DE69433539T2

DE69433539T2 - Tabakrauchfilter und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE69433539T2
Application number: DE69433539T
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Kawachinagano-shi Tsugaya; Hiroki Himeji-shi TANIGUCHI; Nobuyuki Oji; Kanae Nishimura
Original assignee: Japan Tobacco Inc; Daicel Chemical Industries Ltd
Current assignee: Daicel Corp; Japan Tobacco Inc
Priority date: 1993-07-13
Filing date: 1994-07-13
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2014-07-14
Also published as: DE69433539D1; EP0904705A1; EP0904705B1; EP0634113B1; US5947127A; KR100205265B1; CN1106811C; CA2127817A1; KR960013264A; CA2127817C; US5706833A; EP0634113A3; EP0634113A2; DE69417302T2; DE69417302D1; CN1104876A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tabakfilter, der, bei Entsorgung in die Umwelt nach dem Rauchen, in Regenwasser oder dgl. rasch zerfällt oder dispergiert wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Der Tabakfilter aus einem Faserbündel (tow) aus Celluloseesterfaser wird in breitem Umfang angewandt, und zwar, um die Teerprodukte aus Tabakrauch zu entfernen, wobei dennoch der Geschmack und die Schmackhaftigkeit des Rauchs bewahrt und erhalten bleiben. Bei der Herstellung eines solchen Tabakfilter wird gewöhnlich ein Plastifiziermittel (z. B. Triacetin, Triethylenglycoldiacetat, Triethylenglycoldipropionat, Dibutylphthalat, Dimethoxyethylphthalat, Triethylzitrat usw.) zugefügt, um die Form des Filterpflocks aufrechtzuerhalten und die Festigkeit oder Härte zu gewährleisten, die notwendig sind, um Filterspitzen bzw. entsprechende Stücke aus dem Pflock herauszuschneiden.
Im mit einem solchen Plastifiziermittel gebildeten Filterpflock sind die Filamente teilweise zusammen mit dem Plastifiziermittel verschmolzen worden. Somit spielt das Plastifiziermittel die Rolle eines Binders, der die Celluloseesterfilamente an beliebigen Stellen miteinander verbindet. Als Folge davon dauert es, bei Entsorgung der Zigarettenstummel bzw. -kippen, lange, bis das Filterstück zersetzt ist, was die Umwelt verunstaltet und ein Verschmutzungsproblem verursacht.
Zwischenzeitlich sind auch ein Papierfilter aus gekreppter Holzpulpe und ein Tabakfilter aus einem Bündel aus regenerierter Cellulosefaser bekannt geworden. Verglichen mit einem Filter aus einem Bündel aus Celluloseesterfaser, sind jene Filter geringfügig besser in der Nässe zersetzbar und ergeben daher eine etwas geringere Verschmutzungsbelastung. Allerdings werden das Aroma und die Schmackhaftigkeit von Tabak beeinträchtigt, und es kann die selektive Entfernung phenolischer Komponenten, welche bei jedem Tabakfilter erforderlich ist, kaum erwartet werden. Außerdem ist die Festigkeit dieser Filter niedriger als diejenige eines Celluloseesterfilter, bei gegebenen Druckverlustbedingungen.
In JP-OS 24151/1981 (JP-A-56-24151) ist ein Filter aus einer Celluloseacetatfaser und einer Heißschmelz- oder Temperaturempfindlichen Klebefaser offenbart, die die genannte Acetatfaser an Schnittpunkten bindet. Als die Heißschmelz-Klebefaser werden ein fibrilliertes Polyolefin oder eine entsprechende Faser verwendet, und deren auf die Celluloseacetatfaser bezogener Mengenanteil beträgt 25 bis 50 Gew.-%. Dieser Filter zerfällt in Wasser im wesentlichen nicht, weil die Celluloseacetatfaser dreidimensional oder knotenartig an einer Vielzahl von Schnittpunkten durch die wasserunlösliche Heißschmelz-Klebefaser gebunden ist.
In JP 75223/1975 (JP-A-50-75223), entsprechend US-Anmeldung Nr. 411 117, ist eine Verfahrensweise zur Herstellung eines Tabakfilter beschrieben, wobei eine Celluloseesterfaser mit einer Kleberzusammensetzung aus einem hochsiedenden Polyol und einem wasserlöslichen oder -dispergierbaren Polymer gebunden wird, das in genanntem Polyol löslich und beispielsweise aus der Gruppe aus Polyestern, Polyamiden und Polyesteramiden ausgewählt ist.
WO 93/24685 ist auf einen bioabbaubaren Tabakfilter aus einer Celluloseesterfaser und einem fotoempfindlichen Metalloxid gerichtet, und es wird ein Filterstab (Tabakfilter) aus einem Bündel der Faser beschrieben, wobei das Ganze mit einem wasserlöslichen Binder und einem wasserlöslichen Kleber zusammengehalten wird, um ein Umschlagpapier, das das Bündel umhüllt, zu fixieren oder zu verkleben.
Wie in diesen Literaturstellen beschrieben, wird ein wasserlösliches Klebemittel in der Form einer Lösung in Wasser oder in einem hydrophilen Lösungsmittel auf die Faser durch Sprühen oder Tauchen aufgebracht, aber es findet sich kein Hinweis von Belang auf die Menge von Wasser, die bezüglich der Celluloseesterfaser verwendet wird.
Unterdessen wird ein Filterstab ganz allgemein hergestellt, indem man ein Bündel aus Celluloseester oder einer anderen Faser in Umschlagpapier mit einer hohen Geschwindigkeit von z. B. ca. 400 m/min umhüllt. Daher sollte, bei der Herstellung eines Filterstabs, das Bündel kompatibel mit der hohen Geschwindigkeit der entsprechenden Herstellverfahren, insbesondere derjenigen des Umhüllungsverfahrens, sein.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Tabakfilter bereitzustellen, der in der Nässe in hohem Maße zerfällt und zersetzt wird, um dadurch einen Beitrag zur Verminderung der Umweltproblematik zu leisten. Es wird auch ein Verfahren zur Herstellung desselben angegeben.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Tabakfilter bereitzustellen und ein Verfahren zur Herstellung desselben anzugeben, wobei der Tabakfilter in Wasser wie Regenwasser rasch zerfällt oder dispergiert wird, und, sogar bei Entsorgung in die Umwelt nach dem Rauchen, die Umwelt nicht verunstaltet.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Tabakfilter und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen und anzugeben, wobei der Filter ein angemessenes unangestrengtes Paffvolumen oder einen entsprechenden Zugwiderstand ergibt und das Aroma, den Geschmack und die Schmackhaftigkeit von Tabakrauch nicht beeinträchtigt.
Schließlich ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Produktivitätssteigerung der Herstellung von Tabakfiltern anzugeben und zur Verfügung zu stellen, wobei ein Bündel aus Celluloseesterfaser mit hoher Geschwindigkeit glatt umhüllt wird, und zwar trotz der Verwendung eines wasserlöslichen Polymer.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben nach umfangreichen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Lösung der oben genannten Aufgaben herausgefunden, dass ein Tabakfilter, der aus einem Bündel aus Celluloseesterfaser unter Verwendung eines wasserlöslichen Polymer anstatt der herkömmlichen Plastifiziermittel für die Celluloseesterfaser hergestellt ist, bei Kontakt mit Wasser rasch zerfällt und zersetzt wird, und dass die Menge von Wasser, die bezogen auf das Celluloseesterbündel eingesetzt wird, einen tiefgreifenden Einfluss auf Produktivität und Herstellbedingungen der Filter ausübt. Die vorliegende Erfindung ist auf der Grundlage der obigen Erkenntnisse entwickelt und fertiggestellt worden.
Somit ist der Tabakfilter der vorliegenden Erfindung ein Filter, umfassend ein Bündel aus Celluloseesterfasern und ein wasserlösliches Polymer, das im Bündel enthalten ist und die Fasern bindet, worin das wasserlösliche Polymer ausgewählt ist aus

(1) Celluloseacetat mit einem durchschnittlichen Acetylierungsgrad von 0,3 bis 1,
(2) Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylether, Acrylpolymeren und Vinylalkylether-Maleinsäure-Copolymeren und aus
(3) Polyalkylenoxiden.

Der Mengenanteil des wasserlöslichen Polymers, bezogen auf 100 Gew.-Teile des Bündels, kann beispielsweise ca. 0,5 bis 30 Gew.-Teile ausmachen. Das wasserlösliche Polymer schließt Polymere mit einem Schmelzpunkt von ca. 50 bis 200°C ein. Das wasserlösliche Polymer kann in flüssiger Form, wie einer Lösung oder Dispersion, oder in Teilchen-Form verwendet werden. Zur Verringerung der erforderlichen Wassermenge, bezogen auf das Bündel, kann das wasserlösliche Polymer ein Heißschmelz-Klebepolymer sein. Das Heißschmelz-Klebepolymer bedeutet ein Temperatur-empfindliches Klebepolymer, das bei Raumtemperatur fest ist und Klebevermögen bei Abkühlung des geschmolzenen oder Schmelz-Polymer entwickelt, das auf den zu verklebenden Stoff aufgebracht wird.
Der Tabakfilter der vorliegenden Erfindung kann mit einem Verfahren hergestellt werden, das die Stufen umfasst:

(i) Öffnen eines Bündels aus 3.000 bis 1.000.000 Monofilamenten aus gekräuselten Celluloseesterfasern mit einem Monofilamentgewicht von 1 bis 16 Denier auf eine Breite von 100 bis 500 mm,
(ii) Zugabe einer wässrigen Lösung oder Dispersion aus mindestens einem wasserlöslichen Polymer, ausgewählt aus
(1) Celluloseacetat mit einem durchschnittlichen Acetylierungsgrad von 0,3 bis 1,
(2) Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylether, Acrylpolymeren und Vinylalkylether-Maleinsäure-Copolymeren und aus
(3) Polyalkylenoxiden, zu dem Bündel aus den Celluloseesterfasern, und zwar so, dass die zugefügte Wassermenge 0,5 bis 20 Gew.-Teile beträgt, bezogen auf 100 Gew.-Teile des Bündels,
(iii) Verarbeiten des Bündels zu einem Filterstab und
(iv) Entfernen des Lösungsmittels aus dem Filterstab durch Trocknung.

Bei Verwendung des wasserlöslichen Polymer in der Form einer wässrigen Lösung oder Dispersion kann der Filterstab mit hoher Geschwindigkeit zur Herabsetzung der, bezogen auf das Bündel, zuzufügenden Wassermenge hergestellt werden. Die relative Wassermenge kann durch Aufbringung des wasserlöslichen Polymer in der Form einer Lösung oder Dispersion auf das vorher geöffnete oder ausgebreitete Bündel herabgesetzt werden. Das niedrig-siedende Lösungsmittel und Wasser werden aus dem Filterstab danach entfernt. Bei Verwendung des wasserlöslichen Polymer in Teilchen-Form kann die Celluloseesterfaser durch Schmelzen und Kühlen des Polymer gebunden werden. Mit diesen technischen Neuerungen kann das Bündel in erfolgreicher Weise in Umschlagpapier mit hoher Geschwindigkeit eingewickelt werden.
In einigen Fällen zeigt ein Polymer keinen eindeutigen Schmelzpunkt, erweicht aber bei einer spezifischen Temperatur. In der vorliegenden Beschreibung schließt der hier verwendete Begriff "Schmelzpunkt", im Rahmen der entsprechenden Bedeutung, den Erweichungspunkt eines solchen Polymer ebenfalls ein.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der oben genannte Celluloseester schließt z. B. organische Säureester wie Celluloseacetat, Cellulosebutyrat, Cellulosepropionat usw., anorganische Säureester wie Cellulosenitrat, Cellulosesulfat, Cellulosephosphat usw., gemischte Säureester wie Celluloseacetatpropionat, Celluloseacetatbutyrat, Celluloseacetatphthalat, Cellulosenitratacetat usw., und Celluloseesterderivate wie Polycaprolacton-gepfropftes Celluloseacetat usw. ein. Diese Celluloseester können allein oder in Kombination verwendet werden.
Der Durchschnittspolymerisationsgrad des Celluloseester kann z. B. ca. 10 bis 1000, vorzugsweise ca. 50 bis 900 und noch bevorzugter ca. 200 bis 800 betragen. Der Durchschnittssubstitutionsgrad des Celluloseester kann z. B. ca. 1 bis 3 betragen. Celluloseester mit Durchschnittssubstitutionsgraden im Bereich von ca. 1 bis 2,15 und vorzugsweise von ca. 1,1 bis 2,0 eignen sich zur Begünstigung der Bioabbaubarkeit.
Der bevorzugte Celluloseester schließt organische Säureester (z. B. Ester organischer Säuren mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen) ein, unter denen Celluloseacetat besonders erwünscht ist. Obwohl der Acetylierungsgrad von Celluloseacetat im allgemeinen in einem Bereich von ca. 43 bis 62% liegt, sind diejenigen Species mit Acetylierungsgraden im Bereich von ca. 30 bis 50% in hohem Maße bioabbaubar. Daher kann der Acetylierungsgrad des Celluloseacetats aus einem Bereich von ca. 30 bis 62% ausgewählt sein.
Die oben genannte Celluloseesterfaser kann eine Vielzahl von Additiven wie fein zerteilte Pulver anorganischer Substanzen, z. B. Kaolin, Talkum, Diatomeenerde, Quarz, Calciumcarbonat, Bariumsulfat, Titandioxid, Aluminiumoxid usw., Hitzestabilisiermittel, z. B. Salze von Erdalkalimetallen wie von Calcium, Magnesium usw., Farbstoffe, Öle und Ausbeuteverbesserungsmittel enthalten. Ferner kann die Umweltabbaubarkeit der Faser durch Einbringung eines Bioabbaubeschleunigers wie von Zitronensäure, Weinsäure, Apfelsäure usw. und/oder eines Lichtabbaubeschleunigers, wie von Titandioxid in Anatas-Form, gesteigert werden.
Die Celluloseesterfaser kann im gegebenen Anwendungsfall einen Weißmacher, wie Titandioxid, vorzugsweise Titandioxid in Anatas-Form enthalten. Die Durchschnittsteilchengröße von Titandioxid beträgt z. B. ca. 0,1 bis 10 und vorzugsweise 0,2 bis 5 μm. Der Anteil von Titandioxid am gesamten Celluloseester beträgt im allgemeinen ca. 0,05 bis 2, vorzugsweise ca. 0,1 bis 1, noch bevorzugter ca. 0,2 bis 0,8 und insbesondere ca. 0,4 bis 0,6 Gew.-%.
Die Feinheit der Celluloseesterfaser kann ca. 1 bis 16 Deniers betragen, beträgt aber vorzugsweise 1 bis 10 und noch bevorzugter 2 bis 8 Deniers. Die Celluloseacetatfaser kann nicht-gekräuselt sein, ist aber vorzugsweise eine gekräuselte Faser. Der Kräuselungsgrad für die gekräuselte Faser kann z. B. 5 bis 75 Kräusel, vorzugsweise 10 bis 50 und noch bevorzugter ca. 15 bis 50 Kräusel pro Linear-Inch (25,4 mm) betragen. Der Kräuselungsgrad beträgt in vielen Fällen ca. 20 bis 50 Kräusel/inch (25,4 mm). Darüber hinaus wird eine einheitlich gekräuselte Faser häufiger angewandt. Mit einer gekräuselten Faser ist ein Filterstab mit einem angemessen Paffwiderstandsgrad und inhibierter Kanalbildung erhältlich. Außerdem werden die Fasern in wirksamer Weise gebunden, sogar mit einer verringerten Menge des wasserlöslichen Polymer.
Die Querschnittskonfiguration der Celluloseesterfaser ist nicht besonders eingeschränkt, kann aber beispielsweise kreisförmig oder ellyptisch sein oder eine andere Konfiguration aufweisen. Somit kann die Faser einen modifizierten Querschnitt (z. B. Y-, X-, I- oder R-konfiguriert) aufweisen oder hohl sein.
Das Bündel (Faserbündel) aus Celluloseesterfaser ist durch Bündelung von 3000 bis 1000000 und vorzugsweise von 5000 bis 100000 Monofilamenten der Celluloseesterfaser erhältlich. Im praktischen Anwendungsfall werden 3000 bis 100000 kontinuierliche Monofilamente gebündelt.
Der Begriff "wasserlösliches Polymer" ist in der vorliegenden Beschreibung so verwendet, dass in Wasser dispergierbare Polymere in deren breitem Sinn eingeschlossen sind. Das wasserlösliche Polymer (der wasserlösliche Kleber) kann in fester Form, z. B. als Pulver, oder auch in der Form einer Schmelze angewandt und eingesetzt werden. Das wasserlösliche Polymer ist ausgewählt aus:

(1) Celluloseacetat mit einem durchschnittlichen Acetylierungsgrad von 0,3 bis 1
(2) Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylether, Acrylpolymeren und Vinylalkylether-Maleinsäure-Copolymeren und aus
(3) Polyalkylenoxiden.

Diese wasserlöslichen Polymeren können einzeln oder in Kombination verwendet werden.
Der Polyvinylether schließt Poly(vinylmethylether), Poly(vinylethylether), Poly(vinylpropylether), Poly(vinylisopropylether), Poly(vinylbutylether), Poly(vinylisobutylether) usw. ein.
Falls erforderlich, können die Vinylalkylether-Maleinsäure-Copolymeren eine Einheit aus weiteren copolymerisierbaren Monomeren wie Ester von (Meth)acrylsäure enthalten. Die Maleinsäure kann in der Form eines Hemi- oder Halbesters mit einem Alkohol oder eines Diesters mit einem Alkohol oder Alkoholen in einer Menge vorhanden sein, die die Wasserlöslichkeit nicht beeinflusst. Außerdem können der Vinylalkylether und die copolymerisierbare Maleinsäure zur Herstellung des Copolymers jeweils als 1 Spezies oder eine Mischung aus 2 oder mehr Spezies vorliegen.
Das wasserlösliche Acrylpolymer schließt u. a. Acrylharze, solubilisiert mit (Meth)acrylsäure oder einem Salz davon, wie Polyacrylsäure oder ihre Salze (z. B. Natriumpolyacrylat, Ammoniumpolyacrylat usw.), Polymethacrylsäure oder ihre Salze, Copolymere von (Meth)acrylsäurealkylestern wie Methylmethacrylat, Butylacrylat usw. mit (Meth)acrylsäure, teilhydrolysierte Polyacrylester, teilhydrolysierte Polyacrylestercopolymere, Polyacrylamid usw. ein.
Das Polyalkylenoxid schließt Polyethylenoxid (Polyethylenglycol), Polypropylenoxid (Polypropylenglycol), Ethylenoxid-Propylenoxid-Copolymer usw. ein. Das wasserlösliche Polypropylenoxid ist im allgemeinen in einem Molekulargewichtsbereich von nicht mehr als 1000 erhältlich. Die Hydroxylgruppen eines solchen Polyalkylenoxids können mit einem endständigen Blockierungsmittel wie einer organischen Carboxylsäure blockiert sein.
Für eine gesteigerte Nass-Zersetzlichkeit kann die Löslichkeit des wasserlöslichen Polymer in Wasser von 20°C im Bereich von 5 Gew.-% bis unendlich, vorzugsweise von 30 Gew.-% bis unendlich, noch bevorzugter von 50 Gew.-% bis unendlich und insbesondere im Bereich von 80 Gew.-% bis unendlich liegen. Was das Vinylalkylether-Maleinsäure-Copolymer betrifft, beträgt dessen Säure-Wert z. B. ca. 30 bis 300.
Das Molekulargewicht des wasserlöslichen Polymer kann gemäß dem Typ des wasserlöslichen Polymer innerhalb eines Bereichs ausgewählt sein, der die Umhüllungswirksamkeit in der Einhüll-Verfahrensstufe und das Klebevermögen nicht beeinträchtigt.
Das Celluloseacetat mit einem durchschnittlichen Acetylierungsgrad von 0,3 bis 1 weist vorzugsweise Viskositäten im Bereich von 5 bis 500 und bevorzugter von 10 bis 300 cps auf, gemessen in 10%iger Konzentration in Wasser. Bezüglich Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylether, Vinylalkylether-Maleinsäure-Copolymer, Acrylpolymeren und Polyethylenoxid, können diese Verbindungen, die Viskositäten im Bereich von 1 bis 500 cps, vorzugsweise von 2 bis 200 und noch bevorzugter von 5 bis 100 cps, gemessen für 10%ige wässrige Lösungen oder Dispersionen, aufweisen, vorteilhaft eingesetzt werden. Ist die Lösungsviskosität zu niedrig, wird die Festigkeit oder Härte des Filters beeinträchtigt, um den Wirkungsgrad der Einhüllstufe mit einem Umschlagpapier und den Schneidevorgang nachteilig zu beeinflussen. Ist die Lösungsviskosität zu hoch, wird die Verarbeitbarkeit nachteilig beeinflusst. Der Carboxymethylierungsgrad der Carboxymethylcellulose ist nicht besonders kritisch, kann aber z. B. ca. 0,5 bis 2,0 betragen.
Um die Qualität und Sicherheit des Rauchens nicht zu beeinträchtigen, sollte das wasserlösliche Polymer nicht-toxisch, geschmacks- und geruchlos sein. Außerdem weist, im Hinblick auf die Einhüllverfahrensstufe, das wasserlösliche Polymer vorzugsweise eine niedrige Hygroskopizität auf. Aus Gründen der Ästhetik des Filters ist der Farbton des wasserlöslichen Polymer vorzugsweise farblos, klar oder weiß.
Wird ein wasserlösliches Polymer in der Form einer wässrigen Lösung oder Dispersion verwendet, kann es vorkommen, abhängig von der Menge des verwendeten wässrigen Lösungsmittels, dass die Stärke und Festigkeit des Filterstabs sowie nicht nur die Bedingungen der Einhüllstufe des Bündels mit einem Umschlagpapier, sondern auch der Schneidevorgang des Stabs in Filterspitzen entscheidend beeinträchtigt sind. Insbesondere wenn eine wässrige Lösung eines wasserlöslichen Polymer auf das Bündel durch Tauchen aufgebracht wird, werden Stärke und Festigkeit des Bündels deutlich herabgesetzt. Wird das wasserlösliche Polymer in der Form einer wässrigen Lösung oder Dispersion eingesetzt und angewandt, ist es daher vorteilhaft, die Menge des dann dem Bündel zugefügten Wassers herabzusetzen.
Jedoch ist ein Heißschmelz-Kleberpolymer (wasserlöslicher Heißschmelzkleber), der sein Klebevermögen bei Schmelz-Verfestigung entwickelt, ein lösungsmittelfreier Kleber und hat daher mit den obigen Problemen überhaupt nichts zu tun. Das wasserlösliche Polymer des vorliegenden Typs (wasserlöslicher Heißschmelzkleber) schließt diejenigen Polymeren ein, die unter den hier genannten Polymeren Heißschmelzklebevermögen zeigen und ergeben, wie dargestellt durch Polyalkylenoxide und Acrylpolymere.
Diese wasserlöslichen Polymeren können allein oder in Kombination verwendet werden.
Der Heißschmelzkleber aus Polyalkylenoxiden kann Molekulargewichte im Bereich von 3000 bis 100000 und vorzugsweise von ca. 5000 bis 50000 aufweisen.
Das oben beschriebene wasserlösliche Polymer ist bei Raumtemperatur fest, und sein Schmelzpunkt kann, unabhängig von seinem Heißschmelzklebevermögen, z. B. 50 bis 200, vorzugsweise 70 bis 170 und noch bevorzugter 80 bis 150°C betragen. Der empfehlenswerte Schmelzpunkt des wasserlöslichen Polymer beträgt 50 bis 150°C. Liegt der Schmelzpunkt des wasserlöslichen Polymer unterhalb 50°C, besteht eine Neigung dazu, dass das Polymer beim Rauchen erweicht oder schmilzt. Liegt er andererseits oberhalb 200°C, kann die Celluloseesterfaser beim Schmelzbindungsverfahren geschädigt werden. Zur Gewährleistung einer wirksamen Entwicklung des Klebevermögens beim Heißschmelzen liegt der Zersetzungspunkt des wasserlöslichen Polymer im allgemeinen nicht unterhalb 200°C.
Die Schmelzviskosität des wasserlöslichen Heißschmelz-Kleberpolymer beträgt bei 150°C ca. 100 bis 100.000, vorzugsweise 150 bis 75000 und noch bevorzugter 200 bis 50.000 cps. Der Erweichungspunkt des wasserlöslichen Heißschmelz-Kleberpolymer kann z. B. ca. 50 bis 200 und vorzugsweise ca. 75 bis 150°C betragen.
Das wasserlösliche Heißschmelz-Kleberpolymer wird im allgemeinen in einer teilchenförmigen Form angewandt und eingesetzt. Die Partikelgröße eines solchen teilchenförmigen wasserlöslichen Polymer kann frei innerhalb eines Bereiches ausgewählt sein, der eine wirksame Entwicklung des Klebevermögens bezüglich der Celluloseesterfaser ergibt und die Einhüllverfahrensstufe nicht stört. Somit beträgt der Durchschnittspartikeldurchmesser z. B. ca. 10 bis 500 μm, vorzugsweise 30 bis 300 und noch bevorzugter ca. 50 bis 200 μm. Beträgt der Durchschnittspartikeldurchmesser weniger als 10 μm, steigt die Menge des wasserlöslichen Polymer, das beim Einhüllvorgang verstreut wird, an, und es wird wegen der schwierigen Rückgewinnung die Ausbeute herabgesetzt. Außerdem können die Bedingungen beim Einhüllvorgang beeinträchtigt werden. Beträgt andererseits der Durchschnittspartikeldurchmesser mehr als 500 μm, trägt das wasserlösliche Polymer nicht zur wirksamen Bindung der Celluloseesterfaser bei.
Die Menge des wasserlöslichen Polymer kann gemäß Anwendungstyp und -form des Polymer und gemäß den Charakteristika der Celluloseesterfaser ausgewählt werden und beispielsweise ca. 0,5 bis 30 Gew.-Teile, vorzugsweise ca. 1 bis 20 und mit noch besseren Ergebnissen ca. 1 bis 17 Gew.-Teile betragen, bezogen auf 100 Gew.-Teile des Celluloseester-Faserbündels. Beträgt der Mengenanteil des wasserlöslichen Polymers weniger als 0,5 Gew.-Teile, kann das Polymer keinen genügend guten Effekt als Binder auf die Celluloseacetatfaser ausüben, so dass die Festigkeit oder Starrheit (Härte), die für einen Filter erforderlich sind, nicht erhalten werden können. Übersteigt andererseits die Menge des wasserlöslichen Polymers 30 Gew.-Teile, besteht eine Tendenz dazu, dass sowohl die Qualität des Rauchens als auch die Einwicklung nachteilig beeinflusst werden und das Umschlagpapier anfällig ist, Kräusel zusammen mit dem wasserlöslichen Harz zu entwickeln.
Bei Verwendung des wasserlöslichen Polymers in der Form einer wässrigen Lösung oder Dispersion beträgt die Menge des Polymers, bezogen auf Feststoffe, ganz allgemein ca. 0,5 bis 20 Gew.-Teile, vorzugsweise ca. 1 bis 10 Gew.-Teile und bevorzugter ca. 1 bis 5 Gew.-Teile, bezogen auf 100 Gew.-Teile des Celluloseester-Faserbündels.
Bei Verwendung des wasserlöslichen Polymers in Teilchenform oder als Schmelze beträgt die Menge des Polymers ganz allgemein ca. 3 bis 25 Gew.-Teile, vorzugsweise ca. 5 bis 20 Gew.-Teile und mit noch besseren Ergebnissen ca. 5 bis 17 Gew.-Teile, bezogen auf 100 Gew.-Teile Celluloseester-Faserbündel.
Das wasserlösliche Polymer kann in Kombination mit einem wasserunlöslichen (nicht-wasserlöslichen) Polymer verwendet werden, allerdings in einem Bereich, der die Zersetzbarkeit des Filter nicht nachteilig beeinflusst. Bei Verwendung eines Binders aus ausschließlich dem wasserlöslichen Polymer kann somit ein ziemlich rascher Zerfall bei Kontakt mit Wasser eintreten, und es kann der Filter, wenn er beispielsweise mit Regenwasser benetzt wird, auch leicht deformiert werden. Werden das wasserlösliche Polymer und ein wasserunlösliches Polymer in Kombination verwendet, bleibt die Form des Filters gut erhalten, ohne ein merkliches Absinken bei der Wasserzersetzlichkeit zu verursachen.
Das wasserunlösliche Polymer kann in der Form einer Lösung oder Dispersion verwendet werden, wenn es aber in einer solchen Form verwendet wird, besteht eine Tendenz dazu, dass die Wasserzersetzlichkeit sogar bei niedriger Zugabemenge absinkt. Bei Verwendung eines faserförmigen wasserunlöslichen Polymer lagert sich dieses außerdem dreidimensional zwischen die Celluloseesterfaser, um die Zahl der Bindungsstellen (Schnittpunktstellen) zu erhöhen, und es stellt sich daher eine Tendenz zum Absinken der Wasserzersetzlichkeit ein. Wird andererseits ein teilchenförmiges wasserunlösliches Polymer verwendet, können die angrenzenden Filamente eindimensional als Punktkontakt gebunden werden, so dass die Wasserzersetzlichkeit nicht sehr beeinflusst wird.
Deshalb können, als das wasserunlösliche Polymer, ein teilchenförmiges Kleberpolymer, insbesondere ein teilchenförmiges Heißschmelz-Kleberpolymer, vorteilhafter eingesetzt werden. Beispiele eines derartigen nicht-wasserlöslichen Polymer sind eine Vielzahl von Polymeren, die den Geschmack, das Aroma und die Schmackhaftigkeit von Tabakrauch nicht nachteilig beeinflussen, wie in typischer Weise Polyolefine (z. B. Polyethylen, Polypropylen, Ethylen-Propylen-Copolymer usw.), Polyvinylacetat, Copolymere von Ethylen mit Vinylmonomeren (z. B. Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, Ethylen-Ethylacrylat-Copolymer usw.), Acrylharz, Polyester, Polyamide usw..
Der Mengenanteil des nicht-wasserlöslichen Polymer, bezogen auf 100 Gew.-Teile Celluloseester-Faserbündel, beträgt ganz allgemein ca. 0 bis 10, vorzugsweise 0,5 bis 8 und noch bevorzugter ca. 1 bis 6 Gew.-Teile. Übersteigt der Mengenanteil des nicht-wasserlöslichen Polymer 10 Gew.-Teile, besteht eine Tendenz dazu, dass die Wasserzersetzlichkeit des Filters absinkt. Das Verhältnis des wasserlöslichen Polymer zum unlöslichen Polymer kann in einem Bereich, der die Wasserzersetzlichkeit des Filter nicht nachteilig beeinflusst, ausgewählt sein, und beträgt z. B. im allgemeinen ca. 60 bis 99/40 bis 1 (G/G) und vorzugsweise ca. 70 bis 95/30 bis 5 (G/G).
Zum oben genannten wasserlöslichen und wasserunlöslichen Polymer kann eine Vielzahl von Additiven wie Antioxidantien und weitere Stabilisiermittel, Füllstoffe, Weichmacher, Konservierungsmittel, antifungale Mittel usw. gegeben werden.
In dem Tabakfilter der vorliegenden Erfindung kann ein Additiv zur Verbesserung von Aroma, Geschmack und Schmackhaftigkeit von Tabakrauch zur selektiven Entfernung einer Komponente aus dem Tabakrauch eingebracht werden. Typische Beispiele eines solchen Additiv schließen Absorbiermittel wie Aktivkohle oder Kohle, einen Zeolith usw. ein.
Der Tabakfilter der vorliegenden Erfindung kann hergestellt werden, indem man ein Bündel aus der Celluloseesterfaser (faserförmiges Filtermaterial) und ein wasserlösliches Polymer in Umschlagpapier einhüllt, um einen zylindrischen Stab als Filterelement herzustellen. Der Filterstab kann hergestellt werden, indem man ein Bündel aus Celluloseesterfaser, zu der vorab das wasserlösliche Polymer gegeben worden ist, einhüllt, beim Standardverfahren werden jedoch das wasserlösliche Polymer auf dem Faserbündel abgeschieden und das behandelte Bündel in Umschlagpapier gehüllt. Das wasserlösliche Polymer wird vorzugsweise zu einem Band oder einer Platte aus dem Faserbündel gegeben, welche 25 bis 100 mm (vorzugsweise 50 bis 100 mm) breit sein können, insbesondere handelt es sich dabei um ein flaches Faserbündel, das durch Öffnen oder Ausbreiten des Bandes oder der Platte auf eine Breite von 100 bis 500 mm (vorzugsweise 150 bis 400 mm) hergestellt ist. Bei Verwendung des Faserbündels in der Form eines Bandes oder Flachbandes ist es nicht nur möglich, eine einheitliche Abscheidung oder Verteilung des wasserlösliches Polymer durchzuführen, sondern es kann auch die Menge des zur Bindung der Faser benötigten wasserlöslichen Polymer verringert werden, mit dem Ergebnis, dass, sogar bei Einsatz des wasserlöslichen Polymer in der Form einer Lösung, die benötigte Lösungsmittelmenge herabgesetzt werden kann.
Das wasserlösliche Polymer kann nicht nur in der Form einer Lösung oder Dispersion in Wasser oder in einem organischen Lösungsmittel, sondern auch in Teilchenform eingesetzt werden. Bei der Verwendung in der Form einer Lösung oder Dispersion wird das wasserlösliche Polymer ganz allgemein gelöst oder dispergiert in Wasser oder einem wässrigen Lösungsmittel verwendet. Die Konzentration des wasserlöslichen Polymers in einer solchen Lösung und die Viskosität der Lösung können gemäß dem Typ des wasserlöslichen Polymers innerhalb von Grenzbereichen ausgewählt werden, die die Einwicklung und die Effizienz der Filterherstellung nicht nachteilig beeinflussen. Beispielsweise kann die Konzentration ganz allgemein ca. 5 bis 70 und vorzugsweise ca. 10 bis 50 Gew.-% betragen, während die Lösungsviskosität bei 25°C ganz allgemein ca. 4 bis 1.000 cps, vorzugsweise 10 bis 750 und bevorzugter ca. 25 bis 500 cps beträgt.
Zu Herstellung einer Lösung oder Dispersion des wasserlöslichen Polymers können Wasser und/oder ein mit Wasser mischbares organisches Lösungsmittel herangezogen werden. Das mit Wasser mischbare organische Lösungsmittel schließt u. a. verschiedene Alkohole, wie Methanol, Ethanol, Isopropylalkohol, Butanol, t-Butanol, usw., polyhydrische Alkohole, wie 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, Ethylenglycol, Diethylenglycol, Glycerin, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, 2,3-Butandiol usw., Ether, wie Cellosolven, Dioxan, Tetrahydrofuran usw. und Mischungen dieser Lösungsmittel ein.
Es gibt keine besondere Einschränkung bezüglich der Vorgehensweise der Zugabe des wasserlöslichen Polymers zum Faserbündel, unter der Voraussetzung, dass das wasserlösliche Polymer auf dem Celluloseester-Faserbündel abgeschieden wird, und ein geeignetes Verfahren kann gemäß der Form des wasserlöslichen Polymers ausgewählt werden. Bei Verwendung des wasserlöslichen Polymers in der Form einer Lösung, Dispersion oder Emulsion, kann somit das Polymer auf das Faserbündel, vorzugsweise auf das geöffnete oder ausgebreitete Bündel oder auf ein Band der Celluloseesterfaser z. B. durch Besprühen, z. B. mit einer Sprüh-Pistole, oder durch Überziehen aufgebracht und abgeschieden werden. Das wasserlösliche Polymer in flüssiger Form wird gewöhnlich auf beide Seiten eines solchen Bandes aus Faserbündeln aufgebracht.
Bei Verwendung einer Lösung oder Dispersion des wasserlöslichen Polymers übt die Menge des Lösungsmittels, insbesondere des Wassers, bezogen auf das Celluloseester-Faserbündel, einen deutlichen Einfluss auf die Produktivität der Filterherstellung, einschließlich der Effektivität der Einwicklung des Faserbündels, aus. Ist die Menge des Lösungsmittels (insbesondere des Wassers), die auf das Faserbündel aufgebracht wird, groß, sinken somit sowohl die Stärke als auch die Festigkeit oder Härte des Filters deutlich ab, sodass die Einwicklung und der Schneidevorgang schwierig werden. Ferner braucht dann der Filter Zeit, um seine erforderliche Stärke zu entwickeln, und es wird eine große Menge an Energie zum Trocknen benötigt. Ist andererseits die Menge des Lösungsmittels (insbesondere des Wassers) zu klein, ist es schwierig, die Celluloseesterfaser einzubauen. Daher sollte der Mengenanteil des Wassers, bezogen auf 100 Gew.-Teile Faserbündel, nicht mehr als 25 Gew.-Teile und vorzugsweise ca. 0,5 bis 20 Gew.-Teile, bevorzugter ca. 1 bis 15 und ganz besonders ca. 1 bis 10 Gew.-Teile betragen. Durch Steuerung der auf das Faserbündel bezogenen Wassermenge innerhalb der obigen Bereichsgrenzen kann der Filterstab (der Tabakfilter) glatt hergestellt werden, und dies sogar bei einer hohen Einwickelgeschwindigkeit des Faserbündels von ca. 200 bis 800 und vorzugsweise von ca. 300 bis 800 m/min.
Bei Verwendung einer Lösung oder Dispersion des wasserlöslichen Polymers kann der Tabakfilter durch die bloße Zufügung eines Trockners zur Entfernung des Wassers während oder nach der Einhüllstufe zu den bestehenden Tabakfilter-Produktionsanlagen leicht hergestellt werden.
Bei Verwendung des wasserlöslichen Polymers in Teilchenform ergeben sich die obigen Probleme, die mit dem Lösungsmittel zusammenhängen, nicht. Das feste wasserlösliche Polymer vom Lösungsmittel-freien Typ, vorzugsweise ein wasserlösliches Heißschmelz-Polymer, kann zum Faserbündel gegeben werden, z. B. (1) mit einem Verfahren, wobei man ein geschmolzenes oder Schmelzpolymer auf das Faserbündel durch Sprühen mit einer Sprühpistole oder durch Überziehen aufbringt, oder (2) mit einem Verfahren, wobei man ein Pulver des wasserlöslichen Polymer auf das Faserbündel aufstäubt. Zur Zugabe des teilchenförmigen wasserlöslichen Polymer kann ein Nassverfahren in Kombination mit einem solchen Verfahren angewandt werden. Beispielsweise kann das feste wasserlösliche Polymer zum Faserbündel gegeben werden, durch (3) ein Verfahren, wobei man ein Pulver des wasserlöslichen Polymer dem Faserbündel zufügt und dann eine vorbestimmte Menge eines Lösungsmittels, z. B. von Wasser oder eines organischen Lösungsmittels, zugibt, um das Polymer am Faserbündel anhaften zu lassen, oder (4) mit einem Verfahren, wobei man eine vorbestimmte Menge eines Lösungsmittels, z. B. von Wasser oder eines organischen Lösungsmittels, zum Faserbündel gibt, um es zu benetzen, und dann das Pulver aus wasserlöslichem Polymer zufügt, um es an der Faser anhaften zu lassen.
Unter bevorzugten Verfahren ist ein Verfahren, wobei man ein teilchenförmiges wasserlösliches Polymer einheitlich einem Faserbündel (insbesondere einem geöffneten Faserbündel) zufügt. Das in dieser Weise dem Faserbündel zugefügte wasserlösliche Polymer wird zur Bindung der Celluloseesterfaser genutzt, sobald es mit einem Heizgerät geschmolzen ist, das stromaufstromabwärts der Einhüllstufe installiert ist. Zur Zugabe des teilchenförmigen wasserlöslichen Polymer kann die Vorrichtung zur Zugabe von Aktivkohlepulver, welche auf einer bestehenden Produktionsanlage für beispielsweise Kohlefilter verfügbar ist, herangezogen werden.
Mit dem festen wasserlöslichen Polymer kann der Tabakfilter durch bloßes Zufügen einer Erhitzungsvorrichtung oder einer entsprechenden Einheit zum Schmelzen des Polymer und einer Kühlvorrichtung oder einer entsprechenden Einheit zur Verfestigung der Polymerschmelze zu einer bestehenden Tabakfilterproduktionsanlage leicht hergestellt werden.
Bei der üblichen Produktion von Tabakfiltern wird das Faserbündel im allgemeinen bei hoher Geschwindigkeit von 200 bis 800 und vorzugsweise von 300 bis 600 m/min umhüllt. Deshalb sollte die Trocknung zur Entfernung des Lösungsmittels und der Heißschmelzvorgang des wasserlöslichen Polymer vorzugsweise mit Mitteln und Maßnahmen durchgeführt werden, die es ermöglichen, den gesamten Filterstab einheitlich in der kürzest möglichen Zeit zu erhitzen, sodass Festigkeit und Härte und weitere physikalische Eigenschaften des Filter einheitlich und gezielt gesteuert werden können, ohne die Produktivität zu beeinträchtigen. Induktionserhitzen kann als ein Beispiel einer solchen Erhitzungstechnologie genannt werden.
Desgleichen wird, um die Nass-Zersetzlichkeit nicht nachteilig zu beeinflussen, vorzugsweise ein wasserlöslicher Kleber dazu verwendet, die Umkreiskante des Umschlagpapiers zu verkleben, das den Tabakfilter (Filterstab) aufbaut und das zylindrische Faserbündel bedeckt, und auch die Kante des Umschlagpapiers zu verkleben, das den Filterpflock oder die Filterspitze, die durch Schneiden des Filters auf eine vorbestimmte Länge hergestellt ist, sowie den zylindrischen Tabak-Teil bedeckt.
Die folgenden Beispiele, Bezugsbeispiele und Vergleichsbeispiele sollen die vorliegende Erfindung noch detaillierter beschreiben, den Umfang der Erfindung dadurch jedoch keinesfalls abstecken.
BEISPIELE
BEZUGSBEISPIEL 1
Ein 43000-Denier-gekräuseltes (26 Kräusel/25 mm) Celluloseacetat-Faserbündel, aufgebaut durch Bündelung von 4-Denier-Monofilamenten vom Y-Querschnitt, wurde auf eine Breite von 25 cm geöffnet. Dieses 43000-Denier-Tow war aus 10750 Monofilamenten (4 Deniers jeweils) zusammengesetzt. Dann wurde eine wässrige Lösung von Polyvinylalkohol (Verseifungsgrad = 88 mol%, Viskosität einer 4%-igen wässrigen Lösung = 5 cps), als das wasserlösliche Polymer einheitlich zu einer vorbestimmten Menge des vorher geöffneten Faserbündels gegeben. Das Faserbündel wurde dann in eine Umschlagmaschine eingeführt, wo es in Umschlagpapier eingehüllt wurde. Nach Entfernen der überschüssigen Feuchtigkeit durch Erwärmen wurde das Faserbündel auf eine Länge von 25 mm geschnitten, um Tabakfilterspitzen zu ergeben.
BEISPIELE UND BEZUGSBEISPIELE 2 BIS 5
Tabakfilterspitzen wurden in der gleichen Weise wie in Bezugsbeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass anstatt des Polyvinylalkohols Carboxymethylcellulosenatrium (Carboxymethylierungsgrad = 0,85, Viskosität einer 4%igen wässrigen Lösung = 30 cps, Bezugsbeispiel 2), lösliche Stärke (Viskosität einer 10%igen wässrigen Lösung = 10 cps, Bezugsbeispiel 3), Methylvinylether-Maleinsäure-Copolymer (Viskosität einer 10%igen wässrigen Lösung = 8 cps, Bezugsbeispiel 4) und Hydroxypropylcellulose (Viskosität einer 10%igen wässrigen Lösung = 40 cps, Bezugsbeispiel 5) jeweils in der Form einer wässrigen Lösung als das wasserlösliche oder -dispergierbare Polymer verwendet wurden.
BEZUGSBEISPIEL 6
Unter Einsatz einer Kohlefilter-Umschlagmaschine wurden zu einem 43000-Denier (insgesamt) gekräuselten (26 Kräusel/25 mm) Celluloseacetat-Faserbündel aus 4-Denier-Y-Querschnitt Monofilamenten 20 Gew.-% eines gemischten Lösungsmittels aus 1,2-Propandiol und Wasser (1 : 1, G/G) und dann 5 Gew.-%, bezogen auf das Faserbündel, pulverförmiger Polyvinylalkohol (Verseifungsgrad = 88 mol%, Viskosität einer 4%-igen wässrigen Lösung = 5 cps, 60 Mesh-Anteil, Partikelgrößenverteilung = 10 bis 200 μm, Durchschnittsteilchengröße = 70 μm) gegeben. Das Faserbündel wurde dann in die Kohlefilter-Umschlagmaschine eingeführt, wo es in Umschlagpapier eingehüllt wurde, und es wurde auf eine Länge von 25 mm geschnitten, um Tabakfilterspitzen zu ergeben.
BEZUGSBEISPIEL 7
Tabakfilter wurden in der gleichen Weise wie in Bezugsbeispiel 6 hergestellt, mit der Ausnahme, dass pulverförmiges Carboxymethylcellulosenatrium (Carboxymethylierungsgrad = 0,85, Viskosität einer 4%igen wässrigen Lösung = 30 cps, Partikelgrößenverteilung = 10 bis 200 μm, mittlere Partikelgröße = 75 μm) als wasserlösliches Polymer verwendet wurde.
BEZUGSBEISPIEL 8
Ein 43.000-Denier-gekräuseltes (26 Kräusel/25 mm) Celluloseacetat-Faserbündel aus 4-Denier-Y-Querschnitt-Monofilamenten wurde auf eine Breite von 25 cm ausgebreitet, und es wurde eine Lösung aus löslicher Stärke (Viskosität einer 10%igen wässrigen Lösung = 10 cps) in einem gemischten Lösungsmittel aus 1,2-Propandiol und Wasser einheitlich in einer vorbestimmten Menge zum geöffneten Faserbündel gegeben. Das Faserbündel wurde dann in eine Einwickelmaschine eingeleitet, wo es in Umschlagpapier eingewickelt und auf eine Länge von 25 mm zugeschnitten wurde, um Tabakfilterspitzen zu ergeben.
BEISPIEL 9 UND BEZUGSBEISPIEL 10
Tabakfilterspitzen wurden in der gleichen Weise wie in Bezugsbeispiel 8 hergestellt, mit der Ausnahme, dass anstatt der löslichen Stärke Methylvinylether-Maleinsäure-Copolymer (Viskosität einer 10%igen wässrigen Lösung = 8 cps, Beispiel 9) bzw. Hydroxypropylcellulose (Viskosität einer 10%igen wässrigen Lösung = 40 cps, Bezugsbeispiel 10) als wasserlösliches Polymer verwendet wurden.
Vergleichsbeispiele 1 bis 3
Tabakfilterspitzen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass als Binder Triacetin (Vergleichsbeispiel 1), Triethylenglycoldiacetat (Vergleichsbeispiel 2) und Triethylenglycolpropionat (Vergleichsbeispiel 3), die alle Plastifiziermittel für Celluloseacetat sind, jeweils verwendet wurden.
Die Filterfestigkeit und Wasser-Zersetzlichkeit der Tabakffilterspitzen, erhalten in den obigen Beispielen und den Vergleichsbeispielen, wurden bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. Testproben wurden den Tests nach ca. 24 Stunden Konditionieren in einer bei 20°C und 65% R. H. eingestellten Umgebung unterzogen.
Filterfestigkeit
Ein Totgewicht mit 12 mm Durchmesser und 300 g wurde auf ein 90 mm langes Filterspecimen gelegt, und es wurde das Ausmaß der Druckstelle nach 10 Sekunden bestimmt, wobei ein Wert von 0,1 mm mit 1 bewertet wurde. Die in der Praxis annehmbare Filterfestigkeitsgrenze gemäß der obigen Bewertungsmethode beträgt 10,0 oder weniger.
Zersetzlichkeitstest in Wasser
Ein 25 mm langes Filterspitzenspecimen wurde in einen Becher mit 500 ml Wasser gegeben und so gerührt, dass die Höhe im Zentrum des Vortex gleich ¾ der Maximalhöhe des Flüssigkeitsspiegels war. Nach 10 Minuten wurde der Filter in Augenschein genommen und bezüglich der Zersetzlichkeit gemäß den folgenden Kriterien bewertet:
ausgezeichnet: rascher Flockungszerfall
gut: örtlicher Flockungszerfall
gering: kein Zerfall (Originalform bleibt erhalten)
Tabelle
Beispiel 11
Ein 35000-Denier-Celluloseacetat-Faserbündel aus 5-Denier-Monofila-menten wurde auf eine Breite von ca. 25 cm geöffnet, und es wurde ein Pulver aus wasserlöslichem Heißschmelz-Kleberharz vom Polyalkylenoxid-Typ (Paogen PP-15, Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., Japan; F. = 55°C, Partikelgrößenverteilung = 8 bis 200 μm, Durchschnittsteilchengröße = 75 μm) einheitlich auf das Faserbündel mit einer Zugabemenge von 7 Gew.-% (bezogen auf das Faserbündel) zum Zeitpunkt der Umhüllung gestäubt. Das Faserbündel wurde dann durch ein Teflonrohr mit einem Innendurchmesser von 8 mm gezogen, und es wurde das wasserlösliche Heißschmelz-Kleberharz im Filter durch Erhitzen über 120 Minuten in einem Ofen bei 120°C geschmolzen. Nach Abkühlung und Verfestigung wurde das Faserbündel auf eine Länge von 90 mm geschnitten, um Tabakfilterstücke zu ergeben.
Die Festigkeit der entstandenen Filterspitzen betrug 9,8, und es wurden die Spitzen in Wasser rasch als Ganzes zu einem Flockungszustand zersetzt. Es wurde keine Änderung bei der Qualität des Rauchens festgestellt.
BEZUGSBEISPIEL 12
Tabakfilterspitzen wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 11 hergestellt, mit der Ausnahme, dass, als das wasserlösliche Heißschmelz-Kleberharz, ein Pulver aus wasserlöslichem Heißschmelz-Kleberharz vom Polyvinylalkohol-Typ (HM 501, The Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd., Japan; F. = 77°C, Partikelgrößenbereich = 8 bis 200 μm, Durchschnittspartikelgröße = 80 μm) verwendet wurde. Die Festigkeit der entstandenen Filterspitzen betrug 8,8, und die Spitzen wurden in Wasser als Ganzes rasch zu einem Flockungszustand zersetzt. Es wurde keine Änderung bei der Qualität des Rauchens festgestellt.
BEZUGSBEISPIEL 13
Tabakfilterspitzen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 11 hergestellt, mit der Ausnahme, dass als wasserlösliches Heißschmelz-Kleberharz, ein Pulver aus wasserlöslichem Heißschmelz-Kleberharz vom Polyvinylalkohol-Typ (HM-602, The Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd., Japan; F. = 77°C, Durchschnittspartikelgröße = 80 μm) verwendet wurde. Die Festigkeit der entstandenen Filterspitzen betrug 7,8, und es wurden die Spitzen in Wasser rasch als Ganzes zu einem Flockungszustand zersetzt. Es wurde keine Änderung bei der Qualität des Rauchens festgestellt.
BEISPIELE 14 BIS 16
Tabakfilterspitzen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 11 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Erhitzungszeit im Ofen auf 2 Minuten (Beispiel 14), 10 Minuten (Beispiel 15) und auf 30 Minuten (Beispiel 16) jeweils abgeändert wurde. Die Festigkeit der entstandenen Filterspitzen dieser Beispiele betrug nicht mehr als 10. Insbesondere betrugen die Festigkeit der Spitzen in Beispiel 14 6,6, die Festigkeit der Spitzen in Beispiel 15 6,0 und die Festigkeit der Spitzen von Beispiel 16 9,8. Die Filterspitzen der Beispiele 14 bis 16 wurden jeweils in Wasser rasch als Ganzes zu einem Flockungszustand zersetzt. Es wurde keine Änderung bei der Qualität des Rauchens in jeder in Beispiel 14 bis 16 erhaltenen Spitze festgestellt.
Beispiel 17
In einer Kohlepulver-Aufstäubvorrichtung einer Kohlefilter-Umschlagmaschine (KDF2/AC1/AF1, Hauni-Werke Körber & Co., Deutschland) wurde ein 36000-Denier (insgesamt) – Celluloseacetat-Faserbündel aus 3-Denier-Monofilamenten auf eine Breite von ca. 25 cm ausgebreitet, und es wurde das in Beispiel 11 verwendete pulverförmige wasserlösliche Heißschmelz-Kleberharz einheitlich auf das Faserbündel mit einer Zugabemenge von 14 Gew.-% (bezogen auf das Faserbündel) in der Einhüllstufe gestäubt. Das Faserbündel wurde dann mit einer Geschwindigkeit von 400 m/min in die Filter-Umschlagmaschine eingeführt, wo es in Umschlagpapier eingehüllt wurde, und das Ganze wurde dann auf eine Länge von 102 mm geschnitten. Der entstandene Filter wurde 20 Minuten lang in einem Ofen bei 120°C erhitzt und dann abgekühlt, um Tabakfilterspitzen zu ergeben.
Die Festigkeit der entstandenen Filterspitzen betrug 3,5, und es wurden die Spitzen in Wasser rasch als Ganzes zu einem Flockungszustand zersetzt. Es wurde keine Änderung bei der Qualität des Rauchens festgestellt.
Beispiele 18 bis 20
Tabakfilterspitzen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 17 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Erhitzungszeit auf 2 Minuten (Beispiel 18), 10 Minuten (Beispiel 19) oder 30 Minuten (Beispiel 20) jeweils abgeändert wurde. Die Festigkeit der entstandenen Filterspitzen betrug nicht mehr als 10. Insbesondere betrugen die Festigkeit der Spitzen von Beispiel 18 5,5, der Spitzen von Beispiel 19 4,4 und der Spitzen von Beispiel 20 5,2. Die Filterspitzen der Beispiele 18 bis 20 wurden jeweils in Wasser rasch als Ganzes zu einem Flockungszustand zersetzt. Es wurde keine Änderung bei der Qualität des Rauchens in jeder in Beispiel 18 bis 20 erhaltenen Spitze festgestellt.
Beispiele 21 bis 23
Tabakfilterspitzen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 17 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Erhitzungstemperatur auf 60°C (Beispiel 21), 80°C (Beispiel 22) und auf 100°C (Beispiel 23) jeweils abgeändert wurde. Jede Filterspitze der Beispiele wies eine Festigkeit von nicht mehr als 10 auf, d. h. die Spitzen der Beispiele 21 und 22 ergaben eine Festigkeit von 5,1, und diejenige der Spitzen von Beispiel 23 betrug 5,5. Die Spitzen der Beispiele 21 bis 23 wurden jeweils in Wasser als Ganzes rasch zu einem Flockungszustand zersetzt. Es wurde keine Änderung bei der Qualität des Rauchens in jeder in Beispiel 21 bis 23 erhaltenen Spitze festgestellt.
Beispiel 24
Tabakfilterspitzen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 11 hergestellt, mit der Ausnahme, dass 10 Gew.-%, bezogen auf das Faserbündel, des in Beispiel 11 eingesetzten pulverförmigen wasserlöslichen Heißschmelz-Kleberharzes und 5 Gew.-%, bezogen auf das Faserbündel, pulverförmiges Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (Daikalac S-1101S, Daido Kasei Kogyo Co., Ltd., Japan; F. = 105°C, Durchschnittspartikelgröße = 80 μm), als ein nicht-wasserlösliches Heißschmelz-Kleberharz, einheitlich auf das Faserbündel gestäubt wurden.
Die Festigkeit der entstandenen Filterspitzen betrug 5,9, und es wurden die Spitzen in Wasser rasch als Ganzes zu einem Flockungszustand zersetzt. Es wurde keine Änderung bei der Qualität des Rauchens festgestellt.
Vergleichsbeispiel 4
Tabakfilterspitzen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 11 hergestellt, mit der Ausnahme, dass ein pulverförmiges Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (Daikalac S-1101S, Daido Kasei Kogyo Co., Ltd., Japan; F. = 105°C, Durchschnittspartikelgröße = 80 μm) als ein nicht-wasserlösliches Heißschmelz-Kleberharz anstatt des in Beispiel 11 verwendeten wasserlöslichen Heißschmelz-Kleberharzes verwendet wurde.
Die Festigkeit der entstandenen Filterspitzen betrug 5,9, und es wurden die Spitzen in Wasser überhaupt nicht zersetzt, wobei die Ursprungsform beibehalten wurde.
Vergleichsbeispiel 5
Tabakfilterspitzen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 11 hergestellt, und zwar ohne die Verwendung des in Beispiel 11 eingesetzten wasserlöslichen Heißschmelz-Kleberharzes.
Die entstandenen Filterspitzen entwickelten keine Festigkeit und zeigten einen Festigkeitswert von nicht weniger als 25,0. In Wasser wurden die Spitzen rasch als Ganzes zu einem Flockungszustand zersetzt.

Claims

Tabakfilter, der einen Strang aus Celluloseesterfasern und mindestens ein wasserlösliches Polymer, das in dem Strang enthalten ist zur Bindung der Fasern und ausgewählt ist aus (1) Celluloseacetat mit einem durchschnittlichen Acetylierungsgrad von 0,3 bis 1, (2) Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylether, Acrylpolymeren und Vinylalkylether-Maleinsäure-Copolymeren, und (3) Polyalkylenoxiden, umfasst.
Tabakfilter gemäss Anspruch 1, wobei das wasserlösliche Polymer in einer Menge von 0,5 bis 30 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile des Strangs, vorliegt.
Tabakfilter gemäss Anspruch 1 oder 2, wobei das wasserlösliche Polymer einen Schmelzpunkt von 50 bis 200°C besitzt.
Tabakfilter gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das wasserlösliche Polymer in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile des Strangs, vorliegt und der Strang einen Kräuselungsgrad von 5 bis 75 Kräuselungen pro Linearinch aufweist.
Tabakfilter gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das wasserlösliche Polymer wenigstens ein Vertreter ist, ausgewählt aus (1) Celluloseacetat mit einem durchschnittlichen Acetylierungsgrad von etwas 0,3 bis 1, und einer Viskosität von 5 bis 500 cps als 10%-ige Lösung in Wasser, und (2) Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylether, Acrylpolymeren und Vinylalkylether-Maleinsäure-Copolymeren, die jeweils eine Viskosität von 1 bis 500 cps als 10%-ige Lösung in Wasser zeigen.
Verfahren zur Herstellung eines Tabakfilters, welches die folgenden Schritte umfasst: (i) Öffnung eines Strangs aus 3.000 bis 1.000.000 Monofilamenten gekräuselter Celluloseesterfasern mit einem Monofilamentgewicht von 1 bis 16 Denier zu einer Breite von 100 bis 500 mm, (ii) Zusetzen einer wässrigen Lösung oder Dispersion mindestens eines wasserlöslichen Polymers, ausgewählt aus (1) Celluloseacetat mit einem durchschnittlichen Acetylierungsgrad von 0,3 bis 1, (2) Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylether, Acrylpolymeren und Vinylalkylether-Maleinsäure-Copolymeren, und (3) Polyalkylenoxiden, zu einem Strang aus Celluloseesterfasern, so dass die Menge an zugegebenem Wasser 0,5 bis 20 Gew.-Teile, relativ zu 100 Gew.-Teilen des Strangs, ist, (iii) Verarbeiten des Strangs zu einer Filterstange und (iv) Entfernen des Lösungsmittels aus der Filterstange durch Trocknen.
Verfahren gemäss Anspruch 6, wobei in Schritt (ii) die Menge des zugegebenen wasserlöslichen Polymers 1 bis 10 Gew.-Teile und die Menge des zugegebenen Wassers 1 bis 15 Gew.-Teile, jeweils bezogen auf 100 Gew.-Teile des Strangs, ist und in Schritt (iii) der Strang mit einer Geschwindigkeit von 200 bis 800 m/min in eine Filterstange gewickelt wird.
Verfahren gemäss Anspruch 6 oder 7, wobei in Schritt (ii) die Menge des zugegebenen wasserlöslichen Polymers 1 bis 5 Gew.-Teile und die Menge des zugegebenen Wassers 1 bis 15 Gew.-Teile, jeweils bezogen auf 100 Gew.-Teile des Strangs, ist und in Schritt (iii) der Strang mit einer Geschwindigkeit von 300 bis 800 m/min in eine Filterstange gewickelt wird.