DE2623844A1

DE2623844A1 - Zigarettenfilter

Info

Publication number: DE2623844A1
Application number: DE19762623844
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Steinau
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1976-05-28
Filing date: 1976-05-28
Publication date: 1977-12-08
Also published as: ZA773175B; FR2352503A1; CA1073773A; AU2558977A; AT358450B; AU509172B2; GB1578571A; JPS52145600A; US4182350A; ATA380577A

Description

26238U

HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT

Aktenzeichen: _{H0E ?6/F 123}

Datum: 26. Mai 1976 Dr.DA/cr

Zigarettenfilter

In Zigarettenfiltern werden zur Zeit praktisch ausschließlich Celluloseacetatfasern als Filtermaterial verwendet (vgl. deutsche Patentschrift 1 432 637) . Weiterhin sind auch Zigarettenfilter aus fibrilliertem Polyolefinfasermaterial bekannt, welches jedoch, um eine ausreichende Filterwirkung zu erhalten, mit Aktivkohle versetzt werden soll (vgl. britische Patentschrift 1 220 678). Schließlich ist auch ein poröses Tabakfilter beschrieben worden, welches durch Sintern eines vernetzten Polyäthylens in einer Form hergestellt wird (vgl. japanische Patentanmeldung 70 32 920).

Es wurde nun gefunden, daß in bestimmter Weise hergestellte Polyolefinfasern ausgezeichnete Adsorptionseigenschaften für Teer und Nikotin besitzen und deshalb besonders gut für die Herstellung von Zigarettenfiltern geeignet sind.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Zigarettenfilter aus .-einem fasrigen Adsorptionsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das fasrige Adsorptionsmittel schwach hydrophile Polyolefinfasern, welche hergestellt wurden durch eine Entspannungsverdampfung einer unter Druck stehenden, überhitzten Emulsion aus

a) einer Lösung eines Polyolefins in einem leicht siedenden Lösungsmittel und

b) einer wäßrigen Lösung von 0,05 bis 0,7 Gew.-%, bezogen auf das Polyolefin,eines Hydrophilierungsmittels

durch eine Düse in eine Zone mit niedrigem Druck, enthält.

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Die erfindungsgemäß zu verwendenden Polyolefinfasern werden durch ein Entspannungsverdampf längsverfahren hergestellt, bei dem eine unter Druck stehende,überhitzte Emulsion aus

a) einer Lösung eines Polyolefins in einem leicht siedenden Lösungsmittel und

b) einer wäßrigen Lösung eines Hydrophilierungsmittels

durch eine Düse in eine Zone mit niedrigem Druck ausgespritzt wird und dabei das Hydrophilierungsmittel in einer Menge von weniger als 0,7 Gew.-%, bezogen auf das Polyolefin, eingesetzt wird.

Als Polyolefin eignet sich vor allem Polyäthylen mit einer reduzierten spezifischen Vixkosität zwischen 0,3 und 30. dl/g, vorzugsweise zwischen 0,7 und 10 dl/g (bestimmt nach H. Weslau, Kunststoffe 49 (1959) 230) und einer Dichte zwischen 0,93 und 0/97 g/cm³ oder Polypropylen. Diese Polyolefine können geringe Mengen von Comonomeren mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen enthalten.

Als Hydrophilierungsmittel eignen sich grundsätzlich alle bekannten Emulgatortypen, bevorzugt werden jedoch polymere Hydrophilierungsmittel mit Amingruppen, Amidgruppen, Carboxylgruppen und/oder Hydroxylgruppen eingesetzt. Sehr gute Ergebnisse werden insbesondere mit Polyvinylalkohol mit einer Lösungsviskosität (gemessen in einer 4%igen Lösung bei 20⁰C in Wasser) von 4 bis 70 cP und einem Verseifungsgrad von 80 bis 99,5 % erreicht. Das Hydrophilierungsmittel, das vorzugsweise in einer Menge von 0,05 bis 0,7, vorzugsweise von 0,1 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Polyolefin, eingesetzt wird, reicht in der angegebenen Menge aus, die Polyolefinfasern in Wasser dispergierbar zu machen.

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ohne daß jedoch die Adsorptionseigenschaften nachteilig beeinflußt werden.

Das Lösungsmittel für das Polyolefin muß einen hinreichend niedrigen Siedepunkt besitzen, so daß eine ausreichende überhitzung und eine Entspannungsverdampfung möglich sind muß aber außerdem auch eine ausreichend hohe kritische Temperatur haben. Daher eignen sich für das erfindungsgemäße Verfahren Kohlenwasserstoffe mit 5-7 Kohlenstoffatomen, bevorzugt cyclische oder acyclische gesättigte Kohlenwasserstoffe mit 5 bis 6 Kohlenstoffatomen. Sehr gut geeignet sind ferner auch chlorierte Kohlenwasserstoffe mit ein oder zwei Kohlenstoffatomen, vorzugsweise Methylenchlorid.

Die Temperatur der Emulsion kann in weitem Bereich von 110 bis 200⁰C schwanken, bevorzugt wird jedoch der Temperaturbereich von 120 bis 160⁰C. Die Emulsion steht dabei unter dem Eigendruck des Wasser- Lösungsmittel-Gemisches, der mit einem Inertgas und/ oder mit einer Pumpe erhöht werden kann.

Die Emulsion aus einer Lösung des Polyolefins und einer Lösung des Hydrophilierungsmittels soll möglichst gleichförmig

Das ist sowohl bei diskontinuierlicher als auch bei kontinuierlicher Arbeitsweise möglich, wenn die Emulsion in handelsüblichen Emulgieraggregaten mit guter Stoffumwälzung und ausreichender Scherwirkung hergestellt wird. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen sich sowohl bei Wasser-in Öl-Emulsionen als auch bei Öl-in-Wasser-Emulsionen.

Zur Entspannungsverdampfung passiert die Emulsion eine Düse, deren wichtigste Aufgabe die Aufrechterhaltung einer Druckdifferenz zwischen Emulsion und Entspannungsraum ist. Der Druck im Entspannungsraum wird so gewählt, daß das Lösungsmittel für das Polymere zu mehr als 90 % verdampft. Dabei verdampft natür-

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lieh auch ein Teil des Wassers. Der Druck soll im allgemeinen von 10 bis 1500 Torr, vorzugsweise aber von 50 bis 800 Torr betragen. Die erhaltenen schwachhydrophilen Polyolefinfasern können in handelsüblichen Aggregaten zerkleinert und entwässert werden.

Diese Fasern sind ohne den Zusatz weiterer Adsorptionsmittel genügend aktiv, um eine weitgehende Reinigung des Tabakrauches von Teer und Nikotin zu erreichen. Die durch die extrem große Oberfläche der Fasern bedingte Adsorptionsiwrkung ist so intensiv, daß kleinere Filter verwendet werden können oder die Zigarettenfilter üblicher Länge nur zum Teil aus Polyolefin-Fasern hergestellt werden können. Anderenfalls würde eine so weitgehende Reinigung des Tabakrauches eintreten, daß darunter der Geschmack leiden könnte. Die genannten schwachhydrophilen Polyolefinfasern können deshalb mit Zelluloseacetat vermischt in Zigarettenfiltern eingesetzt werden. Im allgemeinen beträgt der Anteil der Polyolefinfasern 10 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 30-60 Gew.-% des im Zigarettenfilter enthaltenen Fasermaterials. Derartige Zigarettenfilter können mit in der Zigarettenindustrie üblichen Verfahren und Maschinen hergestellt werden. Als Weichmacher und Verklebungsmittel kann auch hier Glycerintriacetat vorteilhaft eingesetzt werden.

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Zigarettenfilter aus Zelluloseacetat werden meist ausgehend von einem endlosen texturierten Faserstrang so hergestellt, daß dieser Faserstrang nach dem Einlaufen in die Maschine zu einem netzartigen Gebilde ausgebreitet wird und dann mit Glycerintriacetat eingesprüht wird. Anschließend wird das besprühte, netzartige Gebilde erneut zu einem runden Strang zusammengefaßt und durch eine mitlaufende Zigarettenpapierbahn umhüllt, die überlappend mit einem Schmelzkleber verschlossen wird. Dieses endlose Filter wird zu Filterstäben bestimmter Länge geschnitten und magaziniert. Der Einbau der Polyolefinfasern kann z. B. unmittelbar vor dem Sprühvorgang in der Weise erfolgen, daß mit einem Luftablegeverfahren ein Vlies aus den Fasern auf dem netzartigen Gebilde der Acetatfasern abgelegt wird. Hierbei kann mit deutlich reduziertem Metergewicht des Acetatfaserstrangs gearbeitet werden.

Es ist außerdem möglich, die erfindungsgemäß zu verwendende Faser auf einer Maschine, die nach dem Prinzip der Zigarettenherstellung arbeitet, zu endlosen Filtergebilden zu verarbeiten. Hierbei werden anstelle des Tabakfasergewirrs die Polyolefinfasern der Maschine zugeführt und in der üblichen Weise in Längsnuten zu einem runden Strang geformt, der von einer mitlaufenden Papierbahn umhüllt wird, die mit Schmelzkleber überlappend rohrartig verschlossen wird.

Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung erfindungsgemäßer Zigarettenfilter besteht darin, daß man aus den Polyolefinfasern und Zellulose ein längsgekrepptes hochadsorptionsfähiges Papier herstellt, das anstelle der jetzt üblichen Zellulosekreppapxere mit oder ohne zusätzliches Kohlefilter auf Zigarettenfiltermaschinen eingesetzt werden kann. Hierbei kann die Menge an PoIyolefinfaser zwischen 10 und 80 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Kreppapiers variiert, werden.

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Beispiel 1

- r-

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Ein 250 1 Kessel, versehen mit einem Rührer und einem Auslaßventil, welches über eine Leitung mit einer Düse verbunden ist, die in ein Entspannungsgefäß führt, wird mit 10 kg Polyäthylen (Dichte 0,95 g/cm³, MFI 190/5, 22 g(10 Min)/ 120 1 Wasser_;20 g Polyvinylalkohol (Viskosität 4,6 bis 6 cP 4%ig in Wasser bei 20⁰C, Verseifungsgrad 98,5 bis 100 Mol-%) und 120 1 Hexan beschickt. Danach wird der Kessel verschlossen und der Kesselinhalt unter Rühren auf 150⁰C erhitzt und ca. 2 1/2 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Dabei wird ein Druck von 12,3 kg/cm erreicht. Nachdem das Polyäthylen sich aufgelöst hat und der Kesselinhalt in eine Emulsion übergegangen ist, wird das Auslaßventil geöffnet und die Emulsion in das Entspannungsgefäß entlassen im gleichen Maße, wie eine an diesem Gefäß angeschlossene Vakuumpumpe die frexwerdende Dämpfe absaugen und einen Druck von etwa 200 mm Hg aufrechterhalten kann. Die entstandenen Fasern werden mit Wasser angeteigt, siebenmal durch einen Scheibenrefiner gegeben und danach durch Zentrifugieren vom Wasser getrennt. Die Fasern wurden in einem Luftstrom aufgebauscht und getrocknet und hatten eine klassifizierte Faserlänge nach TAPPI-Norm T 233 SU 64 von 1,55 mm.

Zur Herstellung des Prüffilters wurden in einer zylindrischen Kammer von 8 mm Durchmesser und 20 mm Länge die Polyäthylenfasern zwischen zwei 3 mm langen Scheiben aus üblichem Acetatfilter eingefüllt.

Prüfung der Filterwirksamkeit
Ein erfindungsgemäßes Zigarettenfilter von 20 mm Länge aufgebaut

nach dem Kammerprinzip aus 3 mm Celluloseazetatfasern (=20 mg)/ mm erfindungsgemäßen Polyäthylenfasern (=19 mg)/ 3 mm Celluloseazetatfasern (=20 mg) mit einem Durchmesser von 8 mm wurde mit einem üblichen Celluloseazetatfilter verglichen. Dabei wurden folgende Werte gemessen:

' CD CO CD -C^ CO ^» O CO σ> ο

Erfindungsgemäßes Bekanntes Filter

Filter 20 mm lang, 59 mg	1	9 mm
119	1	24
28		27
9,7		10,0
14,0		14,9
12,1		13,3
0,51		0,63

Zugwiderstand, mm WS,
gesamt

StummeHänge, mm
Zugzahl

Feuchtteer, mg
Trockenteer, mg
Rauchnikotin, mg

Filternikotin, mg 0,60 0,46

Filterwirksamkeit,
direkt, auf Nikotinbasis, % 54,0 42,2

-f	60
0,	0
54,

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Es wird somit mit dem erfindungsgemäßen Filter mit weniger als der halben Menge Filtermaterial eine annähernd gleiche bzw. bessere Wirkung wie mit dem bekannten Filter erreicht. Unter Berücksichtigung der Wirkung des Anteils an Zelluloseacetat im erfindungsgemäßen Filter ergibt sich, daß 19 mg Polyäthylenfasern eine gleich gute Filterwirkung haben, wie 110 mg Zelluloseacetat.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Zigarettenfilter aus einem fasrigen Adsorptionsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das fasrige Adsorptionsmittel schwach hydrophile Polyolefinfascrn, welche hergestellt vjurden durch eine Entspannungsverdampfung einer unter Druck stehenden, überhitzten Emulsion aus

a) einer Lösung eines Polyolefins in einem leicht siedenden Lösungsmittel und

b) einer wäßrigen Lösung von 0,05 bis 0,7 Gew.-%, bezogen auf das Polyolefin eines Hydrophilierungsmittels

durch eine Düse in eine Zone mit niedrigem Druck, enthält.
2. Verfahren zur Verringerung des Gehaltes an Teer und Nikotin im Zigarettenrauch durch Verwendung eines Zigarettenfilters, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Zigarettenfilter verwendet, welches schwach hydrophile Polyolefinfasern, die hergestellt wurden durch eine Entspannungsverdampfung einer unter Druck stehenden überhitzten Emulsion aus

a) einer Lösung eines Polyolefins in einem leicht siedenden Lösungsmittel und

b) einer wäßrigen Lösung von 0,05 bis 0,7 Gew.-%, bezogen auf das Polyolefin eines Hydrophilierungsmittels

durch eine Düse in eine Zone mit niedrigem Druck, enthält.

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