DE2421652A1

DE2421652A1 - Verfahren zur herstellung von tabakfolien und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2421652A1
Application number: DE2421652A
Authority: DE
Inventors: Willi Buchholz; Ernst-Rolf Dipl Chem Dr Detert
Original assignee: Gerlach Eduard GmbH; Eduard Gerlach GmbH
Current assignee: Gerlach Eduard GmbH; Eduard Gerlach GmbH
Priority date: 1974-05-04
Filing date: 1974-05-04
Publication date: 1975-11-20
Also published as: US3983884A; DE2421652B2; CA1047754A; GB1475637A; DE2421652C3

Description

Eduard Gerlach GmbH

3 HANNOVER. BURCKHARDTSTR. 1 TELEFON (O5U) 62 84 73

Unser Zeichen 888/15

Datum 2. Mai 1974

Verfahren zur Herstellung von Tabakfolien und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Es ist bekannt, Tabakfolien dadurch herzustellen, daß man mit Hilfe von Dreiwalzenstühlen, die in geeigneter Weise hintereinandergeschaltet sind, aus einer feucht-krümeligen Tabakmasse die Folienbahn auswalzt. Die Tabakmasse besteht hauptsächlich aus zerkleinertem Tabak, gegebenenfalls einem Bindemittel und Wasser. Diesem können ein- oder mehrwertige Alkohole zugesetzt sein (Offenlegungsschrift 1 532 042).

Eindeutig handelt es sich dabei um geringe Mengen von Alkoholen, denn der notwendig lange Verarbeitungsweg läßt größere Mengen leicht flüchtiger Anteile nicht zu. Für den Walzvorgang wird ein geriffeltes Einzugswalzenpaar, eine lange Vorwalzstraße, bestehend aus vier Dreiwalzenstühlen und ein Endbehandlungsmehrfachwalzwerk verlangt, also ein außerordent-

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lieh hoher Aufwand an technischen Einrichtungen. Darüber hinaus sind Geräte erforderlich, die durch Brechen und umschichten der Folie auf dem Transport zwischen den Dreiwalzenstühlen eine Ausrichtung der Tabakfasern in Längsrichtung vermeiden.

Demgegenüber steht ein inzwischen zum Patent eingereichtes Verfahren (Offenlegungssehrift 2 055 672) der Anmelderin, das mit nichtwäßrigen organischen Lösungsmitteln, vornehmlich Methanol/Methylenchlorid im Gewichtsverhältnis 2 : 8 für die als Bindemittel eingesetzte lösungsmittellösliche Methylzellulose und andere Zellulosederivate zur Formung einer Tabakfolie arbeitet. Diese wasserfreien Bestandteile lassen sich in einem herkömmlichen Mischer ohne Schwierigkeiten zu einer homogenen auswalzbaren Masse schnell zubereiten.

Es gelingt, auf diesem Wege mit nur einem Dreiwalzenstuhl eine einwandfrei Tabakfolie herzustellen, die bei der Zigarrenfabrikation als Umblatt, Deckblatt und Einlage, bei der Zigarettenproduktion als Hülle und ebenfalls als Einlage erfolgreich verwendet wird. Die Leichtflüchtigkeit der Lösungsmittel ist so groß, daß sie schon bei mäßig erhöhter Temperatur aus der Folie entfernt und zurückgewonnen werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei der Herstellung von Tabakfolien die für die Weiterverarbeitung der Tabakfolie notwendige Wassermenge schon mit Beginn des Herstellungsprozesses mit Hilfe der Lösungsmittel in die Tabakmasse einzuarbeiten und gleichzeitig eine Einsparung der teuren Lösungsmittel zu erzielen und außerdem einen einfachen wirtschaftlichen Herstellungsgang zu ermöglichen.

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Die Lösung der Aufgabe ist in den angefügten Ansprüchen gekennzeichnet.

Es wurde festgestellt, daß beim Durchwalken der mit dem erforderlichen Wasser versetzten Tabakmasse im herkömmlichen Vormischkneter zwar zunächst eine krümelige, feuchte Masse entsteht, die mit einem Dreiwalzenstuhl aber nicht zu einer einwandfreien Folie verarbeitet werden kann, da die Masse nicht homogen ist. Läßt man aber den Kneter weiterarbeiten, dann verwandelt sich die Masse in einen zähen Kitt, dessen Inneres dem weiteren Homogenisierungs-, Durchfeuchtungsund Quellprozeß entzogen wird. Es bilden sich große Agglomerate, die von den Einzugswalzen des Dreiwalzenstuhles nicht angenommen werden.

Von grundsätzlicher Bedeutung für die Bewältigung dieser Schwierigkeit ist die Verwendung einer speziellen Mischapparatür. Die vorstehend beschriebenen Erkenntnisse beweisen, daß die Bereitung einer feuchtkrümeligen Masse mit Hilfe eines Vormischkneters nicht _die erforderliche Homogenität der Masse ergibt, die notwendig ist, den riesigen Aufwand der vielen hintereinandergeschalteten Walzwerke zu vermeiden und die nächstehend beschriebenen weiteren Vorteile zu erzielen.

Bei der zu verwendenden Mischapparatur muß es sich um einen Chargenmischer handeln, der nach dem Schleuder- und Wirbelverfahren bearbeitet und zusätzlich einen in der Mischtrommel eingebauten und separat angetriebenen, hochtourig um- *vu kaufenden Schlagmesserkopf besitzt, der die Zerkleinerung der

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Agglomerate während des Mischprozesses bewirkt. Das Zusammenwirken der Schleuder- und Knetschaufeln des Mischers mit dem Messerkopf und die Anwesenheit des Lösungsmittel-Wasser-Gemisches ermöglichen nämlich die notwendige intensive Durchmischung der anfangs pulverförmigen Substanzen zu dem auf einem Dreiwalzenstuhl verarbeitungsfähigen Granulat. Dieser Mischer kann auf die für Mischen und Quellung optimale Temperatur eingestellt werden, d. h. die Innentemperatur des Mischers samt Inhalt soll knapp unter dem Siedepunkt der leichtflüchtigsten Komponente bleiben und der Mischer ist zur Verhinderung der Verdampfung von Lösungsmittelluft dicht verschlos sen.

Im Mischer laufen folgende Vorgänge ab: Zunächst werden Tabakanteile und MethylZellulose oder andere geeignete Zellulosederivate, gegebenenfalls auch Cellulosefasern trocken vorgemischt. Dann erfolgt die Zugabe der Lösungsmittel, die das Zellulosederivat in der vorgesehenen Mischzeit gleichmäßig durchfeuchten und leicht anquellen. Darauf wird Wasser zugegeben. Während des weiteren Mischprozesses kommt es zu einer schnellen und gleichmäßigen Quellung des Bindemittels und zur intensiven Durchmischung des Inhalts. Dabei erwärmt sich die Masse durch Reibungsvorgänge. Die Folge davon ist, daß ein großer Teil des leichtflüchtigsten Lösungsmittels verdampft und an den gekühlten Wandungen wieder kondensiert und die vom Messerkopf zerteilten kleinen Agglomerate benetzt. Da das leichtflüchtigste Lösungsmittel, z. B. Methy-

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ienschlofid, für sich allein aber das Zellulosederivat nicht löst, unterstützt es als Trennmittel die Bildung feiner Gra^ nulate« Es entstehen sandkorngroße, aber in sich plastische Körnchen, die von den glatten Einzugswalzen des Dreiwalzenstuhls, unabhängig vom Winkel des Walzenspalts gut aufgenommen werden. Ohne Schwierigkeiten bildet sich daraus beim Walkprozeß im Walzenstuhl eine gleichmäßige, fehlerlose Folie. Daraus ergibt sich _t daß der intensive Homogenisierungsprozeß wasserhaltiger Täbakmassen mit geringem Aufwand allein in einem geeigneten Mischer und nur unter zusätzlicher Verwendung geeigneter Lösungsmittel vollzogen werden kann.

Die Paralielaüsrichtüng der Tabakfasern oder anderer zugesetzter Fasern und damit eine Verminderung der Querfestigkeit wird durch die intensive und trotzdem schonende Verknetung und Zerkleinerung der Tabakmasse umgangen, da nach dem Vollständigen Homogenisieren nur ein Dreiwalzenstuhl erforderlich ist. Bei Mehrwaizehstuhlsystemen werden bekanntlich Fasern zwangsläufig einheitlich parallel zur Laufrichtung ausgerichtet, so daß noch zusätzliche Einrichtungen zur Umschichtung des Materials zwischen den Walzenstühlen notwendig sind.

Für das störungsfreie Arbeiten des Dreiwalzenstuhles, die ungestörte Aufnahme der optimal homogenisierten Masse durch das Einzugswalzenpaar und die Abgabe einer zusammenhängenden, ausreichend festen Folie ist neben der Anwendung eines speziellen Mischverfahrens die Zusammensetzung des verwendeten Flüssigkeitssystems maßgeblich.

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Es handelt sich bei dem Plüssigkeitssystem um eine sinnvolle Kombination von Flüssigkeiten, die nicht nur, wie vorstehend beschrieben, die Bildung von feinen, homogenen Granulaten im Mischer, sondern auch die einwandfreie Verarbeitung der Tabakmasse auf dem Walzenstuhl erst ermöglicht.

Das Flüssigkeitssystem muß aus mindestens drei Komponenten bestehen, die sich deutlich in ihrer Flüchtigkeit unterscheiden:

Komponente Ai mindestens ein unter 1OO°C siedendes Lösungsmittel folgender Verbindungsklassen

Beispiele:

Methanol Alkohole: Äthanol

Isopropanol

Ketone: . Aceton

Halogenalkane: Methylenchlorid

Chloroform

Ester: Essigsäureäthylester

Äther: Diäthyläther

Komponente B: Wasser

Komponente C: mindestens eine über 100°C siedende Flüssigkeit, wie z. B.

Beispiele:

zweiwertige Alkohole: Diäthylenglykol

1,2-Propylenglykol Triäthylenglykol 1,3-Butylenglykol

mehrwertige Alkohole: Sorbit oder Kalium-

lactatlösung

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-Durch den Zusatz von Wasser, das immer zugegen sein muß (Komponente B) vermindert sich die Flüssigkeitsmenge, die zur Herstellung der walzfähigen Masse erforderlich ist, beträchtlich. Es wurde festgestellt, daß nicht nur der Anteil organischer Lösungsmittel um die zugesetzte Wassermenge vermindert, sondern darüber hinaus die gesamte Flüssigkeitsmenge herabgesetzt werden kann.

Die Quellung der Bindemittel während des Mischprozesses wird durch das Zusammenwirken von organischen Lösungsmitteln (Komponente A) und Wasser erheblich verstärkt.

Das Wasser kann in einer solchen Menge zugesetzt werden, daß die fertige Tabakfolie ohne Nachbehandlung den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt hat. Ferner wird die Verarbeitbarkeit der Ausgangsmasse im Walzenstuhl mit Hilfe des Wasserzusatzes durch Beeinflussung von Quellung und Adhäsionskraft der Masse gesteuert.

Die Komponenten B und C gehen fast unvermindert in die vom Walzenstuhl abgenommene Folie ein, während die leichtflüchtige Komponente A die Folie vor allem auf der gegebenenfalls angewärmten Abgabewalze des Dreiwalzenstuhles zum größten Teil verläßt. Sie hat als leichtflüchtiger technischer Hilfsstoff die Funktionen:

a) eine gründliche Mischung der Masse,

b) eine ausreichend gleichmäßige Quellung der Zellulosederivatpartikel ,

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c) den walzfähigen Zustand der Masse mit herbeizuführen und

d) eine ausreichende Verfestigung der Folie auf der Abgabewalze zu gewährleisten.

Die hochsiedende Komponente C hat neben der an sich bekannten Eigenschaft eines Feuchthaltemittels die Funktion eines Trennmittels. Durch das Abdunsten der leichtflüchtigen Komponente A kommt es besonders auf der heizbaren Abgabewalze zu einer Anreicherung und zu einer partiellen Abscheidung der Komponente C. Der so auf der Abgabewalze aus der Komponente C gebildete Film ermöglicht ein störungsfreies Abheben der Folie von der Walze.

Die am Einzugswalzenpaar auftretende Friktionswärme kann abgeleitet werden. Ohne Kühlung haftet die Masse vielfach zu fest an der Walzenoberfläche. Eine einwandfreie übertragung auf die folgende Walze ist dann nicht möglich.

Von entscheidender Wichtigkeit ist die Temperatur der Abgabewalze. Sie wird so eingestellt, daß sie mindestens der Siedetemperatur der leichtflüchtigsten Komponente A entspricht.

unter Berücksichtigung der für das beschriebene Verfahren aufgezeigten Besonderheiten ist es möglich, die Produktionsgeschwindigkeit auf ca. 300 m/min, ohne Beeinträchtigung der Folienqualität zu bringen.

Die geformte Tabakfolie wird von einem endlosen Transportband, das z. B. aus Drahtgliedern oder Textilien besteht,

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aufgenommen und gegebenenfalls durch einen Trockenkanal geführt, an dessen Ende die Tabakfolie in bekannter Weise zu Bobinen oder Sheets verarbeitet wird. Man kann aber auch die Folie auf der Abgabewalze mit geeigneten Einrichtungen zu Sheets zerschneiden, die, abgestreift, der abschließenden Trocknung zugeführt werden.

Die verwendeten leichtflüchtigen Lösungsmittel können in der üblichen Weise zurückgewonnen werden.

Als weitere Verbindung unter der Komponente C kann eine Kaliumlactatlösung verwendet werden, die bekanntlich feuchthaltend wirkt.

Sollen Zellulosefasern, brandverbessernde Mittel oder vernetzende Mittel der Tabakfolie eingearbeitet werden, so erfolgt die Zugabe entsprechend ihrer Löslichkeit oder Mischbarkeit während des Mischprozesses.

Die Erfindung wird nun an einem Beispiel für die Herstellung einer Umblattfolie beschrieben.

Zur Herstellung einer solchen Folie geht man von der folgenden Rezeptur aus:

Vorzerkleinerter Tabak 20 Gew.-Teile

Zellulosederivat 4 Gew.-Teile

(hochmethylierte Methylzellulose)

Methylenchlorid 9 Gew.-Teile

Methanol 9 Gew.-Teile

Triäthylenglykol 2 Gew.-Teile

Wasser 3,5 Gew.-Teile

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In dem oben genannten Beispiel ist als Bindemittel hochmethylierte Methylzellulose verwendet. Das Zellulosederi- . vat, was jedoch zum Einsatz kommen soll, würde sich nach dem Lösungsmittelgemisch richten. So können z. B. auch Acetylzellulose, Äthylzellulose, Hydroxypropylmethylzellulose und Hydroxyäthylmethylzellulose oder andere Zellulosederivate verwandt werden.

Bei dem Tabak kann es sich um natürlichen vorgebfochenen Tabak handeln, um Tabakgrus, wie er in der Tabak verarbeitenden Industrie anfällt, um Blatt- und Rippentabakteilchen und auch um vorher mit Wasser oder organischen Lösungsmitteln extrahierten Tabak.

Bei den erwähnten Faserstoffen, die der Folie zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit zugesetzt werden können, handelt es sich beispielsweise um Zellulosefasern, Zellstofffasern, Asbestfasern oder dgl.

Die Größe der Tabakteilchen soll vorzugsweise im Bereiche von 0,05 mm bis 10 mm liegen. Dabei handelt es sich um die größte Längenausdehnung eines Tabakblatteilchens. Handelt es sich jedoch um ein Stengelteilchen, das eine größere Dicke als ein Blatteilchen aufweist, liegt die größte Längenausdehnung vorzugsweise um 100 μ. Die Teilchengröße der Zellulose sollte so fein wie möglich sein, da der erste Arbeitsgang, nämlich das trockene Vormischen von Tabakteilchen und Zelluloseteilchen, im wesentlichen ein Bepuderungsvorgang ist. Die Temperatur des Vermischens des organischen Lösungsmittelgemi-

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sches mit den Feststoffteilchen, nämlich den Tabak- und Bindemittelteilchen, vollzieht sich bei Verwendung von z. B. Methylenchlorid, dessen Siedepunkt bei 39° C liegt, vorzugsweise im Bereiche um 30 C. Liegt der Siedepunkt des am niedrigsten siedenden Lösungsmittel höher, steigt auch der Verarbeitungstemperaturbereich mit an bis kurz unter den Siedepunkt dieser Flüssigkeit.

Die im obigen Beispiel angegebenen verschiedenen Mischzeiten von 2,5 bzw. 2 Minuten für das Trockengemisch von Tabak und Zellulosederivat und für das organische Lösungsmittelgemisch, dessen Mischzeit auf den niedrigst siedenden Bestandteil bezogen ist bzw. auf die Mischzeit nach der Wasserzugabe können sich in Abhängigkeit von den verwendeten Lösungsmittelgemischen bzw. Quellzeiten der verwandten Zellulosederivate und/oder in Abhängigkeit von dem Tabakausgangsmaterxal ändern, d. h. sowohl langer als auch kürzer dauern. Wichtig ist die Erzeugung eines homogenen feuchten, aber noch rieselfähigen Granulats.

Zunächst werden Tabak und die als Bindemittel verwendete Methylzellulose trocken zwei Minuten in dem Mischer 10 trocken gemischt. Daraufhin wird ein Gemisch aus Methylenchlorid, Methanol und Triäthylenglykol in den angegebenen Gewichtsteilen in den Mischer gegeben und erneut unter Luftabschluß fünf Minuten gemischt. Die organischen Lösungsmittel, nämlich Methylenchlorid, Methanol und Triäthylenglykol, sind vorzugsweise vor

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Zugabe in den Mischer in den angegebenen Mengen miteinander vermischt worden.

Nach Ablauf der Zeitspanne von fünf Minuten wird jetzt Wasser in den Mischer gegeben, nämlich 3,5 Gew.-Teile und weitere zwei Minuten gemischt. Das Mischungsergebnis ist ein Granulat, das bei laufendem Messerkopf 9 in einen Silo 12 entleert wird, der als Boden ein Transportband 14 besitzt, das das Granulat in den Spalt 16 eines Einzugswalzenpaares 18, transportiert. Die Abnahmewalze 20 überführt die fertige Folienbahn entweder über den Abstreifer 21 in eine Trockenvorrichtung 22, in der die letzten Reste der flüchtigen organischen Flüssigkeiten entfernt werden.

Die Abgabewalze 20 kann jedoch auch mit einer Schneidvorrichtung 24 versehen sein, die bereits auf der Abgabewalze die Folie in eine Vielzahl von Streifen zerschneidet, die dann von dem Abstreifer 21 zu einer Querschneidvorrichtung 26 transportiert werden, in der die Streifen zu sogenannten Sheets querzerschnitten werden. Diese Sheets fallen in eine Trockenvorrichtung 28, in der sie von den flüchtigen Lösungsmitteln befreit werden. Die Durchmischung erfolgt, wie bereits erwähnt, in dem Mischer unter Luftabschluß, aber auch die Überführung des Granulats in den Walzenspalt 16 erfolgt unter Luftabschluß, so daß eine evtl. Verdunstung von Lösungsmittel aus dem Granulat verhindert wird.

Ein Mischer dieser in der Anmeldung beschriebenen Art mit zusätzlichem Messerkopf, dessen Achse radial zur Achse

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der Mischertrommel verläuft, wird beispielsweise von der Firma Gebr. Lödige in Paderborn hergestellt.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Tabakfolien aus Tabak, Bindemittel und Lösungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst Tabak und Bindemittel trocken gemischt werden, daraufhin die organischen Lösungsmittel (Komponente A und C) unter Luftabschluß zugemischt werden, nach erfolgter Durchmischung und Quellung bei gleichzeitiger Zerkleinerung Wasser zugemischt wird und das entstandene Granulat zwischen Walzen zu einer Folie ausgewalzt wird, worauf das noch verbleibende Lösungsmittel aus der hergestellten Folie entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitssystem aus Wasser, wenigstens einer unter 100°C siedenden Komponente und wenigstens einer über 100 C siedenden Komponente besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anteil der wassermischbaren Komponenten aus A oder C gemischt mit dem Wasser der Masse zugefügt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchmischung der Ausgangsbestandteile der Folie ein Mischer dient, der zusätzlich zu Schleuder- und Knetwerkzeugen in der Mischtrommel einen

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separat angetriebenen, hochtourig umlaufenden Schlagmesserkopf aufweist, dessen Rotationsachse radial zur Mischtrommelachse verläuft.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer auf einen laufenden Siloboden entleert, der seinerseits das Granulat in den Spalt eines Einzugswalzenpaares transportiert, und daß die Folienabgabewalze entweder die geschlossene Bahn in eine Trockenvorrichtung leitet oder auf der Abgabewalze die Folie in Streifen geschnitten und die Streifen direkt in einen Querschneider geführt werden, an den sich eine Trocknung anschließt.

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