DE4030316A1 - Filter mit teilchenfoermigem sorptionsmittel und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Filter mit teilchenfoermigem sorptionsmittel und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Filter, welche sich ins
besondere als Tabakrauchfilter eignen, nicht jedoch auf
diese Anwendung beschränkt sind und welche ein teilchen
förmiges Sorptionsmittel enthalten, z.B. Aktivkohle, Silica
gel, Sepiolit, Aluminiumoxid, Ionenaustauscher usw.
Die verschiedenen bekannten Verfahren zum Herstellen solcher
Filter lassen wegen Produktionsproblemen, Problemen hin
sichtlich der Steuerung der Qualität und Gleichförmigkeit
des Produkts und Problemen wegen des Verschleißes der
Produktionseinrichtungen zu wünschen übrig.
Um diese Probleme zu vermeiden, besteht ein Filterstab gemäß
der Erfindung im wesentlichen aus Substratfäden und/oder
-streifen, die individuell mit teilchenförmigem Sorptions
mittel, das an ihnen haftet, vorbeschichtet sind und in Form
eines Stabes zusammengefaßt und zusammengehalten werden,
z. B. durch eine umhüllende Manschette, wie eine extrudierte
Manschette oder Umhüllung oder eine Stopfenumhüllung mit
einem überlappten und geklebten Saum. Die Fäden und/oder
Streifen des Filterprodukts verlaufen im allgemeinen in
Längsrichtung des Stabes.
Das teilchenförmige Sorptionsmittel wird zweckmäßigerweise
mit dem Faden oder den Fäden und/oder dem oder den Streifen
durch einen Heißkleber, hochschmelzendes Polyethylenglykol
oder einen Emulsionskleber wie PVA verbunden. Als Heißkleber
eignen sich für die Zwecke der Erfindung insbesondere
verschiedene Polyester-Kleber. Das jeweils verwendete
Sorptionsmittel kann eine einheitliche Substanz oder eine
Mischung sein und diesen kann ein anderes Material zugemischt
sein.
Der erfindungsgemäße Stab aus sorptionsmitteltragenden Fäden
und/oder Streifen kann rohrförmig sein und in diesem Falle
einen Kern enthalten. Dieser Kern kann aus einem konventio
nellen Rauchfiltermaterial (z.B. einem Faserkabel, Stapel
fasern oder Kreppapier), einer offenendigen Röhre oder einem
nichtpermeablen oder wenig permeablen Teil bestehen, der zum
Gesamtdruckabfall des Filters beiträgt, jedoch wenig oder
keine Filterwirkung aufweist.
Die umhüllende Manschette der vorliegenden Filter kann
aus einem rauchdurchlässigen oder rauchundurchlässigen
Material bestehen und kann in beiden Fällen perforiert sein.
Wenn die teilchenförmigen Überzüge auf den Fäden oder
Streifen selbst mit Kleber (z. B. einem hitzeaktivierbaren
Kleber) versehen sind, kann die Verbindung beim Zusammen
fassen der überzogenen Fäden oder Streifen bewirkt oder
eingeleitet werden, wobei ein verbundener oder verklebter
Stab erhalten wird, der auch ohne eine umgebende Manschette
formstabil ist; die Kleberschicht muß dann diskontinuierlich
sein (z. B. eine Pulverbeschichtung), damit sie die Sorptions
eigenschaften des teilchenförmigen Sorptionsmittels nicht
ungebührlich beeinträchtigt. Es wird jedoch im allgemeinen
vorgezogen, eine den Stab zusammenhaltende oder umhüllende
Manschette vorzusehen, auch wenn die vorbeschichteten Fäden
oder Streifen miteinander verbunden sind.
Die vorgefertigten, mit Sorptionsmittelteilchen beschichteten
Fäden werden zweckmäßigerweise unter Verwendung einer kon
ventionellen Vorrichtung zu einem Stab zusammengefaßt und
umhüllt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Zu
führung der ein teilchenförmiges Sorptionsmittel tragenden
Fäden und/oder Streifen, ihr Zusammenfassen sowie ihre
Verarbeitung zu einem massiven oder rohrförmigen Stab
(gewöhnlich mit Anbringen einer umhüllenden Manschette) und
das Schneiden des resultierenden länglichen Produkts in
Stücke kontinuierlich und fortlaufend unter Verwendung
konventioneller Filterherstellungsmaschinen erfolgen. Wenn
der Stab rohrförmig sein soll, können die Fäden und/oder
Streifen um einen zentralen Dorn zusammengefaßt werden; wenn
der rohrförmige Stab einen Kern haben soll, kann der Kern
kontinuierlich zugeführt werden (z. B. durch einen hohlen
Dorn), während die ein teilchenförmiges Sorptionsmittel
tragenden Fäden und/oder Streifen um ihn herum zusammen
gefaßt und umhüllt werden; kontinuierliche, In-Line-Ver
fahren und Einrichtungen hierfür sind in der Zigaretten
filtertechnik bekannt.
Der Faden oder die Fäden und/oder der oder die Streifen
können im Zuge des oben erwähnten kontinuierlichen, fort
laufenden Herstellungsprozesses mit Kleber überzogen werden
(beispielsweise indem man sie gleichzeitig durch ein Bad
oder einen anderen Vorrat eines aktiven Klebers oder Binde
mittels zieht) und dann mit teilchenförmigem Sorptionsmittel
(beispielsweise indem man sie gleichzeitig durch einen
Behälter, ein Fließbett, einen umgewälzten Strom oder einen
anderen Vorrat des Sorptionsmittels zieht, während der
Kleber aktiv ist); die kleberbeschichteten Fäden und/oder
Streifen können auch getrennt hergestellt oder von einem
Lieferanten außer Haus bezogen werden wobei dann die Akti
vierung (z. B. Erweichung durch Wärmeeinwirkung) des Klebers
und das Aufbringen des teilchenförmigen Sorptionsmittels im
Zuge der Filterherstellung und kontinuierlich mit dieser
durchgeführt werden. Ein gleichförmiges Aufbringen des
Klebers (beispielsweise aus einem Bad flüssigen Polyvinyl
alkohols, PVA) kann durch Aufrakeln bewirkt werden, bei
spielsweise durch eine Öffnung oder an oder zwischen einer
Rakel oder Rakeln. Die Beladung der kleberbeschichteten
Fäden oder Streifen mit teilchenförmigem Sorptionsmittel
wird gewöhnlich so groß wie möglich sein und von Faktoren,
wie Teilchengröße, Faden- oder Streifenumfang usw. abhängen.
Additivbeschichtete Fäden werden Streifen für die Zwecke
der Erfindung vorgezogen; man kann soviel additivbeschich
tete Fäden verwenden wie man will, z. B. 20 oder mehr pro
Stab; für die meisten Zwecke werden bis zu 15 Fäden, z. B.
5 bis 10 oder 12, im Filterkörper genügen. Die Additiv- oder
Sorptionsmittelbeladung pro Faden kann in weiten Grenzen
schwanken (z. B. von 0,25 bis 2,0 mg/mm), dasselbe gilt für
die Gesamtbeladung pro Element (z. B. von 25 bis 200 mg für
eine Spitze oder ein Filterelement von 20 mm Länge) je nach
den Anforderungen an das Produkt.
Die Filterbeladung kann selbstverständlich durch Wahl der
Anzahl der Fäden und/oder ihrer Beladung kontrolliert werden.
Eine hohe Beladung der Fäden und/oder Streifen ergibt
Elemente, die fast ganz aus teilchenförmigem Sorptionsmittel
bestehen, ohne daß sie die Nachteile der bekannten Typen
teilchenförmiger Filterkomponenten und ihrer Herstellungs
verfahren aufweisen. Filterelemente gemäß der Erfindung
können eine kleine Menge anderen Materials enthalten (z. B.
andere Fasern oder Filamente oder Teilchen oder Additive) ,
sie bestehen jedoch vorzugsweise im wesentlichen ganz aus an
den Fäden und/oder Streifen haftendem Sorptionsmittel (außer
selbstverständlich einer äußeren Umhüllung und eines Kernes,
falls diese vorhanden sind.
Auch andere Parameter können entsprechend den Anforderungen
an das Produkt stark schwanken, beispielsweise das Gewicht
oder die Masse pro Länge, wenn Fäden dazu verwendet werden,
das teilchenförmige Sorptionsmittel zu tragen, die Teilchen
größe des Sorptionsmittels usw. Ein geeigneter additivtra
gender Faden hat beispielsweise etwa 100 oder 500 dtex; ge
eignete Teilchengrößenbereiche für Aktivkohle sind z. B. 500
bis 1400µm und 210 bis 500µm (entsprechend entsprechend
BS 410 normal 12/30 bzw. 30/70).
Die bei den vorliegenden Filtern verwendeten Fäden oder
Streifen können aus irgendeinem unschädlichen Material
bestehen. Die Fäden oder Streifen können aus einem Textil
material bestehen, z. B. einem oder mehreren Monofilamenten,
einem Garn oder einem Faserband oder einem Zwirn, oder einem
gewebten oder nichtgewebten Band. Ein geeignetes Faden
material ist Nähfaden, insbesondere wegen seiner Gleich
förmigkeit. Die Identität oder Gleichartigkeit der Fäden
ist nicht kritisch und sie können aus natürlichen und/oder
synthetischen Fasern bestehen. Rayon, Nylon und Polyester
sind zufriedenstellende Materialien für die Fäden, ein
anderes geeignetes Material ist Baumwolle, insbesondere
mercerisierte Baumwolle, wie sie für Nähfaden guter Qualität
verwendet wird.
Zumindest ein Teil des verwendeten teilchenförmigen
Sorptionsmittels kann einen Duft- oder Aromastoff tragen,
oder es kann ein anderes Material, das einen Duft- oder
Aromastoff trägt, inkorporiert werden.
Die Erfindung ermöglicht es, Aktivkohle und andere teilchen
förmige Sorptionsmittel in Tabakrauchfilter unter Verwendung
konventioneller Einrichtungen zu inkorporieren, ohne daß
dadurch Produktions- oder Einrichtungsprobleme auftreten;
insbesondere läßt sich leicht eine gleichförmige Sorptions
mittelbeladung erreichen und diese läßt sich erforderlichen
falls einfach und genau ändern. Die erfindungsgemäßen Filter
gestatten es dem teilchenförmigen Sorptionsmittel, das an
dem Faden oder den Fäden und/oder dem oder den Streifen
haftet, seine Filterwirkung ungehindert oder im wesentlichen
ungehindert auf den Tabakrauchstrom auszuüben; die vor
liegenden Filter bewirken daher eine gute Zurückhaltung von
dampfförmigen Rauchanteilen.
Die erfindungsgemäßen Filter können kontinuierlich herge
stellt und in Stücke bestimmter begrenzter Länge zerteilt
werden. Die individuellen Stücke können dann jeweils selbst
als Filter für eine Zigarette verwendet werden (z. B. für
schlanke Zigaretten, die typischerweise einen Umfang von
etwa 18 mm aufweisen), vorzugsweise werden sie jedoch
longitudinal fluchtend mit mindestens einem anderen Filter
element als Teil eines Mehrfach- oder Kombinations- (z. B.
Doppel- oder Dreifach-) Zigarettenfilters verwendet,
vorzugsweise wird ein individuelles Filter gemäß der
Erfindung in Verbindung mit einem longitudinal fluchtenden
mundseitigen Element konventionellen Aussehens verwendet,
beispielsweise einem gleichförmigen Stopfen aus Zellulose
acetat-Faserkabel.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs
beispielen näher erläutert. Bei den Beispielen 1 bis 4
wurden mit Kleber vorbeschichtete Polyester- oder Nylonfäden
mit etwa 550 dtex verwendet. Das im speziellen verwendete
Sorptionsmittel bestand aus Aktivkohlegranulat mit Teilchen
größen zwischen 710 und 1400µm (BS 12/22). Bei jedem
Beispiel wurde die angegebene Anzahl von Fäden gleichzeitig
durch ein Bad aus flüssigem PVA-Kleber gezogen, wobei ein
gleichförmiger Auftrag durch Rakeln bewirkt wurde, und dann
wurden die Fäden durch einen zirkulierenden Strom des Aktiv
kohlegranulats geführt, um die erwähnte Aktivkohlebeladung
zu bewirken. Die kohletragenden Fäden wurden dann durch eine
konventionelle Umhüllungsgarnitur geführt, in der sie zu
sammengefaßt und mit einer perforierten Ecusta-Heißkleber-
Stopfenumhüllung umwickelt wurden, um kontinuierlich einen
Stab zu erzeugen, der beim Austreten in Stücke bestimmter
Längen zertrennt wurde. Einzelheiten der Beispiele 1 bis 4
sind in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt. Die Druckabfälle
sind in Pascal angegeben und wurden unter normierten Luft
strombedingungen im eingeschlossenen Zustand gemessen, d.h.
daß nur die Stirnflächen des Filterelements der Luftströmung
ausgesetzt waren.
Das Dampf-Rückhaltevermögen der Filterelemente gemäß
Beispiel 3 und 4, jedoch mit einer Länge von 15 mm anstelle
von 60 mm wurde geprüft. Die 15 mm langen Filter wurden an
kommerziellen schlanken Zigaretten angebracht und mit einer
Normrauchmaschine unter Normbedingungen abgeraucht, die
Abgabe der verschiedenen Dampfphasenkomponenten wurde
chromatographisch gemessen; obwohl die Filterstopfen
umhüllung perforiert war, wurde eine seitliche Ventilation
des Filters verhindert, so daß man Werte unter "einge
schlossenen" Bedingungen erhielt. Die Werte des Rückhalte
vermögens sind im Vergleich mit einer Kontrolle in Tabelle 2
in Prozent angegeben.
Stäbe mit einer Länge von 90 mm und einem Umfang von 24,13 mm
wurden wie bei den Beispielen 1 bis 4 unter Verwendung von
12 Polyesterfäden (Trevira 550 dtex), flüssigem PVA-Kleber
(Borden Plastiflex A401), Aktivkohlegranulat (Chemviron SC2)
mit einer Partikelgröße entsprechend 12/30 Britisch Normsieb
und einer doppelten Umwicklung mit poröser Ecusta-Stopfenumhüllung
hergestellt. Die Kohlebeladung der Stäbe betrug
13,6 mg/mm und der Druckabfall an einem 90 mm langen Stab
betrug 373 Pa.
Um Dreifachfilter zu bilden, wurden die 90 mm langen Filterstäbe
des Beispiels 5 in Stücke von 15 mm zerschnitten und
Ende-an-Ende aneinanderstoßend mit 12 mm langen, nicht um
hüllten Stäben aus gebundenem Zelluloseacetat-Faserkabel
(Faserdenier 5, Kabeldenier 30×103) einer konventionellen
Umhüllungsvorrichtung zugeführt, in der sie mit der genannten
porösen Stopfenumhüllung unter Bildung eines kombinierten
Stabes umhüllt wurden. Der kombinierte Stab wurde dann in
der Mitte jedes der 12 mm langen Zelluloseacetatteile zer
schnitten um Dreifachfilter zu erhalten, die jeweils ein 15
mm langes Stück des Stabes gemäß Beispiel 5 enthielten, das
durch die äußere Ecusta-Stopfenumhüllung in Längsrichtung
angrenzend zwischen 6 mm langen Zelluloseacetat-Endstopfen
gehalten wurde. Diese Dreifachfilter waren 27 mm lang und
hatten einen Umfang von 24,42 mm sowie eine Kohlenstoff
beladung von 204 mg pro Filter. Der Druckabfall der Dreifach
filter betrug 275 Pa, ihr Teerrückhaltevermögen 40,5% und
ihr Nikotinrückhaltevermögen 25,6%; das Rückhaltevermögen
für Dampfkomponenten war wie es in Tabelle 2 ausgeführt
ist.
Bei den Beispielen 5 und 6 sind alle verwendeten Stopfen
umhüllungen porös, dies ist jedoch nicht wesentlich; bei den
Stopfenumhüllungen kann es sich in gleicher Weise um poröse,
undurchlässige und perforierte Typen handeln. Die Druck
abfälle und die Rückhaltevermögen wurden bei den Beispielen
5 und 6 wie bei dem Beispiel 1 und 4 im eingeschlossenen
Zustand gemessen.
Die erfindungsgemäßen Produkte eignen sich besonders für
Tabakrauchfilter und die Erfindung wurde daher im wesent
lichen anhand solcher Filter beschrieben, sie ist jedoch auf
diese Verwendung beschränkt, da die beschriebenen Vorteile
auch bei anderen Anwendungen erreicht werden.
Claims (8)
1. Filter, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen
aus Substratfäden und/oder -streifen besteht, welche
individuell mit einem an ihnen haftenden teilchenförmigen
Sorptionsmittel überzogen und in Form eines Stabes zusammen
gefaßt sowie zusammengehalten sind.
2. Filter, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen
aus Substratfäden und/oder -streifen besteht, welche
individuell mit einem an ihnen haftenden teilchenförmigen
Sorptionsmittel überzogen und in Form einer Röhre, die einen
Kern enthalten kann, zusammengefaßt und zusammengehalten
sind.
3. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es
5 bis 12 der genannten Fäden enthält.
4. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das teilchenförmige Sorptionsmittel
Aktivkohlegranulat enthält.
5. Kombinationsfilter, dadurch gekennzeichnet, daß es ein
Filter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche enthält, das
longitudinal fluchtend mit mindestens einem weiteren Filter
gehaltert ist.
6. Verfahren zum Herstellen eines Filters, dadurch gekenn
zeichnet, daß kontinuierlich Fäden und/oder Streifen, die
mit einem aktiven Kleber beschichtet sind, zugeführt und
zugleich durch teilchenförmiges Sorptionsmittel geführt
werden, um einen Überzug hieraus zu sammeln, daß die mit dem
Sorptionsmittel überzogenen Fäden und/oder Streifen unter
Bildung eines langgestreckten Elementes, wie eines Stabes
oder Rohres zusammengefaßt werden und daß das resultierende
langgestreckte Element in Stücke begrenzter Längen zertrennt
wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Fäden und/oder Streifen um einen Dorn herum zusammen
gefaßt werden, so daß sich ein rohrförmiges Produkt ergibt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Fäden und/oder Streifen um einen kontinuierlich
zugeführten Kern herum zusammengefaßt werden.
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