EP1032282A2 - Biologisch abbaubarer filter für cigaretten - Google Patents

Biologisch abbaubarer filter für cigaretten

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EP1032282A2
EP1032282A2 EP98965660A EP98965660A EP1032282A2 EP 1032282 A2 EP1032282 A2 EP 1032282A2 EP 98965660 A EP98965660 A EP 98965660A EP 98965660 A EP98965660 A EP 98965660A EP 1032282 A2 EP1032282 A2 EP 1032282A2
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EP
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filter
cigarettes
cellulose fleece
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Reemtsma Cigarettenfabriken GmbH
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HF and PhF Reemtsma GmbH and Co
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
    • A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter-tips, filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces for cigars or cigarettes
    • A24D3/06—Use of materials for tobacco smoke filters
    • A24D3/08—Use of materials for tobacco smoke filters of organic materials as carrier or major constituent
    • A24D3/10—Use of materials for tobacco smoke filters of organic materials as carrier or major constituent of cellulose or cellulose derivatives

Definitions

  • the invention relates to a biodegradable filter according to the preamble of claim 1.
  • paper filters are the optimal solution for cigarettes.
  • the low success of pure paper filters is due to several material-specific properties of the paper.
  • the main problem with paper filters is the different taste of the smoke compared to conventional cellulose acetate filter cigarettes.
  • Other problems are the significantly different retention, a significantly poorer hardness with the same retention and a coarse-pored structure of the filter cut surface in comparison to cellulose acetate filters.
  • the paper is in fleece or Leaf form, the cellulose acetate in fiber form before. All experiments using different processing methods, e.g. B. the different degrees of crimping or pleating of the paper fleece to achieve the optical and haptic properties of the cellulose acetate have failed. Likewise, no method is known to date to change the paper's chemical retention properties in such a way that it corresponds to the acetate.
  • cigarettes are now constructed with double filters that contain a paper and a cellulose segment.
  • This embodiment is expensive due to complicated manufacturing techniques and is not yet optimal from an ecological point of view.
  • EP 0 032 044 B1 discloses a method for producing fiber webs with loosely packed fibers, in which the dry fibers are applied to a carrier web in an air stream in a sieve. The fibers are not subjected to transverse flow forces as they pass through and exit from a forming head, thereby maintaining a substantially uniform basis weight in the transverse direction of the fiber web. It can be used to produce fiber beds with basis weights of more than 70 g / m 2 . This known method is also referred to as an "air-laid" method. Due to the fluffiness of the cotton-like material, however, no cigarette filters could be produced with it.
  • the object of the invention is to develop a monofilter which is significantly better biodegradable than cellulose acetate and at the same time maintains the taste impression, the appearance, the hardness and the retention property of cellulose acetate indistinguishably for the consumer.
  • the processed cellulose fibers are not suspended in water as in the classic paper manufacturing process and placed on a permeable sieve to form the sheet, on which the cellulose fibers then cross-link with each other due to their grinding and fibrillation, but rather become cross-linked at most, they are placed in an air stream, which transports them onto a permeable endless sieve and places them on this in an unordered manner.
  • a mechanical bond and thus the necessary strength, which is required for further processing, is obtained by adding a binder such as e.g. As polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polymer starch, dextrin or latex.
  • the degree of density (g / cm 3 ) and thus the volume or thickness is set by means of subsequent calendering.
  • the weight per unit area (g / m 2 ) is controlled via the sieving speed or the fiber entry into the air flow.
  • FIG. 1 shows a fiber web produced by the air-laid method with cutting lines running in the longitudinal direction;
  • Figure 2 shows the indicated manner of folding the cut fiber web strips;
  • FIG. 3 shows the spiral winding of the fiber web strips from FIG. 2.
  • the five fibrous web strips 1-5 which are obtained by longitudinal cuts in the fibrous web 10 of Figure 1, are first folded according to the invention by a suitable device in a V-shape, as shown in Figure 2.
  • the free ends of the V-shaped fibrous web strips 1-5 are then placed next to one another and the strips are brought together by a suitable device in such a way that the apex 14 of the V-shaped fibrous web strips are arranged in the region around the central axis of the cigarette filter to be produced and are spirally adjacent to one another be turned into a cylinder jacket, as indicated schematically in FIG. 3 in cross section.
  • the fiber web strips 1-5 wound according to FIG. 3 are held together in the usual way by a filter covering paper 12, so that the paper filter according to the invention has the appearance of a cellulose acetate filter after its completion.
  • the biodegradation of the cigarette filter material according to the invention takes place within a comparable period of time as with commercially available (cigarette) cellulose filter material. This means a clear improvement over the cellulose acetate.
  • the biodegradation is assessed according to the "storm test" used in the industry by R.N. Storm in J. Americ. Oil Chemists' Soc. 5J1 (1973) May, pp. 159-167 in the article "Biodegradability of nonionic surfactants: screening test for predicting rate and ultimate biodegradation".

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Filter für Tabakwaren, insbesondere Cigaretten, der aus einem nach einem Air-Laid-Verfahren hergestellten Cellulosevlies in spiralförmiger Faltung hergestellt ist.

Description

Biologisch abbaubarer Filter für Cigaretten
Die Erfindung betrifft einen biologisch abbaubaren Filter gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Für Cigaretten stellen Papierfilter aus ökologischer Sicht die optimale Lösung dar. Der trotzdem geringe Erfolg reiner Papierfilter ist aber auf mehrere materialspezifische Eigenschaften des Papiers zurückzuführen.
Das Hauptproblem von Papierfiltern ist die geschmackliche An- dersartigkeit des Rauches im Vergleich zu herkömmlichen Cellu- loseacetatfilter-Cigaretten. Weitere Probleme stellen die deutlich unterschiedliche Retention, eine deutlich schlechtere Härte bei gleicher Retention und eine grobporige Struktur der Filterschnittfläche im Vergleich zu Celluloseacetatfiltern dar.
Diese Probleme führen dazu, daß der Raucher Cigaretten mit Papierfiltern aus geschmacklichen, optischen und haptischen Gründen ablehnt.
Als Hauptursache hierfür kann die unterschiedliche Form der Materialien gesehen werden. Das Papier liegt in Vlies- oder Blattform, das Celluloseacetat in Faserform vor. Alle Versuche über unterschiedliche Verarbeitungsverfahren, z. B. das unterschiedlich starke Krimpen oder Plissieren des Papiervlieses, um die optischen und haptischen Eigenschaften des Celluloseacetats zu erreichen, sind fehlgeschlagen. Ebenso ist bis dato kein Verfahren bekannt, das Papier in seinen chemischen Retentions- eigenschaften so zu verändern, daß es dem Acetat entspricht.
Als Folge dieser ungelösten Probleme werden Cigaretten heute mit Doppelfiltern, die ein Papier- und ein Cellulosesegment enthalten, konstruiert.
Diese Ausführungsform ist bedingt durch komplizierte Herstelltechniken teuer und aus ökologischer Sicht noch nicht optimal.
Aus der EP 0 032 044 Bl ist ein Verfahren zur Herstellung von Faserbahnen mit locker gepackten Fasern bekannt, bei dem die trockenen Fasern in einem Luftstrom in ein Sieb auf eine Trägerbahn aufgebracht werden. Die Fasern werden bei ihrem Durchgang durch einen Formierungskopf und ihrem Austritt daraus keinen Querströmungskräften unterworfen, wodurch ein im wesentlichen gleichmäßiges Basisgewicht in Querrichtung der Faserbahn beibehalten wird. Damit lassen sich Faserbetten mit Flächengewichten von mehr als 70 g/m2 herstellen. Dieses bekannte Verfahren wird auch als "Air-Laid" Verfahren bezeichnet. Aufgrund der Flauschigkeit des watte-ähnlichen Materials ließen sich damit jedoch keine Cigarettenfilter herstellen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Monofilter zu entwickeln, der deutlich besser biologisch abbaubar als Celluloseacetat ist und dabei den Geschmackseindruck, das Aussehen, die Härte und die Retentionseigenschaft von Celluloseacetat für den Konsumenten nicht unterscheidbar beibehält .
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale der Patentansprüche 1. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß ein Papier, das nach einem sog. Air-Laid-Verfahren hergestellt und zu einem Filter in der erfindungsgemäßen Weise weiterverarbeitet wurde, die gestellte Aufgabe löst.
Bei dem Air-Laid-Verfahren werden die aufbereiteten Cellulose- fasern nicht wie im klassischen Papierherstellungsverfahren in Wasser suspendiert und zur Blattbildung auf ein durchlässiges Sieb gegeben, auf dem sich dann die Cellulosefasern, bedingt durch deren Mahlung und Fibriliierung, untereinander vernetzen, sondern sie werden maximal vereinzelt in einen Luftstrom gegeben, der sie auf ein durchlässiges Endlossieb transportiert und auf diesem ungeordnet ablegt. Hierdurch erhält man ein fast watteförmiges voluminöses Vlies , das so keine mechanische Festigkeit oder Faserverknüpfung aufweist. Eine mechanische Bindung und damit die notwendige Festigkeit, die zur Weiterverarbeitung erforderlich ist, erhält man durch in den Luftstrom erfolgende Zugabe eines Bindemittels wie z. B. Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, Polymerstärke, Dextrin oder Latex. Den Grad der Dichte (g/cm3 ) und damit der Voluminösität bzw. Dicke stellt man über anschließendes Kalandrieren ein. Das Flächengewicht (g/m2) wird über die Siebgeschwindigkeit oder den Fasereintrag in den Luftstrom gesteuert.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbei- spiels näher erläutert; es zeigen:
Figur 1 eine nach dem Air-Laid Verfahren hergestellte Faserbahn mit in Längsrichtung verlaufenden Schnittlinien; Figur 2 die angedeutete Art der Faltung der geschnittenen Faserbahnstreifen; Figur 3 die spiralförmige Wicklung der Faserbahnstreifen von Figur 2.
Figur 1 zeigt eine nach dem Air-Laid Verfahren hergestellte Faserbahn 10 mit einem Flächengewicht von etwa 40-50g/m2, die beginnend von einer Linie A-A in eine Anzahl von n Faserbahnstreifen geschnitten ist, wobei für das dargestellte Ausführungsbeispiel gilt n = 5. Es wird darauf hingewiesen, daß n aber auch eine andere Anzahl sein kann, beispielsweise 4 oder 6, wobei allerdings n = 4 eine bevorzugte Anzahl ist, die sich allerdings zeichnerisch in der spiralförmigen Anordnung gemäß Figur 3 nicht gut darstellen ließ.
Die fünf Faserbahnstreifen 1-5, die durch Längsschnitte in der Faserbahn 10 von Figur 1 erhalten werden, werden gemäß Erfindung durch eine geeignete Vorrichtung zunächst V-förmig gefaltet, wie dies in Figur 2 dargestellt ist. Anschließend werden die freien Enden der V-förmig gefalteten Faserbahnstreifen 1-5 aneinander gelegt und die Streifen durch eine geeignete Vorrichtung derart zusammengeführt, daß die Scheitel 14 der V-förmig gefalteten Faserbahnstreifen im Bereich um die Mittelachse des herzustellenden Cigarettenfilters angeordnet und spiralförmig aneinander- liegend so zu einem Zylindermantel gedreht werden, wie dies Figur 3 im Querschnitt schematisch andeutet. In der Realität liegen die einzelnen Faserbahnstreifen 1-5 nach der spriralför- migen Wicklung gemäß Figur 3 durch eine Vorpressung so dicht aneinander, daß dadurch der Eindruck eines homogenen, geschlossenen Filters entsteht, die wie das mundseitige Ende eines Celluloseacetat-Filters aussieht. Mit anderen Worten erkennt man aufgrund der Flauschigkeit des Materials nicht mehr, daß nur wenige Lagen von Faserbahnstreifen spiralförmig so miteinander verdrillt sind, wie dies Figur 3 zeigt.
Die gemäß Figur 3 gewickelten Faserbahnstreifen 1-5 werden auf übliche Weise von einem Filterbelagpapier 12 zusammengehalten, so daß der erfindungsgemäße Papierfilter nach seiner Fertigstellung das Aussehen eines Celluloseacetats-Filters hat.
Beispiele; Die in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Cigarettenmuster wurden angefertigt und miteinander verglichen:
*BT = expandierter Tabak
Als Filtermaterialien wurden folgende Spezifikationen eingesetzt:
Acetat 3,0y/35000 HK mit 7 % Triacetinbeaufschlagung Acetat 2,ly/36000 SK mit 7 % Triacetinbeaufschlagung
Air-Laid B+D 48 g/m2, Latexbinder und ca. 0,8 mm Dicke E 70 g/m2, Latexbinder und ca. 1,1 mm Dicke
Darin bedeuten HK = hochgekräuselt und SK = superstark gekräuselt.
Ergebnis : Die analytisch und physikalisch ermittelten Daten sind entsprechend gültiger DIN/ISO-Vorschriften erstellt worden und zeigen im Rahmen der Meßgenauigkeiten keine Unterschiede. Die geschmackliche Bewertung wurde von 15 geschulten Rauchern durchgeführt und führten im paarweisen Vergleich zu nicht signi- fikanten Unterschieden.
Der biologische Abbau des erfindungsgemäßen Cigarettenfilter- materials erfolgt innerhalb einer vergleichbaren Zeitspanne wie bei handelsüblichem (Cigaretten-) Cellulosefiltermaterial . Dies bedeutet eine eindeutige Besserstellung gegenüber dem Celluloseacetat. Die Bewertung des biologischen Abbaus erfolgt nach dem in der Industrie gebräuchlichen "Sturm-Test", der von R.N. Sturm in J. Americ. Oil Chemists' Soc. 5J1 (1973) Mai, S. 159-167 in dem Artikel "Biodegradability of nonionic surfactants: screening test for predicting rate and ultimate biodegradation" beschrieben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Filter für Tabakwaren, insbesondere Cigaretten, dadurch gekennzeichnet, daß dieser aus einem nach einem Air-Laid- Verfahren hergestellten Cellulosevlies hergestellt ist.
2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächengewicht des Cellulosevlieses zwischen 20 und 100 g/m2 liegt.
3. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächengewicht des Cellulosevlieses zwischen 40 und 70 g/m2 liegt.
4. Filter nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Cellulosevlieses zwischen 0,5 - 1,5 mm liegt.
5. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Cellulosevlieses zwischen 0,7 - 1,2 mm liegt.
6. Filter nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Cellulosevlies 5 - 30 % Bindemittel beigegeben sind.
7. Filter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Cellulosevlies 20 % Bindemittel enthält.
8. Filter nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Latex ist.
9. Filter nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Polyvinylalkohol ist.
10. Filter nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Polyvinylacetat ist.
11. Filter nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Copolymer von Vinylacetat und Äthylen ist.
12. Filter nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel eine wasserlösliche Stärke ist.
13. Filter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel eine wasserlösliche Polymerstärke ist.
14. Filter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Dextrin ist.
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