DE2149434C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Filtern für Tabakrauch - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Mehrfachfiltern für Tabakrauch durch intermittierendes Injizieren eines Additivs in einen stabförmigen Körper aus Tabakrauchfilter-Material, der nach dem Injizieren quer zu seiner Achse in Stücke von Filterlänge zerschnitten wird.

Dabei umfaßt dieser Filter für Tabakrauch einen Abschnitt, der das Additiv enthält, wobei dieser Abschnitt mit einem Abschnitt zusammenhängt, der frei von dem Additiv ist. Filter mit den vorgenannten Abschnitten unterschiedlicher Art werden Mehrfachfilter genannt. Bei Einfachfiltern dagegen ist das Additiv homogen im Tabakrauchfilter-Material verteilt.

Ein Verfahren der eingangs näher bezeichneten Gattung ist aus der DT-OS 1432626 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren werden zahlreiche Stablängen aus Tabakrauchfilter-Material auf dem Umfang einer Trommel in achsparallele Nuten eingelegt und einer Station zugeführt, wo sie durch eine Mehrzahl kolbenbetätigter Nadeln mit dem Additiv injiziert werden, die parallel und in vorgegebenem Abstand voneinander angeordnet sind. Jede Stablänge aus Filtermaterial besteht dabei aus bereits mit einer Papierumhüllung versehenen Zellulose-Acetat-Fäden. Die Injektion durch die parallel angeordneten Nadeln erfolgt nach Durchstechen der Papierumhüllung quer zur Längsachse der Filtermaterial-Stäbe. Dieses Verfahren ist ungewöhnlich kompliziert, weil es eine Vielzahl bewegter Teile zur Herstellung der mit einer Papierumhüllung zu versehenden, mit Zellulose-Acetat-Fäden gefüllten Stablängen sowie für die Zuführung dieser Stablängen nach der Injektionsstelle erfordert, wobei die zur Aufnahme der Filterstäbe in achsparallelen Nuten des Trommelumfangs dienende Tiommel jeweils an der Injektionsstelle gestoppt werden muß, wenn die Injektion erfolgt. Dadurch, daß die Injektionsnadeln die äußere PapienimhüJJung der Stablängen aus Filtermaterial durchstoßen, besteht keine Gewähr dafür, daß das Additiv sich nur im Inneren des Filterstabes verteilt und nicht auch ein Teil des Additivs auf der Papierumhüllung erscheint, in der die Einstichlöcher der Injektionsnadeln hinterlassen werden. *

Aus der US-PS 2966198 ist ein Verfahren zum Herstellen von Einfachfiltern für Tabakrauch bekannt, bei dem ein Strang von geradlinigen Zellulose-Acetat-Fasern durch eine rohrförmige Einrichtung geleitet wird, wo der Strang durch einen kräftigen Luftstrom auseinander geblasen und durch den Ausgang der rohrförmigen Einrichtung bzw. eine weitere Stufe dieser Einrichtung gedrückt wird Ein in Wasser lösliches Zellulose-Derivat, das von einer sich in Längsrichtung erstreckenden Röhre aus in die rohrförmige Einrichtung gespritzt wird, wird durch eine Luftdüse zerstäubt und auf den auseinander geblasenen Strang gerichtet. Der auseinander geblasene Strang wird dann getrocknet und zu einem stabförmigen Körper geformt. Dieses bekannte Verfahren ist nicht nur kompliziert, sondern dient nur der Herstellung von Einfachfiltern, weil das Additiv kontinuierlich geliefert wird. Sogar dann, wenn das Additiv intermittierend geliefert würde, würde das in ausgebreitetem Zustand gesprühte Stranginaterial nicht bestimmte Additiv-Zonen in dem schließlich erhaltenen stabförmigen Körper bilden. Denn Fasern, ob aus Zellulose-Acetat oder Papier, erlauben dem Additiv, sich sogar auf dem Umfang des Filterstabes zu verteilen, derart, daß auch ein Teil des Additivs auf der Papierumhüllung erscheint im Gegensalz zu Filterstäben aus extrudiertem Schaum, der keine weite Verteilung des Additivs erlaubt.

Aus der US-PS 3 358695 ist ein seitlich in den Extruder eingeblasenes Additiv bekannt, wobei die Injektion fortlaufend und nicht intermittierend und auch nicht axial in den stabförmigen Körper am Ausgang des Extruders erfolgt. Später wird das extrudierte Schaummaterial geschnitzelt, bevor es für die Herstellung von Tabakrauchfiltern verwendet wird. Dieses bekannte Verfahren betrifft demnach einen mehrstufigen Prozeß für die Herstellung eines Einfachfilters für Tabakrauch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs näher bezeichneten Gattung anzugeben, durch das ein schnelleres, leichteres und

kontinuierliches Herstellen von Mehrfachfiltern oder entsprechender Filter in einem einzigen Verfahrensschritt möglich ist, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß offenzelliges geschäumtes Tabakrauchfilter-Material mit dem Additiv injiz;.jit wird, während das Tabakraucnfilter-Material in Stabform extrudiert wird, und daß das Additiv axial in den stabförmigen Körper am Ausgang des Extruders eingespritzt wird.

Als offenzelliges geschäumtes Tabakrauchfilter-Material v/ird vorzugsweise Polyäthylen- oder Polypropylen-Schaummaterial verwendet. Es können jedoch auch andere Schaummaterialien verwendet werden, beispielsweise Zellulose oder Nylon, gegebenenfalls mit einem treibenden Mittel oder einem Inertgas oder ein geschäumtes Material wie z.B. Zelluloseacetat, das unter Druck sowie bei erhöhter Temperatur in ein Lösungsmittel eingebracht wurde. Im allgemeinen wird das Material, während es als kontinuierlicher Stab extrudiert wird, mit dem Additiv in regelmäßigen Abständen geimpft.

Diese Behandlung wird in vorteilhafter Weise mit einem Stab aus einem geschäumten Material durchgeführt, das von der Firma Monsanto Chemicals Limited nach dem britischen Patent 1182646 hergestellt wird.

Das Additiv in Form einer Lösung, einer Dispersion, einer Aufschlämmung oder Paste kann durch ein Rohr zugeführt werden und in den Stab in Richtung seiner Fortbewegung injiziert werden und zwar am Ausgang eines Extruders zur Herstellung von geschäumten Stäben und zwar durch einen Auslaß oder eine Düse, die vorzugsweise koaxial im Auslaß des Extruders angeordnet ist. Eine pulsierende Zufuhr und ein pulsierendes Impfen können in an sich bekannter Weise erfolgen, wie beispielsweise mit einer hin- und hergehenden Kolbenpumpe oder mit einem sich periodisch öffnenden Ventil. Das Additiv wird unter einem Druck injiziert, der ausreichend ist, um es innerhalb eines vorgegebenen Volumens oder Bereichs des Stabes auszubreiten. Verschiedene Additive können getrennt voneinander in den Stab mittels zwei oder mehr Rohren vorzugsweise mit koaxialen Austrittsöffnungen injiziert werden. Der Stab wird getrocknet und in Abschnitte geschnitten zur Herstellung von Doppel-, Dreifach- oder Mehrfachfiltern, die ein Additiv in mindestens einem Abschnitt oder verschiedene Additive in verschiedenen Abschnitten aufweisen.

In vorteilhafter Weise werden 25 bis 150 mg eines Additivs pro Filterabschnitt zugeführt und zwar im allgemeinen in einem einzigen Impfvorgang (pulse).

Die Additive können Substanzen mit spezifischen oder selektiven Eigenschaften für das Filtern des Rauches oder Substanzen mit erhöhter Filterwirksamkeit sein. Spezifische Substanzen, die verwendet werden können, weisen Mangandioxyd, Zinkoxyd, Zeolite und Äthylendiamindiacetat auf sowie Kohle, Aluminium oder fein unterteilte Metalle, wie z. B. Zink, und zwar in Form von Lösungen, Suspensionen oder Aufschlämmung. Zusätzlich zu den Additiven für das Filtern können Additive für die Geschmacksverbesserung des Rauches oder zur Änderung des Geschmacks, wie z.B. Menthol, süßende Mittel u.dgl. in gleicher Weise eingeführt werden. In allen Fällen soll natürlich die Substanz nicht nachteilig mit der Substanz des Stabes zusammenwirken.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden an Hand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische (nicht maßstabgerechte) Darstellung einer Extrudier-, Injektions- und weiteren Vorrichtung, und

Fig. 2 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab durch einen Extruderkopf mit Mitteln zum Injizieren eines Additivs.

Gemäß Fig. 1 wird thermoplastisches Material in geschäumtem Zustand extrudiert und mittels eines Extruderkopfes und eines Extruders 2 in an sich bekannter Weise in Filterstabform gebracht. Injektionen mit einem Additiv in einem Lösungsmittel oder in einem dispergierenden Mittel, das von einem Behälter 3 zugeführt wird, werden in vorgegebenen Abständen in das zu extrudierende Material mittels einer Kolbenpumpe 4 durch eine Düse 5 eingebracht. Der gepulste Fluß des Additivs aus der Düse erzeugt in dem extrudierten geschäumten Stab Bereiche des Additivs, die durch schraffierte Bereiche gekennzeichnet sind. Der Stab 7 wird in einer Form 8 auf seine Größe gebracht und über einem Kühlbad 9 gekühlt, hinter dem eine (nicht maßstabgetreue) Transportvorrichtung mit Ketten (caterpillar haul-off device) angeordnet ist, die mit 10 bezeichnet ist, und die den Stab nach vorne aus der Form 8 zu einer Schneidvorrichtung 11 von an sich bekannter Bauart zieht. Das Lösungs- bzw. Dispersionsmittel verdampft während der Bewegung des Stabes. Die Vorrichtung führt ein bereits begonnenes Härten des nun trockenen Stabes aus, schneidet ihn in einem behandelten Abschnitt 6, wie durch 6a und 6f> angezeigt, in 90 cm lange Stababschnitte.

Eine vorteilhafte Ausbildung eines erfindungsgemäßen Extruderkopfes ist in Fig. 2 dargestellt. Thermoplastisches Material wird von einem Extruder 2 zugeführt und zwar zu einem Düsenteil 12 durch eine Bohrung 13. Das Additiv wird von einer Pumpe 4 aus durch eine Bohrung in einem Rohr 14, das koaxial zu dem Düsenteil 12 angeordnet ist, zugeführt. Das Rohr 14 ist mittels einer koaxialen Hülse 15 und einem Halter 16 in einem Bauteil 17 angeordnet. Das Rohr 14 hat ein konisches Ende 18 und bildet einen ringförmigen Spalt von abnehmendem mittleren Durchmesser mit einer konischen Ausbohrung 19 im Teil 17 und der Düsenkammer 12, wobei dieser Spalt das thermoplastische Material hindurchtreten läßt. Das Rohr 14, die Hülse 15 und/oder der Halter 16 können axial justierbar sein, zur Änderung ihrer Lage zu dem Bauteil 17 und dem Düsenteil 12. Wie dargestellt, hat das Rohr 14 eine öffnung ohne weitere Teile am freien Ende, jedoch kann dort beispielsweise eine Düse vom sogenannten Nadeltyp angeordnet sein.

Falls mehr als ein Additiv dem Stab 7 zugeführt werden soll, kann dies mittels eines oder mehrerer weiterer koaxialer Rohre entsprechend dem Rohr 14 erfolgen, die mit getrennten, phasenverschobenen betriebenen Pumpen für die verschiedenen Additive verbunden sind.

Die Anzahl der Impfstöße durch die Pumpe 4 hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der der Stab 7 hergestellt wird. Die Betriebsweise der Abschneidevorrichtung 11 muß mit der Betriebsweise der Pumpe 4 synchronisiert werden, wie dies durch die gestrichelte Linie zwischen diesen beiden Teilen dargestellt ist. Falls die Fortschrittsgeschwindigkeit des Stabes 300 mm/sec beträgt oder etwa 200 Stablängen von 90 mm Länge pro Minute, (jede Länge kann gegebenenfalls 6 Doppelfilter von 15 mm Länge abgeben), sind drei

Stöße pro 90 mm Länge, d.h. ein Stoß pro 30 mm erforderlich. Dies ergibt 10 Impfungen pro Sekunde. Die Temperatur, bei der die Impfung bzw. Injektion durchgeführt wird, hängt insbesondere von der Art des Materials, das extrudiert wird, und von der Art des Lösungsmittels oder des Dispersionsmittels für das Additiv, ab. Sie liegt im Normalfalle im Bereich von 150 bis 200° C. Das Lösungs- oder Dispersionsmittel ist vorzugsweise eine organische Substanz mit einem Siedepunkt über 150° C. Der von der Pumpe 4 zu erzeugende Druck wird durch diese Temperatur und den Siedepunkt bestimmt. Im Normalfall liegt er im Bereich von 20 bis 140 kg/cm², wobei der Druck am Ausgang der Düse 5 zwischen 1 und 2 at beträgt. Durchmesser im Bereich von 0,25 bis 3 mm können für den Auslaß oder die Düse vorgesehen werden und zwar abhängig von dem Additiv und dem Lösungsmittel oder dem verwendeten Dispersionsmittel.

Beispiel 1

Ein kontinuierlich hergestellter Stab aus Polyäthylenschaum mit offenen Zellen wird mit einer Geschwindigkeit von 300 mm/sec mit 10 Injektionen pro Sekunde und jeweils 75 ml einer breiigen Suspension von Kohle in Triacetin als Dispersionsmittel, das 20% der Suspension beträgt, geimpft. Das Injizieren wird mit einer Austrittsöffnung von 2 mm Durchmesser und einem Druck von 2 Atmosphären am Auslaß durchgeführt, wobei die Temperatur der additiven Suspension 170° C beträgt. Der Stab wird mitten durch die injizierten Bereiche, die sich jeweils über eine Länge von 10 mm des Stabes erstrecken, auf 90 mm lange Abschnitte zurechtgeschnitten und schließlich nochmals, im Bereich der behandelten Abschnitte, unter Bildung von Doppelfiltern von 15 mm Länge. Jedes Doppelfilter besteht auf diese Weise au: einem Abschnitt von 5 mm Länge aus Filtermaterial das ein Additiv enthält, und aus einem Abschnitt vor 10 mm Länge von unbehandeltem Filtermaterial. Di« Filter werden mit Zigaretten verbunden, wobei die behandelten Abschnitte dem Tabakstab benachbar sind.

Beispiel 2

ίο Ein nach Beispiel 1 hergestellter Filterstab wird gemäß Beispiel 1 geimpft, jedoch ist der Durchmessei der Öffnung 1 mm sowie die Anzahl der Impfunger 10 pro Sekunde, wobei pro Impfung 75 Milliliter einei 7%igen Lösung von Menthol in Triacetin verwendei wird. Der Stab wird wie im Beispiel 1 zurechtgeschnitten, wobei jeder behandelte Abschnitt 3 mg Menthol enthält.

Beispiel 3

Ein Filterstab aus Polyäthylenschaumstoffmaterial das mit einer Geschwindigkeit von 300 mm/sec extrudiert wird, wird geimpft und zwar unter Verwendung einer Bohrung von 1,5 mm Durchmesser und einei Impffolge von 10 Impfungen pro Sekunde, wobei prc

Impfung 75 ml einer 25%igen Lösung aus Polyäthylenglycol in Triacetin bei einer Temperatur vor 170° C verwendet werden. Der Druck am Ausgang beträgt 2 Atmosphären. Der Stab wird zurechtgeschnitten und zwar, mitten durch die behandelten Bereiche, auf 90 mm lange Abschnitte und schließlich) nochmals in den behandelten Bereichen unter Bildung von Doppelfiltern von 15 mm Länge. Jeder Filter besteht auf diese Weise aus einem unbehandelten Abschnitt und einem behandelten Abschnitt, wobei dei letztere 9 mg Polyäthylenglycol enthält.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

#579

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Mehrfachfiltern für Tabakrauch durch intermittierendes Injizieren eines Additivs in einen stabförmigen Körper aus Tabakrauchfilter-Material, der nach dem Injizieren quer zu seiner Achse in Stücke von Filterlänge zerschnitten wird, dadurch gekennzeichnet, daß offenzelliges geschäumtes Tabakrauchfilter-Material mit dem Additiv injiziert wird, während das Tabakrauchfilter-Material in Stabform extrudiert wird, und daß das Additiv axial in den stabförmigen Körper am Ausgang des Extruders eingespritzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als offenzelliges geschäumtes Tabakrauchfilter-Material Polyäthylen- oder Polypropylen-Schaummaterial verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Additiv eine Substanz mit den Rauch filternden oder die Filterung fördernden Eigenschaften verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Additiv eine Substanz mit den Rauchgeschmack verbessernden Eigenschaften dient.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv mittels eines Rohres in das stabförmige Tabakrauchfilter-Material eingeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv als Lösung oder Dispersion injiziert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv unter erhöhter Temperatur injiziert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als ein Additiv unabhängig voneinander in den Stab injiziert wird.

9. Vorrichtung zum Herstellen eines Filters für Tabakrauch, nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Extruder (2) für das geschäumte Material für Tabakrauchfilter in Stabform und Mittel (3, 4, 5) zum Injizieren eines Additivs in Abständen in das Material am Ausgang des Extruders (2).