DE1432682A1 - Tabakrauchfilter und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Tabakrauchfilter und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen an Tabakrauchfiltern mit ausgezeichnetem Absorptionsvermögen und insbesondere auf eine Methode zur Herstellung derselben durch Bündeln von Viskosereyonfasern mit einer Kräuselungszahl von 15 bis 40 pro inch, 0,3 bis 4,0 Denier pro Einzelfaden und einem Gesamt—Denier der Paserlunte (fibre tow) von 40 000 bis 70 000» und durch. Verformen dieser Fasern zusammen mit einem Klebmittelpulver.

Tabakrauchfilter unter Verwendung von Acetatfasern sind bisher veitgehend verwendet worden, es ist aber die Fähigkeit, Nikotine, Teerstoffe und dergleichen aus Tabakrauch herauszufiltern, nicht nur auf Acetatfasern beschränkt, sondern findet sich auch in natürlichen, künstlichen und vollsynthetischen Fasern. Der hauptsächliche Grund für die Verwendung von Acetatfasern für Tabakrauchfilter dürfte in der Tatsache liegen, dass sie thermoplastischer Natur sind, und es wird die Lunte nach Besprühen

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mit einem Lösungsmittel wie etwa z.B. Triacetin - das die Fähigkeit besitzt, Acetatfasern zu lösen - einer Wärmebehandlung unterworfen, um die Fasern zu quellen und die Fasern dort, wo feine Teilchen Triacetin hängengeblieben sind,·zu verkleben, um dadurch Tabakrauchfilter zu erhalten, die kein untragbares Ansteigen des Druckabfalls aufweisen. Es ist nun weiterhin in letzter Zeit das Verfahren zur Herstellung solcher Filter durch Zusammenquellen der thermoplastischen Fasern wie etwa solcher aus Polyäthylen bei hohen Temperaturen bekanntgeworden, es istaber in diesem Falle die verwendbare Faser nur-auf Polyäthylen beschränkt, auch ist die Querschnittsform der Faser im wesentlichen kreisförmig und" glatt, so dass die Oberfläche der Faser pro Gewichtseinheit vergleichsweise klein ist; im übrigen ist die Faser selbst nicht billig.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass gekräuselte ' Viskösereyonlunte zusammen mit einem pulverförmigen Klebstoff ■ und einem Lösungsmittel verförmt wird, wobei das letztere da's^ "^: an recht vielen Punkten im Filter an der Lunte haftende Kleb- ■-' stoffpulver quellen lassen oder lösen kann, um dadurch Tabakrauchfilter mit einem ausgezeichneten Adsorptionsvermögen- und ■ einem geringeren Druckabfall beim Durchgang von Hauch¹zu'erhalten, die weiterhin unter geringeren Kosten hergestellt: Werden ■'■ können. '^? ■·' * " ' ■ ·

Im allgemeinen ist das Verfahren zur Herstellung von Tabak— rauchfiltern nach der Erfindung das folgende:- ^J ' ^:··^"· ■

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Viskosereyonlunte mit einer Krauselungszahl von 15 bis 40 pro inch und 0,3 bis 4,0 Denier pro' Faden wird gebündelt, so dass sie einen Gesamt-Denier von 40 000 bis 70 000 hat, und zwar unter geeigneten Ausbreitungsbedingungen.

1. Ein Lösungsmittel mit der Fähigkeit, die Klebstoffe zu lösen oder quellen zu lassen, und dann das Klebstoffpulver werden aufgebracht;

2. Zuvor sein Lösungsmittel - das die Fähigkeit hat, das Klebstoff pulver zu lösen oder quellen zu lassen - adsorbieret habendes Klebstoffpulver wird auf die Lunte aufgebracht;

3. Nachdem das Klebstoffpulver auf die Lunte aufgebracht worden ist, wird das Lösungsmittel aufgesprüht, oder Lösungsmitteldampf wird damit in Berührung gebracht.

Nachdem irgendeiner der obigen Aibeitsgänge durchgeführt worden ist, wird das Lösungsmittel durch ein geeignetes Verfahren beseitigt, wodurch möglichst viele Kontaktpunkte zwischen benachbarten gekräuselten Fasern geschaffen werden.

Wenn gemäss der obigen Bedingung 3 der Dampf von Lösungsmitteln dazu benutzt wird, mit der Faser in Berührung zu kommen, so kann sie mit dem den Lösungmitteldampf enthaltenden Heizmedium behandelt werden.

Der Grund dafür, warum besonders die Viskosefaser als Ausgangsmaterial für das Filter nach der Ei fir. dim π verwendet wire, liegt

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in der Tatsache, dass.die Viskosefaser in ihrem Querschnitt viele Kräuselungen enthält _t so dass die zur Verfugung stehende Adsorptionsoberfläche grosser ist und ein besseres Adsorptionsvermögen für Nikotin, Teerstoffe und dergleichen hat als thermoplastische Materialien, billiger ist als die anderen künstlichen Fasern und weiterhin Fadenlänge, Denier, Anzahl der Kräuselungen und Form der Faser nach Wunsch gewählt werden können.'

Je kleiner der Einzelfaden-Denier der verwendeten Faser ist, um so grosser wird die Oberfläche der Faser pro Gewichtseinheit, die Filtrierfähigkeit für Tabakrauch wird grosser und auch die Durchlässe für Tabakrauch zwischen den einzelnen Fasern werden kleiner, so dass die Strömungsgeschwindigkeit des durch diese Durchlässe strömenden Rauchs geringer wird, um dadurch die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit der schädliche Substanzen im Rauch entfernt werden. Es ist demgemäss, um Tabakrauchfilter mit besserer Fähigkeit zum Entfernen schädlicher Substanzen herzustellen, erforderlich, dass das Denier des Einzelfadens unter 4 Denier liegt. Wird auf der anderen Seite das Denier des Einzelfadens extrem klein (unter 0,3 den.) so wird das Spinnen solcher Fäden schwierig, Festigkeit und Dehnung gehen zurück und ausserdem wird das Öffnen der Fasern nach mechanischem Kräuseln schwierig.

Es ist daher, wie oben beschrieben, zur Herstellung feineren Endloseinzelfadens für Tabakrauchfilter mit ausgezeichnetem Adsorptionsvermöaen erforderlich, dass das Gesamt-Denier zwi-

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sehen 40 000 und 70 000 liegt. Das ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass, venn der Gesamt-Denier der Lunte grosser als 70 000 ist, die Anzahl der die Lunte bildenden Fäden mit sinkendem Denier des Endlosfadens zunimmt, so dass die Zwischenräume zwischen den Fasern, durch die der Tabakrauch strömen soll, kleiner werden, so dass die Durchströmgeschwindigkeit des Rauchs extrem gering wird und der Druckabfall beim Rauchen einer Zigarette ansteigt. Liegt auf der anderen Seite das Gesamt-Denier unter 40 000, so wird die Anzahl der die Lunte bildenden Fäden zu stark vermindert, so dass das Filtervermögen als Ganzes und damit der praktische Nutzen herabgesetzt werden. Das Gesamt-Denier von 40 000 bis 70 000 gemäss der Erfindung ist viel geringer als das von gegenwärtig auf dem Markt befindlichen Acetateyon-Filtern und hat den Vorzug, dass das Fasergewicht pro Filtermundstück herabgesetzt werden kann und die Herstellungskosten gesenkt werden. Ist der Endlosfaden fein und das Gesamt-Denier der Faserlunte klein, so muss die Anzahl Kräuselungen pro inch der Faser im Bereich zwischen 15 und 40 liegen, was viel mehr ist als die Anzahl Kräuselungen der gegenwärtig auf dem Markt befindlichen Acetatreyon-Filter. D.h., wenn die Anzahl der Kräuselungen unter 15 liegt, besteht die Tendenz zur Bildung eines etwas grösseren Zwischenraums zum Durchströmen des Rauchs durch das Filter, und es ist unmöglich, dem Filter die Steifigkeit und Elastizität zu geben, die es haben soll. Beträgt die Anzahl der Kräuselungen mehr als 40, so besteht eine Neigung zur Verminderung der Kräuselunghöhe, wodurch die durch die Erhöhung der Anzahl Kräuselungen erzielte Wirkung vermindert 'wird, was unerwünscht ist.

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Bei der Ausführung der Erfindung haben Endloseinzelfadendenier, Gesamt-Denier der Faserlunte und Anzahl Kräuselungen eine enge Beziehung zur Fähigkeit, Rauch zu filtern, zur erwünschten Steifigkeit und Elastizität und zur Erhöhung des Druckabfalls, den das geformte Filter bedingt. Im allgemeinen ist es so, dass bei feinerem Denier bessere Ergebnisse erzielt werden können durch Herabsetzung des Gesamt-Denier und Erhöhung der Anzahl der Kräuselungen. Die günstigste Bedingung innerhalb des oben angeführten Bereichs, ist ein Endlosfaden-Denier von 1 bis 2, ein Gesamt-Denier von 5 bis 60 000 und eine Kräuselungszahl zwischen 17 und 20.

Bei den für die Erfindung zu verwendenden Klebstoffpulvern handelt es sich um natürlich vorkommende Kohlenwasserstoffe, wie Stärke, oder Dextrin, Zellulosederivate wie Zelluloseacetat, Zellulosepropionat, Methylzellulose, Äthylzellulose,Hydroxymethylzellulose, KarboxymethylZellulose, Vinylharze wie" Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, Vinylacetat-Mischpolymere, PoIyvinylformal, Polyvinylchlorid-Mischpolymere, Polyvinylpyrolidon oder Polystyrol und um Acrylharze wie Polyacrylsäureester oder Polymethacrylsäurees ter.

Für die obigen Klebstoffe kann bei wasserlöslichen oder wasserquellenden Klebstoffen Wasser als Lösungsmittel verwendet werden, so dass die Anwendung sehr vereinfacht wird, die Kosten sehr niedrig sind und dass insbesondere die Gefahr einer Vergiftung durch Gase und der Faser nicht besteht. Die Klebstoffe,

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die die Verwendung organischer Lösungsmittel erfordern, haben den Vorzug, dass das Trocknen sehr einfach ist, dass sie eine hohe Klebkraft haben und auf Steifigkeit und Elastizität einen günstigen Einfluss ausüben. Nach der Erfindung lassen sich unter Berücksichtigung der Kosten des Klebstoffs und des damit im Zusammenhang"verwendeten Lösungsmittels, der Steifigkeit, Elastizität und der Erhöhung des Druckabfalls im fertig geformten Filter gute Ergebnisse dadurch erzielen, dass als wasserlöslicher Klebstoff Polyvinylalkohol und als in organischen Lösungsmitteln löslicher Klebstoff Polymethacrylat oder Zelluloseester verwendet wird.

Wenn das Klebstoffpulver aufgebracht worden ist, kann man Filter mit über den gesamten Querschnitt gleichmässiger steifigkeit dadurch erhalten, dass man den Klebstoff auf die nach einer geeigneten Methode gut ausgebreiteten Faserlunte gleichmassig verteilt. Wird, nachdem die Faserlunte ausreichend geöffnet ist und einen etwa runden Querschnitt erhalten hat, das Klebstoffpulver von aussen her nach innen verteilt, so ist das Pulver am Umfang stärker konzentriert und in d^r Mitte weniger stark, und man kann ein Filter erhalten, das am Umfang eine grössere Steifigkeit hat und einen weichen Kern. Ist im Gegensatz dazu der Klebstoff stärker im Mittelteil und weniger stark am Umfang konzentriert, so führt das zu einem stärkeren Druckabfall und zu Schwierigkeiten beim Formen, so dass es unmöglich ist, vorzugsweise erwünschte Produkte zu erhalten.

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Zum Verteilen von Klebstoff auf die Faser lunte "kann eine übliche Maschine mit einer Konstruktion wie ein Pulververteiler (powder dispenser) herkömmlicher Art benutzt werden, man kann aber auch durch Benutzung eines elektrischen Aufbringungsappa— rates gute Ergebnisse erzielen.

Um das zusammen mit Klebstoffpulvern verwendete Lösungsmit tel aus der Faserlunte zu entfernen, können verschiedene Verfahren zur Anwendung kommen, z.B. dasjenige, bei dem man die mit Klebstoffpulver und Lösungsmittel versehene Faserlunte mit Papier umwickelt, auf eine bestimmte Länge schneidet und •dann das Lösungsmittel bei etwa gewöhnlicher Temperatur entfernt oder in einer Trockenvorrichtung unter vermindertem Druck oder durch Erhitzen, oder indem man die papierumwickelte Faserlunte kontinuierlich durch die Trockenmaschine laufen lässt, oder indem man die papierumwickelte Faserlunte durch ein heisses Kohr laufen lässt.

Bessere Ergebnisse kann man durch ein vergleichsweise feineres Korn des Klebmittelpulvers erzielen, so kann man z.B· sehr gute Ergebnisse unter Verwendung eines Pulvers von mehr als 100 bis 300 Maschen erzielen; man kann auch ein Pulver mit einer Körnung von 50 bis 100 Maschen verwenden.

Ob die Faserlunte gleichmässig verklebt ist, oder am Umfang fester und in der Mitte loser, richtet sich nach Bedingungen wie Art der verwendeten Faser, Quellkraft und Lösungskraft

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des Lösungsmittels, Haftung zwischen den Fasern selbst, Art des Klebstoffs, Art der Aufbringung des Klebstoffs, Verfahren zur Entfernung des Lösungsmittels, Filtervermögen, Druckabfall des Tabakrauchs, Steifigkeit, Elastizität und' Kosten des Filters.

Da es sich bei den Klebstoffen nach der Erfindung um Klebstoffpulver handelt, kann das Verhältnis zwischen Lösungsmittel und Klebstoff kleiner gewählt werden, als wenn eine konzentrierte Klebstofflösung verwendet wird, und auch wenn das Lösungsmittel die Paser quellen lässt, kann die Verminderung des Quellvolumens der Faser gering gehalten werden, und das Volumen der Faserlunte wird konstant gehalten, so dass keine Erhöhung des Druckabfalls stattfindet und das Lösungsmittel leicht zu entfdrnen ist, weil die Lösungsmittelmenge klein ist, und das Verkleben' kann wirkungsvoll durchgeführt werden.

Beispiel 1

Gekräuselte Viskosereyonlunte (Krauselungszahl 15-16 pro inch) mit einem Endloseinzelfadendenier von 4 und einem Gesamt-Denier der Faserlunte von 60 000 wurde gründlich geöffnet, dann wurden 15% Polyvinylalkohol (durchschnittlicher Polymerisationsgrad 1 700, Verseifungsgrad 88%) bezogen auf das Gewicht der Lunte unter Verwendung eines Verteilers gleichmässig verteilt, und die so behandelte Lunte wurde in einer zigarettenmaschine mit Papier auf eine S.tärke von 8 mm zusammengewickelt, auf eine Länge von 72 mm geschnitten, in einen verschlossenen Be-

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hälter gebracht, .5 Minuten lang bei 110° C mit.Dampf behandelt, herausgenommen, abgekühlt und nach einem herkömmlichen Verfah-ren an einem Ende einer Zigarette angebracht. Die Eigenschaften; des Filters wurden mit einem'gegenwärtig auf dem Markt befindlichen Acetatreyon-Filter verglichen, wobei die Ergebnisse in Tabelle 1 zusammengestellt sind, auf der der Druckabfall durch.·- die hydraulische Höhe beim Durchleiten von Luft mit einer; Ge^---.-schwindigkeit von 20 cm^J/sec. angegeben ist.

Der entfernte Nikotinanteil wurde durch Ultraviolett-Absorptionsspektrum bestimmt, und die Steifigkeit wurde durch die Tiefe eines Eindrucks bestimmt, den eine-Belastung von 3OQ g · für 10 Sekunden nach 10 Sekunden Pause in der Filterpatrone = . hinterliess, ausgedrückt in l/lO mm. " ; . ^;. e-'

Beispiel 2 - '..--.-■ -.·■-■

Gekräuselte Viskosereyonlunte (Kräuselungszahl 18—20 pro: inch), mit einem Endloseinzelfadendenier von 1,5 und einem Gesamt-.. .:. Denier von 50 000 wurde gründlich geöffnet und dann wurde · di,e · " Lunte durch ein' Rohr von 10 mm Durchmesser geschickt,- um .einen . im wesentlichen kreisrunden Querschnitt zu erhalten, -und es wurde ein feines Zelluloseacetatpulver in einer Menge von etwa 10% bezogen auf das Luntengewicht auf die sich drehende Lunte vom Umfang her unter Benutzung der elektrischen Ladung eines elektrischen Aufbringungsapparates aufgebracht, die Lunte wurde auf einer Zigarettenmaschine auf einen Durchmesser von-8 mm -"..:

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-limit Papier umwickelt, auf eine Länge von 72 mm geschnitten, in einen verschlossenen Behälter gebracht, nach Entfernen der Luft aus dem Behälter 5 Minuten lang bei 110 C mit dem Dampf von Methyläthy!keton behandelt, aus dem Behälter entnommen, abgekühlt, 15 Minuten an der Luft stehengelassen und dann nach einem bekannten Verfahren an einem Ende der Zigarette befestigt. Die Eigenschaften dieses Filters zeigt Tabelle 1.

Beispiel 3

Gekräuselte Viskosereyonlunte (Kräiiselungszahl 16-20 pro inch) mit einem Einzelfadendenier von 1,5 und einem Gesamtdenier aller Fäden von 50 000 wurde gründlich geöffnet. Pulver von Methylmethacrylat in einer Menge von 7% des Gewichts der Lunte wurde mit Hilfe eines Verteilers gleichmässig auf die Lunte aufgebracht. Dann wurde Glycerintriacetat in einer Menge von 10% des Gewichts der Lunte aufgesprüht, die Lunte auf einer Zigarettenmaschine durch Umwickeln mit Papier auf einen Durchmesser von ο mm gebracht und auf eine Länge von 72 mm geschnitten. Das so erhaltene Filter wurde nach einem herkömmlichen Verfahren an einem Ende einer Zigarette angebracht. Die Eigenschaften des Filters zeigt Tabelle 1.

Beispiel 4

Gekräuselte Viskosereyonlunte (iCräuselungszahl 25-30 pro inch) mit einem Einzelfadendenier von 0,:· unc einem Gesarr.i-Deniei

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.-,von 50 000 wurde gründlich geöffnet und Glycerintyiacetat in einer Menge von 10% des Gewichts der Lunte aufgesprüht, dann wurde Polymethylmethacrylat in einer Menge von 1Q% des Gewichts der Lunte mit einem Verteiler gleichmässig aufgespri die Lunte wurde durch ein auf 80° C geheiztes Rohr von 8 nun Durchmesser geschickt um getrocknet zu werden, die Lunte wurc auf einer Zigarettenmaschine mit Papier umwickelt und in Län.-gen von 72 mm zerschnitten. Das so. erhaltene Filter wurde dui ein bekanntes Verfahren an einem Ende einer Zigarette ange?- bracht. Die Eigenschaften des Filters zeigt Tabelle 1.

	Herkömmt liches	Tabelle 1	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4
Eigenschaft	0,125	Beispiel "l	0,090	Q..Q9Q '	0,094
Gewi cht (g/l2mm)	4r-8-· -	Q, .104	■·' 4„6>	4,3/ ·■■ -	' 4,9
Steifheit (l/lOmm)	98	4,2 ·■■	15	78	- .71
Erhöhung des Druckabfalls ' (mm H2O)	1-6	83	36	37	45
Entfernter Itfiko=? tinanteil (%)	20 '	3-2	37	" 37''	42 *
Entfernter Teer^ anteil (/-")	35

Man ersieht aus Tabelle 1, dass die Eigenschaften der Filter ioach dsr Erfindung viel besser sind als die bekannten. Filter.

Claims (1)

1. Patentanspruch et

   1« Tabakrauchfilter, dadurch gekennzeichnet, dass sie bestehen aus Tiskosereyonfasern mit 15 bis 40 Kräuselungen pro inch, einem Blnzelfadendenler τοη 0,3 bis 4,0 und einem Geaamt-Denier der FaaExlunte τοη 40 000 bis 70 000 Denier, wobei die Fasern im wesentlichen parallel sueinander gebündelt sind und an vielen Kontaktpunkten zwischen benachbarten kekräuselten Fasern durch Klebetoffpulver miteinander verklebt sind·

   2· Verfahren mir Herstellung τοη Tabakrauchfiltern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dl· gekräuselten TiBkosereyonfasern is wesentlichen parallel gebündelt werden, die Lunte aus diesen fasern gründlich ausgebreitet wird und

   tv.

   das KlebstoffpuTrer zusammen mit einem Lösungsmittel - oder das letztere gesondert - auf die ausgebreitete Faserlunte

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   FERNSCHREIBER: 0184007 .

   Λ-

   aufgebraucht wird, wobei das Lösungsmittel die Fähigkeit hat, den Klebstoff zu lösen oder quellen zu lassen, üb benachbarte Fasern an einer grossen Zahl von Kontaktpunkten miteinander zu verkleben, und dadurch, dass dann das Lösungsmittel auf geeignete Weise entfernt wird·

   Wb/Ko - 16 052

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