DE1930435B2 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines filterstabes fuer zigaretten oder dergleichen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines filterstabes fuer zigaretten oder dergleichenInfo
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Description
45
Für die Herstellung von Filterstäben für Zigaretten werden seit längerem Celluloseacetatfäden verwendet, so
die weder den Geschmack und den Geruch des Rauches beeinträchtigen noch beim Rauchen zusammenfallen
und darüber hinaus den Vorteil besonderer Selektivität gegenüber Phenol besitzen.
Bei der Herstellung dieser Filterstäbe wurden auch schon Materialbahnen verarbeitet, die zwischen Profilwalzen
hindurchgeführt und damit in ihrer Längsrichtung gerillt worden waren. Im Falle von Fadenmaterial
werden hierbei die gekräuselten Fäden der Fadenstränge durch Profilwalzen vorübergehend gerade
gestreckt, oder es werden benachbarte Fäden gegeneinander in Längsrichtung verschoben, bzw. es
werden Bahnen aus Faservlies durch Längsrillen so gepreßt, daß die Fäden sich an ihren Berührungspunkten
miteinander verbinden und ein selbsttragendes Faservlies bilden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Filtern dieser Art insbesondere hinsichtlich der Druckabfallwerte
ein besonders gleichmäßiges Endprodukt zu schaffen. Hierbei wurde gefunden, daß es von Vorteil
und besonders zweckmäßig ist, bei einer aus fortlaufenden Fäden bestehenden Materialbahn zunächst
in an sich bekannter Weise einen Weichmacher auf den geöffneten und ausgebreiteten Strang aufzubringen
und gegebenenfalls zu erhitzen und dann erfindungsgemäß vor dem Zusammenraffen des Stabes zu einem
Filterstab den ausgcoreiteten Strang zu profilieren.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zum Herstellen eines Fiiterstabes für Zigaretten
od. d^l. aus einem Strang fortlaufender Fäden aus
Celluloseacetat od. dgl., durch Öffnen und Ausbreiten des Stranges, Aufbringen eines Weichmachers, gegebenenfalls
Erhitzen des Stranges und nachfolgendes Zusammenraffen des Stranges zu einem Filterstab, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß vor dem Zusammenraffen zu einem Filterstab der ausgebreitete, mit einem
Weichmacherauftrag versehene und gegebenenfalls erhitzte Stnig mit einer profilierten Oberfläche versehen
wird. Besonders vorteilhaft ist es, den ausgebreiteten Strang mit einer Vielzahl von längslaufenden
Rillen zu versehen. Die erfindungsgemäß erstrebte und erzielte besondere Gleichmäßigkeit des
Produkts erweist sich als großer Vorteil im Zusammenhang mit der Zusammendrückbarkeit und dem Druckabfall
der Filterstäbe, die besonders gering sind.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens, mit der Filterstränge od. dgl. aus einem Strang fortlaufender
Fäden aus Celluloseacetat od. dgl. hergestellt werden können.
Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 schematisch eine Vorrichtu <p, die sich für
die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung eignet, die
V i g. 2, 3, 4 ud 5 gemusterte Oberflächen, die für
die Zwecke der Erfindung geeignet sind, und
Fig. 6 in 15facher Vergrößerung die mit Längsrillen versehene Materialbahn.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung, bei der ein Filter aus im
wesentlichen in Längsrichtung ausgerichteten Fäden mit durchgehenden, im wesentlichen parallel zu den
Fäden verlaufenden Furchen oder RiUen eihalten wird,
wird ein Strang 12 aus endlosen Celluloseacetatfäden vorzugsweise mit etwa 2 bis 6 quer verlaufenden
Kräuselungen pro Zentimeter, mit einem Acetylwert von 38 bis 41 %, einem regelmäßigen oder nicht kreisförmigen
Querschnitt, z. B. mit einem I-, X- oder Y-Querschnitt, und einem Gesamtfilter von etwa
45 000 bis 120 000 oder mehr vom Ballen 10 abgezogen und über Führungen 14 zum Strangöffner 16 geführt.
Der Strangöffner 16 hat die Aufgabe, den Gleichlauf der 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 Gewindewalze arbeitender Strangöffner 16 des Tyns verwendet,
der allgemein in den USA.-Patentschriften 3 032 829 und 3 156 016 beschrieben ist. Dieser
Strangöffner ist mit zwei Walzenpaaren versehen, wobei wenigstens eine Walze jedes Paares angetrieben
wird. Zweckmäßig hat wenigstens eine Walze jedes Walzenpaares eine gemusterte oder profilierte Oberfläche
in Form von um den Umfang laufenden oder gewindeartigen Rillen. Die Walzenpaare können je-
3 4
doch auch verschieden sein. Beispielsweise braucht nur Walzen 26, ermöglichen die Bildung einer Vielzah
eine Walze jedes Paares gerillt zu sein. Wenn der von bleibend vertieften Stellen in der Fadenbahn. Dies«
Fadenstrang durch die Walzen läuft, werden die Ein- Walzen 26 sind im wesentlichen quer zur Laufrichtunj
zelfäden des Stranges jeweils zu verschiedenen Zeit- des Stranges angeordnet und haben parallele Achsen
punkten festgehalten, wodurch sich die relativen 5 Gewöhnlich befindet sich eine Walze des Paares übei
Stellen der Kräuselungen der einzelnen Fäden in dem laufenden Strang und die zweite Walze an dei
Längsrichtung gegeneinander verschieben. Natürlich gegenüberliegenden Seite unter dem laufenden Strang
können auch andere Strangöffner, z. B. Vorrichtungen, Die Bahn kann jedoch auch senkrecht geführt werdea
bei denen die Beseitigung des Gleichlaufs der Krause- wobei eine profilierte Walze an jeder Seite des
lungen durch Luftturbulenz oder Biegen des Stranges iq laufenden Stranges angeordnet ist. Die Walzen 26
erreicht wird, verwendet werden. können einander nachgiebig berührend oder mit ge-
Nach dem Durchgang durch den Strangöffner 16 ringem Abstand angeordnet sein. Sie müssen jedoch
wird der Strang 12 durch eine Ereitstreckdüse 18 ge- so dicht beieinander liegen, daß wenigstens eine geführt,
die den Strang durch Aufblasen eines oder wisse bleibende Vertiefung im Strang beim Durchgang
mehrerer Luftströme zu einem flachen Band, das un- 15 durch die Walzen erzeugt wird. Die Walzen haben vorgefahr
die 3- bis 8fache ursprüngliche Breite hat, aus- zugsweise einen Abstand von 0 bis etwa 0,5 mm. Bebreitet
und eine weitere Trennung der Einzelfäden be- sonders bevorzugt wird ein Abstand von etwa 0 bis
wirkt. Eine geeignete Breitstreckdüse ist beispielsweise etwa 0,25 mm. Der Abstand hängt natürlich von der
in der USA.-Patentschrift 3 226 773 beschrieben. Je- Dicke des Stranges ab, die durch den Gesamttiter und
doch sind auch andere bekannte Vorrichtungen, z. B. 20 seine Breite bestimmt ist. Die Bahnen, die durch
mit elektrostatischen Kräften arbeitende Vorrich- Walzen mit dem obengenannten Abstand geführt
tungen, für diesen Zweck geeignet. werden, haben eine Gesamtdicke von 0,1 bis 2,5 mm.
Der geöffnete Strang wird dann durch eine Weich- Um die Vorteile der Erfindung zu erreichen, können
macher-Auftragvorrichtung 20 geführt, durch die eine die verschiedensten Muster in die Oberfläche des
weichmachende Flüssigkeit, vorzugsweise ein orga- 25 Fasermaterials gedrückt werden. Dies-: Muster können
nischer Ester wie Triacetin, auf die Oberfläche der aus endlosen vertieften Stellen und/oder endlosen er-Einzelfäden
aufgebracht wird, um die Fäden mitein- habenen Stellen oder Stegen bestehen. Beispielsweise
ander zu verkleben. Weitere geeignete Weichmacher kann ein Waffelmuster oder Steppmuster, wie es in
sind beispielsweise Triäthylcitrat, Dimethyläthylphtha- F i g. 2 dargestellt ist, auf die Oberfläche der Bahn auflat
und der Dimethyläther von Triäthylenglycol oder 3n gebracht werden. Bei diesem Muster können die end-Tetraäthylenglycol.
Bei der in der Abbildung dar- Tosen oder die gesonderten Bereiche vertieft sein. Das
gestellten Anordnung wird eine Weichmacher-Auftrag- Waffelmuster oder Steppmuster kann auch so ausvorrichtung
20 des in der USA.-Patentanmeldung gerichtet werden, daß die Kanten des Musters im
555 647 beschriebenen Typs verwendet, bei dem der Winkel zur Längsachse der Bahn verlaufen, wobei in
Weichmacher durch die Wirkung der Zentrifugalkraft 35 die Oberfläche der Bahn ein Rautenmuster einaufgetragen
wi,d. Die Auftragvorrichtung 20 besteht gedrückt wird, wie es in F i g. 3 dargestellt ist. Es
im wesentlichen aus einem Gehäuse, einer im Gehäuse wurde gefunden, daß im allgemeinen vom Standpunkt
unter dem Weg des Stranges u^d im wesentlichen quer der größten relativen Verminderung des Druckabfalls
zu diesem Weg angeordneten rotierenden Scheibe, die Muster gemäß der Erfindung zu bevorzugen sind,
Teilen zum Aufbringen eines Weichmachers auf die 40 die aus Rillen oder Furchen bestehen, die im wesentrotierende
Scheibe und Teilen zur Rückführung des liehen parallel zur Längsachse der Bahn verlaufen.
Weichmachers, der nicht am Strang haftenbleibt. Diese Längsrillen bilden vorzugsweise eine gerade
Andere Auftragvorrichtungen, die sich zum Auf- Linie längs der Bahn nach Art von Ziehharmonikabringen
eines WeLnmachers auf eine endlose Bahn falten, jedoch sind auch sinusförmige oder zickzackeignen,
können ebenfalls f'"r diesen Zweck verwendet 45 förmige Furchen (wie sie in F i g. 4 und 5 dargestellt
werden. Beispielsweise eignen sich Auftragvorrich- sind) möglich.
tungen, bei denen der Weichmacher durch Dochte Bevorzugt für die Zwecke der Erfindung werden
oder Spritzdüsen aufgebracht wird. Walzen, die in Umfangsrichtung oder schrauben-
Nach der Behandlung des Strang? mit dem Weich- förmis geriffelt sind und etwa 2 bis 32, vorzugsweise
macher kann dieser wahlweise zur Heizvorrichtung 22 50 etwa 8 bis 18 Rillen pro Zentimeter aufweisen. Die
und/oder Raffvorrichtung 24 geführt werden. Die Stege der Walzen haben gewöhnlich eine Breite vor.
Heizvorrichtung 22 hat die Aufgabe, die Temperatur etwa 0,76 bis 0,13 mm, vorzugsweise von etwa 0,38 bis
der thermoplastischen Bahn zu erhöhen und auf diese 0,2 mm. Die Rillen haben gewöhnlich eine Tiefe von
Weise die Verklebung beim Zusammendrücken zu etwa 0,89 bis 0,13 mm, vorzugsweise von etwa 0,5 bis
verbessern. Die Heizvorrichtung 22 kann allein oder 55 0,25 mm, Die Stege einer gegebenen Walze haben ge-
in Verbindung mit einer Heizquelle in den später be- wohnlich, aber nicht unbedingt eine gleichmäßige
schriebenen profilierten Walzen 26 verwendet woi den. Breite. Stege, deren Breite von der Mitte der ge-
Die Raffvorrichtung 24 dient dazu, die Breite der Bahn musterten Fläche nach außen allmählich geringer wird,
zu verringern, wodurch sie leichter verarbeitbar wird. können jedoch den Aufbau eines gleichmäßigeren
Ferner wird eine gleichmäßigere Verteilung des Weich- 60 Filters begünstigen. Ebenso kann die Tiefe der Rillen
machers erzielt, wenn der Strang 12 durch die Raff- quer zur Bahn unterschiedlich sein,
vorrichtung 24 geführt wird. Die Festigkeit der Filterstäbe kann durch Verwen-
Anschließend an die Weichmacher-Auftragvorrich- dung rechtwinkliger oder im wesentlichen rechtwinktung20
oder die Heizvorrichtung 22 und/oder die ge- liger Rillen verbessert werden, da hierbei ein Material
gebenenfalls verwendete Raftvorrichtuiig 24 wird der 65 erhalten wird, das nach dem Zusammendrücken zur
Strang 12 durch den Spalt von zwei Walzen 26 ge- Stabform selbsttragende, dreieckige, schwierig zuführt,
von denen wenigstens eine an der Oberfläche sammendrückbare Kanäle aufweist. Der Ausdruck
profiliert ist. Diese profilierten, z. B. geriffelten »im wesentlichen rechtw'nklige Rillen« bezeichnet
5 6
Rillen, bei denen der Winkel von der Senkrechten der fläche zum Gewicht des verwendeten Materials in BeWand
0 bis 45°, vorzugsweise 0 bis 30", beträgt. Natur- ziehung steht, ist die Filterwirkung zwangläufig belich
sind im Rahmen der Erfindung auch Rillen von grenzt. Die Erfindung ermöglicht die Verwendung
anderer Form, z. B. halbkreisförmige, trapezförmige größerer Gewichtsmengen des Filtermaterials bei ab-
oder dreieckige Rillen möglich. 5 nehmbaren Druckabfall, als dies bei bekannten Ver-
In den meisten Fällen erwies sich die Verwendung fahren möglich war, so daß eine erhöhte Filterwirkung
von geheizten Riffeiwalzen als vorteilhaft für die Er- erzielt wird. Dies wird durch die folgenden Angaben
zielung einer verbesserten Riffelung. Bei der bevor- veranschaulicht. Die bekannten Filter mit üblichen
zugten Ausführungsform der Erfindung werden daher Abmessungen, d. h. 20 mm Länge und 8 mm Durcli-
Profilwalzcn mit einer inneren Wärmequelle verwendet. io messer, enthielten im allgemeinen etwa 0,12 bis etwa
Bevorzugt werden hierbei elektrische Heizvorrich- 0,14 g des Fasermatcrials, wobei der Druckabfall etwa
tungen. Natürlich können auch andere Heizmedien, 20 bis 90 mm WS betrug, d. h. beim normalerweise
z. B. erhitzte Flüssigkeiten und Gase, für diesen Zweck annehmbaren Wert lag. Im Vergleich hierzu kann gc-
verwendct werden. Die Walzentemperaturen betragen maß der Erfindung ein Druckabfall in diesem Bereich
im allgemeinen etwa 25 bis 225'C, vorzugsweise 110 15 unter Verwendung einer Menge des Celluloscacetat-
bis etwa 16O0C. Diese Behandlung kann dazu aus- stranges bis zu 0,30 g oder mehr erreicht weiden. An
genutzt werden, die Querschnittsabmessungen des be- Stelle der bei bekannten Filtern beobachteten Filter-
handcltcn Materials zu verringern oder ihr verbesserte wirkung von 25 bis 55°/n >ί>1 somit eine Filierwirkung
Verarbeitbarkeit zu verleihen, jedoch werden die Be- bis zu 65% oder noch höher bei den Filtern gemäß
dingungen so gewählt, daß sichergestellt ist, daß der ao der Erfindung unter Verwendung von Fasersträngem
Fadencharakter im wesentlichen erhalten bleibt. mit dem für diesen Zweck üblichen Titer möglich.
Die Riffelwalzen 26 haben vorzugsweise einen Noch weitere Verbesserungen sind beispielsweise mit
Durchmesser von wenigstens etwa 5 cm. Besonders Bahnen mit geringerem Einzelliter pro Faden möglich,
bevorzugt wird ein Durchmesser von etwa 10 bis Um maximale Filtereigcrischaften für ein gegebenes
20 cm. Die Abmessungen des gemusterten Teils der 25 Filter im Rahmen der Erfindung zu erzielen, müssen
Walzen hängen natürlich in gewissem Umfange von im wesentlichen vier Variable eingestellt werden. Diese
der Breite des zu strukturierenden Faserstrangs ab. Variablen sind der Titcr pro Faden, das Gewicht des
Im allgemeinen genügt eine gemusterte Geamtbreite Einzelfilters, die Dichte der Bahn und die Häufigkeit
von etwa 20 bis 41 cm für die meisten Zwecke. Als der Riffelung Bei diesen Parametern "cJtcn die Qren-Altcrnative
zu den vorstehend genannten Heizvor- 30 zen, die oben für die Herstellung von Zigarettenrichtungen
und/oder geheizten profilierten Walzen oder filtern mit einem Druckabfall innerhalb der obcnin
Verbindung damit können vorteilhafte Ergebnisse genannten Bereiche angegeben wurden. Natürlich
erhalten werden, wenn ein erhitzter Weichmacher auf kann der Bereich einiger dieser Parameter etwas
den Strang aufgebracht wird. Ferner können gute Er- erweitert werden, wenn Filter wie Industricabgasfiltcr
gebnisse erhalten werden, wenn der Strang vor der 35 hergestellt werden, deren Druckabfall außerhalb der
Strukturierung mit Solvatierungsmitteln wie Aceton, obengenannten Bereiche liegt.
Methylenchlorid oder Wasser behandelt wird. Wahl- Im allgemeinen wurde festgestellt, daß die Filterweise wird die strukturierte Bahn dann über eine For- eigenschaften proportional zur Verringerung des
mungsvorrichtung 2fl geführt, die im wesentlichen Titers pro Faden besser werden. Mit anderen Worten,
aus einer gekrümmten oder anders geformten Ober- 40 durch eine Verringerung des; Einzeltiters wird die Oberfläche
besteht, die die Gesamtbreite der Bahn ver- fläche des Fadenmaterials größer, so daß die Filterringert
und ein gleichmäßigeres Endprodukt bildet. eigenschaften besser werden. Bevorzugt wird f . die
Anschließend kann der Strang einer Filterstab- Zwecke der Erfindung ein Einzeltiter im Bereich von
Formvorrichtung 30 zugeführt werden, die aus der etwa 0,1 bis 5, wobei ein Einzeltiter pro Faden von
strukturierten Bahn einen Filterstab formt. Der aus 45 weniger als etwa 3 den besonders bevorzugt wird. Es
dieser Vorrichtung austretende Filterstab hat ist jedoch auch möglich, Produkte aus Fasern hergewöhnlich
einen Durchmesser von etwa 8 mm und zustellen, die einen Einzeltiter bis 16 den haben,
wird zu Längen von etwa 60 bis 180 mm geschnitten, Das Gewicht eines einzelnen Filters einer Zigarette die sechs Filter von je 10 bis 30 mm Länge ergeben, hängt natürlich vom Gesamttii^r des Faserstranges ab, wenn sie abschließend für die Zusammenfügung mit 50 der für die Herstellung des Filters verwendet wird. Im den Tabaksäulen zerschnitten werden. allgemeinen haben die für die Zwecke der Erfindung
wird zu Längen von etwa 60 bis 180 mm geschnitten, Das Gewicht eines einzelnen Filters einer Zigarette die sechs Filter von je 10 bis 30 mm Länge ergeben, hängt natürlich vom Gesamttii^r des Faserstranges ab, wenn sie abschließend für die Zusammenfügung mit 50 der für die Herstellung des Filters verwendet wird. Im den Tabaksäulen zerschnitten werden. allgemeinen haben die für die Zwecke der Erfindung
Die strukturierten Bahnen gemäß der Erfindung verwendeten Stränge einen Gesamtster von etwa
sind besonders gut für die Herstellung von Zigaretten- 35 000 bis 200 000 oder mehr, vorzugsweise von etwa
filtern geeignet, jedoch können sie auch vorteilhaft 60 000 bis 120 000. Filter mit üblichen Abmessungen,
für andere Filterformen, z. B. für Klimaanlagen oder 55 d. h. 20 mm Länge und 8 mm Durchmesser, die aus
für Glasfilter in der Industrie verwendet werden. Die Strängen mit diesem Gesamtster hergestellt werden,
strukturierten Bahnen können auch als Zwischen- haben im allgemeinen ein Gewicht von etwa 0,14 bis
lagen u. dgl. verwendet werden, wo eine leichte, zu- 0,34 g und bei Verwendung des bevorzugten Gesamt-
sammenhängende Struktur gewünscht wird. titers ein Gewicht von etwa 0,19 bis 0,32 g.
Es wurde bereits erwähnt, daß nur eine begrenzte 60 Das Flächengewicht ist ebenfalls ein wichtiger
Filterwirkung mit den bisher bekannten Filtern aus Faktor, der zu berücksichtigen ist, um maximale Filfcer-
Celluloseacetatsträngen erzielt wird. Diese begrenzte eigenschaften des geriffelten Filters gemäß der Erfin-
Filterwirkung ist in erster Linie auf den Druckabfall dung zu erzielen. Mit höheren Flächengewichten ist es
zurückzuführen, d. h., der Druckabfall begrenzt die möglich, größere Gewichtemengen des Materials bei
Materialmenge, die in ein Zigarettenfilter gepackt 65 einem gegebenen Druckabfall in das Filter zu packen,
werden kann. Es existiert eine lineare Beziehung jedoch geht dieser Vorteil dadurch wieder etwas ver-
zwischen der Filterwirkung und der Oberfläche des loren, daß durch die Packung mit diesen höheren
Materials, das im Filter verwendet wird. Da die Ober- Dichten die insgesamt verfügbare Oberfläche kleiner
wird. Unter Berücksichtigung dieser Faktoren wird im
allgemeinen ein Flächcngcwicht von etwa 25 bis
175 g/m2 gebraucht, wobei ein Hächengcwicht von etwa 50 bis 125 g/m3 bevorzugt wird. Der Ausdruck
»Fläcliengev'::hl« wird hier in dem gleichen Sinne wie
in der Papierindustrie gebraucht, d. h., es ist das Gewicht
cinci bestimmten Flächeneinheit der Bahn.
Die Häufigkeit der Wclluiig, d. h. die Zahl der gesonderten
Stcgflächcn o^'cr erhabener Flächen pro
Zentimeter Material beeinflußt ebenfalls die Filterwirkung. Im allgemeinen beträgt die Häufigkeit etwa
2 bis 32 cm. Das jeweilige verwendete Muster ist natürlich ein Faktor bei der Bestimmung der optimalen
Häufigkeit. Bei den bevorzugten Längsfurchen gemäß der Erfindung cntspiiclil die Wellungshäufigkcit ucn
oben gemachten Angaben für die bevorzugten Walzen.
Eis ist aus der vorstehenden Beschreibung offensichtlich, daß die obigen Parameter in einem gewissen
Grade voneinander abhängig sind. Beispielsweise wird mit einem niedrigeren Einzcltiter pro Faden eine
bessere Filtration bei einem gegebenen Flächengewicht erhalten. Andererseits kann der Einzeltiter konstant
gehalten und die Filterwirkung durch Erhöhung des Flächengewichts verbessert werden.
Beispiele 1 bis 6
Ein gekrr-iselter Strang von Endlosfäden aus Celluloseacetat
mil einem Einzeltiter von 3,3 den, einem Y-förmigci! Querschnitt und einem GcSämüiier νυιι
48 000 wurde von einem Ballen abgezogen und auf einem mit Gewindewalzen arbeitenden, vorstehend
beschriebenen Strangöffner geöffnet. Eine Probe dieses geöffneten Stranges von etwa 1,2 m Länge wurde auf
s einen Tisch gelegt und mit Triacetin, das mit einem Ilandzerstäubcr versprüht wurde, bis zu einem
Weichmachergehalt von etwa 7 Gewichtsprozent weichgcniacht. Die wcichgcmachtc Strangprobe wurde so
gefaltet, daß ein Band mit einem Flächengewicht von
ίο etwa 58 g/m2 erhalten wurde. Das Band wurde gewellt,
indem es kurz zwischen zwei erhitzten Riffelplatten von 8,9 ■ 17,8 cm gepreßt wurde, die 3,9 Rillen
von 1,52 mm Breite und 1,52 mm Tiefe pro Zentimeter hatten. Das erhaltene gewellte Material wurde zu
einem Stab gerafft, mit üblichem Papier für Filter umhüllt und auf Längen von 20 mm geschnitten. Die
erhaltenen 20-mm-Filter hatten ein Gewicht von je 0,197 g und einen Druckabfall von 68 mm WS, der
gemessen wurde, indem Luft in einer Menge von
«ο 18 cm3/Sek. durch das Filter gesaugt wurde. Wenn die
Filter in üblichen Zigaretten eingearbeitet und die Zigaretten auf einer Maschine geraucht wurden, die
alle 60 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 Vergleichswerte für übliche Celluloseacetatfilter mit vergleichbarem Druckabfall sind in der folgenden
Tabelle zusammengestellt.
Titer pro Einzelfaden, den
Raumgewicht, g/m2
Zahl der Rillen pro Zentimeter ...
Temperatur der Platten, °C
Gewicht des Filter, g
Druckabfall des Filters, mm WS ..
Filterwirkung eines üblichen CcIIu-
Filterwirkung eines üblichen CcIIu-
loseacetatfilters, "/„
Filterwirkung der Probe, °/o
3,3
58
58
3,9
220
220
0,197
68
68
48,8
51,9
51,9
3,3 94
5,1 220
0,176 74
50,1 53,4 2,4
81
81
5,1
220
220
0.191
71
71
50,4
53,5
53,5
2,4
119
119
7,9
220
220
0,237
63
63
48,7
53,5
53,5
1,6
70
11,8
220
70
11,8
220
0,258
63
63
50,5
56,6
56,6
1,6
137
7,9
220
0,313
59
137
7,9
220
0,313
59
49,7
64,8
64,8
Ein gekräuselter Strang aus Endlosfäden aus Celluloseacetat mit einem Einzeltiter von 2,3 den,
einem Y-förmigen Querschnitt und einem Gesamttiter von 99 000 den wurde von einem Ballen abgezogen
und kontinuierlich auf einem modifizierten, mit Riffelwalzen arbeitendem System verarbeitet. Der mit der
Riffelwalze geöffnete Strang wurde durch eine Breitstreckdüse und dann durch eine kontinuierlich arbeitende
Weichmacher-Auftragvorrichtung geführt. Der weichgemachte Strang wurde durch Einführungswalzen in den Spalt von zwei Wellungswalzen eingeführt.
Der weichgemachte Strang wurde aus einem lockeren Band aus im wesentlichen in Längsrichtung
ausgerichteten Endlosfäden, die nicht aneinander haften, in ein zusammenhängendes gewelltes Blatt
umgewandelt, indem der Strang im Spalt der Wellungswalzen zusammengepreßt wurde. Die Walzen hatten
einen Durchmesser von 10,2 cm, eine Länge vOn
40,6 cm und 11,8 Rillen/cm. Die Rillen hatten eine Breite von 0,39 mm, eine Tiefe von 0,42 mm und einen
eingeschlossenen Winkel von 30°. Die Walzen wurden auf eine Oberfiächentemperatur von 1300C erhitzt
und unter einem Druck von 17,86 kg/cm Bahnbreite im Spalt betrieben. Die kontinuierlich gewellte Bahn,
die ein Flächengewicht von 75 g/m2 hatte, wurde durch eine konvergierende Führung einer üblichen Maschine
zur Bildung von Zigarettenfiltern zugeführt und zu Filtern verarbeitet. Die Einzelfilter von 20 mm Länge
und 8 mm Durchmesser wogen 0,257 g, hatten einen Druckabfall von 67 mm WS und eine Filterwirkung
von 57,9 °/0. Ein übliches Filter mit vergleichbarem
Druckabfall hatte einen Filterwirkungsgrad von 49 °/0.
Die vorstehende Beschreibung befaßte sich ausschließlich mit der Herstellung von Filtern aus einem
einzelnen Material, nämlich einem Celluloseacetatstrang, jedoch ist es auch möglich, gute und häufig verbesserte
Filter herzustellen, indem ein oder mehrere andere Filtrationshilfsstoffe in den Strang eingearbeitet
werden, bevor dieser gewellt wird. Zu diesen Materialien gehören beispielsweise Kohle, Kieselgel
oder andere großoberflächige Adsorptionsmittel, körnige Polyurethane, Celluloseacetatflocken, Holzzellstoff,
Flock, flüssige Zusatzstoffe und andere Adsorptionsmittel für Gase oder selektive Adsorptionsmittel.
Im allgemeinen können bis zu etwr 20% dieser Materialien, bezogen auf das Gewicht des Filters, ver-
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wendet werden, wobei die bevorzugte Menge etwa 5 bis 10% beträgt. Natürlich können die vcrschiedensten
Fadenmaterialien und Stränge, die die gleichen
oder verschiedene Fadenmaterialien enthalten, zu geeigneten Filtern oer hier beschriebenen Art verarbeitet
werden.
Filter, die nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt werden, können als einziges Filtrationsmittel
an Zigaretten verwendet werden. Natürlich ist es auch möglich, gemäß der Erfindung hergestellte
Filter als Teil eines Doppclfilters oder segmentierten Filters zu verwenden. Die Filter gemäß der Ei findung
sind besonders gut in Kombination mit Papierfiltern und üblichen Celluloseacetatfiltern geeignet.
Die Erfindung wurde insbesondere im Zusammenhang mit der Verarbeitung von Celluloscacetatsträngen
beschrieben, jedoch können gute Filter auch hergestellt werden, indem ein Muster in die Oberfläche
von Bahnen aus anderen thermoplastischen Materialien eingepreßt wird. Beispielsweise können durch
Spritzspinnen hergestellte Polyolefinbahnen ebenfalls auf die hier beschriebene Weise gewellt werden, wobei
Produkte erhalten werden, die zu verbesserten Filtern verarbeitet werden können. Bahnen aus kürzeren
Fasern, die vor der Wellung nicht miteinander verklebt sind, z. B. ein kardierter Stapelfaserstrang,
können ebenfalls der Behandlung gemäß der Erfindung unterworfen werden. Geeignete thermoplastische Matcrialien,
die für die Verarbeitung zu Filtern gemäß der Erfindung in Frage kommen, sind beispielsweise die
Celluloseester einschließlich der Triester mit organischen Carbonsäuren mit 2 bis 4 C-Atomen, die Polyester
wie Polyäthylenterephthalat, die Polyamide, z. B. Nylon 6 und Nylon 66, die Acrylharze, insbesonderc
solche mit einem Acrylnitrilgehalt von wenigstens 85%, die Polyolefine wie Polypropylen, Polyäthylen,
Poly-3-methylbuten oder Poly-4-methylpenten, die
Polyacetale, insbesondere solche mit wenigstens 75 Molprozent 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 Obcrfläcliengröße des im Filter vorhandenen Filtrationsmaterials. 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 cm2. Andererseits enthält ein gemäß der Erfindung hergestelltes
Filter eine solche Materialmenge, daß eine Oberfläche von 550 bis 1000 cm2 innerhalb des annehinbaren
Druckabfallbereichs von 20 bis 90 mm WS
x> vorhanden ist. Wenn Fäden verwendet werden, deren
Einzelleiter im unteren hier genannten Bereich liegen, werden Oberflächen ausgebildet, die im Bereich von
750 bis 1000 cm2 liegen oder bis etwa 150 bis 200% der Oberfläche betragen, die in einem üblichen Filter
erzielbar ist.
Der Unterschied des Filters gemäß der Erfindung aus Celluloseacetat ist ferner ohne weiteres aus der
Beziehung zwischen Filterwirkung und Druckabfall ersichtlich. Diese Beziehung wird in den vorstehenden
t° Beispielen veranschaulicht.
Es ist zu bemerken, daß Papierfilter üblicherweise in Längsrichtung gewellt werden und daß diese Talsache
häufig beschrieben wurde. Es ist jedoch bezeichnend, daß diese Wellung im Papierfilter den
»5 Zweck hatte, strukturelle Steifigkeit des Filters zu erzielen.
Bei der Herstellung von Filtern sowohl aus Papier als auch aus Fadenmaterial galt eine Kanalbildung
innerhalb des Filters als äußerst unerwünscht, da es diese Käiialbiidung dem Rauch ermöglichte,
längs eines freien, ungehinderten Weges zu strömen, ohne auf den Widerstand des Filters zu stoßen. Nalürlieh
wird durch Längswellen eine Vielzahl von Kanälen für den Rauch gebildet. Es ist daher überraschend,
daß die Behandlung von Fadenmaterial nach einem Verfahren, das bisher auf Papier für einen ganz
anderen Zweck angewendet wurde, 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 schon immer als nachteilig gait. Ferner konnte nicht erwartet werden, daß bei diesem Verfahren eine
starke Verringerung des Druckabfalls bei nur verhältnismäßig geringer Abnahme der Filterwirkung erzielt
wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Verfahren zum Herstellen eines Filterstabes für Zigaretten od. dgl. aus einem Strang fortlaufender
Fäden aus Celluloseacetat od. dgl, durch öffnen und Ausbreiten des Stranges, Aufbringen
eines Weichmachers, gegebenenfalls Erhitzen des Stranges und nachfolgendes Zusammenraffen
des Stranges zu einem Filterstab, dadurch
gekennzeichnet, daß vor dem Zusammenraffen zu einem Filterstab der ausgebreitete, mit
einem Weichmacherauftrag versehene und gegebenenfalls erhitzte Strang mit einer profilierten
Oberfläche versehen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgebreitete Strang mit einer
Vielzahl von längslaufenden Rillen versehen wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit Mitteln zum
Öffnen und Ausbreiten des Stranges, zum Aufbringen eines Weichmachers und gegebenenfalls
zum Erhitzen sowie zum nachfolgenden Zusammenraffen des Stranges, dadurch gekennzeichnet,
daß vor den Mitteln zum Zusammenraffen Walzenpaare, von denen mindestens eine Walze profiliert
ist, angeordnet sine1.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide \Valzen eines Walzenpaares
profiliert sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 ooer 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen mit Profillierungen
in Form von um den Umfang laufenden oder gewindeartigen Rillen ausgestattet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen einen Abstand bis
zu etwa 0,5 mm, vorzugsweise bis etwa 0,25 mm haben.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die profilierten Walzen etwa
2 bis 32, vorzugsweise etwa 8 bis 18 Rillen pro Zentimeter aufweisen, die eine Tiefe von etwa 0,13
bis 0,89 mm, vorzugsweise 0,25 bis 0,5 mm, haben.
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