Pierwszenstwo: 23.11.1966 Szwajcaria Opublikowano: 30.V.1970 59955 KI. 79 b, 24 MKP A 24 c b\&0 UKD Wspóltwórcy wynalazku: Paul Adolf Muller, Erich Barkowski Wlasciciel patentu: Cefil Company Establishment, Vaduz (Liechtenstein) Wkladki filtracyjne do wyrobów tytoniowych, zwlaszcza do papie¬ rosów i sposób ich wytwarzania Przedmiotem wynalazku sa papierowe wkladki filtracyjne do wyrobów tytoniowych oraz sposób polepszania wlasciwosci smakowych tego rodzaju filtrów.Filtry, zawierajace papier w oslonie, sa znane i szeroko stosowane jako filtry do papierosów. Sto¬ sowany w praktyce na duza skale sposób obróbki papieru w celu wytwarzania filtrów do papiero¬ sów polega na tym, ze gladka tasme papierowa bez konca, przepuszcza sie przez co najmniej jedna pare walców, zaopatrzonych w umieszczone blisko siebie zebra obwodowe, zapobiegajace bocznym ruchom tasmy i wyposazonych w liczne, równo¬ legle rowki podluzne, powodujac rozciaganie tasmy, w kierunku poprzecznym i powstawanie licznych, pojedynczych rys podluznych. Rozciaganie to po¬ woduje rozluznianie wlókien papieru, dzieki cze¬ mu na obu plaskich stronach tasmy papierowej powstaja obszary pokryte meszkiem, z licznymi wystajacymi koncami wlókien. Rozciaganie po¬ przeczne mozna prowadzic az do wystapienia do¬ wolnie rozlozonych, niepolaczonych ze soba rys wzdluznych z postrzepionymi brzegami, bez ich szkodliwego wplywu na spoistosc tasmy papiero¬ wej w kierunku poprzecznym.Znana jest ta skuteczna w praktyce metoda ob¬ róbki gladkich tasm papierowych w celu zastoso¬ wania ich na filtry do papierosów. Podobnie znane sa wytworzone zlobkowane w kierunku wzdluz¬ nym i rozstrzepione tasmy papieru, jak i wytwo- 10 20 25 rzona przez zwiniecie w kierunku poprzecznym do tasmy i umieszczona w oslonce tasma filtru, która sie tnie na odpowiednia dlugosc.Przy stosowaniu tej metody, w celu uzyskania wymaganego rowkowania wzdluznego i rozwlók¬ nienia tasmy papierowej bez calkowitego zniszcze¬ nia poprzecznej spoistosci papieru, papier dopro¬ wadzony do pary walców powinien miec odpo¬ wiednia gietkosc. W praktyce gietkosc te uzyskuje sie przede wszystkim przez zwilzanie papieru wo¬ da, która moze zawierac substancje dodatkowe.W zwiazku z tym, po dokonanym zlobkowaniu wzdluznym i postrzepieniu, nalezy tasme papiero¬ wa wysuszyc przy czym uprzednio albo w czasie lub po suszeniu trzeba dokonac dalszego prze¬ ksztalcenia tasmy papierowej, na przyklad radel- kowania lub sciskania przez obracajace sie pary walców z radelkowanymi lub gladkimi powierzch¬ niami. Wysuszona, zlobkowana wzdluznie i roz¬ wlókniona tasma papierowa jest zwijana na szpule i doprowadzana do wymaganej szerokosci i nastep¬ nie podawana na maszyny do wyrobu filtrów w celu wykonania odcinków filtrujacych lub wkla¬ dek filtrujacych.Mozna tez uniknac nawijania tasmy papieru na szpule i tasme wystarczajaco wysuszona zlobko¬ wana wzdluznie i postrzepiona uzyc bezposrednio w maszynach do ciaglego wyrobu odcinków filtru¬ jacych lub wkladek filtrujacych. W praktyce oka¬ zalo sie celowe rowkowanie wzdluzne i rozwlók- 5995559955 3 4 nianie zwilzonej tasmy papierowej przy pomocy nagrzanej pary walców, przy czym temperatura powierzchni walców zaopatrzonych w zeberka na obwodzie wynosi kilkaset 0°C. Istnieje takze mozliwosc obróbki przy pomocy zimnych walców.Przy wytwarzaniu zlobkowanych wzdluznie i rozwlóknionych tasm papierowych zgodnie z opi¬ sana wyzej, znana metoda, zwilzanie papieru suro¬ wego przed jego wprowadzeniem do pary walców zlobkujacych nie jest konieczne, gdyz papiery su¬ rowe odpowiedniego rodzaju moga byc takze za¬ opatrywane w niepowiazane ze soba wzdluzne rysy i rozwlóknione przy pomocy par walców z zeber¬ kami na obwodzie. Wykonana w ten sposób tasma papierowa ma na ogól przy tym slabo uwydatnione rowki wzdluzne lub nie ma ich wcale. Przy nie¬ wielkich wymaganiach stawianych jakosci wkla¬ dek filtracyjnych metoda ta moze byc stosowana i ma te zalete, ze mozna zrezygnowac z suszenia rozwlóknionej tasmy papierowej.Nalezy zwrócic uwage na to, ze wystarczajaco silnie rozwlóknione tasmy papierowe, mozna wy¬ konywac w inny sposób niz przy pomocy wspom¬ nianych par walców ze zlobkami obwodowymi. Na przyklad mozliwe jest rozwlóknianie przy pomocy perforacji. Wykonuje sie przy tym otwory podobne do rozdarc z rozwlóknionymi brzegami, przy po¬ mocy walców z dlugimi lub odpowiednio uksztal¬ towanymi kolcami. Proponowano takze rozwlók¬ nianie suchych tasm papierowych za pomoca za¬ chodzacych na siebie tarcz zabkowanych i przez dociskanie z boku zaopatrzonym w obwodowe row¬ ki walcem do elastycznego walca gumowego.Wszystkie wkladki filtracyjne dla papierosów wykonane z tasm papierowych rozwlóknionych znanymi sposobami maja jednak wade. Przy zasto¬ sowaniu ich do papierosów z lekkimi, a zwlaszcza z jasnymi gatunkami tytoniu powoduja one wyczu¬ walny przy paleniu posmak, nazywany „posma¬ kiem papieru", znany w przemysle tytoniowym.Nie chodzi tu o substancje smakowe które prze¬ chodza z filtru do dymu, lecz o kolejne absorbo¬ wanie pewnych skladników dymu przez wkladki filtrujace. Charakterystyczne dzialanie filtrów pa¬ pierowych okreslane jako „posmak papieru", wy¬ stepujacy w niektórych papierosach jest faktem i w przemysle tytoniowym uwazane jest za wade wszystkich filtrów papierowych.Poniewaz przyczyna wystepujacego „posmaku papieru" nie jest dokladnie znana, zalozono naj¬ pierw, ze na ten posmak wplywa zwilzanie i póz¬ niejsze suszenie papieru, a takze jego kontakt z goracymi powierzchniami metalowymi.Wykonane próby z filtrami papierowymi z tasmy, która byla wystarczajaco rozwlókniona w stanie suchym bez uzycia elementów metalowych i nada¬ wala sie na filtr dymu wykazaly jednak, ze „po¬ smak papieru" takze wystepuje.Z drugiej zas strony wykonano wiele badan w celu zmniejszenia „posmaku papieru" w czasie wy¬ konywania filtrów do papierosów z tasmy papie¬ rowej. Polegaly one na tym, ze w czasie zwilzania lub przez pózniejsze spryskiwanie zakwaszano su¬ cha tasme papierowa, na przyklad kwasem octo¬ wym, kwasem mrówkowym, wodnym roztworem alunu lub podobnymi substancjami. Stwierdzono* ze zakwaszone w ten sposób i rozwlóknione tasmy papierowe moga byc przerabiane na wkladki fil¬ tracyjne wykazujace niewielki „posmak papieru".Tego rodzaju zakwaszanie prowadzilo jednak dc* niepozadanego zapachu wykonanych wkladek fil¬ tracyjnych, lub w czasie procesu rowkowania i roz¬ wlókniania wystepowaly znaczne trudnosci, powo¬ dowane korozja zastosowanych elementów meta¬ lowych.Takze obróbka papieru surowego o mniejszej niz zwykle wartosci pH od 6,1 do 6,3 dala niezado¬ walajace wyniki, gdyz tego rodzaju papiery wyka¬ zuja czesciowo niepozadane zóltawe zabarwienie lub maja zbyt mala gietkosc i sa podobne do slomy co wplywa niekorzystnie na rozwlóknianie i daje niezadawalajace tasmy papierowe bez poprawienia wady okreslanej jako ,^posmak papieru".Sposób wedlug wynalazku umozliwia polepsze¬ nie wlasciwosci smakowych filtrów dla wyrobów tytoniowych wykonanych z papieru w oslonce. Ce¬ cha tego sposobu jest to, ze tasma papierowa wy¬ konywana jest z masy papierowej uwolnionej od siarki, przy czym do masy tej dodaje sie nie za¬ wierajacy siarki zwiazek metaliczny kwasu nale¬ zacego do grupy kwasów takich, jak kwas octowy^ kwas protprionowy i kwas mrówkowy. Zwiazek ten jest dodawany w takiej ilosci, ze woda po ostatnim sicie maszyny papierniczej ma wartosc pH mniej¬ sza niz 6,0. Tasma papierowa jest w regulowany sposób rozwlókniana, otaczana oslonka, formowana w pasmo o przekroju w przyblizeniu kolowym i cieta na odcinki filtrów o wymaganej dlugosci.Wedlug wynalazku wkladki filtracyjne dla wy¬ robów tytoniowych, zwlaszcza do papierosów wy¬ konane metoda polegajaca na cieciu pasma papie¬ ru o przekroju w przyblizeniu kolowym w oslonce, cechuje to, ze papier jest wolny od zwiazków siar¬ ki i zawiera zwiazki metalu i kwasu z grupy, do której nalezy kwas octowy, kwas proprionowy i kwas mrówkowy.Wynalazek jest objasniony blizej w odniesieniu do kilku przykladów. Znane papierowe wkladki filtracyjne sa wykonywane normalnie z tasm pa¬ pieru surowego o ciezarze 20 — 40 g na 1 m2. Do masy do wyrobu tych papierów dodawany jest zwykle siarczan glinowy w celu zwiekszenia wy¬ trzymalosci tasmy papierowej. Siarczan glinowy dziala wzmacniajaco na konsystencje wlókien two¬ rzacych papier co jest pozadane. Te wkladki filtra¬ cyjne powoduja jednak w wypadku zastosowania ich do papierosów z lekkim, jasnym tytoniem, ze dym ma niepozadany wyzej wspomniany „posmak papieru". Stwierdzono i zbadano na podstawie wielu prób, ze ,yposmak papieru" wkladek papie¬ rowych moze byc zmniejszony lub calkowicie usu¬ niety, gdy tego rodzaju filtry wykonuje sie w spo¬ sób bedacy przedmiotem wynalazku.Zgodnie z wynalazkiem tasme papieru wykonuje sie z masy papierowej mozliwie uwolnionej od zwiazków zawierajacych siarke, czyli nalezy cal¬ kowicie zrezygnowac z dodawania siarczanu glinu.Aby jednak uzyskac potrzebne sklejenie i wystar¬ czajaca spoistosc wlókien w tasmie papieru, nalezy dodac innych zwiazków wolnych od siarki, które 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6059955 wykazuja podobne dzialanie Jak uzywany dotych¬ czas siarczan glinu. Okazalo sie, ze odpowiedni jest na przyklad w tym celu zasadowy octan glinowy Al2(OH)2(CH3COO), który dodaje sie w takiej ilo¬ sci, ze w zbiorniku wody ostatniego sita maszyny papierniczej wartosc pH jest mniejsza niz 6,0 a korzystnie mniejsza niz 5,8.Tego rodzaju papier, wolny praktycznie od zwiazków zawierajacych siarke i wykazujacy wieksza niz zazwyczaj zawartosc kwasu, rozwlók¬ nia sie bez dodatkowego nawilzania i nawija na szpule i dalej przerabia lub bezposrednio po pro¬ cesie rozwlókniania tnie sie go na wymagana sze¬ rokosc, zaopatruje w oslonki, formuje w pasma i tnie na odpowiednie odcinki.Okazalo sie, ze wedlug tej metody mozna wy¬ twarzac rozwlókniona tasme papierowa w sposób ciagly i otrzymana tasme mozna przerabiac bez trudnosci na wkladki filtracyjne. Tasma ta ma wlasciwosci mechanicznej, jak wytrzymalosc na rozciaganie i trwalosc ksztaltu, co najmniej takie same, jak stosowane dotychczas tasmy papierowe.Takze wlasciwosci wykonanego w ten sposób pa¬ pieru surowego sa co najmniej takie same lub lep¬ sze niz stosowanych dotychczas tasm papierowych.Podana nizej tabela zawiera wartosci porów¬ nawcze najlepszych znanych papierów surowych, które sa dotychczas stosowane na wkladki filtra¬ cyjne i papieru surowego wykonanego sposobem wedlug wynalazku.Zawartosc bieli w °/o Ciezar powierzchnio¬ wy w g/m2 Grubosc w mm Dlugosc izerwania w m: wizidluz w poprzek w poprzek/wzdluz w °/o wartosc pH w wodzie odicedzonej Przyklad I papiery su¬ rowe znane 89,5 35,0 0,060 3500 1460 41,7 6,3 Przyklad II papier we¬ dlug wyna¬ lazku 88,4 35,0 0,060 5000 2593 51,9 5,8 Z podanych wartosci liczbowych widac, ze pa¬ pier surowy wykonany sposobem wedlug wynalaz¬ ku ma wszystkie swe wlasciwosci korzystniejsze niz znany papier surowy stosowany dotychczas do wyrobu filtrów do papierosów. Ze zlobkowanej wzdluz i rozwlóknionej tasmy papierowej, otrzy¬ manej zgodnie z wynalazkiem, wykonuje sie od¬ cinki filtracyjne i z nich w znany sposób sporzadza sie wkladki filtracyjne do papierosów i poddaje je badaniom. Okazalo sie przy tym, ze „posmak pa¬ pieru" stwierdzany w wypadku dotychczasowych papierowych wkladek filtracyjnych, istnieje w nie¬ wielkim tylko stopniu lub nie wystepuje wcale.W dalszych badaniach stwierdzono, ze to zjawi¬ sko spowodowane jest nie przez wieksza kwaso- 15 20 25 35 40 45 50 55 60 65 wosc rowkowanych wzdluznie i rozwlóknionych tasm papierowych, lecz przez fakt, ze we wklad¬ kach filtracyjnych skladajacych sie z Wlókien ce¬ lulozowych nie wystepuje siarczan glinowy lecz zwiazek octanowy, W kazdym razie przy uzyciu wkladek filtracyjnych wedlug wynalazku uzyskuje sie znaczna poprawe smaku w stosunku dp innych znanych filtrów papierowych. Przy dalszych bada¬ niach okazalo sie, ze przy zmniejszeniu wartosci pH ponizej 5,8 az do 5,4 znikaja resztki stwierdza¬ nego „posmaku papieru" i nastepuje dalsza popra¬ wa smaku. Przy dalszym wzroscie kwasowosci pa¬ pieru do pH = 5,2 do 5,0 nie stwierdzono wad sma¬ kowych; najkorzystniejszy zakres wartosci pH wy¬ nosi 5,6 do 5,3.Nad filtrami z papieru surowego, w którym zwykle stosowany siarczan glinowy zostal calko¬ wicie zastapiony przez octan glinowy, przeprowa¬ dzono szerokie badania. Filtry te wykonano w spo¬ sób opisany w przykladach III i IV.Przyklad III: Do masy papierowej wykona¬ nej w znany sposób, ale bez dodatku siarczanu gli¬ nowego, dodaje sie w malych ilosciach octanu gli¬ nowy Al2(OH)2 (CH3COO) w postaci cieklej i spraw¬ dzano wartosc pH w wodzie po ostatnim sicie ma¬ szyny papierniczej. Dodawanie Al2(OH2)(CH3COO) kontynuowano tak dlugo, az wartosc pH nie spa¬ dala dalej przy dalszym dodawaniu tej substancji.Punkt ten osiagnieto przy pH = 5,8 — 5,6.Z masy wykonuje sie papier o ciezarze 32 — 34 g na 1 m2 i nawija go w role. Z roli papieru odwija sie papier z predkoscia 60 — 100 cm na sek, zwilza, przepuszcza przez szczeline miedzy ogrzanymi obracajacymi sie walcami stalowymi, zaopatrzony¬ mi w zachodzace na siebie zeberka obwodowe i wreszcie w celu wysuszenia przeprowadza w spo¬ sób ciagly przez urzadzenie ogrzewcze.Wytworzona w ten sposób tasme papieru z ze¬ berkami wzdluznymi, rowkami wzdluznymi i duza iloscia nieregularnych, niepolaczonych ze soba pekniec wzdluznych doprowadza sie do maszyny do wyrobu filtrów o znanej konstrukcji, sciska w poprzek na pasmo bez konca o srednicy okolo 8,3 mm, owija papierem i wreszcie tnie na wklad¬ ki filtracyjne wymaganej dlugosci.Wkladki filtracyjne, wykonane wedlug przykla¬ du III, porównane zostaly co do oddzielania niko¬ tyny i smoly oraz wplywu na wlasnosci smakowe z filtrami, wykonanymi ze zwyklego papieru, za¬ wierajacego siarczan glinowy, majacego ten sam ciezar powierzchniowy i dla którego stosowano to samo nawilzanie i dalsza obróbke i które stawialy ten sam opór przeplywu.Dzialanie oddzielajace bylo co najmniej tak sa¬ mo duze, a przy wielu pomiarach nawet nieco wieksze w przypadku filtrów z papierem zawiera¬ jacym octan. Przy badaniach stwierdzono smako¬ we polepszenie w przypadku filtrów zawierajacych octan w stosunku do filtrów zawierajacych siar¬ czan.Przyklad IV: Do masy papierowej dodaje sie najpierw tak, jak w przykladzie III tyle octanu' glinu Al2(OH)2 (CH3CÓO), az Woda po ostatnim sicie maszyny papierniczej osiaga wartosc pH = 5,8—5,6. Nastepnie tak dlugo dodaje sie kwas.59955 8 octowy, az w wodzie po ostatnim sicie uzyskuje sie wartosc pH = 5,4.Dalsza obróbka w celu wykonania papieru suro¬ wego i wkladek filtracyjnych odbywa sie tak, jak w przykladzie III. Filtry o dlugosci 20 mm, wyko¬ nane wedlug przykladu IV i umieszczone na zwitce tytoniu o dlugosci 65 mm zbadano dla porównania z filtrami o tej samej dlugosci i o tym samym opo¬ rze ciagu, wykonanymi z wlókien z octanu celulo¬ zy (typ 3.3—40) z ta sama zwijka tytoniu. Podczas gdy filtry otrzymane wedlug przykladu IV stoso¬ wane byly bez dalszego preparowania, wlókna z octanu celulozy obrabiano w znany sposób trój- acetyna jako zmiekczaczem. Dzialanie filtracyjne stwierdzono przy próbach palenia i okreslono przy tym nastepujace skladniki w dymie jednego pa¬ pierosa: li. 1 Papierosy z filtrem wedlug przykladu IV Papierosy z filtrem z octanu celulozy miligramów nikotyny 0,8 1,2 miligramów skladników stalych 16 21 Oprócz znacznie silniejszego dzialania filtracyj¬ nego filtru wedlug przyklad IV w porównaniu z filtrami z wlókien z octanu celulozy nie stwier¬ dzono przy -porównawczych próbach palenia wy¬ stepowania „posmaku papieru" u papierosów za¬ opatrzonych w filtry papierowe.Nalezy zwrócic uwage, ze tasmy papieru i filtry wykonane wedlug przykladu III i IV sa calkowicie bez zapachu i smaku.Takze przy dluzszym skladowaniu tego rodzaju papieru lub odcinków filtracyjnych w zamknietych pomieszczeniach nie stwierdzono zadnego sladu zapachu, wystepujacego w przypadku tasm papie¬ ru traktowanych jak wyzej wspomniano w znany sposób kwasem lub substancjami zawierajacymi kwasy. Nie stwierdzono takze zadnego zapachu przy rozwlóknianiu i rowkowaniu papieru wyko¬ nanego wedlug wynalazku po nawilzeniu za po¬ moca goracych walców i nastepujacym po tym su¬ szeniu. Tak wiec dodawanie do masy papierowej zwiazków octanowych a zwlaszczao etanu glinowe¬ go lub kwasu octowego, nie powoduje powstawa¬ nia zapachu. Nie wystepuje takze zaden slad ko¬ rozji metalowych elementów przy obróbce tasm papierowych wykonanych zgodnie z wynalazkiem.W zwiazku z tym nie jest latwe stwierdzenie krytycznych domieszek na drodze analizy chemicz¬ nej, mozna jednak dokonac na tasmach papieru oraz na odcinkach filtracyjnych odpowiednich ba¬ dan dla okreslenia charakterystycznych domieszek.Dla wykrycia wystepujacych zwykle, lecz zgodnie z wynalazkiem szkodliwych zwiazków siarkowych w papierze, mozna w znany sposób dokonac kon¬ troli przy pomocy chlorku baru, który w obecnosci siarczanów daje osad siarczanu baru.Wykrycie zwiazków zawierajacych octany jest trudniejsze, lecz mozna go dokonac przynajmniej jakosciowo za pomoca znanej próby kakodylowej 15 20 25 30 35 40 45 55 60 65 lub przy pomocy kwasnego siarczanu potasowego.Przy pierwszej metodzie zachodzi reakcja z trój¬ tlenkiem arsenu i w obecnosci octanów wystepuje zapach podobny do zapachu czosnku. W drugim przypadku wystepuje typowy zapach kwasu octo¬ wego. Tak wiec mozna wystarczajaco wyraznie stwierdzic brak siarczanów i wystepowanie octa¬ nów w tasmie papieru i w gotowych filtrach.Podane wyzej przyklady wykonania sposobu wedlug wynalazku i wykonanych przy jej pomocy wytworów papierowych dotycza zastepowania znajdujacego sie zwykle w tasmie papierowej siar¬ czanu iglinu, przez octan glinu bez lub z dodatkiem kwasu octowego. Zgodnie z wynalazkiem moze byc zastepowany równiez korzystnie przez inne zwiaz¬ ki glinu z wolnymi od siarki jednowartosciowymi organicznymi kwasami karbonowymi jak kwas mrówkowy lub kwas proprionowy, przy czym otrzymane filtry maja lepsze wlasnosci smakowe i wykazuja co najmniej czesciowe usuniecie „po¬ smaku papieru".Takze zastapienie siarczanu glinowego octanem wapnia lub octanem magnezu lub innymi zwiazka¬ mi wapnia lub magnezu z wolnymi od siarki jed¬ nowartosciowymi kwasami karbonowymi zmienia smak papierosów z filtrami w dodatnim sensie i wplywa takze korzystnie na mechaniczne i inne wlasciwosci tasm papierowych. PL