Verfahren zur Herstellung von Filterstöpseln für Tabakwaren und darnach hergestellter Filterstöpsel
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Herstellung von Filterstöpseln für Tabakwaren, insbesondere Zigaretten, aus einer Papierbahn, die zu einem mit einer Umhüllung versehenen endlosen Filterstrang umgeformt wird, der dann in Filterstäbe und anschliessend in Filterstöpsel unterteilt wird.
Es sind Verfahren zur Herstellung von Filterstöpseln aus längsgekreppten Papierbahnen bekannt und in den Patenten Nrn. 331 545, 331 197, 341 106 beschrieben, bei denen eine Papierbahn durch den Spalt zwischen ineinandergreifenden, einander nicht berührenden Ringrippen zweier rotierender Metallwalzen hindurchgeführt wird. Dabei kann sich die Materialbahn quer zur Laufrichtung nicht bewegen, wird also in Querrichtung gereckt, so dass die Längsrillung der Papierbahn mindestens zum Teil auf Kosten der Papierdicke erfolgt.
Normalerweise wird bei diesem Vorgang das Papier vor der Längsrillung nachgiebig gemacht, beispielsweise durch Anfeuchtung mit Wasser, damit auch bei stärkerer Querrekkung der Querzusammenhang der Papierbahn nicht zerstört wird, obwohl diese Querreckung bis zum Auftreten einer Vielzahl unzusammenhängender kurzer Längsrisse im Papier gesteigert werden kann. Bei manchen Papiersorten mit nur leicht aneinander haftenden Fasern kann die Anfeuchtung unterbleiben. Nach dem Passieren der ineinandergreifenden Metallwalzen, also der eigentlichen Längskrepp-Einrichtung, wird die mit Längsrillen versehene Material- oder Papierbahn dann getrocknet.
Wird die Geschwindigkeit der zu behandelnden Bahn vergrössert, um die stündliche Produktion zu steigern, also die betreffenden Maschinen möglichst rationell zu betreiben, so wird die zur Anfeuchtung zur Verfügung stehende Zeit pro Zentimeter Bahnlänge ebenso wie die Dauer der Trocknung mit steigender Bahngeschwindigkeit immer kleiner, was einen grossen Raumaufwand oder eine entsprechende Energiesteigerung notwendig macht.
Diese Schwierigkeiten wurden durch ein Verfahren überwunden, bei dem die Papierbahn vor dem Eintritt in den Spalt zwischen den mit ineinandergreifenden Ringrippen versehenen Rillungs- und Reckwalzen mit einem leichtflüchtigen Tränkungsmittel behandelt und nach dem Austritt aus dem Spalt von demselben wieder befreit wird. Als leichtflüchtige Tränkungsmittel werden solche Flüssigkeiten bezeichnet, deren Siedepunkt beim jeweiligen Luftdruck unterhalb des Siedepunktes von Wasser gelegen ist und die eine niedrigere Verdampfungswärme als Wasser besitzen, vorzugsweise von weniger als 250 cal/kg. Nach diesem Verfahren können ohne grösseren Energieaufwand mit hoher Geschwindigkeit geeignete Papierbahnen für Filterstöpsel hergestellt werden.
Solche Filterstöpsel besitzen verbesserte Eigenschaften gegenüber den aus gleichem Rohpapier, aber ganz ohne Befeuchtung oder mit Befeuchtung durch Wasser hergestellten Filterstöpseln. Dabei besteht die Möglichkeit, im Tränkungsmittel gewisse Stoffe aufzulösen oder zu emulgieren, die nach erfolgter Trocknung in feinster Verteilung auf der Oberfläche des Papiers bzw. dessen Fasern zurückbleiben.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Weiterentwicklung dieser beiden genannten Verfahren dar. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Papierbahn vor der Umformung zu einem Filterstrang mit einem Tränkungsmittel behandelt und dabei die Fasern der Papierbahn chemisch verändert werden, worauf die Papierbahn vom Tränkungsmittel wenigstens teilweise wieder befreit wird.
Die Erfindung ist nachstehend in einigen Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 2 eine Zusatzvorrichtung zur Einrichtung gemäss Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer Einrichtung zur Behandlung einer auf Bobinen aufgewickelten Papierbahn nach dem erfindungsgemässen Verfahren,
Fig. 4 und 5 weitere Ausführungsbeispiele einer Einrichtung ähnlich der Fig. 1.
Nachstehend wird das erfindungsgemässe Verfahren anhand eines Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 1 einer geeigneten Einrichtung und unter Verwendung einer Materialbahn aus glattem, ungeleimtem Papier von 0,06 bis 0,07 mm Dicke und 20 bis 50 g Gewicht pro Quadratmeter beschrieben, ohne aber hierauf beschränkt zu sein. Die Einrichtung ist in Fig. 1 schematisch dargestellt und eingerichtet für den kontinuierli chen Durchlauf einer Papierbahn 1, die von einer Rohpapierrolle 2 abgewickelt wird. Die Papierbahn muss ausreichende Festigkeit in Längsrichtung besitzen und sollte zweckmässigerweise aus wenig oder gar nicht gemahlenen bzw. geschlagenen Fasern bestehen.
Die Papierbahn 1 läuft durch eine Apparatur, in der sie angefeuchtet wird, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer rotierenden Walze 5 besteht, die in eine die Papierfasern chemisch verändernde Flüssigkeit 6, die weiter unten noch genauer angegeben ist, eintaucht und beim Betrieb auf ihrer Oberfläche einen Flüssigkeitsfilm aufweist, der die durchlaufende Papierbahn 1 auf ihrer Unterseite befeuchtet.
Die beispielsweise aus gummielastischem Material bestehende Gegenwalze 7 drückt die Papierbahn gegen die rotierende Walze 5. Durch mehr oder weniger tiefes Tauchen der Walze 5 in das Tränkungsbad 6 und durch Regulierung des Anpressdruckes der Walze 7 kann innerhalb gewisser Grenzen die Anfeuchtung der durchlaufenden Papierbahn reguliert werden. Zweckmässigerweise wird der Grad der Anfeuchtung so gewählt, dass das Papier noch eine genügende Reissfestigkeit in Längsrichtung aufweist, um ohne abzureissen die nachfolgende Rillungsapparatur durchlaufen zu können. Anderseits muss aber die Papierbahn genügend stark getränkt sein, um einerseits den gewünschten Grad der Längsrillung mit einer entsprechenden Querreckung zu erlauben und anderseits die erwünschte chemische Beeinflussung an den Papierfasern zu gewährleisten.
Nach dem Verlassen der Befeuchtungsapparatur gelangt die Materialbahn in eine Rillungsapparatur und läuft dort zunächst in den Spalt zwischen den Rillungswalzen 8 und 9 ein. Jede dieser beiden Walzen ist mit einer Vielzahl eng benachbarter Ringrippen versehen, die ohne sich zu berühren, um einen einstellbaren Betrag ineinandergreifen.
Je nach Art des Tränkungsmittels 6 kann es zweckmässig sein, die Rillungswalzen 8, 9 und ebenfalls die später noch zu beschreibende Rillungswalze 10 auf eine gewisse Temperatur zu erwärmen, natürlich nur so hoch, dass sich die aus der Papierbahn austretenden Dämpfe nicht entzünden können.
Hierzu können die Walzen 8, 9 und 10 mit geeigneten elektrischen Heizelementen im Innern versehen werden, die entweder stillstehen und dann über die hohlen Achsen dieser Walzen gespeist werden, oder aber mit den Walzen mitrotieren, so dass die Stromzzuführung über äussere Schleifringe erfolgen muss. Natürlich kann eine Heizung auch mit anderen geeigneten Mitteln erfolgen, beispielsweise durch Verwendung von Heissdampf, der durch die hohlen Walzen strömt.
Es ist dabei wichtig, dass die Temperatur nicht über einen zulässigen Höchstwert ansteigen kann, die Heizung soll aber auch bei einer Durchlaufgeschwindigkeit der getränkten Papierbahn bis zu mehreren Metern pro Sekunde die Walzen auf der für die chemische Reaktion erwünschten Temperatur halten können. Beim Durchlaufen der angefeuchteten Papierbahn durch den Spalt zwischen den Rillungswalzen 8 und 9 wird sie an den die Rippen berührenden Stellen anscheinend etwas festgehalten, so das die Querreckung besonders stark an den Stellen zwischen diesen anhaftenden Zonen des Papiers erfolgt. Jedenfalls weist das durch den Spalt zwischen den Walzen 8 und 9 laufende Papier parallele streifenartige Längszonen unterschiedlicher Struktur auf, die in der Papierbahn deutlich erkennbar sind.
Eine eingehende Beschreibung einer entsprechenden Einrichtung ist im Patent Nr. 484 743 enthalten. Die den Spalt zwischen den Rillungswalzen 8 und 9 durchlaufende Papierbahn bleibt nach dem Verlassen dieses Spaltes auf der Oberfläche der Walze 9 liegen, im vorliegenden Ausführungsbeispiel längs eines Umschlingungswinkels von etwa 1800 und gelangt dann in den Spalt zwischen dieser Walze 9 und einer dritten Rillungswalze 10.
Während des Verweilens der bereits im ersten Spalt längsgerillten und quergereckten Papierbahn auf der Oberfläche der Walze 9 werden die, in Kontakt mit den Ringnppen dieser Walze befindlichen Teile der Papierbahn etwas getrocknet und versteift, wodurch einerseits die gelockerte Struktur des Papiers fixiert wird, anderseits aber durch die Erwärmung der Papierfasern die chemische Reaktion an deren Oberfläche beschleunigt wird.
Beim Durchlauf der bereits längsgerillten und in gewissem Grade quergereckten Papierbahn durch den zweiten Spalt zwischen den ineinandergreifenden Walzen 9 und 10 kann eine weitere Vertiefung der Längskreppung und eine Steigerung der Querreckung erzeugt werden, wobei gewährleistet ist, dass die Lage der Papierbahn im zweiten Spalt zwischen den Walzen 9 und 10 die gleiche ist, wie im ersten Spalt zwischen den Walzen 8 und 9. Nach dem Verlassen des zweiten Spaltes bleibt die längsgekreppte und quergereckte Papierbahn längs eines Umschlingsungswinkels von 1800 auf der Walze 10 liegen und wird von dort über eine Umlenkrolle 11 in horizontaler Richtung abgezogen.
Es sei erwähnt, dass während der Verweilzeit der Papierbahn auf der Walze 10 jene Teile die erwärmten Ringrippen berühren, die sich beim Durchlaufen des Umschlingsungswinkels der Walze 9 jeweils zwischen benachbarten Rippen befanden, also die Ringrippen der Walze 9 nicht berührt haben. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die betreffenden Teile der Papierbahn und der Papierfasern vorgetrocknet, versteift und bezüglich der chemischen Umwandlung der Fasernoberfläche begünstigt werden.
Falls erwünscht, kann die aus den drei Walzen 8, 9 und 10 bestehende Kreppeinrichtung mit einer Abdeckhaube 14 versehen werden, damit die aus der Papierbahn austretenden Dämpfe nach oben in Pfeilrichtung 15 abziehen oder abgesaugt werden können.
Die so behandelte Papierbahn wird durch den Kontakt mit den Walzen 9 bzw. 10 in den meisten Fällen vom Tränkungsmittel vollständig befreit. Sollte die Trocknung nicht ausreichen, kann die Papierbahn über die Umlenkrollen 11 und 12 noch einer weiteren Trocknungseinrichtung 13 zugeführt werden, die in bekannter Weise, also etwa durch elektrische Heizung oder durch Heissluft, den restlichen Flüssigkeitsgehalt der Bahn beseitigt und damit die chemische Reaktion an den Fasern beendet. Bei Verwendung besonders leichtflüchtiger Tränkungsmittel ist es aber möglich, auf eine solche zusätzliche Trocknungseinrichtung 13 zu verzichten, da der Trocknungseffekt der erwärmten Walzen 9 und 10 ausreicht.
Es kann aus der Papierbahn verdampfende Tränkungsmittel auch zurückgewonnen werden, wozu bekannte Einrichtungen am Absaugrohr der Trocknungseinrichtung 13 vorgesehen werden können.
Anstelle der mit drei ineinandergreifenden Walzen 8, 9 und 10 ausgestatteten Rillungsstation der Einrichtung nach Fig. 1 können auch Stationen anderer Bauart verwendet werden, wie sie beispielsweise in den Patenten Nrn. 331 545 und 331197 beschrieben sind. Für viele Zwecke ist es auch ausreichend, wenn die Papierbahn nur den Spalt zwischen den Walzen 8 und 9 durchläuft und von dort horizontal direkt zur Trocknungseinrichtung 13 gelangt.
Die aus der Trocknungsstation 13 kommende Papierbahn wird üblicherweise zu einer Bobine 14 aufgewickelt, die dann zu einem späteren Zeitpunkt an einer Strangmaschine bekannter Bauart abgewickelt, umhüllt und zu einem endlosen Filterstrang umgeformt wird.
Beim oben beschriebenen Verfahren muss in der Befeuchtungsstation 5, 7 ein die Papierfasern chemisch veränderndes Tränkungsmittel 6 verwendet werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, zur Befeuchtung Wasser oder eine chemisch unwirksame, leichtflüchtige Flüssigkeit zu verwenden und die so hergestellte längsgerillte und zerfaserte Papierbahn nach träglich mit einem Tränkungsmittel gemäss dem vorliegenden
Verfahren zu behandeln. Hierfür wird die Einrichtung nach
Fig. 1 mit einer Zusatzvorrichtung gemäss Fig. 2 versehen und die aus der Trocknungsapparatur 13 austretende zerfa serte und längsgerillte Papierbahn durch ein die Papierfasern chemisch beeinflussendes Tränkungsmittel 22 in der Wanne
23 geführt, wozu die eventuell angetriebenen Umlenkrollen
24 und 25 sowie eine Abpresswalze 26 vorgesehen sind.
Auf die Abpresswalze 26 drückt die Gegenwalze 27, die beispiels weise einen Mantel aus gummielastischem Material besitzt, überschüssiges Tränkungsmittel aus der Papierbahn heraus.
Die Walzen 26 und 27 können auch mit profilierten Oberflä chen versehen sein. Anschliessend läuft die Papierbahn durch eine Trocknungsapparatur 28, in der gegebenenfalls das Lö sungsmittel des Tränkungsmittels 22 zurückgewonnen werden kann und wird nach erfolgter Trocknung auf der Vorratsrolle
29 als Bobine aufgewickelt. Anstelle der gezeichneten Trän kung durch Eintauchen der Papierbahn in das Tränkungsmit tel 22 kann die Tränkung natürlich auch mittels jeder anderen bekannten Methode erfolgen, beispielsweise durch einseitiges oder zweiseitiges Aufsprühen des Tränkungsmittels auf die
Papierbahn.
Da ein leichtflüchtiges Tränkungsmittel verwendet wird, erfolgt die Trocknung der Papierbahn sehr rasch. Es ist des halb auch möglich, in manchen Fällen auf eine Trocknungs apparatur 28 ganz zu verzichten.
Die nach dem vorliegenden Verfahren behandelte und zu einer Bobine 29 aufgewickelte Papierbahn wird dann an einer
Strangmaschine üblicher Bauart wieder abgewickelt, umhüllt und zu einem endlosen Filterstrang umgeformt, der zuerst in
Filterstäbe und anschliessend in Filterstöpsel unterteilt wird.
Es besteht auch die Möglichkeit, bei einer Einrichtung der in Fig. 1 dargestellten Bauart zunächst unter Verwendung von Wasser oder chemisch unwirksamen, leichtflüchtigen
Flüssigkeiten in der Befeuchtungsstation eine längsgerillte und zerfaserte Papierbahn zu einer Bobine 14 aufzuwickeln und diese Bobine, vor ihrer Verarbeitung in einer Strangma schine, zu einem Filterstrang, gemäss dem vorliegenden Ver fahren mit einem die Papierfasern chemisch verändernden, leichtflüchtigen Tränkungsmittel zu behandeln und anschlies send wenigstens teilweise wieder von demselben zu befreien.
Hierzu kann, wie in Fig. 3 angedeutet, die Bobine 14 bei spielsweise in einer Umrollmaschine abgewickelt, durch ein
Tränkungsbad der in Fig. 2 angegebenen Bauart gezogen und nach wenigstens teilweiser Trocknung in der Einrichtung 28 wieder zu einer Bobine 29 aufgewickelt werden, die dann in einer Strangmaschine zu einem Filterstrang weiterverarbeitet wird. Schliesslich besteht auch die Möglichkeit, die an der
Strangmaschine von der Bobine ablaufende, längsgekreppte
Papierbahn unmittelbar vor dem Zusammenraffen in Querrichtung mit dem, die Papierfasern chemisch verändernden, leichtflüchtigen Tränkungsmittel durch Eintauchen oder Besprühen zu behandeln und unmittelbar anschliessend hiervon wenigstens teilweise zu befreien, beispielsweise durch Strahlungserhitzung.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Einrichtung zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens zeigt schematisch die Fig. 4. Diese Einrichtung entspricht bezüglich der Befeuchtungsapparatur 5, 6, 7 für die Rohpapielbahn 1, sowie der Rillungs- und Reckapparatur 8, 9, 10, 11, 12 der anhand von Fig. 1 oben beschriebenen, wobei im Bad 6 eine chemisch nicht wirksame Flüssigkeit verwendet wird. Auf ihrem Wege über die Umlenkrollen 11 und 12 wird dann aber die längsgerillte und zerfaserte Papierbahn durch die Besprühapparatur 40 mit dem vorgesehenen, die Papierfasern chemisch ver ändernden, leichtflüchtigen Tränkungsmittel behandelt. Falls erwünscht, kann eine Abdeckhaube die Besprühapparatur 40 umschliessen, um das Tränkungsmittel wenigstens teilweise aus der Papierbahn zu entfernen.
Die Papierbahn wird unmittelbar dem Einlauftrichter 41 einer Strangmaschine bekannter Bauart zugeführt, zusammen mit dem Umhüllungsband 48, das von der Vorratstrommel 47 abläuft. Aus dem Trichter 41 läuft die in Querrichtung zusammengeraffte längsgekreppte Papierbahn als umhüllter zylindrischer Strang von beispielsweise 8,0 mm Durchmesser heraus, die abstehende Kante 42 der Umhüllung wird durch die Apparatur 43 mit einem Leimstrich versehen, umgeklappt und beim Durchlauf durch das geheizte Formwerkzeug 44 festgeklebt, so dass der umhüllte fertige Filterstrang 49 entsteht. Zur Überwin- dung der Reibung läuft das endlose Förderband 46 über die Umlenkrollen 45 und durch den Trichter 41 sowie das Formwerkzeug 44.
Der fertige endlose Filterstrang 49 wird dann üblicherweise in Filterstäbe unterteilt, die üblicherweise eine Länge von 66 bis 120 mm aufweisen, entsprechend der sechsfachen Filterstöpsellänge. Falls erwünscht, kann natürlich auch zwischen der Umlenkrolle 12 und dem Einlauftrichter 41 eine Beheizung der Papierbahn erfolgen, was die Befreiung vom Tränkungsmittel beschleunigt, aber auch für die rasche Trocknung des durch die Apparatur 43 aufgebrachten Leimstriches vorteilhaft ist.
Bei der Einrichtung nach Fig. 4 ist nach dem Austritt der Papierbahn aus den Rillungs- und Reckwalzen 8, 9, 10 keine Trocknungsapparatur angegeben. Dies ist für einige Ausführungsbeispiele des vorliegenden Verfahrens zulässig, wenn die noch feuchte Papierbahn mit dem Tränkungsmittel in der Besprüheinrichtung 40 behandelt wird. Aber auch dann, wenn eine leichtflüchtige Benetzungsflüssigkeit 6 und geheizte Rillungs- und Kreppwalzen 8, 9, 10 vorgesehen sind, ist eine besondere Trocknungsapparatur vor der Besprüheinrichtung 40 entbehrlich; in diesem Falle ist es zweckmässig, eine Benet zungsflüssigkeit 6 zu wählen, die auch einen Bestandteil des Tränkungsmittels bildet, mit dem die Papierbahn in der Besprüheinrichtung 40 behandelt wird.
Bei einer Einrichtung der in Fig. 4 wiedergegebenen Bauart kann es vorteilhaft sein, wenn die Papierbahn beim Einlaufen in den Trichter 41 nicht vollständig vom Tränkungsmittel befreit ist, sondern nach erfolgter Umhüllung und Unterteilung in Filterstäbe und anschliessend in Filterstöpsel nachtrocknen kann. Besonders für schnellaufende Strangmaschinen ist dies zweckmässig, wenn solche Tränkungsmittel verwendet werden, die beim Trocknungsvorgang der in der Umhüllung befindlichen Papierbahn kein Zusammenschrumpfen bewirkt; eine Ausdehnung dagegen ist unschädlich und gelegentlich sogar erwünscht, um die Härte und Elastizität der Filterstäbe gegen radialen Druck zu erhöhen.
Schliesslich sei noch darauf hingewiesen, dass auch die Möglichkeit besteht, bei einer Einrichtung gemäss Fig. 1 die von der Vorratsrolle ablaufende glatte Rohpapierbahn vor dem Einlaufen in die Befeuchtungsstation 5, 6, 7 in einer Tränkungseinrichtung entsprechend Fig. 3 mit einem, die Papierfasern chemisch verändernden Tränkungsmittel zu behandeln. Die Fig. 5 zeigt eine entsprechende Einrichtung mit einer aus den Walzen 30, 31 und dem Gefäss 32 bestehenden Tränkungsvorrichtung für das die Papierbahn chemisch ver ändernde Tränkungsmittel 33 sowie die Trocknungsapparatur 34. Die so behandelte Papierbahn durchläuft dann die übrigen Stationen, die denjenigen der Einrichtung nach Fig. 1 entsprechen.
Beim vorliegenden Verfahren werden durch das Tränkungsmittel die Papierbahnen bzw. die Papierfasern chemisch verändert, also die Zellulose der Fasern, mindestens an Stellen ihrer Oberfläche, in einen anderen Stoff verwandelt.
Beispielsweise kann die Umwandlung in Zelluloseazetat erfolgen durch ein Tränkungsmittel, das aus Azeton mit einem Anteil von Essigsäureanhydrid, von Essigsäure und Schwefelsäure besteht. Es ist bekannt und für die Herstellung von Zelluloseazetatfasern üblich, die Rohzellulose in einer derartigen Flüssigkeit aufzulösen, die Lösung dann durch feine Düsen in ein Ausfüllungsbad zu pressen und dadurch Fäden aus Zelluloseazetat zu erzeugen. Beim vorliegenden Verfahren wird aber die aus Zellulose bestehende Papierbahn nur eine gewisse Zeitlang der auflösenden Wirkung einer solchen Flüssigkeit ausgesetzt, indem die Papierbahn hiermit getränkt und dann das Tränkungsmittel ganz oder grösstenteils wieder entfernt wird.
Die Zeitdauer der Einwirkung des Tränkungsmittels auf das Papier bzw. dessen Fasern muss lang genug sein, um die Oberfläche der Papier- oder Zellulosefasern wenigstens stellenweise in Zelluloseazetat umzuwandeln. Das Tränkungsmittel muss aber aus der Papierbahn grösstenteils und so rechtzeitig entfernt werden, dass weder eine Auflösung der Zellulosefasern noch eine vollständige Zerstörung des Zusammenhangs der Papierbahn erfolgen kann.
Beispiel I
Es wurde ein leichtflüchtiges Tränkungsmittel verwendet, das aus Methylalkohol mit 10 Gew. % Essigsäureanhydrid, 2,5 Gew. % Essigsäure und 2 Gew. % konzentrierter Schwefelsäure besteht. Eine Papierbahn von 35 g/m2 und 0,07 mm Dicke von einer Breite von 260 mm wurde in einer Einrichtung gemäss Fig. 1 verarbeitet und nach der Umlenkrolle 12, wie bei der Einrichtung nach Fig. 4 angegeben, direkt dem Einlauftrichter 41 einer Strangmaschine zugeführt und zu umhüllten Filterstäben von 8,0 mm Durchmesser und 66 mm Länge verarbeitet. Dabei wurde ein Tränkungsmittel 6 der oben angegebenen Zusammensetzung verwendet. Die Geschwindigkeit der Papierbahn betrug etwa 60 m/min und die Einwirkungszeit des Tränkungsmittels von der Befeuchtung bis zum Ausgang der Trocknungseinrichtung 13 etwa 10 sek.
Die in den Trichter 41 einlaufende Papierbahn war praktisch frei vom Tränkungsmittel und etwa 600 C warm.
Die durch Unterteilung der Filterstäbe gemäss Beispiel I hergestellten Filterstöpsel von 11 mm Länge wurden mit Filterstöpseln verglichen, die aus derselben Papierbahn in gleicher Weise, aber unter Verwendung eines nur aus Alkohol bestehenden, also chemisch unwirksamen Tränkungsmittels 6 hergestellt wurden. Es wurde insbesondere die Absorption von Wasser aus einem durch die Filterstöpsel hindurchgesaugten warmen Gasstrom untersucht und festgestellt, dass die gemäss dem vorliegenden Verfahren wenigstens stellenweise veränderten Papierfasern eine um über 50% geringere Absorption von Wasserdampf zeigten als die gleichen, aber unveränderte Papierfasern enthaltenden Filterstöpsel, trotzdem der Zugwiderstand praktisch gleich gross war.
Die Retention von flüssigen und festen Partikeln aus dem Rauchstrom von Zigarettentabak, ermittelt in einer Abrauchapparatur bekannter Bauart, war im Mittel bei beiden Filterstöpselarten gleich gross.
Dieses Ergebnis stellt aber eine wesentliche Verbesserung der aus Papier bestehenden, aber nach dem vorliegenden Verfahren hergestellten Filterstöpsel dar, denn bei den üblichen hoch absorbierenden Papierfiltern bekannter Art wird die starke Austrocknung des Rauches von Zigarettenrauchern häufig beanstandet und als Paper taste bezeichnet, im Gegensatz zu den bekannten aus Zelluloseazetatfasern bestehenden Filterstöpseln. Demnach ist durch das vorliegende Verfahren offensichtlich die aus Zellulose bestehende Oberfläche der Papierfasern mindestens stellenweise in Zelluloseazetat umgewandelt worden.
Die Umwandlung der Faseroberflächen bei zerfaserten Papierbahnen durch das Tränkungsmittel gemäss dem Beispiel I in Zelluloseazetat kann natürlich durch eine Verlängerung der Einwirkungszeit verstärkt werden. Dabei muss aber berücksichtigt werden, dass für die Filtration der Filterstöpsel nur die Faseroberfläche wirksam ist, also eine Umwandlung der Zellulosefasern in grössere Tiefe unwesentlich ist.
Die Umwandlung der Oberfläche von Papierfasern in Zelluloseazetat ist auch mit anderen als im Beispiel I genannten prozentualen Anteilen von Essigsäure, Essigsäureanhydrid und Schwefelsäure in Alkohol, in Azeton oder in anderen geeigneten leichtflüchtigen Lösungsmitteln durchführbar. Insbesondere kann der nur als Katalysator wirkende Anteil an Schwefelsäure reduziert werden. Ein geeignetes Tränkungsmittel ist auch die nachstehend angegebene wässrige Lösung.
Beispiel II
Das Tränkungsmittel besteht aus reinem Wasser mit einem Anteil von 20 Gew. % Essigsäureanhydrid, 6 Gew. % Essigsäure und 0,5 Gew. % konzentrierte Schwefelsäure.
Die Oberfläche der Papierfasern kann nach dem vorliegenden Verfahren auch, wenigstens stellenweise, in Zelluloseazetatbutyrat umgewandelt werden. Hierzu wird ein Tränkungsmittel verwendet, das denjenigen der Beispiele I oder II entspricht, aber zusätzlich Anteile von Buttersäureanhydrid und Buttersäure enthält, etwa in gleichen prozentualen Anteilen wie Essigsäureanhydrid bzw. Essigsäure. Auch eine Umwandlung in Zelluloseazetatpropionat ist möglich durch Zusätze von Propionsäureanhydrid und Propionsäure zu den Lösungen der Beispiele I und II in prozentualen Anteilen, die etwa denjenigen des Essigsäureanhydrids bzw. der Essigsäure gleichen.
Ferner besteht die Möglichkeit, die Oberfläche der Papierfasern in Äthylzellulose umzuwandeln durch ein Tränkungsmittel, das in einem geeigneten Lösungsmittel einen Anteil einer starken Base, etwa Natronlauge, und Äthylchlorid enthält.
Das vorliegende Verfahren ist oben anhand von Ausführungsbeispielen für die Behandlung einer längsgerillten und in Querrichtung bis zur Lockerung des Fasergefüges gereckten Papierbahn beschrieben. Natürlich können auch alle anderen Arten von Papierbahnen zur Herstellung von Filterstöpseln für Tabakwaren nach dem vorliegenden Verfahren behandelt werden. Wesentlich ist nur, dass die Fasern der als flache Bahnen oder in anderer Gestalt vorliegenden Zellulosefasermasse an den Faseroberflächen, wenigstens stellenweise, chemisch umgewandelt wird.
Die nach dem vorliegenden Verfahren hergestellten Filterstöpsel sind dadurch gekennzeichnet, dass sie eine mindestens zum Teil aus Papierfasern bestehende Füllung besitzen und die Papierfasern, wenigstens an Stellen ihrer Oberfläche, aus einer Zelluloseverbindung bestehen. Als Zelluloseverbindung sind insbesondere Zelluloseazetat, Zelluloseazetatbutyrat, Zelluloseazetatpropionat, Äthylzellulose und alle anderen aus natürlicher Zellulose herstellbarer Verbindungen bezeichnet. Die Füllung kann beispielsweise eine ungeordnete Papierfasermasse sein, oder zusätzlich mindestens eine Papierbahn enthalten, wobei die Papierfasern der Masse und/oder diejenigen der Papierbahn wenigstens aus Stellen ihrer Oberfläche aus Zelluloseverbindungen bestehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Füllung aus einer oder mehreren längsgerillten Papierbahnen, von denen mindestens eine Papierfasern aufweist, deren Oberfläche wenigstens stellenweise aus Zelluloseverbindungen besteht. Die Füllung kann auch aus derartigen längsgerillten Papierbahnen und einer Auflage aus nicht längsgerilltem Papier oder Zellulosewatte bestehen, wobei die Auflage und/oder die längsgerillten Papierbahnen mindestens einen Anteil von Papierfasern enthält, die wenigstens stellenweise aus Zelluloseverbindungen bestehen.
Besteht beispielsweise ein Zigarettenfilterstöpsel aus einer längsgerillten und zerfaserten Papierbahn, wie sie etwa mit einer Einrichtung nach Fig. 1 oder 4 herstellbar ist, wobei sämtliche Oberflächen der Vielzahl von einzelnen Fasern an der Oberfläche in Zelluloseazetat umgewandelt sind, so zieht der Rauchstrom beim Gebrauch der Zigarette durch eine
Füllung aus Tausenden von Fasern mit Zelluloseazetatober flächen. Die aus Zelluloseazetatfäden bestehenden bekannten
Zigarettenfilterstöpsel enthalten aber höchstens 80 000 vor zugsweise parallel zur Filterstöpselachse verlaufender Fäden, deren Gesamtoberfläche natürlich nur einen Bruchteil der jenigen der zerfaserten und nach dem vorliegenden Verfahren in Zelluloseazetat umgewandelten Papierfasern beträgt.
Hier aus ergibt sich die Überlegenheit der Filterstöpsel nach dem vorliegenden Verfahren sowohl in bezug auf ihre Wirksamkeit als auch im Hinblick auf die einfache Herstellung aus einer billigen Papierbahn.
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zur Herstellung von Filterstöpseln für Tabak waren, insbesondere Zigaretten, aus einer Papierbahn, die zu einem mit einer Umhüllung versehenen endlosen Filterstrang umgeformt wird, der dann in Filterstäbe und anschliessend in
Filterstöpsel unterteilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die
Papierbahn vor der Umformung zu einem Filterstrang mit einem Tränkungsmittel behandelt und dabei die Fasern der Papierbahn chemisch verändert werden, worauf die Papier bahn vom Tränkungsmittel wenigstens teilweise wieder be freit wird.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, wobei die Papier bahn vor der Umformung kontinuierlich durch mindestens einen Spalt zwischen rotierenden Rillungswalzen, die mit en gen ineinandergreifenden, einander aber nicht berührenden
Ringrippen versehen sind, hindurchgeführt wird, in welchem die Papierbahn von den Ringrippen festgehalten und quer zur
Laufrichtung gereckt wird, wobei der Eingriff der Rippen bis zur Lockerung und Freilegung von Fasern, aber ohne voll ständige Zerstörung des Querzusammenhangs des Materials vergrössert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Papierbahn vor dem Eintritt in den Spalt mit dem Tränkungsmittel behandelt und die Papierfasern chemisch verändert werden.
2. Verfahren nach Patentanspruch I, wobei die Papier bahn vor der Umformung kontinuierlich durch mindestens einen Spalt zwischen rotierenden Rillungswalzen, die mit en gen ineinandergreifenden, einander aber nicht berührenden
Ringrippen versehen sind, hindurchgeführt wird, in welchem die Papierbahn von den Ringrippen festgehalten und quer zur Laufrichtung gereckt wird, wobei der Eingriff der Rippen bis zur Lockerung und Freilegung von Fasern, aber ohne vollständige Zerstörung des Querzusammenhangs des Materials vergrössert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Papier bahn nach dem Austritt aus dem Spalt mit dem Tränkungsmittel behandelt und deren Fasern chemisch verändert werden.
3. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Papierbahn vor dem Eintritt in den Spalt mit einer chemisch unwirksamen Flüssigkeit befeuchtet und nachgiebig gemacht wird und nach dem Austritt aus dem Spalt mit dem die Papierfasern chemisch verändernden Tränkungsmittel behandelt wird.
4. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flüssigkeit, die einen Bestandteil des Tränkungsmittels bildet, zur Befeuchtung der Papierbahn vor dem Eintritt in den Spalt verwendet wird.
5. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Papierbahn zur Befreiung vom Tränkungsmittel erhitzt und in noch heissem Zustand einer Strangmaschine zugeführt, umhüllt und zu einem Filterstrang umgeformt wird.
6. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Papierbahn zur Befreiung vom Tränkungsmittel erhitzt und zu Bobinen aufgewickelt wird, die dann zu einem späteren Zeitpunkt zu einem Filterstrang umgeformt werden.
7. Verfahren nach Patentanspruch I, wobei die Papierbahn vor der Umformung kontinuierlich durch mindestens einen Spalt zwischen rotierenden Rillungswalzen, die mit engen ineinandergreifenden, einander aber nicht berührenden Ringrippen versehen sind, hindurchgeführt wird, in welchem die Papierbahn von den Ringrippen festgehalten und quer zur Laufrichtung gereckt wird, wobei der Eingriff der Rippen bis zur Lockerung und Freilegung von Fasern, aber ohne vollständige Zerstörung des Querzusammenhangs des Materials, vergrössert wird, welche Papierbahn dann zu Bobinen aufgewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Papierbahn von der Bobine abgewickelt, mit dem die Fasern chemisch verändernden Tränkungsmittel behandelt, von diesem wenigstens teilweise befreit, dann wieder zu einer Bobine aufgewickelt und zu einem späteren Zeitpunkt einer Strangmaschine zugeführt,
umhüllt und zu einem Filterstrang umgeformt wird.
8. Verfahren nach Patentanspruch I, wobei die Papierbahn vor der Umformung kontinuierlich durch mindestens einen Spalt zwischen rotierenden Rillungswalzen, die mit engen ineinandergreifenden, einander aber nicht berührenden Ringrippen versehen sind, hindurchgeführt wird, in welchem die Papierbahn von den Ringrippen festgehalten und quer zur Laufrichtung gereckt wird, wobei der Eingriff der Rippen big zur Lockerung und Freilegung von Fasern, aber ohne vollständige Zerstörung des Querzusammenhangs des Materials vergrössert wird, welche Papierbahn dann zu Bobinen aufgewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Papierbahn von der Bobine abgewickelt, mit dem die Fasern chemisch verändernden Tränkungsmittel behandelt, von diesem wenigstens teilweise befreit, dann einer Strangmaschine zugeführt, umhüllt und zu einem Filterstrang umgeformt wird.
9. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass eine bereits längsgerillte und zerfaserte Papierbahn von einer Bobine abgewickelt, mit dem eine chemische Veränderung der Papierfasern bewirkenden Tränkungsmittel behandelt, von demselben wieder befreit und erneut zu einer Bobine aufgewickelt wird, die dann zu einem späteren Zeitpunkt einer Strangmaschine zugeführt, umhüllt und zu einem Filterstrang umgeformt wird.
10. Verfahren nach Patentanspruch I, wobei die Papierbahn vor der Umformung kontinuierlich durch mindestens einen Spalt zwischen rotierenden Rillungswalzen, die mit engen, ineinandergreifenden, einander aber nicht berührenden Ringrippen versehen sind, hindurchgeführt wird, in welchem die Papierbahn von den Ringrippen festgehalten und quer zur Laufrichtung gereckt wird, wobei der Eingriff der Rippen bis zur Lockerung und Freilegung von Fasern, aber ohne vollständige Zerstörung des Querzusammenhangs des Materials, vergrössert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Papierbahn zunächst mit dem die Papierfasern chemisch verändernden Tränkungsmittel behandelt, von diesem wenigstens teilweise befreit, dann mit einer chemisch unwirksamen Flüssigkeit befeuchtet und dem Spalt zugeführt wird.
11. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Papierbahn und die Papierfasern, mindestens an Stellen ihrer Oberfläche, in Zelluloseazetat umgewandelt werden.
12. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Papierbahn mit einem aus einem Lösungsmittel mit Anteilen von Essigsäureanhydrid, Essigsäure und Sehwefelsäure bestehenden Tränkungsmittel so lange behandelt wird, bis die Oberfläche der Papierfasern wenigstens stellenweise in Zelluloseazetat verwandelt ist, worauf das Tränkungsmittel wieder aus der Papierbahn beseitigt wird.
13. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekenn
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