DE19753195A1 - Biologically decomposable filter for cigarettes - Google Patents

Biologically decomposable filter for cigarettes

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Abstract

The filter for tobacco articles, in particular, for cigarettes is produced by an air-laid process out of cellulose fleece. The cellolose fleece contains at least 20% bonding agent which in turn could be polyvinyl-alcohol, polyvinyl-acatate or a copolymer.

Description

Die Erfindung betrifft einen biologisch abbaubaren Filter gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a biodegradable filter according to Preamble of claim 1.

Für Cigaretten stellen Papierfilter aus ökologischer Sicht die optimale Lösung dar. Der trotzdem geringe Erfolg reiner Papier­ filter ist aber auf mehrere materialspezifische Eigenschaften des Papiers zurückzuführen.For cigarettes, paper filters are an ecological one optimal solution. The low success of pure paper However, filter is based on several material-specific properties of the paper.

Das Hauptproblem von Papierfiltern ist die geschmackliche An­ dersartigkeit des Rauches im Vergleich zu herkömmlichen Cellu­ loseacetatfilter-Cigaretten. Weitere Probleme stellen die deut­ lich unterschiedliche Retention, eine deutlich schlechtere Härte bei gleicher Retention und eine grobporige Struktur der Filter­ schnittfläche im Vergleich zu Celluloseacetatfiltern dar.The main problem with paper filters is the taste the smokiness compared to conventional Cellu Loose acetate filter cigarettes. The Deut different retention, significantly worse hardness with the same retention and a coarse-pored structure of the filter cut area compared to cellulose acetate filters.

Diese Probleme führen dazu, daß der Raucher Cigaretten mit Pa­ pierfiltern aus geschmacklichen, optischen und haptischen Grün­ den ablehnt.These problems mean that the smoker with Pa pier filters made of tasty, optical and haptic green refuses.

Als Hauptursache hierfür kann die unterschiedliche Form der Materialien gesehen werden. Das Papier liegt in Vlies- oder Blattform, das Celluloseacetat in Faserform vor. Alle Versuche über unterschiedliche Verarbeitungsverfahren, z. B. das unter­ schiedlich starke Krimpen oder Plissieren des Papiervlieses, um die optischen und haptischen Eigenschaften des Celluloseacetats zu erreichen, sind fehlgeschlagen. Ebenso ist bis dato kein Verfahren bekannt, das Papier in seinen chemischen Retentions­ eigenschaften so zu verändern, daß es dem Acetat entspricht.The main reason for this can be the different form of Materials are seen. The paper is in fleece or  Leaf form, the cellulose acetate in fiber form before. All attempts about different processing methods, e.g. B. the under differently crimping or pleating the paper fleece to the optical and haptic properties of the cellulose acetate failed to achieve. So far there is none Process known to the paper in its chemical retention to change properties so that it corresponds to the acetate.

Als Folge dieser ungelösten Probleme werden Cigaretten heute mit Doppelfiltern, die ein Papier- und ein Cellulosesegment enthal­ ten, konstruiert.As a result of these unresolved problems, cigarettes are becoming common today Double filters that contain a paper and a cellulose segment constructed.

Diese Ausführungsform ist bedingt durch komplizierte Herstell­ techniken teuer und aus ökologischer Sicht noch nicht optimal.This embodiment is due to complicated manufacturing technologies expensive and not yet optimal from an ecological point of view.

Aus der EP 0 032 044 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Faserbahnen mit locker gepackten Fasern bekannt, bei dem die trockenen Fasern in einem Luftstrom in ein Sieb auf eine Träger­ bahn aufgebracht werden. Die Fasern werden bei ihrem Durchgang durch einen Formierungskopf und ihrem Austritt daraus keinen Querströmungskräften unterworfen, wodurch ein im wesentlichen gleichmäßiges Basisgewicht in Querrichtung der Faserbahn beibe­ halten wird. Damit lassen sich Faserbetten mit Flächengewichten von mehr als 70 g/m2 herstellen. Dieses bekannte Verfahren wird auch als "Air-Laid" Verfahren bezeichnet. Aufgrund der Flau­ schigkeit des watte-ähnlichen Materials ließen sich damit jedoch keine Cigarettenfilter herstellen.From EP 0 032 044 B1 a method for producing fiber webs with loosely packed fibers is known, in which the dry fibers are applied to a carrier web in an air stream in a sieve. The fibers are not subjected to cross-flow forces as they pass through and exit from a forming head, thereby maintaining a substantially uniform basis weight in the transverse direction of the fiber web. It can be used to produce fiber beds with basis weights of more than 70 g / m 2 . This known method is also referred to as an "air-laid" method. Due to the fluffiness of the cotton-like material, however, no cigarette filters could be produced with it.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Monofilter zu entwickeln, der deutlich besser biologisch abbaubar als Celluloseacetat ist und dabei den Geschmackseindruck, das Aussehen, die Härte und die Retentionseigenschaft von Celluloseacetat für den Konsumen­ ten nicht unterscheidbar beibehält.The object of the invention is to develop a monofilter which is significantly more biodegradable than cellulose acetate and the taste impression, the appearance, the hardness and the retention property of cellulose acetate for consumption ten indistinguishable.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale der Patent­ ansprüche 1. The features of the patent serve to solve this problem claims 1.  

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß ein Papier, das nach einem sog. Air-Laid-Verfahren hergestellt und zu einem Filter in der erfindungsgemäßen Weise weiterverarbeitet wurde, die ge­ stellte Aufgabe löst.Surprisingly, it has been shown that a paper made according to an air-laid process and a filter in the way according to the invention was further processed, the ge task solves.

Bei dem Air-Laid-Verfahren werden die aufbereiteten Cellulose­ fasern nicht wie im klassischen Papierherstellungsverfahren in Wasser suspendiert und zur Blattbildung auf ein durchlässiges Sieb gegeben, auf dem sich dann die Cellulosefasern, bedingt durch deren Mahlung und Fibrillierung, untereinander vernetzen, sondern sie werden maximal vereinzelt in einen Luftstrom gege­ ben, der sie auf ein durchlässiges Endlossieb transportiert und auf diesem ungeordnet ablegt. Hierdurch erhält man ein fast watteförmiges voluminöses Vlies, das so keine mechanische Festigkeit oder Faserverknüpfung aufweist. Eine mechanische Bindung und damit die notwendige Festigkeit, die zur Weiter­ verarbeitung erforderlich ist, erhält man durch in den Luftstrom erfolgende Zugabe eines Bindemittels wie z. B. Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, Polymerstärke, Dextrin oder Latex. Den Grad der Dichte (g/cm3) und damit der Voluminösität bzw. Dicke stellt man über anschließendes Kalandrieren ein. Das Flächengewicht (g/m2) wird über die Siebgeschwindigkeit oder den Fasereintrag in den Luftstrom gesteuert.In the air-laid process, the processed cellulose fibers are not suspended in water as in the classic paper production process and placed on a permeable sieve for sheet formation, on which the cellulose fibers then cross-link with each other due to their grinding and fibrillation, but they become maximum occasionally placed in an air stream that transports them onto a permeable endless screen and deposits it on this in an unordered manner. This results in an almost wad-shaped, voluminous fleece, which has no mechanical strength or fiber linkage. A mechanical bond and thus the necessary strength, which is required for further processing, is obtained by adding a binder such as e.g. As polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polymer starch, dextrin or latex. The degree of density (g / cm 3 ) and thus the volume or thickness is set by means of subsequent calendering. The weight per unit area (g / m 2 ) is controlled via the sieving speed or the fiber entry into the air flow.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert; es zeigen:The invention is illustrated below with the aid of an embodiment explained in more detail; show it:

Fig. 1 eine nach dem Air-Laid Verfahren hergestellte Faserbahn mit in Längsrichtung verlaufenden Schnittlinien; Figure 1 is a produced by the air-laid process with fibrous web running in the longitudinal direction of section lines.

Fig. 2 die angedeutete Art der Faltung der geschnittenen Faserbahnstreifen; Figure 2 shows the indicated manner of folding the cut fiber web strips.

Fig. 3 die spiralförmige Wicklung der Faserbahnstreifen von Fig. 2. Fig. 3, the spiral winding of the fibrous web strips of FIG. 2.

Fig. 1 zeigt eine nach dem Air-Laid Verfahren hergestellte Faserbahn 10 mit einem Flächengewicht von etwa 40-50 g/m2, die beginnend von einer Linie A-A in eine Anzahl von n Faserbahn­ streifen geschnitten ist, wobei für das dargestellte Ausfüh­ rungsbeispiel gilt n = 5. Es wird darauf hingewiesen, daß n aber auch eine andere Anzahl sein kann, beispielsweise 4 oder 6, wobei allerdings n = 4 eine bevorzugte Anzahl ist, die sich allerdings zeichnerisch in der spiralförmigen Anordnung gemäß Fig. 3 nicht gut darstellen ließ. Fig. 1 shows a manufactured according to the air-laid fiber web 10 with a weight per unit area of about 40-50 g / m 2 , which is cut from a line AA into a number of n fiber web strips, with the exemplary embodiment shown applies n = 5. It is pointed out that n can also be a different number, for example 4 or 6, although n = 4 is a preferred number, which, however, could not be represented well in the spiral arrangement according to FIG. 3 .

Die fünf Faserbahnstreifen 1-5, die durch Längsschnitte in der Faserbahn 10 von Fig. 1 erhalten werden, werden gemäß Erfindung durch eine geeignete Vorrichtung zunächst V-förmig gefaltet, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Anschließend werden die freien Enden der V-förmig gefalteten Faserbahnstreifen 1-5 aneinander gelegt und die Streifen durch eine geeignete Vorrichtung derart zusammengeführt, daß die Scheitel 14 der V-förmig gefalteten Faserbahnstreifen im Bereich um die Mittelachse des herzustel­ lenden Cigarettenfilters angeordnet und spiralförmig aneinander­ liegend so zu einem Zylindermantel gedreht werden, wie dies Fig. 3 im Querschnitt schematisch andeutet. In der Realität liegen die einzelnen Faserbahnstreifen 1-5 nach der spriralför­ migen Wicklung gemäß Fig. 3 durch eine Vorpressung so dicht aneinander, daß dadurch der Eindruck eines homogenen, geschlos­ senen Filters entsteht, die wie das mundseitige Ende eines Celluloseacetat-Filters aussieht. Mit anderen Worten erkennt man aufgrund der Flauschigkeit des Materials nicht mehr, daß nur wenige Lagen von Faserbahnstreifen spiralförmig so miteinander verdrillt sind, wie dies Fig. 3 zeigt.According to the invention, the five fibrous web strips 1-5 , which are obtained by longitudinal cuts in the fibrous web 10 of FIG. 1, are first folded in a V-shape by a suitable device, as shown in FIG. 2. Then the free ends of the V-shaped fibrous web strips 1-5 are put together and the strips are brought together by a suitable device such that the apex 14 of the V-shaped fibrous web strips are arranged in the area around the central axis of the cigarette filter to be manufactured and are spirally adjacent to one another be rotated to a cylinder jacket, as schematically indicated in Fig. 3 in cross section. In reality, the individual fibrous web strips 1-5 after the spriralför shaped winding according to FIG. 3 by a pre-pressing so close to each other that this creates the impression of a homogeneous, closed filter that looks like the mouth end of a cellulose acetate filter. In other words, due to the fluffiness of the material, one can no longer see that only a few layers of fibrous web strips are twisted spirally with one another, as shown in FIG. 3.

Die gemäß Fig. 3 gewickelten Faserbahnstreifen 1-5 werden auf übliche Weise von einem Filterbelagpapier 12 zusammengehalten, so daß der erfindungsgemäße Papierfilter nach seiner Fertig­ stellung das Aussehen eines Celluloseacetats-Filters hat.The fiber web strips 1-5 wound according to FIG. 3 are held together in the usual way by a filter covering paper 12 , so that the paper filter according to the invention has the appearance of a cellulose acetate filter after its completion.

BeispieleExamples

Die in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Cigarettenmuster wurden angefertigt und miteinander verglichen: The cigarette patterns listed in the table below were made and compared:  

Als Filtermaterialien wurden folgende Spezifikationen einge­ setzt:
The following specifications were used as filter materials:

Acetat 3,0y/35000 HK mit 7% Triacetinbeaufschlagung
Acetat 2,1y/36000 SK mit 7% Triacetinbeaufschlagung
Acetate 3.0y / 35000 HK with 7% triacetin loading
Acetate 2.1y / 36000 SK with 7% triacetin loading

Air-Laid B+D 48 g/m2, Latexbinder und ca. 0,8 mm Dicke
E 70 g/m2, Latexbinder und ca. 1,1 mm Dicke
Air-Laid B + D 48 g / m 2 , latex binder and approx. 0.8 mm thick
E 70 g / m 2 , latex binder and approx. 1.1 mm thick

Darin bedeuten HK = hochgekräuselt und SK = superstark gekräu­ selt.Here HK = crimped up and SK = super strong curly rare.

ErgebnisResult

Die analytisch und physikalisch ermittelten Daten sind entspre­ chend gültiger DIN/ISO-Vorschriften erstellt worden und zeigen im Rahmen der Meßgenauigkeiten keine Unterschiede. Die geschmackliche Bewertung wurde von 15 geschulten Rauchern durchgeführt und führten im paarweisen Vergleich zu nicht signi­ fikanten Unterschieden.The analytically and physically determined data are corresponding in accordance with the applicable DIN / ISO regulations no differences within the measuring accuracy. The taste rating was given by 15 trained smokers performed and led in a pairwise comparison to not significant fictional differences.

Der biologische Abbau des erfindungsgemäßen Cigarettenfilter­ materials erfolgt innerhalb einer vergleichbaren Zeitspanne wie bei handelsüblichem (Cigaretten-)Cellulosefiltermaterial. Dies bedeutet eine eindeutige Besserstellung gegenüber dem Cellulose­ acetat. Die Bewertung des biologischen Abbaus erfolgt nach dem in der Industrie gebräuchlichen "Sturm-Test", der von R.N. Sturm in J. Americ. Oil Chemists' Soc. 50 (1973) Mai, S. 159-167 in dem Artikel "Biodegradability of nonionic surf actants: screening test for predicting rate and ultimate biodegradation" beschrie­ ben ist.The biodegradation of the cigarette filter according to the invention materials takes place within a comparable period of time as with commercially available (cigarette) cellulose filter material. This means a clear improvement over cellulose acetate. The biodegradation is assessed according to "Storm Test" used in the industry by R.N. Storm in J. Americ. Oil Chemists' Soc. 50 (1973) May, pp. 159-167 in the article "Biodegradability of nonionic surf actants: screening test for predicting rate and ultimate biodegradation " ben is.

Claims (14)

1. Filter für Tabakwaren, insbesondere Cigaretten, dadurch gekennzeichnet, daß dieser aus einem nach einem Air-Laid- Verfahren hergestellten Cellulosevlies hergestellt ist.1. Filter for tobacco products, especially cigarettes, characterized in that it is made from a cellulose fleece produced by an air-laid process. 2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächengewicht des Cellulosevlieses zwischen 20 und 100 g/m2 liegt.2. Filter according to claim 1, characterized in that the basis weight of the cellulose fleece is between 20 and 100 g / m 2 . 3. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächengewicht des Cellulosevlieses zwischen 40 und 70 g/m2 liegt.3. Filter according to claim 2, characterized in that the basis weight of the cellulose fleece is between 40 and 70 g / m 2 . 4. Filter nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Cellulosevlieses zwischen 0,5-1,5 mm liegt.4. Filter according to one of claims 1-3, characterized in that the thickness of the cellulose fleece between 0.5-1.5 mm lies. 5. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Cellulosevlieses zwischen 0,7-1,2 mm liegt.5. Filter according to claim 4, characterized in that the The thickness of the cellulose fleece is between 0.7-1.2 mm. 6. Filter nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Cellulosevlies 5-30% Bindemittel beigegeben sind.6. Filter according to any one of claims 1-5, characterized in that 5-30% binder are added to the cellulose fleece. 7. Filter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Cellulosevlies 20% Bindemittel enthält.7. Filter according to claim 6, characterized in that the Cellulose fleece contains 20% binder. 8. Filter nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Latex ist.8. Filter according to any one of claims 1-7, characterized in that the binder is latex. 9. Filter nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Polyvinylalkohol ist.9. Filter according to any one of claims 1-7, characterized in that the binder is polyvinyl alcohol. 10. Filter nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Polyvinylacetat ist. 10. Filter according to any one of claims 1-7, characterized in that the binder is polyvinyl acetate.   11. Filter nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Copolymer von Vinylacetat und Äthylen ist.11. Filter according to one of claims 1-7, characterized in that the binder is a copolymer of vinyl acetate and Is ethylene. 12. Filter nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel eine wasserlösliche Stärke ist.12. Filter according to any one of claims 1-7, characterized in that the binder is a water soluble starch. 13. Filter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel eine wasserlösliche Polymerstärke ist.13. Filter according to claim 12, characterized in that the Binder is a water-soluble polymer starch. 14. Filter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Dextrin ist.14. Filter according to claim 13, characterized in that the Binder is dextrin.
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