DE1757611A1

DE1757611A1 - Verfahren zur Herstellung von Spinnvliesen und daraus hergestelle Filterstaebe

Info

Publication number: DE1757611A1
Application number: DE19681757611
Authority: DE
Inventors: Lueder Dr Gerking; Ludwig Dipl-Chem Dr Hartmann; Klaus Dr Zetzsche
Original assignee: Lutravil Spinnvlies GmbH and Co
Current assignee: Lutravil Spinnvlies GmbH and Co
Priority date: 1968-05-24
Filing date: 1968-05-24
Publication date: 1971-12-23
Also published as: NL6904448A; FR2009251A1; GB1269974A; CH466113A

Description

CARL FREUDENBERG - 1.7. Mai 1968

6940Weinheim/Bergstr. Dr.Z/Sn QN 481 .

Verfahren zur Herstellung von Spinnvliesen und daraus hergestellte Filterstäbe

Bei der Herstellung von Zigarettenfiltern besteht die Aufgabe darin» eine Kombination optimaler Eigenschaften zu erzielen, wobei neben einem hohen- Abscheidegrad für Teer und Nikotin ein möglichst niederer Zugwiderstand und eine genügend hohe Steifigkeit des Filterstabes wichtig ist, Einige dieser Forderungen widersprechen sich insofern, als eine Erhöhung des Abscheidegrades durch engere Packungsdichte erzielt wird» wobei jedoch dann der Zugwiderstand ansteigt. In der Schweizer Patentschrift 445 353 wird gezeigt, wie verbesserte Zigarettenfilter aus Wirrfaservliesen hergestellt werden können, wenn diese Wirrfaservliese aus endlosen Filamenten aufgebaut werden. Hierbei kann man die Packungsdichte und damit den Abscheidegrad erhöhen durch Ausspinnen besonders feiner Filamente, wobei Faserdicken von unter 10 ^u günstige Absorptions- und Abscheidewerte ergeben. Hierbei wurde das Wirrfilament-Gebilde zunächst einmal gemäß dem in der Schweizer Patentschrift 403 149 geschilderten Verfahren hergestellt. Das aus möglichst statistisch in Wirrlage verteilten Filamenten aufgebaute Flächengebilde mit einem Gewicht von etwa 25 bis 30 g/rn und einer Breite Von 30 cm wird durch Hitzebehandlung mit nachfolgender mit Hilfe kontinuierlich laufender Walzen aufgebrachter Pressung thermisch verfestigt, um es für die weiteren Arbeitsgänge handhabbar zu machen. Die richtige Durchführung

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dieser Verfestigung hat für die erzielbare Filterwirkung insofern Bedeutung, als das flächige, in Form einer endlosen Bahn vorliegende Wirrvlies in Stabform gebracht werden rauft. Dies wird so gemacht, daß es in die bekannten, mit trichterförmiger Einführung versehenenj Filterstabmaschinen kontinuierlich eingebracht wird, Wobei die flächige Form durch Zusammenfaltung und Umwicklung mit Papier in die bekannte Stabform gebracht Wird» Die Gleichmäßigkeit, mit der dieser» unter Zug stattfindende Vorgang verläuft, hängt weitgehend von einer» gegenseitigen Verankerung bzw. Verklebung der Filamente ab. Ein Verzerren mit einer Zerstörung der Struktur würde zu Ungleiehmäßigkeiten im Aufbau der Filterstäbe führen* Es zeigte sich nunmehr, daß bei zu hoher Hitzeeinwirkung bzw. bei zu hohem Walzendruck, das Flächengebilde und dessen Filamente zwar gut miteinander verschweißt werden und' daiS das so hergestellte Produkt s öhr schön steif und bei der Stab fertigung gut zu handhaben was», daß" jedoch die Filterwirkung darunter litt. Dies ist auf zu starke Kanalbildung im Strang zurückzuführen, weil bei der intensiven Versehweißuhg die Oberfläche des Vlieses zu glatt und im Extremfall folienartig wurde, so daß beim Zusammenlegen zum Strang durchgehende Längskanäle gebildet wurden. Die so hergestellten Filtetfstränge zeigten zwar eine gute Steifigkeit, aber eine verringerte Absorptionsleistung. V7urde ein frisch ausgesponnenes Faservlies desselben Aufbaus nur sehr schwach verschweißt, war die Oberfläche des Flächengebildes noch fasrig, so daß beim Zusammenlegen zum Strang eine Kanalbildung ausgeschaltet wurde. Dies hatte im fertigen Filterstrang eine sehr gute Absorptionsleistung zur Folge, jedoch waren die fertigen Filterstäbe zu weich, so daß sie sich bei der Handhabung verformten. Weiterhin zeigte sich, daß neben der allgemeinen Filterung im Rauch suspendierten Tröpfchen bzw. Teilchen eine spezifische Absorption, abhängig vom im Filter vorhandenen Faserrohstoff, festzustellen ist. Da die im !Rauch vorhandenen Substanzen chemisch sehr verschiedenen Klassen angehören, ist es leicht verständlich, daß verschiedenartige Faserrohstoffe sich erheblich unterscheiden in ihrem Absorptionsvermögen gegenüber den einzelnen Substanzklassen.

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Diese Schwierigkeiten konnten gemäß vorliegender Erfindung überwunden werden und Filterstäbe mit verbesserter Absorptionsleistung bei niederem Zugwiderstand und guter Steifigkeit konnten aus den erfindungsgemäßen Materialien hergestellt werden. Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, durch Ausspinnen von hochpolymeren faserbildenden Substanzen Wirrfasergebilde herzustellen, di< aus zwei oder mehreren Fasertypen aufgebaut sind und diese Wirrfasergebilde dann zu Filterstäben zu formen. Hierbei kann jede Faserart die für sie spezifischen Aufgaben innerhalb des Filters erfüllen,und die homogene Verteilung dieser Fasern durch den erfindungsgemäßen Ausspinnvorgang ermöglicht die Herstellung von Filtern optimaler Wirkung-. Bei den bis jetzt verwendeten, aus parallelen Fasersträngen gebildeten Zigarettenfiltern ist eine gezielte gleichmäßige Labyrinthstruktur aus verschiedenartigen Λ Fasern infolge der weitgehenden Parallelisierung der Fasern nicht möglich. Die aus endlosen Filamenten bestehenden Mischfaservliese in Wirrstruktur zeigen weiterhin einen gangbaren Weg, spezifische Filter für verschiedenartige Tabakmischungen herzustellen und auch den Geschmack der damit hergestellten Zigaretten zu beeinflußen.

Eine zur Herstellung der erfindungsgemäßenWirrfasergebilde geeignete Apparatur ist schematisch in Abb. 1 wiedergegeben. Es werden dabei zwei Spinndüsen verwendet, die die Spinnlöcher in geraden Reihen tragen, wie sie z.B. in der englischen Patentschrift 1 Io7 861 beschrieben werden. Die aus den Spinnlochreihen austretenden Fadenscharen werden dabei jeweils beidseitig von aus Längs- " schlitzen austretenden Luftströmen erfaßt und mit Hilfe von Führungs-bzw. Verstreckungskanälen auf parallelem Kurs von der Spinndüse weggeführt, wobei die Einzelfilamente durch die Luftströme verstreckt werden/Andersartige Spinndüsen, bei denen jedoch auch lineare Fadenscharen gebildet werden und bei denen die Fadenscharen in Kanälen bandförmig mit Hilfe von Luftströmen geführt werden,, können sinngemäß ebenfalls verwendet werden. So können die

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Filamente zwar zunächst aus Runddüsen ausgesponnen und dann durch entsprechende Weiferführung in Luftkanälen aufgefächert und so vom ursprünglichen runden in einen bandartigen Fadenverlauf gebracht werden. Bei vorliegendem Verfahren werden jeweils paarweise zwei. Spinndüsen verwendet, deren Fadenscharen nach dem Austritt aus den Führungskanälen zusammengeführt werden, Wie aus Abb. 1 ersichtlich, wird die aus Spinndüse 1 kommende Fadenschar 1 und die aus Spinndüse 2 kommend© Fadenschar 2 in die Führungskanäle 3 bzw* 4 eingeführt. Der besseren Obersicht halber wurden die Spinndüsen • ■ c " ' -

nur in Form ihrer Lochreihen angedeutet. Nähere Angaben sind aus der englischen Patentschrift 1 Io7 861 zu entnehmen. Am Ende der Führungskanäle sind im Winkel oO die Ablenkbleche 5 bzw. 6 angebracht, die die Fadenscharen 1 bzw. 2 zusammen mit den sie umhüllen den Luftströmen ablenken und in der Zone 7 zusammenführen. Die Bleche können dabei eben oder zur Vermischungszone 7 hin gewölbt sein. Die Zusammenführung erfolgt dabei in charakteristischer Weise derart, daß die jeweils in Form eines breiten Bandes ankommende Fadenschar 1 bzw. 2 in der Zone 7 jeweils wieder bandförmig zusammen und dann einem Auffangsieb 8 mit darunterliegender Absaugung· 9 zugeführt wird. Diese Art der bandförmigen Vermischung führt dazu, daß die zwei Faserkomponenten 1 und 2 in Form eines gleichmäßig durchmischten Wirrvlieses in der Zone 10 aufgefangen werden. Hierbei ist zu beobachten, daß von 5 und 7 und dann 10 eine zunehmende Turbulenz auftritt, die die gegenseitige Verfilzung fördert. Da die Spinngeschwindigkeit-(z.B. 5000 m/min) immer ein Vielfaches der Siebbandgeschwindigkeit (z.B. BO m/min) ist, legen sich die endlosen Fäden der Sorten 1 und 2 innig vermischt schlaufen- und schlingenförmig in Form einer Wirrstruktur 11 ab. Anschließend wird mit Hilfe eines beheizten Walzenpaares 12, das die thermoplastischen Filamente zumindest oberflächlich erweicht und damit klebrig macht, die Wirrstruktur verfestigt. Diese Struktur kann dann durch bekannte Vorgänge mit Hilfe der trichterförmigen Zusammenfassung 13 zu Filtersträngen geformt werden.

Die Zusammenführung der Fadenscharen kann auch dadurch erfolgen, daß parallel zu den Ablenkblechen 5 und 6 je ein weiteres Blech etwa gleicher Länge an die inneren Kanalwände anschließt, welches parallel oder mit kleinerer Neigung zu den Blechen 5 bzw* 6 ver-

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läuft. Ferner kann die Zusammenführung gemäß Abb. 2 durchgeführt werden. Diese zeigt eine Ausführungsform im Schnitt, bei der die aus zwei Luftkanälen 1 und 2 kommenden Fadenscharen 3 und 4 beim Verlassen der Luftkanäle mit Hilfe von konvex zum jeweiligen Fadenstrahl hin gewölbten Blechen 5 und 6 gemäß dem Coanda-Effekt abgelenkt und bogenförmig aufeinanderzugeleitet werden, so daß sich unterhalb der Zone 7 eine gemeinsame Fadenschar aus den Fäden 3 und 4 ausbildet _t die dem Ablageband zugeführt wird. Die aus 3 und 4 gebildete gemischte Schar von Filamenten wird dann ebenfalls wieder auf einem Siebband mit darunterliegender Absaugung in Form eines Wirrvlieses aus zwei Filamentarten aufgefangen. .

In einer anderen Ausführungsform können die verschiedenartigen Fadenscharen auch innerhalb einer für die Verspinnung vonzwei Komponenten brauchbaren Spinndüse hergestellt werden. Man kann sich hierbei z.B. der in der Schweizer Patentschrift 444 Iq.7 beschriebenen Anordnung bedienen. In jedem Fall werden dabei zwei lineare Fadenscharen aus verschiedenartigen Fasern gebildet, die sich z.B. in der Dicke, im Querschnitt oder im chemischen Aufbau unterscheiden. Im Unterschied zur vorherbeschriebenen Arbeitsweise werden nunmehr diese Fadenscharen innerhalb desselben Luftkanals geführt« Jedoch wie bei der vorbeschriebenen Arbeitsweise werden die Fadenscharen längs einer im wesentlichen geraden ebenen Auftreffläche auf einem Siebband in Form einer Wirr- λ vliesstruktur zur Ablage gebracht.

Beispiel .-'."' ■ .

Im vorliegenden -Beispiel"-wurden, zwei Spinndüsen verwendet, wie sie in der englischen Patentschrift i lo7 861 beschrieben werden, Beide Spinndüsen würden parallel zueinander in einem Winkel von 45 schräg zur Richtung des Absaugsiebes angeordnet, wobei derWinkel dem als ot gekennzeichneten Winkel in der Fig. 2 der Schweizer Patentschrift 448 6o5 entspricht. Düse Nr. 1 hatte dabei eine gerade Reihe von 30 Löchern mit einem Durchmesser von 400 £i in einem Abstand von 2 mm. Düse Nr. 2 hatte eine gerade

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Reihe von 10 Löchern in einem Abstand von 6 mm. Jeweils beidseitig der Lochreihe war parallel dazu ein Luftschlitz von 0,3 mm Öffnungsbreite, aus dem sogenannte Primärluft ausgepreßt wurde, wobei aus den Löchern kommende Fadenscharen von den beiden Luftströmen erfaßt und nach unten gerissen wurden. Beide Lochreihen waren in einem Abstand von 150 mm voneinander parallel angeordnet. Jeder Düse war ein Extruder als Aufschmelzorgan vorgeordnet und zwischen Extruder und Spinndüse war eine Spinnpumpe zur Feindosierung angebracht. In einem Abstand von UO mm waren beidenSpinndÜsen Luftkanäle nachgeordnet, wie sie im Prinzip in Fig» 3 der Schweizer Patentschrift ^44· Io7 beschrieben sind, wobei an beiden

Innenseiten der Kanäle (Pfeil f) je ein Luftschlitz angebracht ist» mit dessen Hilfe auf beiden Seiten der Fadenschar zwei nach unten gerichtete LufistrÖma, (sogenannte Tertiärluft) eirigeblasen werden können. Infolge des Injektorprinzips-wurde zwischen Düse und Luftkanal noch galena tinte Sekundärluft mit eingesaugt^ wie das in der Fig. .4_; der" englischen Patentschrift 1 Io7 8Sl mit Pfeil 17 angedeutet- ist» Die Innenweite der Luftkanäle· betrug 18 χ 150 mm bei einer LSnge von'7 50 mm. Der Luftschlitz war in einem Abstand von 18. mm, vom oberen Ende (Einlaß) der Luftkanäle gerechnet, angebracht und hatte eine öffnungsweite von 1,6 mm. Wie in der beiliegenden Abb. 2 erläutert, war beiden Luftkanälen je eine bogenförmige Platte nachgeordnet, mit deren Hilfe die beiden Fadenscharen kreisförmig umgelenkt und in einem Abstand von etwa 3000-mm· vom Luft kanal ende aneinandergeführt werden konnten. Auf einem Siebband wurden die Filamente von den sie führenden Luftströmen gotrennt und in Form einer Wirrstruktur abgelegt. Der Abstand zwischen Luftkänalende und Siebband-betrug 1.000 nun. Zur Verbreiterung des Ablagebereiches wurden beide Luftkanäle im Takt miteinander um die. Achse 8.(Abb. 2) geschwenkt,-so daß sich ein 300 nmr breitfes Wirrvlies ergab. Im' vorliegenden Beispiel wurden beid^ Dds'eft mit' Polypropylenschmelze beschickt, jedoch wurden auf- den beiden Düsen verschiedene Faserdurchmesser erzeugt. In'Düse Nr. 1 (3-Q Löcher) wurde mit 0,2 cm/min/Loch und in Düse Nr. 2 (ΙΟ Löcher) wurde mit 0,5 cm/min/Loch Schmelze gespeist. Düsentemperatur Nr. 1 bietrug 310⁰C und Düsentemperatur

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Nr. 2 entsprechend 220°C. Durch Zuführung von 0,4 nm /min Primärluft und 3 nm /min Tertiärluft wurde im Luftkanal Nr. 1 eine Luftgeschwindigkeit von 2800 m/min und durch Zuführung von 0,25 nm³/min Primärluft und 2,25 nm /min Tertiärluft im Kanal Nr. 2 eine Geschwindigkeit von 2200 m/min erzeugt. Die Fadenschar aus Düse Nr. 1 hatte einen mittleren Querschnitt von 10 (μ und die aus Düse Nr. 2 einen solchen von 60 fu. Das Siebband mit darunterliegender Absaugung lief mit einer Geschwindigkeit von 1,12 m/rain unter der Fadenschar durch, so daß sich ein Wirrfaservlies von 26 g/m Flächengewicht in einer Breite von 30 cm bildete. Vlies und Siebband wurden durch eine Infrarotstrahl-Strecke und anschließend durch ein Walzenpaar, bestehend aus einer Stahl- und einer elastischen Gegenwalze, geschickt und dabei leicht ther- m misch verfestigt, so daß es anschließend durch Einspeisung in die handelsüblichen Filterstabmaschinen (angedeutet in Abb. 1) zu Filterstäben verformt werden konnte.

Besonders günstige Ergebnisse wurden mit Faserrohstoffen aus linearen Polyestern erzielt, wobei man die beiden Faserkomponenten wirkungsvoll abstufen kann durch Verwendung verschiedenartiger Polyester. So kann man als Haupt-Faserkomponente PoIyäthylentherephthalat verwenden und als Versteifungs-Faserkoraponente einen Copolyester aus Äthylenglyko'l, 90 Teilen Therephthalatsäure und 10 Teilen Isophtalsäure. Es zeigte sich, daß die aus Polyester aufgebauten Zigarettenfilter in geschmacklicher Hinsicht besonders günstig sind. Naturgemäß können noch f eine Vielzahl anderer Mischungen infrage kommen; je nach spezieller Absorption der einzelnen Faserkomponenten.

Der große Vorteil im Aufbau dieser Filterstäbe aus den erfindungsgemäßen Mischvliesen liegt darin, daß eine durch entsprechende Abmischung der Filamente genügende Steifigkeit im Filter erreicht werden kann, obwohl die Vliesoberfläche noch einen "losefaserigen" Charakter aufweist. Hierunter versteht nan eine Vliesoberfläche, die sich beim Reiben sehr leicht aufflust im Gegensatz zu weitgehend versehweißten Vliesgebilden. Diese "losefaserige "

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Oberfläche hat den Vorteil, daß bei der nachfolgenden Bildung des Filterstabes durchgehende Luftkanäle weitgehend ausgeschaltet werden können. Bei der Formung der Filterstäbe werden die Vliese zusammengerafft, wobei sich sehr feine, kontinuierliche Längsfältchen bilden und das Ganze ziehharmonikaförmig zu einem Filterstab zusammengelegt wird. Durch den aus vielen losen Faser schlingen aufgebauten flusigen Charakter der Oberfläche ergibt sich nunmehr beim Zusammentreffen, bei dem die einzelnen Lagen aufeinander zu liegen kommen, ein Ineinanderhaken der einzelnen Faserflächen unter Ausbildung einer für die Filtration besonders günstigen Labyrinthstruktur. Durch Anwesenheit von zwei oder mehreren Faserkomponenten in Form endloser und wirr liegender Schlingen ergibt sich die Möglichkeit, für die verschiedenen im Rauch vorhandenen Komponenten spezifische Filtrationswirkungen zu erhalten. So zeigte zi3. die Verwendung von Polyamidfasern günstige Auswirkungen auf Phenolabsorption, während Polyesterfasern sich aufgrund ihrer Absorptionscharakteristik geschmacklich besonders günstig auswirkten. Es ist somit möglich, im Hinblick auf die Vielzahl der im Rauch vorhandenen Komponenten durch entsprechende Auswahl der Spinnstoffe und durch Oberführung dieser Rohstoffe in Fasern verschiedener Dicke und durch Bildung der Wirrvliesstruktur jeweils für die verwendeten Tabaksorten besonders gut geeignete Filter herzustellen. Da für die Filterwirkung neben der Labyrinthstruktur auch die Oberfläche der Faser durch Ausspinnen in Fasern verschiedener Dicke variiert wird, können optimale Wirkungen erzielt werden. So zeigte sich, daß für viele Fälle Filter hergestellt werden können aus einer Abmischung von 60 Gewichtsprozent von Fasern mit einer Dicke bis zu 10 (μ und tO.Gewichtsprozent von Fasern mit einer Dicke von über 40^u, die eine gegenüber den jetzigen handelsüblichen Filtern erhöhte Absorptionsleistung aufweisen.

Claims

1757^1 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Spinnvliesen durch Ausspinnen von zwei oder mehreren verschiedenen parallelen Filamentscharen und Zusammenführung dieser Filamentscharen mit Hilfe von Luft-r strömen dergestalt, daß die Einzelscharen auf ihrer gesamten Breite bandförmig vermischt werden und durch anschließende Absaugung der Gesamtschar auf einem Siebband unter Ausbildung ■ einer Wirrfaserstruktur abgelegt werden.

2. Verfahren zur Herstellung von Zigaretten-filterstäben, dadurch gekennzeichnet, daß die gemäß Anspruch 1 gebildeten Spinnvliese kontinuierlich unter Ausbildung feiner Längsfältchen ' A zusammengerafft und zu Filterstäben geformt werden, wobei die aus herausstehenden Faserschlingen bestehenden Oberflächen sich in Form einer Labyrinthstruktur zusammenlegen.

3. Aus Spinnvlies geformter Filterstab, dadurch gekennzeichnet, daß das Spinnvlies aus zwei oder mehr in ihrem chemischen und/oder physikalischen Aufbau unterschiedlichen Filamenttypen aufgebaut ist.

4. Filterstab gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er zu 6o Gewichtsprozent aus Fasern von bis zu 10 /μ Dicke und zu HO Gewichtsprozent aus Fasern über 4-0-/u Dicke besteht.

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