteilhafte Feststoff- bzw. nicht-klebende Eigenschaft zu verlieren. Diese erfindungsgemäßen Eigenschaften werden erst bei noch wesentlich höheren Triacetin-Anteilen eingebüßt.
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Als Lösungsmittel wird vorzugsweise Aceton verwendet. Grundsätzlich kommen aber auch alle anderen Lösungsmittel in Frage, die zur vollständigen Lösung von Zelluloseacetat-Fasern geeignet sind. Es hat sich herausgestellt, dass ein hoher Lösungsmittelanteil in der erfindungsgemäßen Lösung vorteilhaft ist. Der Gewichtsanteil des Lösungsmittels in der Lösung ist daher vorzugsweise größer als der Gewichtsanteil des Zelluloseacetats. Vorzugsweise beträgt dieses Verhältnis mindestens zwei, weiter vorzugsweise mindestens drei, in einer in der Praxis erprobten Ausführungsform beispielsweise etwa vier. Zur Beschleunigung des Prozesses wird das Ausdampfen des Lösungsmittels vorzugsweise durch Wärmeeinwirkung unterstützt. Vorzugsweise wird ausgedampfte Lösungsmittel rückgewonnen und in den Prozess zurückgeführt.
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Besonders gewinnbringend kann der erfindungsgemäße Stoff in solchen Filterstabmaschinen genutzt werden, in denen das im Prinzip endlose Filtertow zerschnitten und der Filterstrang aus vereinzelten Filtertow-Fasern endlicher Länge, die insbesondere kürzer ist als die Länge eines Filterstabs, beispielsweise in einem speziellen Saugbandförderer aufgebaut wird. Eine solche Maschine der Anmelderin ist unter dem Markennamen TURMALIN bekannt. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Anwendung beschränkt, sondern vorteilhaft auch auf herkömmliche Filterstrangmaschinen anwendbar.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Celluloseacetat-Triacetin-Feststoffs und von Filterstäben in zwei unterschiedlichen Varianten.
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1 illustriert zwei Verfahren, nämlich ein Verfahren 10 zur Herstellung eines (Ausgangs-)Stoffs für die Herstellung von Filterstäben in der Tabak verarbeitenden Industrie, und ein Verfahren 11 zur Herstellung von Filterstäben 13 mittels einer Filterstabmaschine 12 unter Verwendung des in dem Verfahren 10 produzierten Stoffs. Die beiden Verfahren 10 und 11 sind grundsätzlich voneinander unabhängig und können insbesondere räumlich getrennt voneinander bzw. in unterschiedlichen Prozesslinien stattfinden.
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In dem Verfahren 10 werden Zelluloseacetat 14, Aceton 15 und Triacetin 16 insbesondere in einem Mischer 18 zu einer homogenen Lösung vermischt, um eine Zelluloseacetat-Aceton-Triacetin-Lösung 17 zu erhalten, in der das Zelluloseacetat 14 vollständig gelöst ist. Das Zelluloseacetat 14 kann beispielsweise in Form von Flocken oder Tow zugeführt werden. In einem praktisch getesteten Ausführungsbeispiel zur Herstellung von Granulat mit 50% Feststoffanteil an Triacetin wurde ein Gewichtsanteil Zelluloseacetat 14 und ein Gewichtsanteil Triacetin 16 mit mindestens vier Gewichtsanteilen Aceton 15 gemischt.
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Die flüssige Spinnlösung 17 wird durch eine Spinndüse 29 gepresst, die eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist, so dass aus der Lösung 17 ein Bündel Aceton-haltiger Zelluloseacetat-Triacetin-Filamente 19 ersponnen werden, die somit ein lösungsmittelhaltiges Zwischenprodukt bilden. Hinter der Spinndüse 29 dampft das Aceton aus den Filamenten 19 aus; das Ausdampfen kann insbesondere mittels einer Einrichtung 30 zum Zuführen von Wärme, beispielsweise einem Heizstrahler, einem Ofen oder einem Trockner, unterstützt bzw. beschleunigt werden. Das ausgedampfte Aceton-Luft-Gemisch 20 wird abgezogen und daraus in einem Verarbeitungsschritt 22 reines Aceton 21 rückgewonnen, das wieder in den Prozesskreislauf rückführbar ist. Infolge des Ausdampfens des Lösungsmittels härten die Filamente 19 aus und liegen nach dem vollständigen Ausdampfen des Acetons 20 als nicht-klebriger Zelluloseacetat-Triacetin-Feststoff 23, nämlich als Bündel fester Zelluloseacetat-Triacetin-Filamente 23, vor.
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Der Zelluloseacetat-Triacetin-Feststoff 23 kann auf verschiedene Weise für die Produktion von Filterstäben 13 genutzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden in einem Verfahrensschritt 24 die Filamente 23 zerkleinert, um ein gut rieselfähiges Zelluloseacetat-Triacetin-Granulat 25 beispielsweise mit einer durchschnittlichen Partikelgröße im Bereich zwischen etwa 0.4 mm und 0.6 mm zu erhalten, das in seiner Konsistenz vorteilhafterweise einem Aktivkohlegranulat ähnlich ist. Das Granulat 25 kann mittels einer Granulatzuführeinrichtung 26 in der Filterstabmaschine 12 in das Filtertow eingebracht werden. Derartige Granulatzuführeinrichtungen 26 sind aus der Zuführung beispielsweise von Aktivkohlegranulat in Filterstäbe bereits bekannt, so dass keine Einrichtung zum Einbringen des Zelluloseacetat-Triacetin-Feststoffs 23 in den Filterstab eigens entwickelt werden muss. Das Zelluloseacetat-Triacetin-Granulat 25 kann vor der Einbringung in den Filterstab beispielsweise mit Aktivkohlegranulat oder einem anderen Zusatzstoff vermischt werden.
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In einer alternativen Variante kann das Filamentbündel 23 in einem für sich genommen bekannten Verarbeitungsvorgang 27 zu Triacetin-Filtertow 28 beispielsweise in Form von Ballen verarbeitet werden. Dabei bezeichnet Zelluloseacetat-Triacetin-Filtertow ein Band aus einer Vielzahl von Zelluloseacetat-Triacetin-Filamenten und/oder -spinnfasern, gegebenenfalls gemischt mit herkömmlichen Zelluloseacetat-Filamenten und/oder -spinnfasern. Das Zelluloseacetat-Triacetin-Filtertow 28, das in dieser Variante beispielsweise einen Feststoffgehalt an Triacetin im Bereich von 1% bis 10% aufweist, wird der Filterstabmaschine 12 wie gewöhnliches Zelluloseacetat-Filtertow zugeführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2814681 A1 [0002]
- DE 3122557 C2 [0002]
- DE 1432624 A1 [0004]
