DE4030316A1 - Filter mit teilchenfoermigem sorptionsmittel und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Filter mit teilchenfoermigem sorptionsmittel und verfahren zu seiner herstellung

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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.
Tabelle 1
Tabelle 2
Dampfphasenverhalten
Beispiel 5
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.
Beispiel 6
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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