DD297548A5

DD297548A5 - Filter mit teilchenfoermigem sorptionsmittel und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DD297548A5
Application number: DD90344143A
Authority: DD
Inventors: John Charlton; Paul F Clarke; Ernest B Hayes
Original assignee: ��@��@��k��
Priority date: 1989-09-26
Filing date: 1990-09-24
Publication date: 1992-01-16
Also published as: CH681945A5; KR910005903A; IT9021489A1; NL9002054A; HU213544B; GB9019363D0; ZA907357B; DK230190A; DE4030316A1; BE1005569A5; HU906025D0; IE903244A1; DE4030316B4; FR2652278B1; DK230190D0; ES2029164A6; IT1245844B; NO904172D0; SE509881C2; AU648034B2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Filter mit teilchenfoermigem Sorptionsmittel und Verfahren zu seiner Herstellung. Die Filter bestehen aus Substratfaeden und/oder -streifen, die jeweils mit einem teilchenfoermigen Sorptionsmittel (z. B. Aktivkohlegranulat) ueberzogen und dann zu einem massiven oder rohrfoermigen Stab, beispielsweise in einer umschlieszenden Manschette, zusammengefaszt sind. Wenn die zusammengefaszten Faeden und/oder Streifen einen rohrfoermigen Koerper bilden, kann dieser mit einem Kern versehen sein. Die Filter sind insbesondere als Rauchfilter geeignet.{Filter; Rauchfilter; Verfahren; Herstellung; Substratfaeden; Substratstreifen; Sorptionsmittel}

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Filter, welche sich insbesondere als Tabakrauchfilter eignen, nicht jedoch auf diese Anwendung beschränkt sind und welche ein teilchenförmiges Sorptionsmittel enthalten, z. B. Aktivkohle, Silicagel, Sepiolit, Aluminiumoxid, Ionenaustauscher usw.

Die verschiedenen bekannten Verfahren zum Herstellen solcher Filter lassen wegen Produktionsproblemen, Problemen hinsichtlich der Steuerung der Qualität und Gleichförmigkeit des Produkts und Problemen wegen des Verschleißes der Produktionseinrichtungen zu wünschen übrig.

Um diese Probleme zu vermeiden, besteht ein Filterstab gemäß der Erfindung im wesentlichen aus Substratfäden und/oder -streifen, die individuell mit teilchenförmigem Sorptionsmittel, das an ihnen haftet, vorbeschichtet sind und in Form eines Stabes zusammengefaßt und zusammengehalten werden, z. B. durch eine umhüllende Manschette, wie eine extrudierte Manschette oder Umhüllung oder eine Stopfenumhüllung mit einem überlappten und geklebten Saum. Die Fäden und/oder Streifen des Filterprodukts verlaufen im allgemeinen in Längsrichtung des Stabes.

Das teilchenförmige Sorptionsmittel wird zweckmäßigerweise mit dem Far¹ jn oder den Fäden und/oder dem oder den Streifen durch einen Heißkleber, hochschmelzendes Polyethylenglykol oder einen .mulsionskleber wie PVA verbunden. Als Heißkleber eignen sich für die Zwecke der Erfindung insbesondere verschiedene Polyester-Kleber. Das jeweils verwendete Sorptionsmittel kann eine einheitliche Substanz oder eine Mischung sein und diesen kann ein anderes Material zugemischt sein. Der erfindungsgemäße Stab aus sorptionsmitteltragenden Fäden und/oder Streifen kann rohrförmig sein und in diesem Falle einen Kern enthalten. Dieser Kern kann aus einem konventionellen Rauchfiltermaterial (z. B. einem Faserkabel, Stapelfasern cx.'er Kreppapier), einer offenendigen Röhre oder einem nichtpermeablen oder wenig permeablen Teil bestehen, der zum Gesamtdruckabfall des Filters beiträgt, jedoch wenig oder keine Filterwirkung aufweist.

Die umhüllende Manschette der vorliegenden Filter kann aus einem rauchdurchlässigen oder rauchundurchlässigen Material bestehen und kann in beiden Fäi. ^n perforiert sein. Wenn die teilchenförmigen Überzüge auf den Fäden oder Streifen selbst mit Kleber (z. B. einem hitzeaktivierbaren Kleber) versehen sind, kann die Verbindung beim Zusammenfassen der überzogenen Fäden oder Streifen bewirkt oder eingeleitet werden, wobei ein verbundener oder verklebter Stab erhalten wird, der auch ohne eine umgebende Manschette formstabil ist; die Kleberschicht muß dann diskontinuierlich sein (z. B. eine Pulverb', schichtung), damit sie die Sorptionseigenschaften des teilchenförmigen Sorptionsmittels nicht ungebührlich beeinträchtigt. Es wird jedoch im allgemeinen vorgezogen, eine den Stab zusammenhaltende oder umhüllende Manschette vorzusehen, auch wenn die vorbeschichteten Fäden oder Streifen miteinander verbunden sind.

Die vorgefertigten, mit Sorptionsmittelteilchen beschichteten Fäden werden zweckmäßigerweise unter Verwendung einer konventionellen Vorrichtung zu einem Stab zusammengefaßt und umhüllt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Zuführung der ein teilchenförmigen Sorptionsmittel tragenden Fäden und/oder Streifen, ihr Zusammenfassen sowie ihre Verarbeitung zu einem massiven oder rohrförmigen Stab (gewöhnlich mit Anbringen einer umhüllenden Manschette) und das Schneiden des resultierenden länglichen Produkts in Stücke kontinuierlich und fortlaufend unter Verwendung konventioneller Filterherstellungsmaschinen erfolgen. Wenn der Stab rohrförmig sein soll, können die Fäden und/oder Streifen um einen zentralen Dorn zusammengefaßt werden; wenn der rohrförmige Stab einen Kern haben soll, kann der Kern kontinuierlich zugeführt werden U.B. durch einen hohlen Dorn), während die ein teilchenförmiges Sorptionsmittel tragenden Fäden und/oder Streifen um ihn herum zusammengefaßt und umhüllt werden; kontinuierliche, In-Line-Verfahren und Einrichtungen hierfür sind in der Zigarettentütertechnik bekannt.

Der Faden oder die Fäden und/oder der oder die Streifen können im Zuge des oben erwähnten kontinuierlichen, fortlaufenden Herstellungsprozesses mit Kleber überzogen werden (beispielsweise indem man sie gleichzeitig durch ein Bad oder einen anderen Vorrat eines aktiven Klebers oder Bindemittels zieht) und dann mit teilchenförmigem Sorptionsmittel (beispielsweise indem man sie gleichzeitig durch einen Behälter, ein Fließbett, einen umgewälzten Strom oder einen anderen Vorrat des Sorptionsmittels zieht, während der Kleber aktiv ist); die kleberbeschichteten Fäden und/oder Streifen können auch getrennt hergestellt oder von einem Lieferanten außer Haus bezogen werden wobei dann die Aktivierung (z. B. Erweichung durch Wärmeeinwirkung) des Klebers und das Aufbringen des teilchenförmigen Sorptionsmittels im Zuge der Filterherstellung und kontinuierlich mit dieser durchgeführt werden. Ein gleichförmiges Aufbringen des Klebers (beispielsweise aus einem Bad flüssigen Polyvinylalkohole, PVA) kann durch Aufrakeln bewirkt werden, beispielsweise durch eine Öffnung oder an oder zwischen einer Rakel oder Rakeln. Die Beladung der kleberboschichteten Fäden oder Streifen mit teilchenförmigem Sorptionsmittel wird gewöhnlich so groß wie möglich sein und von Faktoren, wie Teilchengröße, Faden- oder Streifenumfang usw. abhängen.

Additivbeschichtete Fäden werden Streifen für die Zwecke der Erfindung vorgezogen; man kann soviel additivbeschichtete Fäden verwenden wie man will, z. B. 20 oder mehr pro Stab; für die meisten Zwecke werden bis zu 15 Fäden, z. B. 5 bis 10 oder 12, im Filterkörper genügen. Die Additiv- oder Sorptionsmittelbeladung pro Faden kann in weiten Grenzen schwanken (z. B. von 0,25 bis 2,0mg/mm), dasselbe gilt für die Gesamtbeladung pro Element (z. B. von 25 bis 200 mg für eine Spitze oder ein Filterelement von 20 um Länge) je nach den Anforderungen an das Produkt.

Die Filte. ^Koladung kann selbstverständlich durch Wahl der Anzahl der Fäden und/oder ihrer Beladung kontrolliert werden. Eine hohe Beladung der Fäden und/oder Streifen ergibt Elemente, die fast ganz aus teilchenförmigem Sorptionsmittel bestehen, ohne daß sie die Nachteile der bekannten Typen teilchenförmigen Filterkomponenten und ihrer Herstellungsverfahren aufweisen. Filterelemente gemäß der Erfindung können eine kleine Menge anderen Materials enthalten (z. B. andere Fasern oder Filamente oder Teilchen oder Additive), sie bestehen jedoch vorzugsweise im wesentlichen ganz aus an den Fäden und/oder Streifen haftendem Sorptionsmittel (außer selbstverständlich einer äußeren Umhüllung und eines Kernes, falls diese vorhanden sind.

Auch andere Parameter können entsprechend den Anforderungen an das Produkt stark schwanken, beispielsweise das Gewicht oder die Masse pro Länge, wenn Fäden dazu verwendet werden, das teilchenförmige Sorptionsmittel zu tragen, die Teilchengröße des Sorptionsmittels usw. Ein geeigneter additivtragender Faden hat beispielsweise etwa 100 oder 500 dtex; eine geeignete Teilchengröße für Aktivkohle entspricht der britischen Normsiebgröße 12/30, eine andere der britischen Normsiebgröße 30/70.

Die bei den vorliegenden Filtern verwendeten Fäden oder Streifen können aus irgendeinem unschädlichen Material bestehen. Die Fäden oder Streifen können aus einem Textilmaterial bestehen, z.B. einem oder mehreren Monofilamenten, einem Garn oder einem Faserband oder einem Zwirn, oder einem gewebten oder nichtgewebten Band. Ein geeignetes Fadenmaterial ist Nähfaden, insbesondere wegen seiner Gleichförmigkeit. Die Identität oder Gleichartigkeit der Fäden ist nicht kritisch und sie können aus natürlichen und/oder synthetischen Fasern bestehen. Rayon, Nylon und Polyester sind zufriedenstellende Materialien für die Fäden, ein anderes geeignetes Material Ist Baumwolle, insbesondere mercerisierte Baumwolle, wie sie für Nähfäden guter Qualität verwendet wird.

Zumindest ein Teil des verwendeten teilchenförmigen Sorptionsmittels kann einen Duft- oder Aromastoff tragen, oder es kann ein anderes Material, das einen Duft- oder Aromastoff trägt, inkorporiert werden.

Die Erfindung ermöglicht es, Aktivkohle und andere teilchenförmige Sorptionsmittel in Tabakrauchfilter unter Verwendung konventioneller Einrichtungen zu inkorporieren, oh'ie daß dadurch Produktions- oder Einrichtungsprobleme auftreten; insbesondere läßt sich leicht eine gleichförmige Sorptionsmittelbeladung erreichen und diese läßt sich erforderlichenfalls einfach und genau ändern. Die erfindungsgemäßen Filter gestatten es dem teilchenförmigen Sorptionsmittel, das an dem Faden oder den Fäden und/oder dem oder den Streifen haftet, seine Filterwirkung ungehindert oder im wesentlichen ungehindert auf den Tabakrauchstrom auszuüben; die vorliegenden Filter bewirken daher eine gute Zurückhaltung von dampfförmigen Rauchanteilen.

Die erfindungsgemäßen Filter können kontinuierlich hergestellt und in Stücke bestimmter begrenzter Länge zerteilt werden. Die individuellen Stücke können dann jeweils selbst als Filter für eine Zigarette verwendet werden (z. B. für schlanke Zigaretten, die typischerweise einen Umfang von etwa 18mm aufweisen), vorzugsweise worden sie jedoch longitudinal fluchtend mit mindestens einem anderen Filterelement als Teil eines Mehrfach- oder Kombinations- (z. B. Doppel- oder Dreifach-) Zigarettenfilters verwendet, vorzugsweise wird ein individuelles Filter gemäß der Erfindung in Verbindung mit einem longitudinal fluchtenden mundseitigen Element konventionellen Aussehens verwendet, beispielsweise einem gleichförmigen Stopfen aus Zelluloseacetat-Faserkabel.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Bei den Beispielen 1 bis 4 wurden mit Kleber vorbeschichtete Polyester- oder Nylonfäden mit etwa 550dtex verwendet. Das im speziellen verwendete Sorptionsmittel bestand aus Aktivkohlegranulat mit einer Teilchengröße entsprechend der britischen Normsiebgröße 12/22. Bei jedem Beispiel wurde die angegebene Anzahl von Fäden gleichzeitig durch ein Bad von flüssigem PVA-Kleber gezogen, wobei ein gleichförmiger Auftrag durch Rakeln bewirkt wurde, und dann wurden die Fäden durch einen zirkulierenden Strom des Aktivkohlegranulats geführt, um die erwähnte Aktivkohlebeladung zu bewirken. Die kohletragenden Fäden wurden dann in eine konventionelle Umhüllungsgarnitur geführt, in der sie zusammengefaßt und mit einer perforierten Ecusta-Heißkleber-Stopfenumhüllung umwickelt wurden, um kontinuierlich einen Stab zu erzeugen, der beim Austreten in Stücke bestimmter Längen zertrennt wurde. Einzelheiten der Beispiele 1 bis 4 sind in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt. Die Druckabfälle sind in Pascal angegeben und wurden unter no. mierten Luftstrombedingungen im eingeschlossenen Zustand gemessen, d.h. daß nur die Stirnflächen des Filterelements der Luftströmung ausgesetzt waren.

Das Dampfphase-Rückhaltevermögen der Filterelemente gemäß Beispiel 3 und 4, jedoch mit einer Länge von 15mm anstelle von 60mm wurde geprüft. Die 15mm langen Filter wurden an kommerziellen schlanken Zigaretten angebracht und mit einer Normrauchmaschine unter Normbedingungen abgeraucht, die Abgabe der verschiedenen Dampfphasenkomponenten wurde chromatographisch gemessen; obwohl die Filterstopfenumhüllung perforiert war, wurde eine seitliche Ventilation des Filters verhindert, so daß man Werte unter „eingeschlossenen" Bedingungen erhielt. Die Werte des Rückhaltevermögens sind im Vergleich mit einer Kontrolle in Tabelle 2 in Prozent angegeben.

Tabelle 1

Beisp.

Faden-Typ

Faden	Kohle-	Kohle-
anzahl	Beladg.	Beladg.
	(trocken)	(trocken)
	pro	pro
	Faden	Element
	mg/mm	mg/mm

Gesamt ((J)

Stab-Länge

mm

Stab-Umfang

mm

Druckabfall am Stab

Pa

1	Polyester	5	1,38	6,9	0,414	60	17,89	883
2	Polyester	7	0,88	6,16	0,37	60	17,84	327
3	Polyester	0	0,68	6,12	0,37	60	17,97	302
4	Nylon	9	0,99	8,9	0,535	60	18,92	667

Tabelle 2 Dampfphasenverhalten Verbindung

Beispiel Nr. 3 4

Methanol	30,3	23,4	68,6
Acetal	28,4	52,2	68,6
Acetonitril	36,4	61,2	79,9
Acrolein	46,7	55,9	79,0
Aceton	49,0	71,8	80,2
Methylacetat	24,2	48,1	70,5
Isopren	39,4	61,5	70,7
Butadion	54,8	72,6	81,2
Butanon	60,8	80,1	84,6
Benzol	47,6	78,4	76,7
Toluol	58,6	78,2	72,0

Beispiel 5

Stäbe mit einer Länge von 90 mm und einem Umfang von 24,13mm wurden wie bei den Beispielen 1 bis 4 unter Verwendung von 12 Polyesterfäden (Trevira 55 dt ex), flüssigem PVA-Kleber (Borden Plastiflex A401), Aktivkohlegranulat (Chemviron SC2) mit einer Partikelgröße entsprechend 12/30 Britisch Normsieb und einer doppelten Umwicklung mit poröser Ecusta-Stopfenumhüllung hergestellt. Die Kohlebeladung der Stäbe betrug 13,6mg/mm und der Druckabfall an einem 90mm langen Stab betrug 373Pa.

Beispiel 6

Um Dreifachfilter zu bilden, wurden die 90mm langen Filterstäbe des Beispiels 5 in Stücke von 15mm zerschnitten und Ende-anEnde aneinanderstoßend mit 12mm langen, nicht umhüllten Stäben aus gebundenem Zelluloseacetat-Faserkabel (Faserdenier 5, Kabeldenier 30 χ 10³) einer konventionellen Umhüllunysvorrichtung zugeführt, in der sie mit der genannten porösen Stopfenumhüllung unter Bildung eines kombinierten Stabes umhüllt wurden. Der kombinierte Stab wurde dann in der Mitte jedes der 12 mm langen Zelluloseacetatteile zerschnitten um Dreifachfilter zu erhalten, die jeweils ein 15 mm langes Stück des Stabes gomäß Beispiel 5 enthielten, das durch die äußere Ecusta-Stopfanumhüllung in Längsrichtung angrenzend zwischen 6mm langen Zelluloseacetat-Endstopfen gehalten wurde. Diese Dreifachfilter waren 27 mm lang und hatten einen Umfang von 24,42 mm sowie eine Kohlenstoffbeladung von 204 mg pro Filter. Der Druckabfall des Dreifachfilter betrug 275Pa, ihr Teerückhaltevermögen 40,5% und ihr Nikotinrückhaltevermögen 25,6%; das Rückhaltevermögen für Dampfkomponenten war wie es in Tabelle 2 ausgeführt ist.

Bei den Beispielen 6 und 6 sind alle verwendeten Stopfenumhüllungen porös, dies ist jedoch nicht wesentlich; bei den Stopfenumhüllungen kann es sich in gleicherweise um poröse, undurchlässige und perforierte Typen handeln. Die Druckabfälle und die Rückhaltevormögen wurden bei den Beispielen 5 und 6 wie bei dem Beispiel 1 und 4 im eingeschlossenen Zustand gemessen.

Die erfindungsgemäßen Produkte eignen sich besonders für Tabakrauchfilter und die Erfindung wurde daher im wesentlichen anhand solcher Filter beschrieben, sie ist jedoch auf diese Verwendung beschränkt, da die beschriebenen Vorteile auch bei anderen Anwendungen erreicht werden.

Claims

1. Filter, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus Substratfäden und/oder -streifen besteht, welche individuell mit einem an ihnen haftenden teilchenförmigen Sorptionsmittel überzogen und in Form eines Stabes zusammengefaßt sowie zusammengehalten sind.

2. Filter, dadurch gekonnzeichnet, daß es im wesentlichen aus Substratfäden und/oder -streifen besteht, welche individuell mit einem an ihnen haftenden teilchenförmigen Sorptionsmittel überzogen und in Form einer Röhre, die einen Kern enthalten kann, zusammengefaßt und zusammengehalten sind.

3. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 5 bis 12 der genannten Fäden enthält.

4. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das teilchenförmige Sorptionsmittel Aktivkohlegranulat enthält.

5. Kombinationsfilter, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Filter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche enthält, das longitudinal fluchtend mit mindestens einem weiteren Filter gehaltert ist.

6. Verfahren zum Herstellen eines Filters, dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich Fäden und/oder Streifen, die mit einem aktiven Kleber beschichtet sind, zugeführt und zugleich durch teilchenförmiges Sorptionsi.,. öl geführt werden, um einen Überzug hieraus zu sammeln, daß die mit dem Sorptionsmittel überzogenen Fäden und/oder Streifen unter Bildung eines langgestreckten Elementes, wie eines Stabes oder Rohres zusammengefaßt werden und daß das resultierende langgestreckte Element in Stücke begrenzter Längen zertrennt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden und/oder Streifen um einen Dorn herum zusammengefaßt werden, so daß sich ein rohrförmiges Produkt ergibt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden und/oder Streifen um einen kontinuierlich zugeführten Kern herum zusammengefaßt werden.