EP0861036B1 - Method for the manufacture of biodegradable filter material - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von biologisch abbaubarem Filtermaterial aus nachwachsenden Rohstoffen zur Verwendung als Tabakrauchfilterelement von Zigaretten, Zigarren oder Pfeifen.The invention relates to a method for producing Biodegradable filter material made from renewable raw materials for use as a tobacco smoke filter element of cigarettes, Cigars or pipes.
Raucherartikel wie z.B. Zigaretten haben eine zylindrische Form, in der das rauchbare Tabakmaterial in geschredderter Form von einer Hülle aus Papier umgeben ist. Überwiegend besitzen diese Zigaretten an einem Ende ein Filter, das mit der Zigarette durch eine Banderole verbunden ist. Filterelemente und Zigarettenfilter sind in der Literatur umfangreich als Filtertow beschrieben. Für die Herstellung von Zigarettenfilter wird üblicherweise ein Fasermaterial aus den Werkstoffen Cellulose-2,5-acetat oder Polypropylen verwendet. Bekannt ist ferner die Verwendung von Papier oder Watte. Gemäß bekannten Verfahren wird Celluoseacetatfasermaterial im wesentlichen nach dem Düsenspinnverfahren hergestellt. Aus den Celluloseacetatfilamenten und/oder aus Celluloseacetatspinnfasern, die gekräuselt bzw. stauchkammergekräuselt sind, werden die Filtertows zunächst als Filterstäbe hergestellt, indem das gekräuselte Band gestreckt, im Volumen vergrößert und in einer Formatiereinrichtung auf die gewünschte Dimension gebracht und mit Papier umwickelt wird. Die Cellulose-2,5-acetatrohstoffe werden üblicherweise mit Glycerinacetat als Weichmacher compoundiert, welches nicht unproblemantisch im Tabakrauch enthalten ist. Zur Definition und Beschreibung eines Filtertows und Tabakrauchfilterelementes wird auf die DE-A-41 09 603 und die DE-A-1 079 521 verwiesen. Verfahren zur Herstellung von Filtertows und Filterzigaretten werden u.a. in den Druckschriften US-A-5 402 802, DE-A-41 09 603, JP-A-5-377 812, EP-A-0 285 811, WO 93/02070, JP-A-5-392 586, WO 92/15209, und EP-A-0 641 525 beschrieben. Ebenso wurden zahlreiche Vorschläge zur Herstellung und Verwendung von biologisch abbaubaren Zigarettenfiltern veröffentlicht, die auf Basis von Celluloseester und/oder Polyhydroxybuttersäure (PHB) bzw. einem Copolymer aus Polyhydroxybuttersäure/Polyhydroxyvaleriansäure (PHB/PHV) hergestellt werden, z.B. DE-A-43 22 965, DE-A-43 22 966, DE-A-43 22 967. Um eine beschleunigte biologische Abbaubarkeit von Cellulosediacetaten zu erreichen, die unter normalen Klimabedingungen erst in ein bis zwei Jahren biologisch abgebaut sind (M. Korn, Nachwachsende und bioabbaubare Materialien im Verpackungsbereich, 1. Auflage, 1993 Verlag Roman Kovar, München, Seite 122), sind vielschichtige Problemlösungen bekannt. In der EP-A-0 632 968 wird die Verwendung von cellulosekettenspaltenden Enzymen und in der DE-A-43 22 966 die Verwendung der abbaufördernden Zusatzstoffe Harnstoff und Harnstoffderivate vorgeschlagen. Auch der EP-A-0 632 970 liegt das Problem der Beschleunigung der Abbaugeschwindigkeit von Celluloseacetatfiltern zugrunde, das durch eine Additivierung mit Stickstoffverbindungen gelöst werden soll. In der DE-A-43 25 352 wird vorgeschlagen ein mit ε-Caprolacton modifiziertes Celluloseacetat zur Herstellung von Filamenten zu verwenden. Die EP-A-0 632 969 zeigt ein abbaubares Celluloseacetat mit niedrigem Substitutionsgrad (Celluloseacetat mit einem Substitutionsgrad von > 2 gilt als schwer abbaubar). Die EP-A-0 597 478 offenbart ein Celluloseacetat mit einem Substitutionsgrad < 2,15 und abbaubeschleunigenden Additiven wie Polycaprolacton. Die EP-A-0 634 113 beschreibt ein Tabakfilter und ein Verfahren zu seiner Herstellung auf Basis von Celluloseestermonofilamenten unter Verwendung von bis zu 30 % wasserlöslichen Polymeren, z.B. Stärken, um die Abbaubarkeit des Filtertows zu verbessern. Die EP-A-0 641 525 schlägt zur Verbesserung der Abbaubarkeit von Zigarettenfiltern auf Basis von Celluloseacetat(-fasern) die Mitverwendung von wood pulp vor. Auch die US-A-5 396 909 beschreibt ein Zigarettenfilter mit einem Filtertow aus Celluloseacetat. Die WO 93/07771 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Zigarettenfilters aus Cellulose-2,5-acetat, für welches durch die Mitverwendung von Stärke die Abbaugeschwindigkeit beschleunigt werden soll. Die E-A-0 597 478 betrifft ein biologisch abbaubares Celluloseacetat mit einem Substitutionsgrad von 1,0 bis 2,15 zur Verwendung als Rohstoff für die Herstellung von u.a. Zigarettenfiltern. Die EP-A-0 539 191 zeigt ein leichtgewichtiges Zigarettenfilter, in dem das Filtermaterial teilweise aus einem geschlossenporigen Schaum besteht. Dadurch wird eine Gewichtsreduktion des Filters erreicht. Eine verbesserte biologische Abbaubarkeit offenbaren die DE-A-40 13 293 und die DE-A-40 13 304 durch Verwendung des Biopolymers Polyhydroxybuttersäure und/oder des Copolymers Polyhydroxybuttersäure/Polyhydroxyvaleriansäure (PHB/PHV) als Faserrohstoff zur Herstellung eines Filtertows.Smoking articles such as Cigarettes are cylindrical Form in which the smokable tobacco material is shredded Form is surrounded by a paper envelope. Mostly own these cigarettes at one end a filter that with the cigarette is connected by a sleeve. Filter elements and cigarette filters are extensive in the literature described as a filter tow. For the manufacture of cigarette filters usually becomes a fiber material from the materials Cellulose-2.5-acetate or polypropylene is used. The use of paper or cotton is also known. According to known method is in cellulose acetate fiber material essentially manufactured by the nozzle spinning process. Out the cellulose acetate filaments and / or from cellulose acetate staple fibers, the crimped or crimped the filter tows are first manufactured as filter rods, by stretching the curled ribbon, in volume enlarged and in a formatting device to the desired one Dimension brought and wrapped with paper. The cellulose-2,5-acetate raw materials are usually included Glycerin acetate compounded as a plasticizer, which is not is easily contained in tobacco smoke. For definition and description of a filter tow and tobacco smoke filter element to DE-A-41 09 603 and DE-A-1 079 521 referred. Process for the manufacture of filter towers and filter cigarettes are among others in US-A-5,402 802, DE-A-41 09 603, JP-A-5-377 812, EP-A-0 285 811, WO 93/02070, JP-A-5-392 586, WO 92/15209, and EP-A-0 641 525 described. Likewise, numerous suggestions for manufacturing were made and use of biodegradable cigarette filters published on the basis of cellulose esters and / or polyhydroxybutyric acid (PHB) or a copolymer from polyhydroxybutyric acid / polyhydroxyvaleric acid (PHB / PHV), e.g. DE-A-43 22 965, DE-A-43 22 966, DE-A-43 22 967. To accelerate biological Degradability of cellulose diacetates to achieve that normal climatic conditions only biological in one to two years are broken down (M. Korn, renewable and biodegradable Materials in the packaging sector, 1st edition, 1993 publisher Roman Kovar, Munich, page 122), are complex Known solutions to problems. The use is disclosed in EP-A-0 632 968 of cellulose chain-splitting enzymes and in DE-A-43 22 966 the use of the mining additives Urea and urea derivatives proposed. Also the EP-A-0 632 970 is the problem of accelerating the speed of mining of cellulose acetate filters, the solved by an additive with nitrogen compounds shall be. DE-A-43 25 352 proposes a Cellulose acetate modified with ε-caprolactone for the production of filaments to use. EP-A-0 632 969 shows a degradable cellulose acetate with a low degree of substitution (Cellulose acetate with a degree of substitution of > 2 is considered to be difficult to degrade). EP-A-0 597 478 discloses a cellulose acetate with a degree of substitution <2.15 and degradation-accelerating additives such as polycaprolactone. EP-A-0 634 113 describes a tobacco filter and method its production based on cellulose ester monofilaments using up to 30% water-soluble polymers, e.g. Strengths to reduce the degradability of the filter tow improve. EP-A-0 641 525 proposes to improve the Degradability of cigarette filters based on cellulose acetate (fibers) the use of wood pulp. Also US-A-5 396 909 describes a cigarette filter with a Filter tow made of cellulose acetate. WO 93/07771 describes a method of making a cigarette filter Cellulose-2,5-acetate, for which by shared use the rate of degradation can be accelerated by starch should. E-A-0 597 478 relates to a biodegradable Cellulose acetate with a degree of substitution of 1.0 to 2.15 for use as a raw material for the production of Cigarette filters. EP-A-0 539 191 shows a lightweight Cigarette filter, in which the filter material partially consists of a closed-cell foam. This will achieved a reduction in weight of the filter. An improved one Biodegradability is disclosed in DE-A-40 13 293 and DE-A-40 13 304 by using the biopolymer polyhydroxybutyric acid and / or the copolymer polyhydroxybutyric acid / polyhydroxyvaleric acid (PHB / PHV) as a fiber raw material for the production of a filter tow.
EP-A-0 614 620 beschreibt ein biologisch abbaubares Filterelement in Form eines Schaums oder einer Folie auf Basis von Stärke. Das Filtermaterial wird durch Extrusion hergestellt. Die Extruderanlage weist mehrere Temperaturzonen auf.EP-A-0 614 620 describes a biodegradable filter element in the form of a foam or a foil based on Strength. The filter material is made by extrusion. The extruder system has several temperature zones.
GB-A-2 205 102 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Zigarettenfiltern aus extrudiertem Polysaccharidmaterial wie z.B. Stärke, in Form von Folie, Schaum oder Strang. Biologisch abbaubare Stärkefasern und ihre Verwendung in Zigarettenfiltern sind aus EP-A-0 541 050 bekannt.GB-A-2 205 102 describes a process for the production of Cigarette filters made of extruded polysaccharide material such as e.g. Starch, in the form of foil, foam or strand. Biological degradable starch fibers and their use in cigarette filters are known from EP-A-0 541 050.
Wie diese Vielzahl von Lösungsmöglichkeiten zeigen, besteht aufgrund des gestiegenen Umweltbewußtseins das Bedürfnis nach einem verbesserten Filtermaterial, z.B. für Zigarettenfilter, mit insbesondere guten biologischen Abbaueigenschaften. As this multitude of possible solutions shows, there is the need due to the increased environmental awareness for an improved filter material, e.g. for cigarette filters, with particularly good biodegradation properties.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filtertow bzw. ein Filtermaterial aus nachwachsenden Rohstoffen zur Herstellung von Zigarettenfiltern bzw. Filtern für Raucherwaren bereitzustellen, das gute Filtereigenschaften aufweist, keine Beeinflussung des Rauchgenusses bzw. Aromaverlust verursacht und dessen biologische Abbaubarkeit verbessert wird.The object of the invention is a filter tow or a filter material from renewable raw materials for the production of To provide cigarette filters or filters for smokers' goods, which has good filter properties, no interference of smoking pleasure or loss of aroma and its biodegradability is improved.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.This object is achieved with the features of the claims.
Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, ein Filtertow bzw. Filtermaterial aus Fasern und Filamenten aus Biopolymeren auf Basis von thermoplastischer Stärke und deren Polymermischungen herzustellen. In solving this problem, the invention proceeds from Basic idea, a filter tow or filter material made of fibers and filaments made of biopolymers based on thermoplastic To produce starch and its polymer mixtures.
Biopolymere Werkstoffe aus nachwachsenden Agrarrohstoffen sind in den letzten Jahren aus mehreren Gründen in den Mittelpunkt des öffentlichen Interesses gerückt. Die Gründe hierfür sind beispielsweise die Innovation in der Entwicklung von Werkstoffen aus Biopolymeren, die Schonung fossiler Rohstoffe, die Reduktion des Müllaufkommens durch schnelle, vollständige biologische Abbaubarkeit im natürlichen Kreislauf, der Klimaschutz durch Verringerung der CO2-Freisetzung, sowie Verwendungsmöglichkeiten für die Landwirtschaft. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Filtertow aus Biopolymeren versehene Zigarettenfilter werden nach dem Gebrauch durch natürliche Zersetzungsprozesse schnell biologisch abgebaut und stellen eine Problemlösung dar, beispielsweise hinsichtlich der Vermeidung von Verstopfungen und Funktionsstörungen in Kläranlagen, die durch abgerauchte Zigarettenreste verursacht werden, die hauptsächlich über das öffentliche Kanalnetz eingeschwemmt werden. Die verwendeten Biopolymere, im wesentlichen bestehend aus Stärkewerkstoffen mit thermoplastischen Eigenschaften, zerfallen in kurzer Zeit in die Ausgangsprodukte Kohlendioxid und Wasser, wenn sie der Witterung unter weiterer Einwirkung von Mikroorganismen ausgesetzt werden oder ins Abwasser gelangen. Besonders vorteilhaft ist ferner, daß ein derartiges Tabakrauchfilter die Teer- und Kondensatgehalte im Tabakrauch reduziert, ohne den Rauchgenuß geschmacklich zu beeinflussen.Biopolymer materials made from renewable agricultural raw materials have become the focus of public interest in recent years for several reasons. The reasons for this are, for example, the innovation in the development of materials made from biopolymers, the conservation of fossil raw materials, the reduction of waste through rapid, complete biodegradability in the natural cycle, climate protection by reducing CO 2 release, and possible uses for agriculture. Cigarette filters provided with the method according to the invention made of biopolymers are rapidly biodegraded after use by natural decomposition processes and represent a problem solution, for example with regard to the prevention of blockages and malfunctions in sewage treatment plants, which are caused by smoked cigarette residues, mainly via the public sewer network be washed in. The biopolymers used, consisting essentially of starch materials with thermoplastic properties, disintegrate into the starting products carbon dioxide and water in a short time if they are exposed to the weather with the further action of microorganisms or get into the wastewater. It is also particularly advantageous that such a tobacco smoke filter reduces the tar and condensate contents in tobacco smoke without affecting the taste of smoking.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Beispielen und dazugehörenden Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:
- Fig. 1
- ein Verfahrensschema der Filterherstellung aus Stärkepolymerfasern,
- Fig. 1a
- einen Querschnitt eines nach Fig. 1 hergestellten Filterelementes,
- Fig. 1b
- einen Längsschnitt eines nach Fig. 1 hergestellten Filterelementes,
- Fig. 1c
- einen Längsschnitt einer Zigarette mit einem nach Fig. 1 hergestellten Filter,
- Fig. 2
- ein Verfahrensschema der Filterherstellung aus biopolymeren Folien.
- Fig. 2a
- einen Querschnitt eines nach Fig. 2 hergestellten Filterelementes,
- Fig. 2b
- einen Längsschnitt eines nach Fig. 2 hergestellten Filterelementes,
- Fig. 2c
- einen Längsschnitt einer Zigarette mit einem nach Fig. 2 hergestellten Filter,
- Fig. 3
- ein Verfahrensschema der Filterherstellung aus Stärkeschaum,
- Fig. 3a
- einen Querschnitt eines nach Fig. 3 hergestellten Filterelementes,
- Fig. 3b
- einen Längsschnitt eines nach Fig. 3 hergestellten Filterelementes,
- Fig. 3c
- einen Längsschnitt einer Zigarette mit einem nach Fig. 3 hergestellten Filter,
- Fig. 4
- eine graphische Darstellung der biologischen Abbaubarkeit verschiedener Filtermaterialien.
- Fig. 1
- a process diagram of filter production from starch polymer fibers,
- Fig. 1a
- 2 shows a cross section of a filter element produced according to FIG. 1,
- Fig. 1b
- 2 shows a longitudinal section of a filter element produced according to FIG. 1,
- Fig. 1c
- 2 shows a longitudinal section of a cigarette with a filter produced according to FIG. 1,
- Fig. 2
- a process diagram of filter production from biopolymer films.
- Fig. 2a
- 3 shows a cross section of a filter element produced according to FIG. 2,
- Fig. 2b
- 3 shows a longitudinal section of a filter element produced according to FIG. 2,
- Fig. 2c
- 3 shows a longitudinal section of a cigarette with a filter produced according to FIG. 2,
- Fig. 3
- a process diagram of filter production from starch foam,
- Fig. 3a
- 3 shows a cross section of a filter element produced according to FIG. 3,
- Fig. 3b
- 3 shows a longitudinal section of a filter element produced according to FIG. 3,
- Fig. 3c
- 3 shows a longitudinal section of a cigarette with a filter produced according to FIG. 3,
- Fig. 4
- a graphical representation of the biodegradability of various filter materials.
Die zur Herstellung von Filterelementen aus dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Filtertow bzw. Filtermaterial verwendeten Stärkewerkstoffe haben thermoplastische Eigenschaften, die eine Verarbeitung nach Adaption der Betriebsbedingungen ähnlich der synthetischen Polymeren und/oder Celluloseacetaten im "Melt Blown"-Verfahren oder im Spinnvliesverfahren ermöglichen. Das "Melt Blown"-Verfahren zur Herstellung von biopolymeren Fasern aus einer Schmelzespinnmasse benutzt eine Extrusionsanlage, vorzugsweise mit einer Schmelzepumpe und speziellen "Melt Blown"-Düsen, die reihenförmig auf einer Düsenleiste mit ca. 1000 Düsen angeordnet sind. Die extrudierten Fasern auf Basis der Stärkepolymerwerkstoffe BIOPLAST® GF 102 und/oder GF 105 werden als endlose Fäden mit einem Faserdurchmesser von 1 bis 35 µm durch Luft verwirbelt, abgekühlt und bei Bedarf geschlichtet. Unter in Axialrichtung blasenden Luftströmen, die anfangs auf 40 bis 120°C erwärmt sind und durch Variation mit kalter Luft die Faserform beeinflussen, werden die Fasern in den folgenden Verfahrensschritten zum Faserbündel bzw. Faserstrang zusammengefaßt, auf ein umlaufendes Band abgelegt und in einem Kalander mit teils heizbaren, teils kühlbaren Walzen zu einem Endlosfilter bzw. Filtertowstab verpreßt und kalibriert. Diese Fasern werden nicht besonders verstreckt und haben daher eine weiche flauschige Struktur mit einer für ein Filtertow notwendigen großen Filteroberfläche.The for the production of filter elements from the invention Process produced filter tow or filter material used starch materials have thermoplastic properties that a Processing after adaptation of the operating conditions similar of the synthetic polymers and / or cellulose acetates in Enable "melt blown" process or spunbond process. The "melt blown" process for the production of biopolymers An extrusion line uses fibers from a melt spinning mass, preferably with a melt pump and special "melt blown" nozzles, which are arranged in rows on a Nozzle bar with approx. 1000 nozzles are arranged. The extruded Fibers based on the starch polymer materials BIOPLAST® GF 102 and / or GF 105 are made up of endless threads swirled by air with a fiber diameter of 1 to 35 µm, cooled and finished if necessary. Under in Axial direction blowing air streams that initially range from 40 to Are heated to 120 ° C and by variation with cold air Affecting fiber shape, the fibers are in the following Process steps combined to form a fiber bundle or fiber strand, placed on a circulating belt and in one Calenders with partly heatable, partly coolable rollers an endless filter or filter tow rod pressed and calibrated. These fibers are not particularly stretched and therefore have a soft fluffy structure with a for a large filter surface necessary filtertow.
Im Spinnvliesverfahren werden Stärkewerkstoff-Thermoplaste auf Basis der Stärkepolymerwerkstoffe BIOPLAST® GF 102 und/oder GF 105 mit MFI (Schmelzindex nach DIN 53 735) 18-200 im Extruder mit Spinnpumpe sowie Spinndüse mit Düsenplatte und mehr als 1000 Düsenöffnungen zu hochfeinen Fasern und einem Spinnvlies verarbeitet. Dabei wird aus den einzelnen Filamenten ein Fadenvorhang hergestellt, in dem die an der Düse seitlich zugeführte Kühlluft so beschleunigt wird, daß die Filamente verstreckt werden. Die extrudierten Fäden fallen 3 - 10 m tief in einen Fallschacht, dabei wird durch die Falltiefe bei der niedrigen Schmelzviskosität und durch die axiale Luftströmung eine Verstreckung (1:5 bis 1:100) der Fasern erreicht, die dadurch eine beträchtlich erhöhte Festigkeit und einen Fadendurchmesser von 1 bis 30 µm erhalten. Am unteren Ende des Schachtes werden Luft und Fäden gleichmäßig verwirbelt, so daß die gebildeten Filamente aus dem Stärkewerkstoff zu einem unverfestigten Band zusammengefaßt werden, in einer Stauchkammerkräuselmaschine gekräuselt und auf einer Filterstabmaschine zu Filterstäben verarbeitet werden.In the spunbond process, starch thermoplastics are made based on the starch polymer materials BIOPLAST® GF 102 and / or GF 105 with MFI (melt index according to DIN 53 735) 18-200 in the extruder with spinning pump and spinneret with die plate and more than 1000 nozzle openings to fine fibers and processed a spunbond. The individual becomes Filaments made a thread curtain in which the cooling air supplied laterally to the nozzle is accelerated so that the filaments are drawn. The extruded threads fall 3 - 10 m deep into a chute the depth of fall at low melt viscosity and through the axial air flow is a stretch (1: 5 to 1: 100) of the fibers reached, which thereby increased considerably Strength and a thread diameter of 1 to 30 microns obtained. At the bottom of the shaft are air and threads evenly swirled so that the filaments formed the starch material combined into an unconsolidated band are crimped in a stuffer box crimping machine and processed to filter rods on a filter rod machine become.
Gemäß einem in Figur 1 dargestellten bevorzugten Verfahren
zur Herstellung der Filterelemente 1 nach der Erfindung wird
ein Stärkepolymer-Granulat 2, das als Ausgangsstoff dient,
unter Beimischung ausgewählter Additive in einer Extruderanlage
3 zu einer Schmelze verarbeitet und als Folie in Form
von einzelnen Fasern 4 durch eine Düsenplatte mit einer entsprechenden
Anzahl von Öffnungen extrudiert. Die Fasern 4
durchlaufen eine drehende Verspinnungsplatte 5, werden zu
einem Faserbündel zusammengefaßt, anschließend durch eine
Führung 6, beispielsweise Kompressionswalzen, gezogen und zu
einem Endlosfilter 7 ausgeformt. In einer Konfigurationsanlage
8 erfolgt die abschließende Formgebung, wobei der Endlosfilter
7 gegebenenfalls nochmals einer Stauchkammerkräuselmaschine
zugeführt und in einer Filterstabmaschine zu
einzelnen Filterelementen 1 verarbeitet wird.According to a preferred method shown in Figure 1
for the production of the filter elements 1 according to the invention
a
Die Figuren 1a und 1b zeigen jeweils einen Querschnitt sowie
einen Längsschitt eines Filterelementes 1 aus Fasern 4 eines
Stärkepolymers.
Die Figur 1c zeigt einen Längsschnitt einer Zigarette 10 mit
dem nach der Erfindung hergestellten Filterelement 12, wobei
ein Tabak 11 enthaltender Abschnitt und ein das Filterelement
1 enthaltender Abschnitt mit Zigarettenpapier 12 umwickelt
und verbunden sind, sowie das Filterelement 1 und
der Übergangsbereich zum den Tabak 11 enthaltenden Abschnitt
mit einer weiteren Banderole 13 zur Verstärkung umhüllt
sind.Figures 1a and 1b each show a cross section and a longitudinal section of a filter element 1 made of
1c shows a longitudinal section of a
Nachfolgend werden die nach der Erfindung zu verwendenden Biopolymere auf Basis nachwachsender Rohstoffe beschrieben. Sie sind für die Herstellung von Fasern, Filamenten, Faserfiltern und Watten geeignet, basieren im wesentlichen auf Stärke und umfassen insbesondere thermoplastische Stärke und die Gruppe der Polymermischungen aus thermoplastischer Stärke und weiteren abbaubaren Polymerkomponenten, wie Polymilchsäure, Polyvinylalkohol, Polycaprolacton, aliphatische und aromatische Polyester und deren Copolymere. Weitere verwendete Additive sind Plastifizierungsmittel, wie Glycerin und deren Derivate, sechswertige Zuckeralkohole, wie Sorbit und deren Derivate. Die Herstellung der thermoplastischen Stärke erfolgt in einer ersten Verfahrensstufe unter Zuhilfenahme eines Quell- oder Plastifizierungsmittels ohne Zugabe von Wasser und unter Verwendung von trockener bzw. getrockneter Stärke und/oder Stärke, die durch Entgasung bei der Verarbeitung getrocknet wird. Stärken enthalten als native Stärken handelsüblich 14 % Wasser, Kartoffelstärke sogar 18 % natürliche Feuchtigkeit als Ausgangsfeuchte. Wenn eine Stärke mit mehr als 5 % Feuchtigkeit unter Druck und/oder Temperatur plastifiziert bzw. verkleistert wird, entsteht eine destrukturierte Stärke, deren Herstellungsverfahren endotherm abläuft. Das Herstellungsverfahren der thermoplastischen Stärke ist demgegenüber ein exothermer Vorgang. Zudem betragen die kristallinen Anteile bei der thermoplastischen Stärke weniger als 5 % und bleiben unverändert. Bei destrukturierter Stärke sind die kristallinen Anteile unmittelbar nach der Herstellung ebenfalls gering, jedoch nehmen diese bei Lagerung von destrukturierter Stärke wieder zu. Veränderungen unterworfen ist auch der Glasumwandlungspunkt, welcher bei thermoplastischer Stärke bei -40°C verbleibt, während er vergleichsweise bei destrukturierter Stärke wieder auf über 0°C ansteigt (vgl. auch EP-A-0 397 819). Aus diesen Gründen werden destrukturierte Stärke und Werkstoffe auf Basis destrukturierter Stärke bei Lagerung allmählich relativ spröde. Bei der Herstellung der Polymermischungen werden Phasenvermittler für die Homogenisierung der hydrophilen und polaren Stärkepolymerphase und der hydrophoben und unpolaren Polymerphase verwendet, die entweder zugefügt werden oder vorzugsweise bei der Herstellung der Polymermischung in situ entstehen. Als Phasenvermittler werden Blockcopolymere verwendet, die u.a. in der WO 91/16375, EP-A-0 539 544, US-A-5 280 055 und EP-A-0 596 437 beschrieben sind. Die intermolekulare Compoundierung dieser unterschiedlichen Polymeren erfolgt unter differenzierten Temperatur- und Scherbedingungen zu verarbeitungsfähigen Granulaten. Diese thermoplastischen Blends werden durch Ankopplung der Phasengrenzflächen zwischen den wenig verträglichen Polymeren technologisch so hergestellt, daß die Verteilungsstruktur der dispersen Phase bei der Verarbeitung durch das optimale Verarbeitgungsfenster (Temperatur- und Scherbedingungen) erreicht wird. Die Materialeigenschaften von Celluloseacetatfaser-Filter und anderen Filtern aus niedermolekularen Biopolymeren wie Polyhydroxybuttersäure (PHB) und Polymilchsäure (PLA) sowie Filtern mit dem Filtermaterial aus Stärkepolymerfasern unterscheiden sich aufgrund der unterschiedlichen chemischen Struktur der Polymeroberflächen voneinander. Die verwendeten Stärken als Makromolekül haben ein Molekulargewicht > 1 Million durch die mit mehr als 75 % dominierende Amylopektinfraktion. Dies führt zusammen mit der hydrophilen Polymeroberfläche zu verbesserten Adhäsionseigenschaften der zu filternden Schadstoffteilchen im Tabakrauch. Insbesondere wird die Kondensatkonzentration im inhalierbaren Tabakrauch im Vergleich zu Celluloseacetat-Filter reduziert. Dieser Effekt wird von dem Anteil an Stärkepolymer-Feinfasern und der Hydrophilie der Faser beeinflußt.Below are those to be used according to the invention Biopolymers based on renewable raw materials described. They are for the production of fibers, filaments, fiber filters and cotton wool are essentially based on Starch and include in particular thermoplastic starch and the group of polymer blends from thermoplastic Starch and other degradable polymer components, such as polylactic acid, Polyvinyl alcohol, polycaprolactone, aliphatic and aromatic polyesters and their copolymers. More used Additives are plasticizers, such as glycerin and their derivatives, hexavalent sugar alcohols, such as sorbitol and their derivatives. The production of thermoplastic Starch occurs in a first stage of the process with the help a swelling or plasticizing agent without Adding water and using dry or dried starch and / or starch by degassing the processing is dried. Starches usually contain 14% water as native starches, Potato starch even as 18% natural moisture Initial moisture. If a starch with more than 5% moisture plasticized or gelatinized under pressure and / or temperature becomes a destructured strength, whose Manufacturing process is endothermic. The manufacturing process In contrast, the thermoplastic starch is a exothermic process. In addition, the crystalline proportions are less than 5% in the thermoplastic starch and remain unchanged. In the case of destructurized starch, they are crystalline Proportions also immediately low after production, however, these take on destructured storage Strength again. The is also subject to change Glass transition point, which with thermoplastic starch remains at -40 ° C, while comparatively at destructured Starch rises again to above 0 ° C (see also EP-A-0 397 819). For these reasons, they are being restructured Starch and materials based on destructurized starch Storage gradually becomes relatively brittle. When producing the Polymer mixtures become phase mediators for homogenization the hydrophilic and polar starch polymer phase and the hydrophobic and non-polar polymer phase used either added or preferably during manufacture the polymer mixture arise in situ. As a phase mediator block copolymers are used which include in the WO 91/16375, EP-A-0 539 544, US-A-5 280 055 and EP-A-0 596 437 are described. The intermolecular compounding of these different polymers takes place under differentiated Processable temperature and shear conditions Granules. These thermoplastic blends are made by coupling the phase interfaces between the less tolerable Polymers technologically manufactured so that the distribution structure the disperse phase during processing through the optimal processing window (temperature and Shear conditions) is reached. The material properties of cellulose acetate fiber filters and other low molecular weight filters Biopolymers such as polyhydroxybutyric acid (PHB) and polylactic acid (PLA) and filtering with the Distinguish filter material made from starch polymer fibers due to the different chemical structure of the Polymer surfaces from each other. The strengths used as Macromolecules have a molecular weight of> 1 million the dominant amylopectin fraction with more than 75%. This leads together with the hydrophilic polymer surface improved adhesion properties of the filter Pollutant particles in tobacco smoke. In particular, the Comparison of condensate concentration in inhalable tobacco smoke reduced to cellulose acetate filter. This effect is determined by the share of starch polymer fine fibers and the hydrophilicity affects the fiber.
Geeignete Polymermischungen auf Basis thermoplastischer Stärke und Verfahren zu deren Herstellung sind beispielsweise aus der DE-A-43 17 696, WO 90/05161, DE-A-41 16 404, EP-A-0 542 155, DE-A-42 37 535 und der DE-A-195 13 235 bekannt und wurden ferner in der PCT/EP 94/01946, der DE-A-196 24 641, der DE-A-195 13 237, der DE-A-195 15 013, der CH 1996-1965/96 und der DE-A-44 46 054 vorgeschlagen.Suitable polymer blends based on thermoplastic For example, starch and methods of making them are from DE-A-43 17 696, WO 90/05161, DE-A-41 16 404, EP-A-0 542 155, DE-A-42 37 535 and DE-A-195 13 235 are known and have also been described in PCT / EP 94/01946, DE-A-196 24 641, DE-A-195 13 237, DE-A-195 15 013, CH 1996-1965 / 96 and DE-A-44 46 054 proposed.
Wie die Fig. 2 zeigt, wird nach einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren das
Filtertow bzw. Filtermaterial für Zigaretten
und Rauchwaren aus einer Folie 16 aus einem Stärkewerkstoff
hergestellt, indem die Folie 16 gekräuselt, gefaltet
und in Längsrichtung orientiert als Rundfilterstab hergestellt
und mit einer äußeren Umhüllung aus Papier und/oder
Folienmaterial versehen wird. Die nach der Erfindung zu verwendenden
Ausgangsstoffe entsprechen den bereits beschriebenen
Polymerwerkstoffen, die im wesentlichen auf Stärke basieren.
Ein Filtertow aus gekräuselter und perforierter Folie
aus Celluloseacetat wird in der US-A-5 396 909 bekannt
gemacht. Gemäß dem in Figur 2 schematisch dargestellten Verfahren
wird ein Stärkepolymer-Granulat 2 (Stärkewerkstoff
BIOPLAST® GF 102) in einer Extruderanlage 3 und daran angeschlossener
Folienblasanlage 15 zu einer Folie 16 (BIOFLEX®
BF 102) verarbeitet. Die Folie 16 hat folgende Eigenschaften:
Die Figur 2a zeigt einen vergrößerten Querschnitt und die
Figur 2b einen vergrößerten Längsschnitt eines Filterelementes
1 aus einer gekräuselten biopolymeren Folie 16.Figure 2a shows an enlarged cross section and
Figure 2b shows an enlarged longitudinal section of a filter element
1 from a crimped
Die Figur 2c zeigt einen Längsschnitt einer Zigarette 10 mit
einem gemäß in Figur 2 dargestellten Verfahren hergestellten
Filterlement 1. Ein den Tabak 11 enthaltender Abschnitt und
ein das Filterelement 1 enthaltender Abschnitt der Zigarette
10 sind mit Zigarettenpapier 12 umwickelt. Zusätzlich ist
das Filterelement 1 bis in den Übergangsbereich zum den Tabak
11 enthaltenden Abschnitt mit einer verstärkenden Banderole
13 umhüllt.FIG. 2 c shows a longitudinal section of a
Fig. 3 zeigt ein Verfahrensschema für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Filtertows bzw. Filtermaterials zur Verwendung als Zigarettenfilter und Filter für Rauchwaren aus einem extrudierten Schaum aus nachwachsenden Rohstoffen wie Stärke.Fig. 3 shows a process scheme for the production of a filter tow or filter material according to the invention for use as cigarette filters and filters for tobacco products an extruded foam from renewable raw materials such as Strength.
Die Herstellung von Stärkeschaum durch Extrusion ist prinzipiell z.B. aus der DE-A-32 06 751 und der DE-A-43 17 697 bekannt. Bereits seit etwa 1930 ist die sogenannte Kochextrusion von Stärke bekannt. Dabei wird vorzugsweise in einem Zweiwellenextruder die Stärke unter Druck und Temperatur gelatinisiert, destrukturiert und als Schaumstrang ausextrudiert. Vorrangige Anwendung findet diese Verfahrenstechnik bei der Herstellung von geschäumten Snackprodukten. Auch sind extrudierte Stärkeschäume als Verpackungschips bekannt. Die EP-A-0 447 792 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Papierschaum aus Papierfasern, Stärke und vollverseiftem Polyvinylalkohol durch Extrusion zur Verwendung als Dämmaterial.The production of starch foam by extrusion is fundamental e.g. known from DE-A-32 06 751 and DE-A-43 17 697. So-called cooking extrusion has been around since around 1930 known of strength. It is preferably in one Twin-screw extruder gelatinized the starch under pressure and temperature, destructured and extruded as a foam strand. This process technology is used primarily in the production of foamed snack products. Also extruded starch foams are known as packaging chips. EP-A-0 447 792 discloses a method of manufacturing of paper foam made of paper fibers, starch and fully saponified Extruded polyvinyl alcohol for use as an insulating material.
Nach der Erfindung (Fig. 3) wird in einer Extrusionsanlage 3
Stärkeschaum 20 aus einem Ausgangsgemisch 21 von Stärke,
vorzugsweise nativer Kartoffelstärke, und plastifizierenden
und filmbildenden Additiven durch thermische und mechanische
Energieeinleitung verdichtet, gegebenenfalls modifiziert,
plastifiziert und durch Temperatur- und Druckabfall expandiert,
als aufgeschäumtes Rundprofil in einem Durchmesser
von 10 mm hergestellt und im Formatierungsprozeß auf einen
Durchmesser von 7,8 mm rundgewalzt und zu Filterstäben mit
einer Länge von 12,6 mm verarbeitet. Das spezifische Raumgewicht
der Schaumfilterelemente beträgt 12 kg/m3. Besonders
vorteilhaft ist hierbei, daß der extrudierte Stärkeschaum 29
im wesentlichen offenporig ist, so daß das aufgeschäumte
Filtermaterial aus destrukturierter Stärke mit einem kristallinen
Anteil von weniger als 5 % in der Lage ist, die im
Tabakrauch enthaltenen Flüssigkeiten und flüssigen Schadstoffe,
wie Kondensat und Teerprodukte, zu adsorbieren, wobei
der Stärkeschaumstoff selbst keine inhalierbaren, flüchtigen
Produkte in den Tabakrauch emittiert.According to the invention (FIG. 3),
Die Figur 3a zeigt einen vergrößerten Querschnitt und die
Figur 3b einen vergrößerten Längsschnitt eines Filterelementes
1 aus einem Stärkeschaum 20.Figure 3a shows an enlarged cross section and
Figure 3b shows an enlarged longitudinal section of a filter element
1 from a
Die Figur 3c zeigt einen Längsschnitt einer Zigarette 10 mit
einem Filterelement 1 wie es gemäß in Figur 3 dargestelltem
Verfahren hergestellt wird. Dem Tabak 11 und das Filterelement
1 enthaltende Abschnitte der Zigarette 10 sind gemeinsam
mit Zigarettenpapier 12 umwickelt. Ferner ist das Filterelement
1 bis in den Übergangsbereich zum den Tabak 11
enthaltenden Abschnitt mit einer äußeren, verstärkenden Banderole
13 umwickelt.3c shows a longitudinal section of a
In einem einstufigen Verfahren, wie in Fig. 3 dargestellt,
wird der Stärkeschaum 20 durch Extrusion mittels eines Zweiwellenextruders
Continua 37® hergestellt und in einem Kompressionsschritt
verdichtet, wobei er in einer Kalanderanlage
22 zu einem Endlosfilter 7 verarbeitet wird. Die abschließende
Formgebung und Vereinzelung zu Filterelementen 1
erfolgt in einer Konfigurationsanlage 8. Die Verfahrensbedingungen
und Rezepturen zur einstufigen Verfahrensgestaltung
der Herstellung des Filtertows bzw. Filtermaterials aus
Stärkeschaum sind in Tabelle I und IA anhand von je 4 Beispielen
gezeigt. Dabei stellt ein im wesentlichen elastischer
und komprimierbarer Filtertow mit einer offenporigen
Schaumstruktur ein befriedigendes Verfahrensergebnis dar
(Beispiele 1 bis 3 und 5 bis 8). Bei den Verfahren gemäß
Beispiel 1 bis 8 (Tabelle I und Ia) und Fig. 3 wird ein
Zweiwellenextruder vom Typ Continua C 37 der Firma Werner &
Pfleiderer zur Extrusion des Stärkeschaum-Materials verwendet.
Er weist eine Düsenplatte auf, die mit 1 bis 4 Düsenöffnungen
mit jeweils Durchmesser von 1,5 bis 4 mm ausgestattet
sein kann. Die Temperatureinstellung der Extruderanlage
erfolgt durch externe Kühl-Heizgeräte. Die Extruderanlage
hat sechs Temperaturzonen, wobei die ersten vier Zonen
auf Temperaturen von 25 bis 140°C gehalten werden. Die
Temperaturzonen 5 und 6 können mit Temperatureinstellungen
von 140 bis 165°C gefahren werden. Die bevorzugten Temperatureinstellungen
sind der Tabelle I und Ia entnehmbar:
In a one-step process, as shown in FIG. 3, the
Die Drehzahlen des Zweiwellenextruders bewegen sich vorzugsweise
zwischen 200 und 300 UpM. Die Drehzahl bestimmt gemeinsam
mit der Dosiermenge der Ausgangsstoffe auch das
Drehmoment der Extruderanlage wesentlich. Für die Versuche
wurde eine Drehzahl von 350 UpM gewählt. Eine optimale Expansion
des Stärkeschaumes 20 wird bei Massetemperaturen der
Schmelze von 160 bis 195°C erzielt. Diese Massetemperaturen
wurden bei den Versuchen realisiert. In der Extruderanlage
entstehen Betriebsdrücke von 25 bis 55 bar, wobei die besten
Ergebnisse bei hohen Massendrücken erzielt werden. Bezüglich
der Düsenkonfiguration wurden Variationen des Durchmessers,
der Anzahl der Düsen und der Anordnung der Düsenöffnungen in
der Düsenplatte untersucht. Die Düsenöffnungen wurden mit
1,5 bis 3 mm Durchmesser getestet, wobei die Anzahl der Düsen
von 1 bis 3 Düsen variiert wurde. Die Anordnung der Düsenöffnung
wurde vom Zentrum der Düsenplatte über einen
mittleren Durchmesser bis zum größten Durchmesser getestet.
Von den durchgeführten Versuchen des einstufigen Verfahrens
wurde je eine Düse mit einem Öffnungsdurchmesser von 2,5 mm
(Beispiel 1) bzw. 4 mm (Beispiele 2 bis 4), welche zentral
plaziert wurde, getestet.The speeds of the twin-screw extruder preferably move
between 200 and 300 rpm. The speed determines together
with the dosing amount of the starting materials also that
Torque of the extruder system essential. For the trials
a speed of 350 rpm was selected. An optimal expansion
of the
Die Ausgangsstoffe für das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen
Filtertows bzw. Filtermateriales sind:
Zur Dosierung der Stärke-Additiv-Mischung (Feststoffdosierung) dient ein einwelliges, volumetrisches Dosiergerät, wobei die Dosiermengen von den Betriebsparametern der Extruderanlage direkt abhängig sind. Das Gerät arbeitet mit einer Hohlwelle und hat einen Einsatzbereich von 1,5 kg/Std. bis 35 kg/Std. Die bevorzugten Dosiermengen sind aus der Fig. 4 ersichtlich.For dosing the starch-additive mixture (solid dosing) serves a single-shaft, volumetric dosing device, whereby the dosing quantities from the operating parameters of the extruder system are directly dependent. The device works with a Hollow shaft and has an application range of 1.5 kg / hour. to 35 kg / h The preferred dosing amounts are from FIG. 4 evident.
Zur Flüssigdosierung dient ein Membrandosiergerät vom Typ Gamma/5 der Firma ProMint. In den Beispielen 1 bis 8 wurde die Flüssigkeitsmenge von 0 bis 5 Liter/Std. variiert. In Tabelle I sind die dosierten Volumen der Flüssigkeit als Hubmengeneinstellung (in 0,1 ml/Hub) pro Hubfrequenzeinstellung (in Hüben pro Minute) der Dosierpumpe angegeben. Bei der Einstellung des Dosiergerätes von 5 : 55 werden 0,5 ml pro Hub mit 55 Hüben pro Minute zudosiert. Dies ergibt eine Dosiermenge von 27,5 ml pro Minute.A membrane metering device of the type is used for liquid metering Gamma / 5 from ProMint. In Examples 1-8 the amount of liquid from 0 to 5 liters / hour varies. In Table I lists the dosed volume of the liquid Stroke volume setting (in 0.1 ml / stroke) per stroke frequency setting of the dosing pump (in strokes per minute). At setting the dosing device from 5: 55 to 0.5 ml metered in at 55 strokes per minute. This gives one Dosage amount of 27.5 ml per minute.
Die Kalanderanlage 22 besteht aus vier hintereinanderlaufenden
gefrästen Riemenscheiben. Der Durchmesser der Riemenscheiben
und die Nutentiefe/Nutenbreite wurden bei den
durchgeführten Versuchen variiert. Es wurde weiterhin der
Einsatz von Zugfedern mit verschiedenen Zugstärken getestet,
die einen Anpreßdruck der Riemenscheiben von 5 bis 100 N erzeugen
können. Die bevorzugten Anpreßdrücke der Kalanderanlage
sind aus Tabelle I ersichtlich. Der Endlosfilter 7
des Stärkeschaumes 20 wurde dabei unterschiedlich stark verkleinert
und schließlich auf einen standardisierten Enddurchmesser
gebracht.The
Bei einer anschließenden Konditionierung wird der Stärkeschaum
20 gegebenenfalls auf eine bestimmte Restfeuchte eingestellt.With a subsequent conditioning the
Als Konfigurationsanlage 8 wird ein Stranggranulator mit
eingebauter Einzugswalze verwendet. Durch Einstellung der
Messerdrehzahl und der Anzahl der Messer kann bei konstanter
Einzugsgeschwindigkeit die Länge der Filterelemente 1 bzw.
Zigarettenfilter eingestellt werden.
Anhand der durchgeführten Beispiele wurden folgende Erkenntnisse
gewonnen:
Bei einer zweistufigen Verfahrensgestaltung wird zunächst ein Stärkegranulat nach einem bekannten Verfahren (z.B. DE-A-43 17 696 oder WO 90/05161) hergestellt. Anschließend erfolgt die Verarbeitung der Stärkegranulate durch erneute Extrusion in einem Einwellenextruder zu einem Stärkeschaumstrang und die Konfektionierung zum Filtertow bzw. Filterelement 1 unter Bedingungen, ähnlich denen des einstufigen Verfahrens. Auf eine ausführliche Verfahrensbeschreibung wird daher verzichtet. Die Tabellen II und IIa zeigen anhand von je vier Beispielen Verfahrensbedingungen und Rezepturen zur Herstellung von thermoplastischem Stärke-Polymer-Granulat (1. Verfahrensstufe): In a two-stage process design, starch granules are first produced using a known process (for example DE-A-43 17 696 or WO 90/05161). The starch granules are then processed by renewed extrusion in a single-screw extruder to form a strand of starch foam and the manufacture of the filter tow or filter element 1 under conditions similar to those of the one-step process. A detailed description of the process is therefore omitted. Tables II and IIa show process conditions and recipes for the production of thermoplastic starch-polymer granules (1st process stage) using four examples each:
Die Tabellen III und IIIa zeigen die Verfahrensbedingungen
zur Herstellung von Filtertows bzw. Filtermaterial aus zu
Stärkeschaum verarbeiteten thermoplastischem Stärke-Polymer-Granulat
(2. Verfahrensstufe):
Fig. 4 zeigt graphisch dargestellt Ergebnisse biologischer Abbaubarkeitstests für das erfindungsgemäße Filtermaterial, wobei Linie a) Stärkeschaum, Linie b) Fasern und Folien (Stärkewerkstoff BIOFLEX® BF 102), Linie c) Cellulosepulver und Linie d) Cellulose-2,5-acetat darstellt. Die wesentliche Eigenschaft des erfindungsgemäßen Filtermaterials ist der schnelle biologische Abbau. Diese Eigenschaft wurde an dem Stärkepolymerwerkstoff BIOLFELEX® BF 102 nach folgender Methode (beim Institut O.W.S. in Gent, Belgien) getestet: CEN Draft "Evaluation of the Ultimate Aerobic Biodegradability and Disintegration of Packing Materials under Controlled Composting Conditions - Method by Analysis of Released Carbon Dioxide" entsprechend modifizierter ASTM D 5338-92. Der Stärkewerkstoff BIOFLEX® BF 102, aus dem die Fasern und Folien zur Herstellung des erfindungsgemäßen Filtertows bzw. Filtermaterials bestehen, war nach 45 Tagen zu 96,6 % unter den Testbedingungen mineralisiert. Die Referenzsubstanz, reines Cellulosepulver (Linie c)), das als vollständig biologisch abbaubar gilt, war in der gleichen Zeit unter den gleichen Bedingungen nur zu 79,6 % abgebaut. Daher kann BIOFLEX® BF 102 laut Gutachten des Institutes O.W.S. als vollständig biologisch abbaubar gelten. Das Filtermaterial aus Stärkeschaum (Linie d)) ist aufgrund seiner porösen Oberfläche und Polymerzusammensetzung noch schneller vollständig abbaubar. Die sehr gute biochemische Abbaubarkeit wurde ermittelt durch den CSB (chemischer Sauerstoffbedarf in mg/l) und den BSB5 (Biologischer Sauerstoffbedarf in mg/l), wobei ein CSB von 1050 mg/l und ein BSB5 von 700 mg/l gemessen wurden. Der Quotient aus BSB5/CSB x 100 ergibt die sehr hohe biochemische Abbaubarkeit von 66 %, wobei Werte von mehr als 50 % als sehr gut abbaubar gelten. Bereits nach 10 Tagen war das Filtermaterial aus Stärkeschaum unter aeroben Kompostbedingungen zu mehr als 90 % biologisch abgebaut. Alle durch erfindungsgemäß Verfahren hergestellten Filtermaterialien entsprechen den Qualitätsanforderungen des LAGA-Merkblatt M 10: Qualitätskriterien und Anwendungsempfehlungen für Kompost sowie der DIN 54 900: "Prüfung der Kompostierbarkeit von polymeren Werkstoffen" und dem "ok Compost" Zertifikat.4 shows the results of biodegradability tests for the filter material according to the invention, where line a) starch foam, line b) fibers and films (starch material BIOFLEX® BF 102), line c) cellulose powder and line d) cellulose-2.5-acetate . The essential property of the filter material according to the invention is the rapid biodegradation. This property was tested on the starch polymer material BIOLFELEX® BF 102 using the following method (at the OWS Institute in Ghent, Belgium): CEN Draft "Evaluation of the Ultimate Aerobic Biodegradability and Disintegration of Packing Materials under Controlled Composting Conditions - Method by Analysis of Released Carbon Dioxide "correspondingly modified ASTM D 5338-92. The starch material BIOFLEX® BF 102, from which the fibers and foils for producing the filter tow or filter material according to the invention are made, was mineralized to 96.6% under the test conditions after 45 days. The reference substance, pure cellulose powder (line c)), which is considered to be completely biodegradable, was only 79.6% degraded in the same time under the same conditions. Therefore, according to the opinion of the institute OWS, BIOFLEX® BF 102 can be considered completely biodegradable. The filter material made of starch foam (line d)) is even more rapidly degradable due to its porous surface and polymer composition. The very good biodegradability was determined by the COD (chemical oxygen demand in mg / l) and the BOD 5 (biological oxygen demand in mg / l), whereby a COD of 1050 mg / l and a BOD 5 of 700 mg / l were measured . The quotient of BOD 5 / COD x 100 results in the very high biodegradability of 66%, with values of more than 50% being very easily degradable. After 10 days, the filter material made of starch foam was more than 90% biodegraded under aerobic compost conditions. All filter materials produced by the process according to the invention meet the quality requirements of LAGA leaflet M 10: quality criteria and recommendations for use for compost as well as DIN 54 900: "testing the compostability of polymeric materials" and the "ok Compost" certificate.
Claims (15)
- Method for preparing biodegradable filter elements (1) or filter tows for tobacco smoke filter elements including a filter material from starch and/or a starch-based polymer composition, comprising the following method steps:a) continuously supplying a dosed mixture of renewable raw materials and/or a starch-based polymer composition as well as further additives in an extruder arrangement, wherein the further additives are polyvinyl alcohol, polyester amide and/or polyester urethane, a flow auxiliary and optionally a blowing agent,b) heating and kneading the mixture under a defined temperature-pressure characteristic for the development of a melt,c) extruding the melt through a die,d) developing an extrudate with air-permeable configuration,e) compressing the extrudate and developing of an endless round filter rod, andf) wrapping the round filter rod and developing single filter elements.
- The method according to claim 1, characterized in that steps c) and d) continuously follow each other.
- The method according to claim 1, characterized in that in a first method step comprising steps a) to c) a thermoplastic starch polymer granulate is prepared which is processed in a single-shaft extruder to filter elements in a second method step according to steps a) to f).
- The method according to claim 1 or 3, characterized in that the extruder used in method steps a) to c) is a double shaft extruder.
- The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the renewable raw material is a native or modified starch, preferably a native potato starch.
- The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the extrudate is extruded as filaments, a film or foam.
- The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the dies have more than 1000 die orifices for the extrusion of filaments, 1 to 2 die orifices for the extrusion of films and 1 to 40 die orifices for the extrusion of foam, respectively.
- The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the die for the extrusion of films is a film die or a tubular die or double tubular die and that a flat film or a blown film is formed.
- The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the extruder arrangements have a plurality of temperature zones, preferably six temperature zones.
- The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that method step a) takes place in a first and second temperature zone and method step b) takes place in a third to sixth temperature zone.
- The method according to any one of claims 1, 2 or 4 to 10, characterized in that the following temperature profile is used:
Zone 1: 25 - 45°C Zone 2: 70 - 110°C Zone 3: 110 - 160°C Zone 4: 150 - 220°C Zone 5: 180 - 220°C Zone 6: 180 - 220°C - The method according to claim 3 or claim 3 in combination with any one of claims 4 to 10, characterized in that the following temperature profile is used:
Zone 1: 25 - 45°C Zone 2: 60 - 100°C Zone 3: 90 - 120°C Zone 4: 90 - 120°C Zone 5: 90 - 120°C Zone 6: 90 - 125°C - The method according to claim 3 or claim 3 in combination with any of claims 4 to 10, characterized in that the following temperature profile is used:
Zone 1: 25 - 45°C Zone 2: 60 - 120°C Zone 3: 100 - 190°C Zone 4: 140 - 190°C Zone 5: 140 - 190°C Zone 6: 140 - 200°C - The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the melt is plasticized before extrusion.
- The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the filter material is compressed to a strand transversely to its axis and wrapped.
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