DE1198264B - Streifen zum Herstellen von Filtern fuer Zigaretten od. dgl. - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

A24c

Deutsche Kl.: 79 b-24

Nummer: 1198 264

Aktenzeichen: O6797III/79b

Anmeldetag: 2. Juni 1959

Auslegetag: 5. August 1965

Die Erfindung bezieht sich auf einen Streifen zum Herstellen von Filtern für Zigaretten od. dgl., aus faserhaltigem Werkstoff, wie Papier, mit Längsrillen mit aufgelockertem Fasergefuge und zerfaserten Rändern, der einer quer zur Streifenfläche wirkenden Zusammendrückung zum Verändern des Querschnittes der Längsrillen unterworfen worden ist.

Es ist bekannt, Filter für Zigaretten od. dgl. aus Streifen eines faserhaltigen Werkstoffes, beispielsweise Papier, herzustellen. Derartige bekannte Filterpapierstreifen werden von einer Vorratsrolle abgewickelt und erhalten vor dem Zusammenrollen zu einem zylindrischen Filter zwischen Walzen mehrere die Filterwirkung verbessernde verschiedenartige Profile. Ein bekanntes Profil weist dabei eine Vielzahl von Höckern oder Durchbrüchen auf, die die Streifentiefe künstlich erhöhen. Andere bekannte Profile haben Längsrillen mit sinus- oder wellenförmigem Querschnitt, wobei das Papier teilweise auch noch quer zur Längsrichtung der Streifen gekreppt ist. Wieder ein anderes bekanntes Profil ist dadurch erhalten, daß der Streifen gekreppt und gleichzeitig gelocht ist. Auch wurden bereits regelmäßige oder unregelmäßige Wellen sowie eine im Querschnitt dreieckförmige Formgebung in Verbindung mit einer Lochung vorgeschlagen. In mehreren Fällen ist die Formung der Wellen so gewählt, daß ein Zusammendrücken der Wellung beim späteren Aufrollen zu Filtern verhindert wird. Bei einem bekannten Streifen ist die Wellung dazu nur in gewissen Abständen durchgeführt, so daß sich im fertigen Filter zwischen eine gewellte Lage immer eine ungewellte Lage schiebt.

Bei den bekannten und vorgeschlagenen Streifen besteht die Möglichkeit, daß die Dichte der aus ihnen hergestellten Filter bei einer normalen lockeren Wicklung, bei der die Aufsaugwirkung nicht unzumutbar erhöht wird, vergleichsweise gering ist. In diesem Falle würden das Filter zu viele feste Rauchbestandteile ungehindert durchströmen. Die geringe Dichte der aus den Streifen hergestellten Filter ist darauf zurückzuführen, daß nicht genug Faserenden aus dem Papierverband herausgelöst sind. Gerade die Faserenden, die in die Hohlräume zwischen den Streifenbahnen eindringen und sich den durchziehenden festen Rauchbestandteilen in den Weg stellen, sind aber zu deren Abfangen wichtig. Je mehr Faserenden in die Hohlräume eindringen, desto besser ist verständlicherweise auch die Filterwirkung, wobei die Fasern den Saugwiderstand nur unwesentlich beeinträchtigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filter mit mög-Streifen zum Herstellen von Filtern
für Zigaretten od. dgl.

Anmelder:

Olin Mathieson Chemical Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. W. Kühl, Patentanwalt,

Hamburg 36, Esplanade 36 a

Als Erfinder benannt:

Milton O. Schur, Ashville, N. C;

James C. Rickards, Brevard, N. V. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 3. Juni 1958 (739 513) - -

liehst vielen, in die Hohlräume ragenden Faserenden zu schaffen. Hierzu wird gemäß der Erfindung derart vorgegangen, daß die Längsrillen vor dem Deformieren eine rechteckige Querschnittsform aufweisen und sie durch das Deformieren in eine bleibende Querschnittsform übergeführt sind, bei der gegenüberliegende Rillenkanten einander überlappen.

Als Folge dessen hat der Streifen nach der Erfindung in seiner Gesamtheit eine unerwartet hohe Dichte. Diese Dichte ist darauf zurückzuführen, daß von seiner Oberfläche vergleichsweise zahlreiche Fasern bzw. Faserenden abstehen. Die Erhöhung der Anzahl abstehender Fasern ist dabei auch eine Folge des Zusammendrückens, bei dem weitere Faserteile aus dem Verband an der Streifenoberfläche abgelöst werden. Die Hohlräume zwischen den Rillen werden deshalb von einem zwar lockeren, aber doch ausreichend dichten Fasergestrüpp ausgefüllt. Die höhere Dichte des Streifens wird aber auch dadurch gefördert, daß die Rücken sich nach dem Zusammendrücken teilweise überlappen und dadurch näher aneinander zu liegen kommen.

Durch das dichtere Fasergestrüpp werden bei einem aus dem Streifen nach der Erfindung hergestellten Filter dann vergleichsweise viele feste Rauchbestandteile absorbiert, ohne daß die für das Rauchen benötigte Saugwirkung über das zulässige bzw. zumutbare Maß hinaus gesteigert werden muß.

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Bereits ein verhältnismäßig kurzes Filter ermöglicht ein Absorbieren von 50 bis 60% der festen Rauchbestandteile. Dabei bleibt gleichzeitig eine gute Durchlässigkeit für die in Längsrichtung durch das Filter hindurchströmende Rauchmenge. Gleichzeitig weist ein aus dem Streifen nach der Erfindung hergestelltes Filter eine beachtliche Festigkeit auf, womit das Schneiden und Verarbeiten der Filter mittels einer mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden automatischen Verarbeitungsmaschine ermöglicht wird.

Als weiterer Vorteil des Streifens nach der Erfindung ist hervorzuheben, daß zu seiner Herstellung verhältnismäßig geringe Mengen an Filtermaterial erforderlich sind.

Aus dem Streifen nach der Erfindung hergestellte Filter haben schließlich auch ein gleichmäßiges Aussehen, da das Fasergestrüpp an den Schnittstellen sehr weitgehend die Streifenstruktur überdeckt.

Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, einen mit etwa sinusförmigen Längsrillen versehenen Streifen zu deformieren. Bei der vorgeschlagenen Deformierung werden aber aus wenigen regelmäßigen und gleich großen Rillen viele unregelmäßige, ineinander übergehende und ungleich große Rillen.

Es ist weiterhin auch bereits bekannt, einen gewellten Streifen zu deformieren, und dabei eine bleibende Überlappung zu erhalten. Die Deformation wird dabei aber so weit getrieben, daß die Wellen praktisch vollständig abgeflacht und zusammengedrückt sind. Durch die zu starke Deformation ist das beim Streifen nach der Erfindung erhaltene dichte Fasergestrüpp dann aber so weit zusammengepreßt, daß die nach der Erfindung erzielte Wirkung wieder vermindert ist.

Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer Vorrichtung zum Herstellen von Filterpapierstreifen nach der Erfindung,

F i g. 2 vergrößert einen Schnitt durch Formrollen der Vorrichtung nach Fig. 1, längs der Linie II-II,

F i g. 3 einen Querschnitt durch einen vorgefertigten Filterstreifen,

F i g. 4 einen gemäß der Erfindung abgeflachten Filterstreifen nach F i g. 3 und

F i g. 5 einen Ausschnitt aus einem Schnitt durch ein Filter aus Filterstreifen nach der Erfindung.

Ein Filterpapierstreifen 1, der eine Formung nach der Erfindung erfahren soll, besteht aus einem Papiermaterial aus hochgebleichtem Nadelholz-Kraftzellstoff, der wenigstens etwa 85% Alfacellulose enthält, die sehr leicht geschlagen war, bevor sie zu dem geschmeidigen hoch absorbierenden Streifen geformt wurde. Der Streifen hat dabei ein Gewicht von etwa 30 bis 35 g je Quadratzentimeter. Vorzugsweise enthält das Papier etwa 0,25 bis 3 Gewichtsprozent eines naßfesten Harzes wie Melamin-Formaldehyd oder Harnstoff-Formaldehyd.

Die Verwendung eines solchen Ausgangsmaterials ist vorteilhaft, weil bei ihm die erhalten gebliebenen zusammengedrängten Fasern leicht auseinandergezogen werden können, um eine ausgefranste Oberfläche zu bilden.

Der Filterpapierstreifen 1, der auf einer Vorratsrolle 2 aufgewickelt ist, enthält 10 bis 55 Gewichtsprozent, vorzugsweise 25 Gewichtsprozent Feuchtigkeit. Ist dieser Feuchtigkeitsgrad nicht vorhanden, so wird beim Abwickeln des Streifens von der Vorratsrolle 2 aus einer Düse ein Wasserstrahl 3 auf das Filterpapier geleitet. Durch den hohen Feuchtigkeitsgrad wird ein dann unerwünschtes übermäßiges Reißen des Bogens vermieden. Der Filterpapierstreifen läuft anschließend zwischen zwei Walzen 4 und 5 hindurch. Diese Walzen weisen, wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, gegeneinander verschobene im wesentlichen rechteckige Nuten 6 auf, die beispielsweise 0,73 mm tief und 0,49 mm breit sind. Zwischen den Nuten bleiben auf den Walzen Ringe 7 stehen, die etwa 0,25 mm breit sind. Um ein Einreißen des Filterpapiers in den Nuten 6 zu vermeiden, sind die Kanten der Ringe 7 abgerundet.

Nachdem der Filterpapierstreifen 1 die Walzen 4 und 5 passiert hat, weist er das aus F i g. 3 ersichtliche an sich bekannte Aussehen auf; er hat dabei eine längs des Filterpapierstreifens verlaufende Rillenstruktur mit rechteckigem Querschnitt. Von

ao den äußeren Flächen 21 der Rillenrücken stehen dabei Faserenden ab, während zwischen den zwischen den äußeren Flächen 21 befindlichen inneren Flächen 22 eine nahezu glatte Oberfläche erhalten geblieben ist. Die faserige Oberfläche ergibt sich aus der auf den Papierstreifen 1 einwirkenden Spannung und Reibung, die in den stark gekrümmten Berührungsbereichen zwischen den Kanten der Nuten 6 und dem Papierstreifen noch wesentlich verstärkt ist. Die Fasern werden auch deswegen aus der äußeren Fläche 21 leicht herausgelöst.

Eine gute Auflockerung des Fasergefüges wird bei Verwendung von etwa fünfundzwanzig bis vierzig Nuten auf je 25,4 mm Walzenbreite erreicht. Vorzugsweise werden dreißig bis fünfunddreißig Nuten verwendet, deren Nuttiefe zwischen 0,73 und 1,25 mm schwankt.

Die in dem Filterpapierstreifen nach dem Verlassen der Walzen 4 und 5 enthaltene Feuchtigkeit wird anschließend in einem Trockner 8 verdampft.

Nach dem Verdampfen gelangt der Filterpapierstreifen zwischen zwei Quetschwalzen 9, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind. Nach dem Verlassen der Walzen 9, zwischen denen der Streifen 10 bleibend deformiert wird, gelangt er dann wieder zu einer Vorratsrolle U, auf die er schließlich aufgewickelt ist.

Die Walzen 9 drücken den gerillten Filterpapierstreifen 1 um einen gewissen Betrag zusammen. Dabei wird der rechteckige Querschnitt der Rillen deformiert, bis die Rücken 21 stärker aneinander annähern und gegenseitig überlappen. Bei diesem Deformierungsprozeß wird die Oberfläche des Filterpapierstreifens in weiten Bereichen erneut gekrümmt. Dabei platzt die bisher noch nicht aufgelockerte Oberfläche des Papierstreifens auf, und es lösen sich wesentlich mehr Faserenden von der Streifenoberfläche ab. Damit nimmt die Dichte des Filterpapierstreifens 1, wie aus F i g. 4 zu ersehen ist, beträchtlich zu. Die Faserenden erstrecken sich dann willkürlich durch die Nuten hindurch und füllen diese mit einem dichten Fasergestrüpp aus.

Bei dem Deformierungsprozeß wird der Filterpapierstreifen auf etwa 20 bis 80% seiner Stärke nach dem Nuten von etwa 0,3 bis 0,5 mm verringert.

Die Rillentiefe beträgt dann etwa 0,1 bis 0,4 mm. Vorzugsweise beträgt der bleibende Querschnitt etwa 30 bis 65% der ursprünglichen Nutungsstärke. Die Faserenden, die die fransige Bedeckung der äußeren

Rückenflächen 21 bilden, stehen dann nach der Auflockerung des Papiers durch die Deformierung etwa 0,25 mm von der Streifenoberfläche ab, wobei die Fasern jedoch im Papierverband miteinander verbunden bleiben. Wenn die durchschnittliche Faserlänge bei dem bevorzugten Ausgangspapier im Mittelwert etwa bei 1,25 mm liegt, werden die vorstehenden Faserenden durch Bindemittel mit den umgebenden Fasern durchschnittlich mit etwa 80% ihrer Länge im Papierverband gehalten. Der sich beim Abflachen ergebende Streifen hat dabei eine Dichte von etwa 0,2 bis 0,5 g pro Quadratzentimeter.

Die durch den Deformierungsprozeß nach der Erfindung erhöhte Dichte führt dazu, daß einer Rolle gegebene Abmessungen ein vergleichsweise hohes Gewicht und eine größere Länge des behandelnden Papiers enthält, was für den Fertigungsprozeß von Vorteil ist. Bei einem Papierstreifen, der bis zu einer Tiefe von 0,48 bis 0,5 mm genutet worden ist, betrug die scheinbare Dichte 0,06 bis 0,07 g je Kubik-Zentimeter. Bei dem gleichen Papierstreifen, dessen Rillen nach der Erfindung deformiert sind, und zwar auf eine Endstärke von 0,33 bis 0,14 mm, ist die Dichte des behandelten Papiers auf 0,21 bis 0,495 g je Kubikzentimeter gesteigert.

Die Vorteile, die mit einem Filterpapierstreifen nach der Erfindung erzielbar sind, lassen sich allein daraus erkennen, daß der Widerstand gegen Gasströmung bis auf 10,16 bis 25,4 cm Wassersäule und nicht über 30,5 cm Wassersäule beträgt, während die Weichheit 0,25 bis 0,75 mm und nicht über 1,0 mm aufweist. Der Filterwirkungsgrad beträgt dabei 40, vorzugsweise sogar über 50%. Der Widerstand gegen die Gasströmung stellt sich dabei durch den Druckabfall in einer Wassersäule dar, die in einem Filter von 102 mm Länge und 8 mm Durchmesser bei einem Luftdurchsatz durch das Filter von 17,5 cm³ pro Sekunde gemessen wurde. Die Weichheitswerte wurden durch die Berührung eines horizontal angeordneten Filters mit dem Saum des Deckblattes einer Zigarette mit dem flachen Ende einer vertikalen zylindrischen Stange von 12,7 mm Durchmesser unter der Belastung eines Gewichtes von 347,5 g und durch Bestimmung des nächstliegenden ¹ZiOo mm der Abwärtsbewegung der Stange in einem Zeitraum von 10 Sekunden ermittelt. Je weicher das Filter (d. h. je geringer der Widerstand gegen Deformation ist), desto höher ist der gemessene Wert der Stangenbewegung. Die Filterwirkungsgradwerte stellen schließlich die prozentuale Abnahme der festen Rauchbestandteile dar, die zuvor im ungefilterten Rauch enthalten waren.

Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, sind die Poren eines derartigen aus einem Filterstreifen nach der Erfindung hergestellten Filters praktisch nicht mehr sichtbar, da die aus dem Papierverband herausgelösten Fasern alle Hohlräume ausfüllen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Streifen zum Herstellen von Filtern für Zigaretten od. dgl., aus faserhaltigem Werkstoff, wie Papier, mit Längsrillen mit aufgelockertem Fasergefüge und zerfaserten Rändern, der einer quer zur Streifenfläche wirkenden Zusammendrückung zum Verändern des Querschnitts der Längsrillen unterworfen worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsrillen vor dem Deformieren eine rechteckige Querschnittsform aufweisen und sie durch das Deformieren in eine bleibende Querschnittsform überführt sind, bei der gegenüberliegende Rillenkanten einander überlappen.

2. Streifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er vor dem Zusammenpressen eine Stärke von etwa 0,3 bis 0,5 mm und nach dem Abflachen eine Stärke von etwa 20 bis 80%, vorzugsweise 30 bis 65%, seiner Stärke vor dem Zusammendrücken aufweist.

3. Streifen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von Faserenden durchsetzten Rillen etwa 0,1 bis 0,4 mm tief sind.

4. Streifen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er verfilzte Cellulosefasern von durchschnittlich 1,25 mm Länge enthält und die Faserenden durchschnittlich um etwa 0,25 mm aus ihm hervorstehen.

5. Streifen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er bis zu einer Dichte von etwa 0,2 bis 0,5 g pro Kubikzentimeter zusammengedrückt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 615 923, 1023 386; schweizerische Patentschriften Nr. 323 601,
324175, 333 896;

britische Patentschrift Nr. 795 534;
französische Patentschrift Nr. 1146 796.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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