DE1930435A1

DE1930435A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer insbesondere fuer Zigarettenfilter geeigneten Faserbahn

Info

Publication number: DE1930435A1
Application number: DE19691930435
Authority: DE
Inventors: Randall John Courtright; Keith Charles Herbert
Original assignee: Celanese Corp
Current assignee: Celanese Corp
Priority date: 1968-06-17
Filing date: 1969-06-14
Publication date: 1969-12-18
Also published as: FR2011118A1; NL6909132A; GB1264894A; BE734608A; DE1930435C3; CA944648A; DE1930435B2; AT296121B; US3804695A; LU58869A1; CH518684A

Description

• Patentanwälte , 1 Q Q Π / Q £

Dr.-Ing. von Kreisler Dr.-Ing. SchSnwofd la O U *» O O

Di>lng.Ttv.Meyer Dr.Fues Dipl.-Chom.Alek von Kreliler Dipl.-Chem. Carola Keller Dr.-Ing. Klöpsch Köln, Deichmannhaus

XL Juni 19BP

Ke/Ax/Bt

CFLANFSE CORFORATION, 522 Fifth Avenue, New York, N₀Yo 2.0036

(V.St ο A.)

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer insbesondere für Zigarettenfilter geeigneten Faserbahn

Aerosolfilter, insbesondere Zigarettenfilter, werden UbJichei'-weise aus den verschiedensten Fasermaterialien hergestellt-Von diesen Fasermaterialien haben jedoch nur Papier und Stränge aus Ce3Iu]oseacetatfasern in größerem Umfang Verwendung gefunden,

Papierfilter sind allgemein durch höhere Filterwirkung gekennzeichnet, jedoch beeinträchtigen sie auch den Gescbrrack und den Geruch des Rauchs. Ferner haben sie eine viel geringere Selektivität für Phenol als die üblichen Filter aus Celluloseacetat fäden, Außerdem fallen Papierfilter während des Rauchens zusammen, Dies ist in erster Linie auf ihre Neigung zurückzuführen, Feuchtigkeit aus dem Tabakrauch und dem Mund des Rauchers zu absorbieren= Ferner ist die Zu-- ; sammendrUckbarkeit von Papierfiltern bei einem gegebenen Druckabfall, d.h. dem Widerstand des Filters gegen den Durchgang von Luft im allgemeinen.größer als bei üblichen Filtern aus Fasersträngen.

Durch üb!iche Filter aus Cellu]oseacetatfäden werden alle vorstehend genannten Nachteile der Papierfilter ausgeschaltet» Sie sind aus diesem Grunde besser geeignet trotz der' Tatsache, daß die Filterwirkung bei einem gegebenen Druckabfall relativ geringer ist als bei Papierflltern.

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P ™

Gegenstand der Erfindung ist ein Aerosol f 11 ter, insbesondere ein Zigarettenfilter. das eine Beziehung von Filterwirkung zu Druckabfall, hat, die ebenso gut oder noch besser ist als normalerweise bei Papierf Π tern, ohne daß es die oben genannten;, .gewöhn] ich bei Aerosolfil tern vorhandenen unerwünschten Eigenschaften aufweist, \

Die Erfindung betrifft ferner ein Zwischenprodukt, das sich zur Herstellung von Filtern mit den oben genannten Eigenschaften eignet.

Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Filtern mit den oben genannten Eigenschaften.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den Abbildungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt chematisch eine Vorrichtung, die sich für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung eignet.

Figur 2, 3* ^ und 5 zeigen gemusterte Oberflächen, die für die Zwecke der Erfindung geeignet sind.

Fig. 6 zeigt in 15-facher Vergrößerung.das bevorzugte Zwischenprodukt gemäß der Erfindung.

Die Maßnahmen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung v/erden nachstehend in Verbindung· mit der Abbildung einer für die Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung ausführlich beschrieben.

Eel 4er bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der ein-Fil:ter aus> im wesentlichen in Längsrichtung ausgerichteten Fäden mit durchgehenden,im wesentlichen paraJIe] zu

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BAD ORKSINAt

■den Fäden verlaufenden Furchen oder Rillen erhalten wird, wird ein Strang 12 aus endlosen CelJuloseacetatfäden vorzugsweise mit etwa 2 bis 6 quer verlaufenden Kräuselungen pro cm, mit einem Acetylwert von J>Q bis kl%. einem regelmäßigen oder nicht-kreisförmigen Querschnitt, z.B. mit einem I-, X- oder Y-Querschnitt, und einem Gesamttiter von etwa 45 000 bis 3 20 000 oder mehr vom Ballen 10 abgezogen und über Führungen Ik zum Strangöffner 16 geführt. Der Strangöffner 16 hat die Aufgäbe, den Gleichlauf ctr Kräuselungen der Einzelfäden zu beiseitigen und auf diese Weise einen Strang mit verbesserter Gleichmäßigkeit und Fülligkeit zu bilden. Bei der in der Abbildung gezeigten Vorrichtung wird ein mit einer Gewindewa! ze arbeitender Strangöffner 1.6 des Typs verwendet, der allgemein in den USA-Patentschriften 3 0>2'829 und J> 156 016 beschrieben ist. Dieser Strangöffner ist mit zwei l/al zenpaaren versehen, wobei wenigstens eine Kai ze jedes Paares angetrieben wird. Zweckmäßig hat wenigstens eine Wal ze jedes Walzenpaares eine gemusterte oder profilierte Oberfläche in Form von um den Umfang laufenden oder gewindeartigen Rillen. Die Walzenpaare können jedoch auch verschieden sein. Beispielsweise braucht

,zu

nur eine Walze jedes Paares gerillt/sein. Wenn der Fadenstrang durch die Walzen läuft, werden die Einzelfäden des Stranges -jeweils zu verschiedenen Zeitpunkten festgehalten, wodurch sich die relativen Stellen der Kräuselungen der einzelnen Fäden in Längsrichtung gegeneinander verschieben. Natürlich können auch andere Strangöffner', z.B. Vorrichtungen, bei denen die Beseitigung des Gleichlaufs der Kräuselungen durch Luftturbulenz'oder Biegen des Stranges erreicht wird, verwendet werden.

Nach dem Durchgang durch den Strangöffner l8 wird der St ι arg 12 durch eine Breitstreckdüse 1-6 geführt, die den Strang durch Aufblasen eines oder mehrerer Luftströme zu-

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einem flachen Eand, das ungefähr die 3- bis 8-fache ursprüngliche Breite hat, ausbreitet und eine weitere Trennung der Einzelfäden bewirkt. Eine geeignete Breitstreck-* * düse.ist, beispielsweise in der USA-Patentschrift 3 226 beschrieben. Jedoch sind auch andere bekannte Vorrichtungen, z.B. mit elektrostatischen Kräften arbeitende Vorrichtungen.... für diesen Zweck geeignet.

Der geöffnete Strang wird dann durch eine Weichmacher-Auftragvorrichtung 20 geführt, durch die eine weichmachende Flüssigkeit, vorzugsweise ein organischer Ester wie Triacetin auf die Oberfläche der Einzelfäden aufgebracht wird, um die Fäden miteinander zu verkleben. Weitere geeignete Weichmacher sind beispielsweise Triäthylcitrat, Dimethyläthylphthalat und der Dimethyläther von Triäthylenglycol oder Tetraäthylenglycol. Eei der in der Abbildung dargestellten Anordnung wird eine Weichmacher-Auf- . tragvorrichtung 20 des in der USA-Patentanmeldung 555 6^7 beschriebenen Typs verwendet, bei dem der Weichmacher durch die Wirkung, der Zentrifugalkraft aufgetragen wird* Die Auftragvorrichtung 20 besteht' im wesentlichen aus: einem Gehäuse, einer im Gehäuse unter dem Weg des Stranges und im wesentlichen quer zu diesem Weg angeordneten ro-.tierenden Scheibe, Teilen zum Aufbringen eines Weichmachers auf die rotierende Scheibe und Teilen zur Rückführung des Weichmachers, dernicht am Strang haften bleibt. Andere Auftragvorrichtungen, die sich zum Aufbringen eines Weich machers auf eine endlose Bahn eignen, können ebenfalls für diesen Zweck verwenc'd; werden. Beispielsweise eignen sich Aufitragvorrichtungen, bei denen dor Weichmacher durch Dochte oder Spritzdüsen aufgebracht wird,

Nach der Behandlung des Strangs mit dem Weichmacher kann dieser wahlweise zur Heizvorrichtung 22 und/oder Raffvorrichtung 24 geführt v.-erden. Die Heizvorrichtung 22 hat

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■ '*" ' BAD ORIGINAL

die-Aufgabe, die Temperatur der"thermoplastischen Bahn zu erhöhen und auf diese Weise die Verklebung beim-Zusammen-

. ■ 22

drücken zu verbessern. Die Heizvorrichtung kann allein oder in Verbindung mit einer Heizquelle in den später beschriebenen profilierten Walzen 26 verwendet-werden. Die Raff vorrichtung 2^l\ dient dazu, die Breite der Bahn zu verringern , wodurch sie leichter verarbeitbar wird, Ferner wird eine gleichmäßigere Verteilung des Weichmachers erzielt, x«renn der Strang 12 durch die Raffvorrichtung 2^l\ geführt wird.

an die
Anschließend/ Weichmacher-Auftragvorrichtung 20 oder die Heizvorrichtung 22 und/oder die gegebenenfalls verwendete Raffvorrichtung 24 wird der Strang 12 durch den Spalt von zwei Walzen 2β geführt, von denen wenigstens eine an der Oberfläche profiliert ist. Diese profilierten, z.B. geriffelten Walzen 26 ermöglichen die Bildung einer Vielzahl von bleibend vertieften Stellen in der Faden'oahn. Diese l\\'ü aen 26 sind· im wesentlichen quer zur Laufrichtung de;" Stranges angeordnet und haben parallele Achsen. Gewöhnlich befindet sich eine Walze des Paares über dem laufenden Strang und die zweite Walze, an der gegenüberliegenden Seite unter dem laufenden Strang. Die Bahn kann jedoch auch senkrecht geführt !werden, wobei eine profilierte Walze an jeder Seite des laufenden Stranges angeordnet ist. Die Walzen 26 können einander nachgiebig berührend oder mit geringem Abstan'd angeordnet sein, Sie müssen jedoch so dicht beieinander liegen, daß wenigstens eine gewisse bleibende Vertiefung im Strang beim Durchgang durch die Walzen erzeugt wird. Die Walzen haben vorzugsweise einen Abstand von 0 bis etwa, O₁5 mm« Besonders bevorzugt wird ein Abstand .von etwa 0 bis etwa 0,25 mm. Der Abstand hängt natürlich von der Dicke des Stranges ab, die durch den Gesamttiter und seine Breite bestimmt ist. Die Bahnen, die durch Walzen mit dem , oben genannten Abstand geführt werden haben eine Gesamtdicke vcn 0.1 bis 2,5 mm.

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BAD ORtGiNAL

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Um die Vorteile der Erfindung zu erreichen, können die verschiedensten Muster in die Oberfläche des Fasermaterials gedrückt werden. Diese Muster können aus endlosen vertieften Stellen und/oder endlosen erhobenen Stellen oder Stegen bestehen. Beispielsweise kann ein Waffelmuster·oder Steppmuster, wie-es in Fig. 2 dargestel.lt ist, auf die Oberfläche der Bahn aufgebracht werden. Bei diesem Muster können die endlosen oder die gesonderten Bereiche vertieft sein. Das Waffe)muster oder Steppmuster kann auch so ausgerichtet werden* daß die Kanten des Musters im V/inkel zur Längsachse der Bahn verlaufen wobei in die Oberfläche der Bahn ein · Rautenmuster eingedrückt wird, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Es wurde gefunden, daß im allgemeinen vom Standpunkt der größten relativen Verminderung des Druckabfalls die Muster gemäß der Erfindung zu bevorzugen sind, die aus Rillen oder Furchen "bestehen, die im wesentlichen parallel zur Längs-

aihse der Bahn verlaufen. Diese Längsrillen bilden vorzugsweise eine gerade Linie,längs der Bahn nach Art von Zieharmonikafalteiv jedoch sind auch sinusförmige oder Zickzack-'" förmige Furchen (wie sie in Fig. 4 und 5 dargestellt sind) ir.öglich.

Bevorzugt für die Zwecke der Erfindung werden Walzen, die in, Umfangsrichtung oder schraubenförmig geriffelt sind und etwa 2 bis 32 vorzugsweise etwa 8 bis 1.8 Rillen pro cm aufweisen. Die Stege der V/aIzen haben gewöhnlich eine Breite von etwa 0,76 bis 0,13 mm* vorzugsweise von etwa 0,38 bis 0,2 min» Die Rillen haben gewöhnlich eine Tiefe von etwa 0,89 bis 0,13 tnm, vorzugsweise von etvia 0,5 bis 0,25 ram. Die Stege einer gegebenen Walze haben gewöhnlich, aber nifcht unbedingt eine gleichmäßige Breite» Stege, deren Breite von der Mitte der gemusterten Fläche nach außen allmählich geringer wird.» können jedoch den Aufbau eines gleichmäßigeren Filter's begünstigen» Ebenso kann die Tiefe der Rillen juer " zur Bahn unterschiedlich sein.

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"^: :*■-■-■■■■■ ■■■■■" " BAD CsRiGINAL

Die Festigkeit der Filterstäbe kann durch Verwendung rechtwinkliger oder im wesentlichen rechtwinkliger Rill en verbessert werden, da hierbei ein Material erhalten wird, das nach dem Zusammendrücken zur Stabform selbsttragende, dreieckige, schwierig zusammendrückbare Kanäle aufweist. Der Ausdruck* "im wesentlichen rechtwinklige Rillen" bezeichnet Rillen bei denen der Winkel von der Senkrechten der Wand O bis 45 , vorzugsweise 0 bis 30^obeträgt. Natürlich sind im Rahmen der Erfindung auch Rillen von anderer Form, s. B. halbkreisförmige, trapezförmige oder dreieckige Rillen mögliche

In den meisten Fällen erwies sich die Verwendung von Deheizten Riffelv.-alzen als vorteilhaft für die Erzielung einer verbesserten Riffelung= Eei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden daher Profilwalzen mit einer inneren Wärmequelle verwendet, Bevorzugt werden hierbei elektrische Heizvorrichtungen, Natürlich können auch andere Heizmedien, z.B_t erhitzte Flüssigkeiten und Gase, für diesen Zweck verwendet werden. Die Walzentemperaturen betragen im allgemeinen etwa 25 bis £25°C, vorzugsweise 110 bis etwa lCo C= Diese Behandlung kann aazu ausgenutzt werden, die Querschnittsabmessung des behandelten Materials zu verringern oder ihr verbesserte Verarbeitbarkeit zu verleihen, jedoch werden die Bedingungen so gewählt, daß sichergestellt ist, daß der Fadencharakter im wesentlichen erhalten bleibt.

Die Riffelv.alzen 26 haben vorzugsweise einen Durchmesser voiv wenigstens etwa 5 cm, Besonders bevorzugt wird ein Durchmesser ven etwa 10 bis 20 cm. Die Abmessungen des gemusterten Teils der Walzen hängen na tür! ich in gewissem Umfange von der Breite des zu strukturierenden Faserslrangs ab. Im allgemeinen genügt eine gemusterte Gesamtbreite von etwa cO bis ²Jl cm für die meisten Zwecke. Als Alter-

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BAD ORIGINAL

■■'■; '■:"■ - -:^: ■■:: ν ■.-■■ - 8 ■■- ^; .;.■.:. . _: . ;■ - V

native zu den vorstehe^nd genannten Heizvorrichtungen und/ oder geheizten profilierten Walzen oder, in Verbindung ^: damit'können vorteilhafte Ergebnisse-erhalten werden/ wenn ein erhitzter Weichmacher.auf den Strang aufgebracht wird» Ferner- können gute Ergebnisse erhalten werden, wenn der Strang; vor. der·-Strukturierung.mit Solvatisier-ungsmit-teln, wie Aßeton, Methylenchlorid oder; Wasser behandelt wird» Wahlweise wird die strukturierte Bahn dann über eine Formungsvorrichtung 28 geführt", die im wesentlichen aus- einer gekrünmtcn oder anders geformten Oberfläche besteht, die'die Gesamtbreite der Eahn verringert.und ein gleiehmäßigeres

* Endprodukt bildet".

Anschließend kann der Strang einer Filterstab-Formvorrichtung JO zugeführt werden, die aus. der strukturierten Eahn" einen Filterstab formt= Der aus dieser Vorrichtung austretende -. Filterstab hat gewöhn].ich einen Durchmesser von etv:a 8 mm und wird zu Längen von .etwa. 60 bis l8o mm geschnitten, die 6. Filter von je IQ bis 30 mm Länge ergeben, wenn sie abschließend für die Zusammenfügung mit'den Tabaksäulen zerschnitten werden.

Die strukturierten Eahnen gemäß der Erfindung sind beson- -ders gut für die Herstellung von Zigarettenfiltern geeignet, -jedoch können sie auch vorteilhaft für andere FiI-terformen, z.B.- für Klimaanlagen oder für Gasfilter in der Industrie verwendet-werden« Die strulcturierten Bahnen können auch .als Zwischen]a%en und dgl, verwendet werden* wo eine leichte, susammenhängende;Struktur gewünscht i-iird

Es wurde bereits erviähnt, daß nur eine begrenzte Fi] ter-wir-: kung mit den bisher bekannten Filtern aus Celluloseacetat- _: strängen erzielt v;ird₍. Diese begrenzte Filterwirkung ist in erster Linie auf den Druckabfall zurückzuführen, d,h, der Druckabfall begrenzt die Material menge, die in e'in Zigarettenfilter gepackt Werden kann. Es existiert eine

BAD-..ORIGINAL

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lineare Eeziehung zwischen der Pi]terwirkung und der Oberfläche des Materials., das im-Filter verwendet wird,,. Da die'Oberfläche zum Gewicht des verwendet eh Materials in . ■: Beziehung steht» ist die Fi.lterwirkung zwangsläufig be- ■ grenzt ο Die Erfindung ermöglicht die Verwendung größerer Gewichtsmengen des Pilt ermater ia 1 s bei annehmbarem Druckabfall, als dies bei bekannten Verfahren möglich-Kar, so daß eine erhöhte Filterwirkung erzielt wird. Dies wird. _:- durch die folgenden Angaben veranschaulicht= Die bekannten Filter mit üblichen Abmessungen, d.hi 20 mm Länge und 8 min Durchmesser, enthielten im allgemeinen etwa 0,]2 bis etwa" 0,Hg des Fasermaterials, wobei der Druckabfall etwa 20 bis 90 mm MS betrug, d«tu beim normalerweise annehm- . = baren Wert lag, 'Im Vergleich hierzu, kann gemäß der'Erfindung ein Druckabfall in diesem Bereich unter Verwendung einer Menge des Celluloseacetatstranges bis zu 0,30 g oder mehr erreicht werden» Anstelle der bei bekannten Filtern beobachteten Filterwirkung von.25 bis 55$ ist somit eine Pilterwirkung bis zu 65$ oder noch höher¹ bei den - Filtern gemäß der. Erfindung unter Verwendung von Fasersträngen mit dem für diesen- Zweck üblichen Titer möglich= Moch weitere Verbesserungen sfnd beispielsweise, mit Eah- .. nen mit geringerem Einzel titer pro Faden möglich« : "".;,""'

um maximale Filtereigenschaften für ein gegebenes Filter im Rahmen der Erfindung zu erzielen, müssen im wesentlichen vier Variable eingestellt werden, Diese Variablen sind der Titer pro Faden,, das Gewicht des Einzelf Liters,.. die Dichte der Bahn und die Häufigkeit der Riffelung» Bei die^. sen Parametern gelten die Grenzen, die oben für die Herstellung von Zigarettenfiltern mit einem Druckabfall in- . . nerhallb der "oben genannten Bereiche angegeben wurden* Matür.]ich kann der Bereich einiger dieser Parameter etv;as erweitert werden/ wenn"Filter wie-Industriegasfliter her-■»gestellt werden,, deren Druckabfall außerhalb der oben _; '; genannten Bereiche 'liegt .-

0 5ί/α4tS

: BAD Ä

Im a],] gemeinen wurde festgestexit, daß^; die FlXtereigenschaften proportional zur Verringerung des Titers pro Faden besser werden, Mit anderen Worten/ durch eine Verringerung des EinseXtiters wird die Oberfläche dös Fadenmater3a Is größer-,:." so daß die FiXtereigenschaften besser werden» Bevorzugt wird für die Zwecke der Erfindung ein EinzeXtiter im Eereich von etwa 0,1 bis 5, wobei ein EinzeXtiter pro Faden von weniger als etwa 3 den besonders bevorzugt wird, Es ist jedoch^aueh mögXleh, Produkte aus Fasern herzusteXXen, die einen EinzeXtiter bis Xöden haben» _: ■ -v

Das Gewicht eines einzelnen Filters einer Zigarette hängt natürlich vom Gesamttlter -des Faserstranges ab, der für die Herstellung des Filters verwendet wird« I-m aXJgemeinen haben die -für die Zwecke.der Erfindung verwendeten Stränge einen Gesamtster von etwa 35'000 bis 20O₁ QOO oder mehr, vorzugsweise von etwa■-6-0 000 bis 120 QOO; Filter mit üblichen Abmessungen, doh» 20 mm Lange und 8.mm 0, die. aus Strängen mit diesem Gesamttitei". hergestel.lt werden, haben im allgemeinen ein Gewicht von etwa Ο,ΐΛ bis 0,34 g und bei -Verwendung des bevorzugten Gesamttiters ein Gewicht von', etwa 0,19 bis-0,32 g.' ■■"■- ■■■■■ ' - ; ; ■ .. . "V

f Das Plächengeviicht 1st ebenfalls ein wichtiger Faktor, der zu berücksichtigen ist, um maximale Flltereigenschaften des geriffelten-Filters gemäß der Erfindung zu erzielen. Mit höheren Fl ächengewichten ist es möglich, größere Gevrichtsmengen des Materials bei· einem gegebenen Druckabfall in das Filter zu packen, jedoch geht dieser Vorteil dadurch"wieder etwas verloren, daß durch die Packung mit diesen höheren ι Dichten die Insgesamt verfügbare Oberfläche kleiner wird„" Unter Berücksichtigung dieser Faktoren wird im allgemeinen ein Flächengewich't von etwa 25 bis 175 g/m gebraucht, wo- ^T

ο ■ ■" bsi'ein Plächengewicht von etwa. 50. bis 125 g/m'" bevorzugt wird. Der Ausdruck "Flächengewicht" wird hier In/dam ($.cl~r

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BAD

chen Sinne wie in der Papierindustrie gebraucht, d.h. es ist das Gewicht einer bestimmten Flächeneinheit der Bahn.

Die Häufigkeit der Wellung, d.hV die Zähl /gesonderter Steg-Flächen oder Erhabener Flächen pro cm Material beeinflußt ebenfalls die Filterv/irkung; Im 'allgemeinen beträgt die Häufigkeit etwa 2 bis 32/enu Das jeweilige verwendete Muster ist natürlich ein Faktor bei der Bestimmung'der "optimalen Häufigkeit. Bei den bevorzugten Längsfurcheft gemäß'der Erfindung entspricht die Wellungshäufigkeit den"oben'gedachten Angaben für die be ν ■•'•zugten Walzen,

Es ist' aus der vorstehenden Besehreibung offensichtlich, daß die obigen Parameter in einem· gewissen Grade"voneinanderabhängig sind. Beispielsweisewird mit einem niedrigeren Einzeltiter pro /Faden eine besserte Filtration bei einem gegebenen Flächengev/icht erha.lteii= Andererseits kann der Einze]titer konstant gehalten und die Filterwirkung durch Erhöhung des FJächengewichts verbessert werden.

Bej.SDiej e_l_-^b>^_ 6 "--■"' - ' ' ' '

Ein gekräusel Ler Strang von Endlosfäden aus Celluloseacetat, mit einem Einzeltiter von j5,p den, einem Y-förmigen Qμerschnitt und einem Gesairittiter von _;^l8 000. wurde, von einem . ' Ba3 1 en, abgezogen "und auf einem .mit Gewindev;a].ze· arbeitenden> vorstehend beschriebenen Strangöffner geöffnet. Eine Probe dieses geöffneten.· Stranges von e,tv;a 1,2 m Länge wurde auf einen Tisch gelegt und mit -Triad ei in, das, mit ,einem HandzersxUuber versprüht wurde, bis zu einem. WeiiChmachergehalt von etwa 7 Gew.—% Keichgeiracht. Die weichgemachte Strangprobe wurde so gefaltet, daß ein Band mit einem Flächengev/icht von. etvra 58 g/in^ .erhaJten wurde, Das Band wiirde, gev-ielIt, indem ■es kurz zv;isehen- zviel erhitzten Riffelplatten von 8,9 X 1?,8 cm gepre»^c:j; wurde, die 3,9 Rillen von I_-,52 mm,;Breite und 3,52 mm Tie^fe pro cm hatten. Das erhal tene gev/ell te Ka/cerial

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;-;■■;- ■ ;■ «·; s :■■$ ' bad

wurde zu einem Stab geraff t_s mit üblichem Papier für ter umhüllt und auf Längen von 20 mm geschnitten» Die er-.... ... haltenen 20 mm-Fi3ter hatten ein Gewicht-von.;, je 0,197 g und .einen" Druckabfall von 68. mm -WS-, der gemessen wurde,, indem Luft in einer Menge von 1.8 cir/Sek. durch das Filter gesaugt wurde, .Wenn die Filter in übliche Zigaretten eingearbeitet und die Zigaretten auf einer Maschine geraucht wurden, die alle 6ö Sekunden einen, zwei- Sekunden dauernden Zug von 35 ml nahm, entfernten die Filter : ■:■ 51-*9/? der Schwebstoffe.aus dem Rauch. Weitere Filter wurden in ähnlicher Weise" .hergestellt, Die erhaltenen Ergebnisse und Verg3 elchswerte für übliche CeJluloseacetatfilter mit vergleichbarem ■Druckabfall., sind in der folgenden Tabelle zusammengestellte

Ti-ter pro'Einzelfaden-,.

den. ■ ■ 3*3 ■ ■ ; 3,3 2,^2,4;. 3.,6 1,6

Raumgewieht, g/m^ 58 94 83 119 70 3.3?

Zahl der Rillen pro '

cm - , 3,9 5,1 "5,1 7,9 Xl, 8 7,9,

Temperatur der ^; - . _■'

Platten, C . 220 220 220 .220 220: 220

Gewicht des Filters,

, ε

0,197 0,370;*; 0,393 0,237 0,250 0,^33

Dru5kabfäl3. des ο

Filters, mm V/3 ■ 68 Jk \ 71 63^63- =59

Filterwirkung einef;

üb3 ichen CelJuloseane. ■ ν - · . . ^:

tatfilters, % 48,8 50,1 50,4 48,7 50,5 49,7 Filterwirkung der

Probe, % 51,9 53,4 53,5, 53,5 56,6 64,8

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Beispiel. 7 - . · , ■

Ein geirfguselfcer Strang aus Endl osfHelen aus eellu.loae.aOefta.fc mit fi-nein fingeifcitep von 2,3 den, einem y-fürmigen Querschnitt und eintra -Gesamt fclfcer yoii 99 QQO den wurde, von- einem Ballen abgezogen und kontinuierliah aufeinem moclifliierten,-mit Riffelwalien arbeitendem System verarbeitet. Der mit der' Riffe.lKäJz:© ggöffßete strang wurde durch eine■ Breitstreek-düse und dann durch eine kontlnuiePlicb/ arbeitende. Weich- - '' iraQher-AuftraivorriQlitung g§führta Der weiQiigeniaoiTte 'Strang v.Lircie Gurgh Einfmirungswalzen in, den Spalt' von zwei Wallungs v;a],z.en e-ingeführt,. Der weichgemehte Strang wurde aus einem" -iGcksren Eand'aus: im wesentlichen in Längsrichtung ausge-- ."""" richteten EndlQsfiideη,, die nicht aneinander hafbenV in ein . Eusammenhängencles gewelltes Blatt umgewandelt* indem der Strang im Spalt der Wellungswalaen. zusammengepreßt wur.de,. Die Walzen .hatten eineri purchn;esser von 10j2 cra₄ eine. LMngs von. ¹IQ₁O cm und 11_ί;8. RllXen/cm» Die Rillen hatten eine, Breite- von O₃.39- ιΐ)!ρ._Λ §ine Tiefe von Q₃ k2 mm und einen eingeschlossenen Winkel von 3°°- de, Waisen wurd_en auf eine Qbe.r-.

von IJO⁰C erhitzt und; unter einem Druck

vcn. 17^.86 kg/oni lahnbreite iru Spalt betrieben. Die konti" ... . nuxerlich gevml^te- Bahn^ die ein ffläc.hengewicht^: von 7& s/ ' i:V hafctf* wurd« olur-sh eine konvwiisr^nde Führung eintr U&UQtie-ri Masehint syr- liiciung von. ^igÄrettenfiltern ztügs-, führt und; au Filtern \irarb,sitQt.- Die lin^elfiltep von ZQ- mm \mü B mm. Durßhnigsser wogen 0_#2fF g*. hatten einen -.; , bfall von 17 el und eine- filberwirkuitg:. v<mM,$$° Ein tlbU^hQS Wtl%%^ rait-verfitiehbartrti Druokabfall hatte-.-..

Di© vorstehende IfSchreibung befasst© Hut der Herstellung von Filtern aus e4mrn ei nUral Loh einem Cellulogeacetatstrangi. jedoch iat es auch ii:^f'S"J icVu Bute und. häufig verbesserte Filter herzustellen.,, / intern oln ucier- mehrere andere FiltraticashilfsstofTe in

* ■ ^r /■■"' BAD ORIGINAL

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den. Strang eingearbeitet werden, bevor dieser geweillt. wird. ZuUX es en Materialien, gehören beispielsweise Kohle, Kieselgelroder andere großoberf3 äehige Adsorptionsmittel, körnigt Polyurethane,' Celluloseacetatflocken, Holzzell-' stoff, Flock, flüssige Zusatzstoffe und andere Adsorptions mittel für Gase oder selektive Adsorptionsmittel, Im allgemeinen können bis zu etwa 2OJo dieser Materialien, bezogen auf 4as Gewicht des Filters, verwendet werden, wobei ^ die bevorzugte Menge etwa 5 bis 10$" beträgt= Natürlich können die verschiedensten Fadenmaterialien und Strange* die die gleichen oder verschiedene Fadenmaterialien enthalten, zu geeigneten Filtern der'hier.beschriebenen Art verarbeitet "werden. '

Filter, die nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt werden, können als einziges Filtrationsmituel an Zigaretten verwendet werden. Natürlich ist es auch rrög-1 ich, gemäß der Erfindung hergestellte Filter als Teil eines Doppe]filters oder segmentierten Filters zu verwenden. Die Filter gemäß der Erfindung sind besonders gut in Kombination, mit Papierfiltern und üblichen CelJuloseace-) t&'tfiltern geeignet.

Die Erfindung wurde insbesondere im Zusammenhang mit der Verarbeitung vorv Celluloseacetatsträngen beschrieben, jedcch können gut* Filter auch hergestellt werden, indem ein Must ei-» in <Ue Oberfläche von Bahnen aus_ anderen thermo plastischen-Materialien eingepreßt wird'_oEe.ispie3sweise _t können durch Spritzspinnen, z.B. nach dem Verfahren, des deutschen Patents ........... (Patentanmeldung P 16 55^79-3 der AnmeJderin hergestellte Polyolefinbahnen ebenfalls auf die hiex¹ beschriebene Weise gewellt werden, wobei ProdakLe. erhalten vjerden, die zu verbesserten Filtern verarbelt·;·.. werden können Bahnen aus kürzeren fasern, rii > vor rlnr-

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^•'ellung nicht miteinander verklebt sind, z.B. ein kardlerter Stapelfaserstrang, können ebenfalls der Behandlung ge~ rräß der Erfindung unterworfen werden. Geeignete thermoplastische Materialien, die für die Verarbeitung zu Filtern gemäß der Erfindung infrage kommen, sind beispielsweise die Celluloseester einschließlich der Triester mit organischen Carbonsäuren mit 2 bis 4 C-Atomen, die Polyester wie Polyethylenterephthalat; die Polyamide, z.B. Nylon 6 und Nylon 66, die Acrylharze, insbesondere solche mit einem Acrylnitrilgehalt von "wenigstens. 85$, die Polyolefine wie Polypropylen, Polyäthylen, Poly-5-methy!buten oder PoIy-^I-inethylpenten, die Polyacetale, insbesondere solche mit wenigstens 75 Moi-# wiederkehrenden Oxymethyleneinheiten,und Copolymere und Gemische der vorstehenden Materialien in jeder geeigneten zusammenhängenden Faserform.

Wie bereits erwähnt, ist die Filterwirkung eines Filters bei einem gegebenen Druckabfall direkt proportional der Oberflächengröße des im Filter vorhandenen Filtrationsiraterials. Ein übliches 20 mm-Filter aus Celluloseacetat mit einem annehmbaren Druckabfall, d.h. 90 mm WS oder weniger, enthält Material mit einer Gesamtoberfläche von weniger als 500 cm*\ Andererseits enthält ein gemäß der Erfindung hergestelltes Filter eine solche Material menge, daß eine Oberfläche von 550 bis 1000 cm² innerhalb des annehmbaren Druckabfal l.berelchs von 20 bis 90 mm V/S vorhanden ist. Wenn Fäden verwendet werden, deren Einzel ti·' ter im unteren hier genannten Bereich liegen, werden 'Oter-

flächen ausgebildet", die im Bereich von 750 bis 1000 cm" liegen oder bis etwa" 150 bis 2'ΌΌ# "der "Oberfläche betragen, die in einem üblichen Filter "erz ie !bär ist'"."

Der Unterschied des Filters gemäß der Erfindung aus Celluloseacetat ist feiner ohne weiteres aus der Eeziehung .zwischen Filterwirkung und Druckabfall ersichtliche Diese

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Eeziehung wird in den vorstehenden Beispielen-und.-durch die folgenden Gleichungen veranschaulicht, die die Eeziehung dieser beiden Faktoren innerhalb eines Druckabfällbereichs von 4¹O bis 50 ir-m WS bei Filtern von 20 mm Länge und 24,8 mm Umfang angeben» - " ■-■■--.

. · /Filterwii-kung == 28,9 + Ό,295 Δ Ρ + 2,6

Gevrelltes CeIi'lul οseacetatfilter

·"■■'■'■

^r Filtei-wirkung = ^0,2 + 0,295Ü P + 7,7

Es ist zu bemerken, daß Papierfilter üblicherweise in Längsrichtung gewellt'-werden, und daß diese Tatsache häufig beschrieben wurde- Es ist jedoch bezeichnend, daß diese ' Kellung im Papierfilter den Zweck hatte, strukturelle Steifigkeit des Filters zu erzielen» Eel der Herstellung von Filtern sowohl aus Papier als auch aus Fadenmaterial galt eine Kanal bildung innerhalb des Filters als äußerst "unerwünscht,'-'da-es- diese Kanal bildung dem Rauch ermöglichte, längs eines freien, ungehinderten Weges zu strömen, ohne auf den Widerstand des Filters zu'-stoßen,, Natürlich wird ) -durch Längswellen'eine Vielzahl von Kanälen für den Rauch

gebildet» Es ist daher überraschend,- -daß die Behandlung ^: - ■' , vcn FäGeniräterial nach einem 'Verfahren, das bisher auf Papier, für einen gimz anderen Zweck angewendet vmrde, zu einem Produkt führt, das verbesserte Filtereigenschaften aufweist, insbesondere im Hinblick auf die Tatsache, daß^{: ;} eine Struktur gebildet wird, die· bei der Herstellung von Filtern sehen immer als nachteilig galt=, Ferner konnte nicht erveartet werden; daß bei diesem Verfahren eine-staT-ke Verringerung"des Druckabfalls bei nur verhältnismäßig geringer Abnahme der Filterwirkung; erzielt wird, .·

^0985170415 >■

BAD ORIGINAL

Claims

-If -

Pat e η t a η s ρ r ü c h e

ll.) Verfahren-zur Herstellung eines verbesserten, insbeson-

fere für -Zigarettenfilter geeigneten bahnförmigen Ma_v / terials, dadurch gekennzeichnet, daß -man eine Bahn aus '"-" im wesentlichen in Längsrichtung ausgerichteten thermoplastischen Fäden mit" einer strukturierten Oberfläche versieht. - - " '

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Eahn aus gekräuselten Endlosfäden verwendet.

3.)Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, > daß man eine aus einem geöffneten Celluloseacetatstrang gewonnene Eahn verv/endet.

4.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß rran zunächst in an sieh, bekannter Weise einen Fadenstrang unter Beseitigung des Gleichlaufes der Kräuselungen im Strang öffnet und ausbreitet und einen h'eichmacher-^aufbringt und danft die hierbei gewonnene Eahn mit einer strukturierten Oberfläche versieht.

5.) Verfahren nach Anspruch1 bis 4, dadurch gekennzeichne-t₃ daß man eine Eahn verwendet, die aus einem Strang mit einem Gesamttiter von etwa 35 000 bis etv/a 200 COQ, vorzugsweise von etwa 60 000 bis 120 000, hergestellt · worden ist, der aus Celluloseacetatendlosfäden mit etv:a 2 bis β quer verlaufenden Kräuselungen procflij einem Acetylwert von 35 bis Λ'Γ % und mit rundem, I-"* X- oder Y-förmigem Querschnitt besteht. ■

6.) Verfahren nach. Anspruch 1 bis: 5/ dadurch gekennzeichnet;, daß man die Bahn mit einer Vielzahl sich in Längsrichtung erstreckenden Rillen versieht,, die im wesentlichen Jiiit den Fäden der Bahn_; parallel, verlaufen.

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?,) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6* endhaltend'Mittel zum Öffnen und Ausbreiten eines gekräuselten Fadenstranges unter Beseitigung des Gleichlaufs der Kräuselungen im Strang und zum Aufbrin-. gen von Weichmachern auf die gewonnene Fadenbahn, dadurch gekennzeichnet, daß den Weichmacherauftragmitteln Walzenpaare nachgeordnet sind, von denen mindestens eine Walze profiliert ist»

8.) Vorrichtung.nach Anspruch J₃ dadurch gekennzeichnet, dai3_ k beide Walzen eines Walzenpaares profiliert sind.

9.) Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen mit Profilierungen in Form von um - den Umfang laufenden oder.gewindeartigen Rillen ausgestattet' sind. -■'"."

10.) Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen einen Abstand bis zu /etwa- 0,5 mm^ ■:'"-- . vorzugsueise bis etv,-a 0,25 mm haben. -."

Ll.) Vorrichtung nach Anspruch 7bis10, dadurch gelcennzeich-• netj daß die profilierten Walzen mit etwa 2 bis >3," vor-

\ zugsweise etwa 8 bis l8 Rillen pro cm ausgestattet sind» die etwa, 0,Γ3 bis .0,8.9 mm, vorzugsvieise 0,25 bis 0,5 mm,

■".-■;.- tief sind. ._ -■".■.-.'■- "^: ■■". ■ - / -

12.) Verwendung einer strukturierten,, gemäß Anspruch 1,-M.'s 6 gewonnenen Bahn zur Herstellung von Zigarettenfiltern, die vorzugsweise etv/a 20 mm lang sind, einen Durchmesser ■^? von etwa. 8 mm haben und etvia 0,14 bis 0,^4 g Cellulose- ^;.r , aeetat enthalten, und gekennzeichnet sind durch eine FiI- - terwirkung von , ;

■ '^: ■■-, -■·. 40,2 + 0,2"95^P ΐ 7.7 ■

■ r- innerhalb eines Druckabfallberexches von etv;a HO bis

90 mm Wj» ■■"","■ .-■.';■■'■· , - ■

BAD ORIQtNÄL

L e e r 5 e i t e