EP1221869B1 - Hochleistungs-zigarettenfilter - Google Patents

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EP1221869B1
EP1221869B1 EP00972837A EP00972837A EP1221869B1 EP 1221869 B1 EP1221869 B1 EP 1221869B1 EP 00972837 A EP00972837 A EP 00972837A EP 00972837 A EP00972837 A EP 00972837A EP 1221869 B1 EP1221869 B1 EP 1221869B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filter
cigarette filter
high performance
cellulose
performance cigarette
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00972837A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1221869A1 (de
Inventor
Eberhard Teufel
Günter Maurer
Emmerich Sackers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cerdia Produktions GmbH
Original Assignee
Rhodia Acetow GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rhodia Acetow GmbH filed Critical Rhodia Acetow GmbH
Priority to SI200030331T priority Critical patent/SI1221869T1/xx
Publication of EP1221869A1 publication Critical patent/EP1221869A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1221869B1 publication Critical patent/EP1221869B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES OF CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
    • A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter tips or filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces of cigars or cigarettes
    • A24D3/06—Use of materials for tobacco smoke filters
    • A24D3/067—Use of materials for tobacco smoke filters characterised by functional properties
    • A24D3/068—Biodegradable or disintegrable
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES OF CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
    • A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter tips or filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces of cigars or cigarettes
    • A24D3/04—Tobacco smoke filters characterised by their shape or structure
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES OF CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
    • A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter tips or filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces of 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 present invention relates to a high performance mechanical cigarette filter Disintegration based on fibers or filaments of cellulose esters.
  • the majority of the cigarette filters used today are made from filter tow, consisting of endless, cellulose-2,5-acetate filaments crimped in the stuffer box manufactured.
  • a solution of approx. 30% cellulose-2,5-acetate is used to produce filter tow pressed in acetone through spinnerets, the acetone in a spinning shaft evaporated by blowing with heated air, a variety of filaments (3,000 up to 35,000) combined into a band and then crimped in the compression chamber.
  • the product is then dried, filled into storage containers and ultimately pressed into bales weighing 300 to 600 kg.
  • the total amount of filter tow, which is manufactured worldwide according to this process, is approx. 500,000 tons per year, which underlines the economic importance of the process.
  • the filter tow is removed from the bale and placed on a filter rod machine, such as for example described in US-A-5,460,590, processed into filter rods.
  • a filter rod machine such as for example described in US-A-5,460,590
  • the filter is stretched in a stretching device, with a for gluing the Filaments serving additives and then after formation of a three-dimensional Fuse inserted into the format part with the help of an inlet funnel, there axially compressed, covered with paper and cut to the final length of the filter rods.
  • the additive applied to bond the filaments is generally a high-boiling solvent for cellulose acetate, such as glycerol triacetate (triacetin), which briefly dissolves the surface of the filaments after its application. Wherever two filaments accidentally touch each other, there is a fixed bond point some time later, since the excess additive migrates into the fiber surface, causing the previously liquid drop of solution, made of cellulose-2,5-acetate in the additive, to solidify.
  • glycerol triacetate triacetin
  • spatial filters mechanically strong, three-dimensionally cross-linked filter rods (hereinafter referred to as "spatial filters”) with a low packing density (nowadays 80-120 mg / cm 3 ) are obtained can be processed at high speeds on modern cigarette machines due to their hardness.
  • the advantages of the overall process are the high efficiency of filter tow production, the low transport costs from the filter tow manufacturer to the end customer and especially the high productivity in filter manufacturing, which is not is insignificantly determined by the length of the tapes in the bales.
  • the processing by Filter Tow is used on commercially available filter rod machines such as for example the KDF 3 / AF 3 from the firm Körber AG, Hamburg. there production speeds of currently 600 m / min are state of the art.
  • the Productivity of filter production can be achieved using DE-A-43 40 029 described double strand technology and when using the in DE-A-43 20 303 Twin Tow technology shown can be significantly increased.
  • Cellulose 2,5-acetate is widely used today for the production of room filters. It owns with regard to the discussion regarding smoking and health Proven properties to be highlighted regarding specific retention phenomena.
  • a filter made of cellulose acetate filters harmful nitrosamines and phenols far more efficiently than condensate and nicotine.
  • the Smoky taste of the tobacco blend common today such as "American Blend "," German Blend “and” Virginia "in combination with a spatial filter Cellulose acetate judged to be the most pleasant by the smoker.
  • Another not The advantage of a spatial filter made of cellulose-2,5-acetate is to be underestimated in the optical Homogeneity of the cut surfaces of the filters is justified.
  • a diameter D and A length l is the fiber weight when using a defined filter tow specification clearly defined.
  • the relationship between fiber weight and Draw resistance is because of the variety of filter tow specifications available, the filter rod dimensions, the realizable different residual ripples not to be presented in a closed mathematical equation.
  • the above Cable® allows residual ripple for any filter tow specification and filter rod dimension add the fiber weight for a given draw resistance to calculate.
  • the residual crimp is understood as the ratio of the length of the crimped filaments to the filter length.
  • the residual ripple is a characteristic feature for a given cigarette filter.
  • the total amount of spatial filters can be characterized by a ratio of fiber weight to tensile resistance based on the filament titer. It applies to spatial filters that the fiber weight / tensile resistance ratio S related to the filament titer is clearly defined and this value never exceeds the amount 0.7 and thus represents a characteristic variable.
  • the to dismantle the Microorganisms necessary for filter material therefore have one in the field little access to the filaments and thus to biodegradation of the polymer.
  • the improved biodegradability of the polymer is therefore overdetermined or dominated by the poor mechanical disintegration of the room filter.
  • a completely different process for producing aerosol filters uses a flat structure as the starting material, such as paper, spunbonded nonwovens, textile fabrics or non-wovens (in the following, such filters are referred to as "surface filters”). These filters circumvent the filter performance and disintegrability limitations mentioned above.
  • a flat structure is produced by the manufacturer of the filter material, rolled up on bobbins and then shipped to the processor. The filter or cigarette manufacturer unrolls the material from the bobbin, forms it into a rod-shaped product, then compresses it axially in the format section of the filter rod machine, wraps it with paper and cuts it to the final length of the filter rods.
  • the flat structure is usually, but not necessarily, crimped parallel to the running direction by a creping device before being formed into a rod.
  • the packing density of the area filter known today with a fiber weight of 120 to 300 mg / cm 3 is significantly higher than that of the known spatial filter made of cellulose acetate. Cross-linking of the nonwoven layers generally does not take place and is deliberately not sought.
  • the best-known area filter consists of paper and is, for example, from the company Filtrona, Hamburg, marketed under the trade name Myria Filter.
  • WO 95/14398 becomes a filter made of paper made of artificial, highly fibrillating cellulose fibers Lyocell fiber, in a mixture with cellulose fibers or also acetate fibers described.
  • WO 95/35043 relates to a cigarette filter made from a needled water Tissue, which in turn contains the Lyocell fiber as a component there.
  • DE-A-27 44 796 describes the use of so-called cellulose acetate fibrets in combination with cellulose acetate or natural or synthetic fibers for the production of surface filters.
  • US-A-3 509 009 describes the use of the melt blown technique for the production of nonwovens for use in cigarette filters.
  • DE-C-196 09 143 claims a melt blown fleece and the like. a. for production of Cigarette filters based on a thermoplastic cellulose acetate. All out the materials described cigarette filters have the advantage that the Filtration performance (measured as nicotine or tar retention) compared to these filters comparable room filters made of cellulose acetate in the tensile resistance is significantly higher. It is also known that pure cellulose acetate for processing in processes with thermal deformation of the polymer is not suitable. The problems that arise are described in detail in DE-C-196 09 143.
  • a significantly different process for the production of surface filters from cellulose acetate describes DE-A-1 930 435.
  • a conventional filter tow is produced from non-thermoplasticized cellulose acetate fibers, drawn from a bale, in spread out a conventional preparation part, stretched and with a conventional plasticizer Mistake. Deviating from the usual processing method for The prepared filter tow web is then manufactured in a room filter Heater heated and then with the help of profiled, heated Thermoplastic cross-linked rollers under pressure. The two-dimensional manufactured in this way solidified fabrics are then combined, compressed axially, with paper wrapped and cut. This creates, as described in US-A-4,007,745, a surface filter made of endless cellulose ester filaments.
  • An advantage of the process is that for the first time, from the product properties of the filters, the advantages of the surface filter in terms of nicotine and condensate retention the advantages of the cellulose acetate polymer in terms of specific retention and taste combined. Also the one-step, inexpensive conversion of filters Tow to an area filter advantageous.
  • the filter is characterized by a large number of triangular smoke channels which are formed from a fleece, which has a large number of rectangular depressions.
  • Another The disadvantage of this filter construction is that the triangular channels in particular become clearly visible when smoking, which is a visual disadvantage of the manufactured Makes products noticeable.
  • the ripple in the non-consolidated areas is three-dimensional oriented (see DE-A-1 930 435, Fig. 6), with the result that the adjacent surface layers in the case of transverse axial compression to the filter rod, again in part three-dimensionally network.
  • This is reinforced by the fact that the short thermal treatment of the filter tow web before thermoplastic crosslinking of the fleece, the plasticizer previously applied for plasticization not yet in the Fiber has migrated and therefore, according to the hardening of room filters Cellulose acetate, contributes to the bonding of neighboring layers of fleece. It is too know that it is the plasticizing described in DE-A-1 930 435 of the cellulose acetate used products to the same chemical substances acts as it functions in the curing of room filters made of cellulose acetate can be used as a solvent.
  • the invention is therefore based on the object, surface filter based on endless To provide cellulose ester fibers which have the disadvantages of the prior art explained above the art, especially the filter described in US-A-4,007,745 exhibit. These should be sufficient even without three-dimensional networking Have hardness, their mechanical disintegration ability being that of surface filters should correspond to which were made from nonwovens with short cut fibers.
  • the Filtrona hardness should be based on market requirements. Further the surface filters are the advantageous known from the prior art or in Maintain improved properties in individual cases.
  • thermoplastic Cellulose ester fiber or filament material or in the case of a non-thermoplastic Cellulose ester uses a water-soluble adhesive.
  • the corresponding design should also apply to filament materials, if appropriate.
  • thermoplastic Properties of cellulose ester derivatives should be based on those shown in DE-A-196 09 143 Discussion regarding internal and external plasticizers (p. 1, lines 65 ff) directed. The findings made there are for understanding the following Execution of fundamental importance. For the definition of thermoplastics also on "Römpps Chemielexikon", 8th ed., Vol. 6, Franckh'sche Verlagbuchmaschine, Stuttgart 1988, p.
  • thermoplastic for the first case of a thermoplastic
  • the filter Tow can be processed into filters according to the invention without further measures.
  • a non-thermoplastic starting polymer e.g. Cellulose-2,5-acetate
  • it must be thermoplasticised by adding a suitable plasticizer.
  • the plasticizer must be homogeneously distributed in the fibers.
  • the homogeneous Distribution of the plasticizer in the fibers can be done by different Demonstrate methods. These are, for example: recording the evaporation kinetics the plasticizer.
  • a filter plug can be placed in an inert gas stream be heated and the evaporation rate via combustion in a commercially available Flame Ionization Detector (FID) can be detected.
  • FID Flame Ionization Detector
  • Fiber evenly applied plasticizer differs sustainably from that a superficially applied plasticizer. Because the evaporation is diffusion controlled the evaporation kinetics with a uniform distribution is significant slower than with superficial application. Another possibility is the Show evaporation kinetics using differential thermogravimetry. Third, can the even distribution by short-term extraction methods in for the polymer suitable solvents with subsequent quantitative analysis of the plasticizer be determined. This method provides one for a homogeneously distributed plasticizer significantly lower analysis value than for the superficially applied plasticizer with the same percentage salary. Another superficial and It is possible to differentiate qualitatively evenly distributed plasticizers using NIR reflection. This method delivers for homogeneously distributed Plasticizer has a significantly lower analysis value than for the only superficial applied plasticizer at the same percentage.
  • a filter tow is pulled off the bale, pneumatically spread out and according to the usual procedure for room filters stretched.
  • a non-woven fleece is used as an intermediate with the lowest possible strength in the direction of both surface axes generated. Surprisingly, it has been shown that this is particularly successful when the plasticizer necessary for thermoplasticizing the polymer evenly in the fiber is distributed.
  • the ratio is based on the filament titer of fiber weight / tensile resistance S according to the above formula than about 0.7. If this value is fallen below, this leads to retention values, as they are common with conventional cellulose acetate filters.
  • This is preferably maximum fiber weight / tensile strength ratio S related to the filament titer about 2, and is particularly in the range of about 0.8 to 1.3. Will be the preferred one Value of about 2 for the ratio S exceeded, then this product does not meet more the desired profitability requirements.
  • the residual crimp IR of the filter material is less than 1.45.
  • the residual crimp is preferably between approximately 1.05 and 1.4, in particular between approximately 1.1 and 1.3.
  • the fiber weight can be a maximum of 10 mg / mm within the framework of the teaching according to the invention Filter length, in particular a maximum of 9.0 mg / mm filter length, and preferably at least about 4 mg / mm filter length.
  • the preferred range is between about 5 to 8 mg / mm filter length. If the maximum value of 10 mg / mm filter length is exceeded, then such a product is not sufficiently economical.
  • Preferably a minimum value of about 5 mg / mm filter length is observed. This value falls below, then the desired hardness of the No longer comply with cigarette filters of at least 90%.
  • the minimum limit of Filtrona hardness of around 90% is based on market requirements.
  • the Filtrona hardness the cigarette filter according to the invention can preferably be approximately 90 to 95%, in particular about 91 to 93%.
  • Determination of the Filtrona hardness A cylindrical rod of 12 mm diameter presses with its flat Vertical face with a load of 300 g on a horizontally positioned filter rod. The ratio of the compressed diameter to the previously by the The first touch of the determined output diameter gives the percentage of the Filtrona hardness). It proves to be of particular advantage if a high performance cigarette filter according to the invention after the CBDTF test after 10 weeks of testing a weight loss of at least about 40% in particular at least about 50% by weight.
  • the tensile resistance of the filters according to the invention is preferably in a range between 1 and 12 daPA / mm filter length.
  • the filament titer of the filters used Tow qualities vary between 1 and 20 dtex.
  • the disintegrability of the cigarette filter according to the invention is raised by a low residual crimping I R.
  • This low residual curl reduces the cross-hooking of the filaments within and between the levels of the nonwoven webs.
  • the residual ripple of the filter according to the invention is less than 1.45.
  • the cigarette filter can be made from a fiber strip, which before entry was cut into several strips in the strand part of the filter rod machine.
  • the endless thermoplastic cellulose ester fibers of the invention can include cellulose acetate, in particular cellulose-2,5-acetate, cellulose butyrate, cellulose acetobutyrate, Cellulose acetopropionate and / or cellulose propionate.
  • cellulose acetate in particular cellulose-2,5-acetate, cellulose butyrate, cellulose acetobutyrate, Cellulose acetopropionate and / or cellulose propionate.
  • have the endless thermoplastic fibers of cellulose acetate according to the invention a degree of substitution of about 1.5 to 3.0, preferably about 2.2 to 2.6.
  • thermoplasticizing the cellulose esters used and in the Fibers evenly distributed plasticizers can be, for example, from the following Groups can be selected: glycerol esters (especially glycerol triacetate), ethylene and Propylene carbonate, citric acid esters (especially acetyl, triethyl citrate), glycol esters (especially triethylene glycol diacetate (TEGDA) or diethylene glycol dibenzoate), Carbowax® (especially polyethylene glycols with a molecular weight of 200 to 14,000, such as manufactured by UCC, USA), sulfolane (tetrahydrothiophene-1,1-dioxide), Fatty acid esters, phosphoric acid esters (especially trioctyl, triphenyl or trimethyl phosphate), esters of phthalic acid (especially dimethyl, diethyl, Dibutyl and / or diisodecyl phthalate) and mixtures of any composition from one or more of these substances.
  • Groups
  • plasticizing plasticizer and / or water-soluble to be used Adhesive is straightforward to the person skilled in this technical field common. Generally there is a content of plasticizer and / or adhesive from about 1 to about 40% by weight, in special cases the content of Plasticizers, however, easily exceed this range without the Teaching of the invention is concerned.
  • a water-soluble adhesive preferably on the surface of the fibers can be the usual ones in the manufacture of spatial filters from cellulose acetate high-boiling solvents used, such as polyalkylene oxides (such as polyethylene glycols, Polypropylene glycols or copolymers of polyethylene and polypropylene oxide and their derivatives), water-soluble esters or ethers (also cellulose esters or ether), starch, starch derivatives, p-polyvinyl alcohols (partially or completely hydrolyzed, as well as derivatives thereof), polyvinyl ethers (and their derivatives), p-polyvinyl acetates and / or polysaccharides, water-soluble polyamides and polyacrylates used, i.e. be applied to the fiber web.
  • polyalkylene oxides such as polyethylene glycols, Polypropylene glycols or copolymers of polyethylene and polypropylene oxide and their derivatives
  • water-soluble esters or ethers also cellulose
  • the cellulose ester fibers contain or filament additives in the form of photo-reactive additives, the biological Degradability-promoting additives, additives with selective retention effect and / or colored pigments.
  • a photo-reactive additive a finely dispersed anatase-type titanium dioxide with an average particle size of less than 2 ⁇ m used.
  • additives that promote biodegradability to be mentioned in particular: nitrogenous substances, their natural or microbial Release degradation products of basic amines (e.g.
  • Oligopeptides and proteins such as beta-lactoglobulin
  • nitrogenous organic heterocycles especially carbazoles
  • Preferred additives with a selective retention effect are filtration aids such as these are mentioned for example in WO 97/16986.
  • Organic are preferred Acids or acidic carboxylic acid esters, polyphenols, or porphyrin derivatives are used.
  • the high-performance cigarette filter according to the invention can be taken by suitable measures thus with regard to the biological and photochemical degradability to be improved to an extent as is the case with prior art room filters Technology is only possible to a limited extent.
  • the advantages associated with the invention are therefore numerous.
  • This can in terms of biological and photochemical degradability compared to a known spatial filter can be significantly improved.
  • spatial filters for example made of cellulose acetate Retention with the same tensile resistance, at the same time the ones placed on the filter Requirements, in particular of the cigarette manufacturer and the end user, in to a high degree.
  • By mixing different output tows any filament size (filament titer) it is also possible to choose an optimum to adjust area volume and filtration capacity accordingly. This way of working also enables the filter to be optimized according to its Filtrona hardness.
  • plasticizer present such as triacetin
  • an essential one less amount of plasticizer passes directly into the smoke.
  • a cigarette filter was made from a filter tow of the specification 3.0 Y 35.
  • This filter consists of individual filaments with a filament titer of 3.33 dtex and a total titer of 38,889 dtex, where Y describes the cross section of the filament.
  • the filters have a length of 21 mm and a diameter of 7.80 mm.
  • the draw resistance is 60 daPA at an acetate weight of 107 mg.
  • the filters were covered with a non-porous Filter wrapping paper from Glatz (D-67468 Neidenfels) with the designation F 796-28.
  • the Filtrona hardness of the filter rods is 92.2%.
  • the test material (10 filter plugs, freed from paper) is irradiated with a xenon burner at wavelengths greater than 290 nm.
  • the radiation intensity is determined at 340 nm and set to 0.35 Wm -2 nm -1 .
  • the temperature, measured by a white standard, is 55 ° C.
  • the condensate retention was determined to be 37.5%.
  • a filter tow of specification 3.0 Y 55 (filament titer: 3.33 dtex; total titer: 61.111 dtex) was on a standard two-stage drafting system KDF 2 from the company Hauni, Hamburg, processed and sprayed with 8% triacetin.
  • the filter tow web After leaving the Deflection roller is the filter tow web with a minimum width of 250 mm in one Pair of heated calender rolls inserted and with an effective line print of 40 kg / cm calendered.
  • the profiled calender rolls have a diameter of 230 mm and a grooved width of 350 mm and have 10 profile grooves per cm on. They are heated to a temperature of 205 ⁇ 3 ° C with a silicone oil.
  • the Grooved profile is trapezoidal with an upper width of 0.4 mm and a depth of 0.45 mm and an included angle of 35 °.
  • the fleece thus produced is introduced into an inlet nozzle folded in a strand and in a commercially available KDF2, from Körber, Hamburg, wrapped in paper at a line speed of 70 m / min and cut to a filter rod length of 126 mm.
  • the diameter of the filter rods was set to 7.8 mm.
  • the Filtrona hardness of the filter rods is 89.5%.
  • Filter plugs with a length of 21 mm are then cut from these rods, which then, as shown in Comparative Example 1, with regard to their disintegrability are examined (the results are summarized in Table 1).
  • the train resistance this filter rod is 51 daPA with an acetate weight of 141 mg.
  • the condensate retention, determined as in Comparative Comparative Example 1 described was 42.3%.
  • a filter plug produced three months before the examination date the length 21 mm is in a V2A steel tube with an inner diameter of 7.5 mm introduced.
  • the inside diameter of the steel pipe is determined on both sides by a suitable one technical means tapered to a diameter of 0.3 mm.
  • the sample tube is placed in a heating furnace with a heating rate of 75 ° C / min heated to an oven temperature of 150 ° C.
  • the recorded FID signal reaches its maximum intensity after two minutes and the baseline after about 6 minutes.
  • the mixer 1 was operated at a peripheral speed of 6.5 m / sec set. 65 kg of triacetin were added uniformly over 10 minutes. To this The chopper tool 2 is switched on at the time. It continued to be intimate Mixing intensely mixed for 12 min. In the next 20 minutes, up to one Material temperature of 76 ° C heated. This temperature was maintained for 5 minutes. The mixture was then continuously cooled to 20 ° C. for 30 minutes. The total exposure time of the triacetin on the flakes was 67 min. Then the Mixer drained quickly within three minutes. This according to this procedure The product obtained can be poured and stored very well. The thermoplasticized cellulose acetate granulate becomes a filter using the usual dry spinning process Tow of the specification 3.0 Y 55 [filament titer 3.33 dtex; Total titre 61,111 dtex] processed.
  • This filter tow was on a standard two-stage drafting system KDF 2 Hauni company, Hamburg, processed. In contrast to comparative example 2 no additional plasticizer applied after stretching.
  • the deflection roller is the filter tow web with a minimum width of 250 mm in introduced and calendered a pair of heated calender rolls.
  • the profiled Calender rolls have a diameter of 150 mm and a width of 550 mm and have 10 profile grooves per cm. They are brought to a temperature with a silicone oil heated from 180 ⁇ 3 ° C.
  • the groove profile is trapezoidal with an upper one 0.4 mm wide and 0.45 mm deep with an included angle of 35 °.
  • the fleece produced in this way is introduced folded into an inlet nozzle in a rope shape, and in a commercially available KDF2, from Körber, Hamburg at a line speed of 120 m / min with paper wrapped and cut to a filter rod length of 126 mm.
  • the diameter of the Filter rods were set to 7.8 mm.
  • the Filtrona hardness of the filter rods is 91.4%.
  • a filter plug of the three months before the examination date Length 21 mm is in a V2A steel tube with an inner diameter of 7.5 mm introduced.
  • the inside diameter of the steel pipe is determined on both sides by a suitable one technical means tapered to a diameter of 0.3 mm.
  • Nitrogen gas flowed in at a flow rate of 30 ml per minute and on the outlet side with a commercially available flame ionization detector (FID) connected.
  • the sample tube is placed in a heating furnace with a heating rate of 75 ° C / min heated to an oven temperature of 150 ° C.
  • the recorded FID signal reaches its maximum intensity after four minutes at the earliest and the baseline after about 10 minutes.
  • Table 1 shows the results of the tests for disintegrating comparative examples 1, 2 and the example according to the invention.
  • Test duration in test duration in weeks Comparative Example 1 Residual weight [%] Comparative Example 2 Residual weight [%] example Residual weight [%] 1 93 95 87 2 92 94 85 3 92 94 82 4 91 94 75 5 88 93 69 6 86 93 62 7 81 92 47 8th 78 91 34 9 76 90 28 10 72 89 21

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Filtering Materials (AREA)
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hochleistungs-Zigarettenfilter mit mechanischer Desintegrierbarkeit auf der Basis von Fasern bzw. Filamenten von Celluloseestern.
Die überwiegende Zahl der heute verwendeten Zigarettenfilter wird aus Filter Tow, bestehend aus endlosen, stauchkammergekräuselten, Cellulose-2,5-acetat-Filamenten hergestellt. Zur Produktion von Filter Tow wird eine Lösung von ca. 30 % Cellulose-2,5-acetat in Aceton durch Spinndüsen gepreßt, das Aceton in einem Spinnschacht durch Anblasen mit erwärmter Luft verdampft, eine Vielzahl von Filamenten (3.000 bis 35.000) zu einem Band zusammengefaßt und dieses anschließend stauchkammergekräuselt. Daraufhin wird das Produkt getrocknet, in Ablagebehälter eingefüllt und letztlich zu Ballen mit einem Gewicht von 300 bis 600 kg gepreßt. Die Gesamtmenge an Filter Tow, die heute weltweit nach diesem Verfahren hergestellt wird, beträgt ca. 500.000 Tonnen pro Jahr, was die wirtschaftliche Bedeutung des Prozesses unterstreicht. Nach Transport der Filter Tow-Ballen zum Filter- oder Zigarettenhersteller wird das Filter Tow dem Ballen entnommen und auf einer Filterstabmaschine, wie zum Beispiel in der US-A-5,460,590 beschrieben, zu Filterstäben verarbeitet. Dabei wird das Filter in einer Streckeinrichtung verstreckt, mit einem zur Verklebung der Filamente dienenden Zusatzmittel versehen und dann nach Bildung einer dreidimensionalen Lunte mit Hilfe eines Einlauftrichters in das Formatteil eingeführt, dort queraxial verdichtet, mit Papier umhüllt und auf die Endlänge der Filterstäbe geschnitten.
Das zur Verklebung der Filamente aufgebrachte Zusatzmittel ist in der Regel ein hochsiedendes Lösungsmittel für Celluloseacetat, wie zum Beispiel Glycerintriacetat (Triacetin), welches nach dessen Applikation die Oberfläche der Filamente kurzzeitig anlöst. Überall dort, wo sich zufällig zwei Filamente berühren, kommt es einige Zeit danach zu einer festen Verklebungsstelle, da das überschüssige Zusatzmittel in die Faseroberfläche migriert, wodurch sich der zuvor flüssige Lösungstropfen, aus Cellulose-2,5-acetat im Zusatzmittel, verfestigt. Nach einer Lagerdauer von weniger als einer Stunde erhält man, bedingt durch die zuvor erwähnte Migration des Härtungsmittels, mechanisch feste, dreidimensional vernetze Filterstäbe (im folgenden als "Raumfilter" bezeichnet) geringer Packungsdichte (heute üblich 80-120 mg/cm3), die sich aufgrund ihrer Härte ohne Schwierigkeiten auf modernen Zigarettenmaschinen mit hohen Geschwindigkeiten verarbeiten lassen.
Die Vorteile des Gesamtverfahrens liegen in der hohen Effizienz der Filter Tow-Herstellung, den niedrigen Transportkosten vom Filter Tow Hersteller zu den Endkunden und insbesondere der hohen Produktivität bei der Filterherstellung, die nicht unwesentlich durch die Lauflänge der Bänder in den Ballen bestimmt wird. Die Verarbeitung von Filter Tow wird auf kommerziell erhältlichen Filterstabmaschinen, wie zum Beispiel der KDF 3/AF 3 der Fa. Körber AG, Hamburg, durchgeführt. Dabei sind Produktionsgeschwindigkeiten von derzeit 600 m/min Stand der Technik. Die Produktivität der Filterherstellung kann bei Anwendung der in der DE-A-43 40 029 beschriebenen Doppelstrangtechnologie und bei Anwendung der in der DE-A-43 20 303 dargestellten Twin Tow-Technologie noch deutlich gesteigert werden. Ein weiterer Vorteil der herkömmlichen Filterherstellung liegt darin begründet, daß man durch Veränderung des Geschwindigkeitsverhältnisses zwischen Aufbereitungs- und Formatteil die Filtereigenschaften bezüglich Druckabfall und damit die Filtrationsleistung in weiten Grenzen bei Beibehaltung der Filter Tow Spezifikation variieren kann. Darüber hinaus läßt sich durch Variation des Filament- beziehungsweise Gesamttiters eine fast beliebig große Vielfalt an Filtern unterschiedlichster Filtrationsleistungen nach dem beschriebenen Verfahren herstellen.
Zur Herstellung von Raumfiltern wird heute weitgehend Cellulose-2,5-acetat eingesetzt. Es besitzt im Hinblick auf die Diskussion bezüglich Rauchen und Gesundheit nachweislich hervorzuhebende Eigenschaften betreffend spezifischer Retentionsphänomene. So filtriert ein Filter aus Celluloseacetat gesundheitlich bedenkliche Nitrosamine und Phenole weitaus effizienter als Kondensat und Nikotin. Außerdem wird der Rauchgeschmack der heute üblichen Tabakmischung, wie zum Beispiel "American Blend", "German Blend" und "Virginia" in Kombination mit einem Raumfilter aus Celluloseacetat durch den Raucher als am angenehmsten beurteilt. Ein weiterer nicht zu unterschätzender Vorteil eines Raumfilters aus Cellulose-2,5-acetat ist in der optischen Homogenität der Schnittflächen der Filter begründet.
Alle anderen möglichen Polymeren, mit denen nach vergleichbaren Verfahren Raumfilter herstellbar wären, haben sich wegen negativer Geschmacksbeeinflussung des Rauches, mangelnder spezifischer Retention, Problemen mit der Härtung und Schneidproblemen der Filter an der Filterstabmaschine, aber auch an der Zigarettenmaschine, am Markt nicht durchsetzen können. Die durchweg negative Beurteilung des Rauchgeschmacks und der Mangel an spezifischen Retentionen bei Verwendung von anderen Polymeren zur Herstellung von Raumfiltern legt nahe, daß die Vorteile des heutigen Acetatfilters nicht ursächlich verknüpft sind mit der physikalischen Filterkonstruktion, sondern auf adsorbtive Eigenschaften des Polymers Cellulose-2,5-acetat zurückzuführen sind, die sich auch bei Flächenfiltern positiv auswirken sollten. Allerdings haben Raumfilter aus Cellulose-2,5-acetat ungeachtet ihrer unbestreitbaren Marktdominanz einige gravierende Nachteile: Zugwiderstand und Filtrationsleistung sind für Raumfilter aufgrund konstruktiver physikalischer Vorgaben eindeutig definiert. Die Partikelfiltration oder auch Kondensatretention "Rk" eines üblichen Raumfilters ist eine Funktion von Filamenttiter (Faserfeinheit), Filterdurchmesser, Zugwiderstand und Filterlänge. Es gilt: Rk = f (dpf, D, ℓ, ΔP) worin bedeuten:
  • dpf Filamenttiter [dtex],
  • D Filterdurchmesser [mm],
  • ℓ Filterlänge [mm] und
  • ΔP Zugwiderstand [daPA].
    • Es hat nicht an Versuchen gefehlt, den Zusammenhang zwischen diesen Größen durch empirisch ermittelte Gleichungen darzustellen. Beispiele dafür sind in den folgenden Druckschriften zu finden: "Design of Cigarettes", C.L. Brown, Hoechst - Celanese Corporation, 3. Auflage, 1990 und Cable©: Capability Line Expert Copyright © 1994 by Rhodia Acetow AG, D - 79123 Freiburg.
    Bei dem derzeitigen Filterberechnungsprogramm "Cable©" wird folgender empirisch ermittelter Zusammenhang verwendet: Rk = 100*(1- Dk) worin bedeutet: Dk = Durchlässigkeit des Filters für Kondensat,
    wobei gilt: Dk = exp(L*A+B) A = K1 - K2 * dpf L = 21 - ℓ und B = -(K3 * D4 * ΔP + K4 / dpf + K5) K1 bis K5 sind hierbei Konstanten die entsprechend der verwendeten Tabakmischung und der jeweilige Retentionsbestimmungsmethode empirisch ermittelt werden. Mit anderen Worten: Für eine gegebene Filterlänge und einen festgelegten Durchmesser ist die Filterleistung eines Zigarettenfilters eindeutig bestimmt durch den Zugwiderstand des Filters und den Filamenttiter der eingesetzten Filter Tow Spezifikation.
    Es hat nicht an Versuchen gefehlt, die Filtrationsleistung von Raumfiltern unter Beibehaltung der Vorgaben, wie Länge, Durchmesser, Zugwiderstand und Filamenttiter, zu steigern. Ein solches Hochleistungsfilter ist beispielsweise in der DE-A-26 58 479 beschrieben, wobei hier die Erhöhung der Filtrationsleistung durch Zugabe von retentionserhöhenden, feindipersen Metalloxiden gelingt. Auch der Zugwiderstand eines Raumfilters ΔP ist eindeutig definiert. Er ist abhängig vom Durchmesser D des Filters, seiner Länge ℓ, dem Filamenttiter dpf, dem Gesamttiter G [g/10exp4 * m] sowie dem Fasergewicht mA [g] ΔP = f (D, ℓ, dpf, G, mA)
    Für einen gegeben Filterstab mit einem Zugwiderstand ΔP, einem Durchmesser D und einer Länge ℓ ist bei Verwendung einer definierten Filter Tow-Spezifikation das Fasergewicht eindeutig festgelegt. Der Zusammenhang zwischen Fasergewicht und Zugwiderstand ist wegen der Vielfalt der zur Verfügung stehenden Filter Tow-Spezifikationen, der Filterstabdimensionen, der realisierbaren unterschiedlichen Restkräuselungen nicht in einer mathematischen Gleichung geschlossen darzustellen. Das obengenannte Cable® erlaubt es jedoch für jede Filter-Tow Spezifikation, Restkräuselung und Filterstabdimension das Fasergewicht für einen gegebenen Zugwiderstand zu berechnen.
    Das Fasergewicht mA eines Filters ist mit der Restkräuselung und dem Gesamttiter durch folgende Gleichung definiert: IR = 10.000* mA / (G * ℓ)
    Die Restkräuselung versteht sich dabei als das Verhältnis der Länge der entkräuselten Filamente zur Filterlänge. Die Restkräuselung ist für ein gegebenes Zigarettenfilter ein charakteristisches Merkmal. Aufgrund der mit Mitteln des Standes der Technik möglichen Restkräuselwerte und der heute üblichen Filamenttiter für Raumfilter aus Celluloseestern läßt sich die Gesamtmenge der Raumfilter durch ein auf den Filamenttiter bezogenes Verhältnis von Fasergewicht zu Zugwiderstand charakterisieren. Für Raumfilter gilt, daß das auf den Filamenttiter bezogene Fasergewicht/Zugwiderstandsverhältnis S eindeutig definiert ist und dieser Wert den Betrag 0,7 nie überschreitet und somit eine charakteristische Größe darstellt. Dieser Zusammenhang läßt sich für Raumfilter aus Celluloseester ausdrücken durch: S = (mA / ΔP7.8) / dpf < 0,7   [10 m/daPA] wobei für den Zugwiderstand immer der auf einen Durchmesser von 7,8 mm umgerechnete Wert eingesetzt werden muβ. Für die Umrechnung gilt folgende Gleichung: ΔP7.8 = ΔPx*(Dx/ 7,8) 5.8   [daPA] worin der Index X den Durchmesser der tatsächlichen Probe kennzeichnet.
    Trotz der sich daraus ergebenden ungeheuren Vielfalt an möglichen Raumfiltern existieren durch die genannten Zusammenhänge (Gleichung 2) Beschränkungen bezüglich der erzielbaren Kondensatretentionen.
    Es ist technisch völlig problemlos, mit dem Spektrum der heute üblichen Filter Tow Spezifikationen Filter herzustellen, um das Segment der Full-Flavour-Zigaretten genauso abzudecken, wie das Segment der Medium- und Leichtzigaretten. Problematisch wird es, wenn eine Filterleistung, wie für die Konstruktion von Ultra-Leicht-Zigaretten erforderlich, von deutlich mehr als 50 % bei einem üblichen Filterdurchmesser von 7,80 mm und einer Filterlänge von 21 bis 25 mm gefordert wird. Da der Rauch bei einem Raumfilter parallel zur Faserrichtung strömt, ist dies nur durch eine deutliche Erniedrigung des Filamenttiters zu erreichen, was gleichzeitig bei Beibehaltung des Gesamttiters eine deutliche Zugwiderstandserhöhung zur Folge hätte. Gesamttiter und Filamenttiter müssen also gleichermaßen reduziert werden, mit der Folge, daß die Härte der Filter, insbesondere auch während des Abrauchens drastisch vermindert wird. Dieses Phänomen wird vom Fachmann als "Hot-collapse" bezeichnet und gilt als gänzlich unerwünscht.
    Auch durch Additive bewirkte, spezifische Retentionsleistungen lassen sich nur bei vergleichsweise hoher Basisretention realisieren. So beschreibt beispielsweise die WO 97/16986 antimutagen wirkende Additive, die nur im Zusammenspiel mit einer gleichfalls hohen Mindestnikotinretention effektiv wirken. Diese Forderung begrenzt deutlich das Spektrum der in der WO 97/16986 anwendbaren Filter Tow Spezifikationen (vergl. dort Beispiele in Tabelle II, Seite 13).
    Ein weiterer unbestreitbarer Nachteil von aus Celluloseacetat hergestellten Raumfiltern ist ihre schlechte mechanische Desintegrierbarkeit in der Umwelt. Diese schlechte Desintegrierbarkeit verzögert den Abbau der in die Umwelt gelangenden Zigarettenfilter nachhaltig. Es konnte nachgewiesen werden, daß sich der Abbau von Celluloseacetatfasern durch unterschiedlichste Maßnahmen wirksam beschleunigen läßt. Alle diese Maßnahmen wirken aber gleichermaßen in Richtung Verbesserung der biologischen Abbaubarkeit des Polymers Celluloseacetat, aber nicht in Richtung leichterer Desintegrierbarkeit der Filter. Die Wirkung der z. B. in der DE-C-43 22 966 und DE-C-43 22 965 beschriebenen Maßnahmen ist im wesentlichen durch die dreidimensionale Vernetzung der Filamente in einem Raumfilter begrenzt. Die zum Abbau des Filtermaterials notwendigen Mikroorganismen haben demnach im Freiland einen zu geringen Zugang zu den Filamenten und damit zum biologischen Abbau des Polymers. Die zwar verbesserte biologische Abbaubarkeit des Polymers wird also überbestimmt oder dominiert durch die schlechte mechanische Desintegration der Raumfilter.
    Da es sich bei der zuvor erwähnten Stauchkammerkräuselung um eine dreidimensionale Kräuselung handelt, tritt in der bei der Filterherstellung gebildeten Lunte auch ohne Härtungszusatz, aber auch, wie in der DE-C-43 22 966 vorgeschlagen, bei Verwendung wasserlöslicher Kleber, eine dreidimensionale Vernetzung der Filamente im fertigen Filter auf, die so bedeutend ist, daß die mechanische Desintegration der Filter in der Umwelt auch in diesen Fällen, merklich behindert wird. Ähnliche Einschränkungen gelten für den photochemischen Abbau von Filamenten. Die in EP-A-0 716 117 und EP-B-0 732 432 beschriebene Beschleunigung ist begrenzt durch die beschriebenen konstruktiven Nachteile eines Raumfilters.
    In der EP-A-0 880 907 wurde deshalb vorgeschlagen, die Querverhakung durch Einsatz von Filter Tow Spezifikationen mit extrem niedriger Restkräuselung (siehe Seite 5, Gleichung 8) im fertigen Filter weitestgehend zu verhindern. Dies wird letztlich durch eine drastische Anhebung der Gesamttiter und damit der Filtergewichte erreicht. Daraus ergibt sich naturgesetzlich eine Erhöhung der Zugwiderstände. Zur Kompensation dieser hohen Zugwiderstände muß daher der Filamenttiter entsprechend angehoben werden (s. Beispiel II).
    Als weitere Maßnahmen beschreibt die EP-A-0 880 907 ein teilweises Zerschneiden der Filter nach deren Fertigung und die Verwendung von wasserlöslichen Klebern. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß das in der EP-A-0 880 907 beschriebene desintegrierbare Zigarettenfilter die Kriterien des Raumfilters bezüglich des auf den Filamenttiter bezogenen Gewichts- / Zugwiderstandsverhältnis S < 0,7 erfüllt (Beispiel II: S = 0,31 m/daPA).
    Ein völlig unterschiedliches Verfahren zur Herstellung von Aerosolfiltern nutzt als Ausgangsmaterial ein Flächengebilde, wie zum Beispiel Papier, Spinnvliese, textile Gewebe oder Non-Wovens (im folgenden werden solche Filter als "Flächenfilter" bezeichnet). Diese Filter umgehen die oben genannten Einschränkungen bezüglich Filterleistung und Desintegrierbarkeit. Dabei wird beim Hersteller des Filtermaterials ein Flächengebilde hergestellt, auf Bobinen aufgerollt und anschließend zum Verarbeiter versandt. Der Filter- oder Zigarettenhersteller rollt das Material von der Bobine ab, formt es zu einem stabförmigen Produkt, um es dann im Formatteil der Filterstabmaschine queraxial zu verdichten, mit Papier zu umhüllen und auf die Endlänge der Filterstäbe zu schneiden. Ergänzend dazu wird das Flächengebilde in der Regel, aber nicht notwendigerweise, vor der Umformung zum Stab parallel zur Laufrichtung durch eine Kreppeinrichtung gekräuselt. Damit erreicht man zum einen eine Erniedrigung der Materialdichte und zum anderen eine Beeinflussung des Druckabfalls (Zugwiderstands) der Filter. Dennoch liegt die Packungsdichte der heute bekannten Flächenfilter mit 120 bis 300 mg Fasergewicht/cm3 deutlich höher als die der bekannten Raumfilter aus Celluloseacetat. Eine Quervernetzung der Vlieslagen findet in aller Regel nicht statt und wird bewußt nicht angestrebt.
    Das bekannteste Flächenfilter besteht aus Papier und wird zum Beispiel von der Fa. Filtrona, Hamburg, unter dem Handelsnamen Myria Filter vermarktet. In der WO 95/14398 wird ein Filter aus einem Papier aus künstlichen, hochfibrillierenden Cellulosefasern der Lyocellfaser, im Gemisch mit Zellstoffasern oder auch Acetatfasern beschrieben. Ferner betrifft die WO 95/35043 ein Zigarettenfilter aus einem wasservernadelten Gewebe, das wiederum die Lyocellfaser als dortigen Bestandteil enthält.
    Neben den in den genannten Anmeldungen erwähnten Verfahren können selbstverständlich alle bekannten Verfahren zur Bildung von Flächengebilden im Zusammenhang mit der aus Gründen ihres Faserdurchmessers nach Fibrillierung höchst interessanten Lyocellfaser zur Herstellung von Flächenfiltern herangezogen werden.
    Alle diese Filter gelten als biologisch gut abbaubar, weil leicht desintegrierbar, bedingt durch die fehlende Vernetzung der Flächenlagen und die geringe Wasserfestigkeit von Produkten, die in einem Papierprozeß hergestellt wurden. Nach Wiederaufrollen des Zigarettenfilters zu einem Flächengebilde unter Umwelteinflüßen bietet ein solches Flächengebilde außerdem, im Unterschied zu einem schwer desintegrierbaren Raumfilter, eine vergleichsweise wesentlich größere Oberfläche für zum biologischen Abbau geeignete Mikroorganismen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Flächenfilter besteht in einer deutlich höheren Nikotin- und Kondensatretention im Vergleich zu Raumfiltern entsprechenden Zugwiderstandes. Diese höhere Filtrationsleistung ist auf die physikalische Konstruktion der Flächenfilter zurückzuführen und demnach nicht abhängig vom jeweils eingesetzten Filtermaterial.
    Dennoch wird bei Verwendung von Flächenfiltern, bei denen das Filtermaterial nicht oder nur teilweise aus Celluloseacetat besteht, immer wieder die negative geschmackliche Beeinflussung des Rauches durch z. B. cellulosische Fasern vom Konsumenten negativ beurteilt. Außerdem weisen diese hauptsächlich aus cellulosischen Fasern bestehenden Filter nicht die für Raumfilter aus Celluloseacetat typischen, hohen selektiven Retentionen gegenüber Phenolen und Nitrosaminen auf.
    Es hat deshalb in der Vergangenheit nicht an Versuchen gefehlt, Flächenfilter auf der Basis von Celluloseacetat vorzuschlagen. So beschreibt die DE-A-27 44 796 die Verwendung von sogenannten Fibrets aus Celluloseacetat in Kombination mit Celluloseacetat- bzw. natürlichen oder synthetischen Fasern zur Herstellung von Flächenfiltern. Beispielsweise beschreibt die US-A-3 509 009 die Anwendung der Melt-Blown Technik zur Herstellung von Vliesen für die Anwendung in Zigarettenfiltern.
    Die DE-C-196 09 143 beansprucht ein Melt-Blown-Vlies u. a. zur Herstellung von Zigarettenfiltern, ausgehend von einem thermoplastischen Celluloseacetat. Alle aus den beschriebenen Materialien hergestellten Zigarettenfilter haben den Vorteil, daß die Filtrationsleistung (gemessen als Nikotin- oder Teerretention) dieser Filter gegenüber im Zugwiderstand vergleichbaren Raumfiltern aus Celluloseacetat deutlich höher ist. Ferner ist bekannt, daß reines Celluloseacetat zur Verarbeitung in Prozessen mit thermischer Verformung des Polymers nicht geeignet ist. Die dabei auftretenden Probleme sind in der DE-C-196 09 143 eingehend geschildert.
    Von Nachteil ist ferner, daß aufgrund der erwähnten höheren Dichte der Filter, der Materialeinsatz vergleichsweise so hoch ist, daß selbst bei Einsatz eines billigen Ausgangstoffes, wie Papier auf Basis von Papierzellstoff, der Preis pro Filter sich nicht wesentlich von dem eines Raumfilters aus Celluloseacetat unterscheidet. Wesentlich teurer werden die Filter jedoch, wenn man Flächengebilde aus gesponnenen endlosen Fasern zur Herstellung verwendet. In diesen Fällen steht am Anfang ein Spinnprozeß zur Herstellung eines gekräuselten Tows, welches dann zu einer Faser geschnitten wird, die dann wiederum in einer zusätzlichen Arbeitsstufe zu einem Flächengebilde als Ausgangsmaterial für den Filterhersteller weiterverarbeitet wird. Beispiele für eine solche Vorgehensweise sind in der schon erwähnten WO 95/14398 oder auch der DE-A-27 44 796 beschrieben.
    Angesichts der oben geschilderten Nachteile wird es verständlich, daß sich die Technologie des Flächenfilters, hergestellt durch das mehrstufige Verfahren (Spinnen, Schneiden, Vliesherstellung), bei der Verarbeitung zu Massenartikeln (Full-Flavour oder Light-Segment) nie durchgesetzt hat.
    Ein deutlich anderes Verfahren zur Herstellung von Flächenfiltern aus Celluloseacetat beschreibt die DE-A-1 930 435. Dabei wird ein herkömmliches Filter Tow, hergestellt aus nicht thermoplastifizierten Celluloseacetatfasern, aus einem Ballen abgezogen, in einem üblichen Aufbereitungsteil ausgebreitet, verstreckt und mit einem üblichen Plastifizierungsmittel versehen. Abweichend vom üblichen Verarbeitungsverfahren zur Herstellung von Raumfiltern wird dann die aufbereitete Filter Tow Bahn in einer Heizvorrichtung aufgeheizt und anschließend mit Hilfe von profilierten, beheizten Walzen unter Druck thermoplastisch vernetzt. Das so hergestellte zweidimensional verfestigte Flächengebilde wird dann zusammengefaßt, queraxial verdichtet, mit Papier umhüllt und geschnitten. Dadurch entsteht, wie in der US-A-4,007,745 beschrieben, ein Flächenfilter aus endlosen Celluloseesterfilamenten. Ein Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß es erstmals, von den Produkteigenschaften der Filter her gesehen, die Vorteile des Flächenfilters bezüglich Nikotin- und Kondensatretention mit den Vorteilen des Polymers Celluloseacetat bezüglich spezifischer Retention und Geschmack kombiniert. Auch ist die einstufige, kostengünstige Umwandlung von Filter Tow zu einem Flächenfilter vorteilhaft. Das Filter ist jedoch gekennzeichnet durch eine Vielzahl von dreiecksförmigen Rauchkanälen, die aus einem Vlies gebildet werden, welches eine große Anzahl von rechteckigen Vertiefungen aufweist. Ein weiterer Nachteil dieser Filterkonstruktion besteht darin, daß die dreieckigen Kanäle insbesondere beim Abrauchen gut sichtbar werden, was sich als optischer Nachteil der gefertigten Produkte bemerkbar macht.
    Das in der DE-A-1 930 435 dargestellte Verfahren sowie der entsprechende Zigarettenfilter der US-A-4,007,745 haben allerdings noch einige weitere erhebliche Nachteile: Bedingt durch die thermoplastische Verschmelzung der Filamente entstehen großflächige, völlig verschmolzene Flächenanteile niedriger Porosität (s. Fig 2 bis 6), die für die Filtration des Rauches unwirksam sind. In der Folge benötigt man bei diesen Filtern einen Materialeinsatz, der erheblich über dem heutiger Raumfilter liegt. Beispielhaft werden in der US-A-4,007,745 Filter beschrieben, deren Materialeinsatz die heute übliche Einsatzmenge zwei bis zweieinhalbfach übersteigt (s. Beispiel 4 bis 7).
    Ferner ist die Kräuselung in den nicht verfestigten Flächenanteilen dreidimensional orientiert (siehe DE-A-1 930 435, Fig. 6), mit der Folge, daß die benachbarten Flächenlagen bei der queraxialen Verdichtung zum Filterstab wiederum teilweise dreidimensional vernetzen. Dies wird noch verstärkt durch die Tatsache, daß durch die kurze thermische Behandlung der Filter Tow Bahn vor der thermoplastischen Vernetzung des Vlieses, der zuvor zur Plastifizierung aufgebrachte Weichmacher noch nicht in die Faser migriert ist und deshalb, entsprechend der Aushärtung von Raumfiltern aus Celluloseacetat, zu einer Verklebung benachbarter Vlieslagen beiträgt. Es ist dabei zu wissen, daß es sich bei den in der DE-A-1 930 435 beschriebenen, zur Plastifizierung des Celluloseacetats eingesetzten Produkten, um dieselben chemischen Substanzen handelt, wie sie zur Aushärtung von Raumfiltern aus Celluloseacetat in ihrer Funktion als Lösungsmittel eingesetzt werden.
    Die beiden zuletzt genannten Nachteile verhindern das Wiederaufrollen des Flächenfilters zu einer Vliesbahn. Die hierfür verantwortlichen Prinzipien entsprechen denen der oben diskutierten Raumfilter.
    Ein weiterer Nachteil der Lehre der DE-A-1 930 435 liegt darin begründet, daß die Filter Tow Bahn zum Zeitpunkt der Vliesbildung, wie schon erwähnt, mit Härtungsmittel benetzt ist, wodurch die Oberfläche stark klebrig wird. Dieses führt zu Verklebungen an der Kalanderwalze und macht demnach die Verfahrensführung, insbesondere bei Verarbeitungsgeschwindigkeiten von > 100 m/min, äußerst schwierig.
    Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Flächenfilter auf Basis endloser Celluloseesterfasern bereitzustellen, welche die oben erläuterten Nachteile des Standes der Technik, insbesondere des in der US-A-4,007,745 beschriebenen Filters, nicht aufweisen. Diese sollen auch ohne dreidimensionale Vernetzung eine ausreichende Härte besitzen, wobei ihre mechanische Desintergrierbarkeit derjenigen von Flächenfiltern entsprechen soll, welche aus Vliesen mit Kurzschnittfasern hergestellt wurden. Hierbei soll sich die Filtronahärte an den Markterfordernissen orientieren. Ferner sollen die Flächenfilter die aus dem Stand der Technik bekannten vorteilhaften oder in Einzelfällen verbesserten Eigenschaften beibehalten.
    Erfindungsgemäß wird obige Aufgabe gelöst durch einen Hochleistungs-Zigarettenfilter mit mechanischer Desintegrierbarkeit auf der Basis von Fasern bzw. Filamenten von Celluloseestern, insbesondere Celluloseacetat, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) das auf den Filamenttiter bezogene Fasergewicht/Zugwiderstandsverhältnis S größer ist als etwa 0,7, wobei der S-Wert nach der Formel: S = (mA / ΔP7.8) / dpf   [10 m/daPA] berechnet wird, worin bedeuten
    mA das Fasergewicht [g], ΔP den Zugwiderstand [daPA] und dpf den Filamenttiter [dtex] und für den Zugwiderstand der auf einen Durchmesser von 7,8 mm umgerechnete Wert eingesetzt wird,
  • b) die Restkräuselung IR des Filtermaterials den Wert von 1,45 nicht übersteigt, wobei sich IR ergibt aus der Formel IR = 10.000 * mA / (G * 1), wobei gilt für mA = Fasergewicht [g], G = Gesamttiter [g/10 exp 4 * m] sowie 1 = Filterlänge [mm],
  • c) das Fasergewicht maximal 10 mg/mm Filterlänge beträgt und
  • d) die Härte des Zigarettenfilters etwa 90% Filtronahärte überschreitet.
    • Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Filters wird entweder ein thermoplastisches Celluloseester-, Faser- bzw. Filamentmaterial oder im Falle eines nicht thermoplastischen Celluloseesters ein wasserlösliches Verklebungsmittel verwendet. Wird nachfolgend von Fasermaterial gesprochen, dann soll die entsprechende Ausführung auch für Filamentmaterialien, sofern sinnvoll, gelten. (Bezüglich der thermoplastischen Eigenschaften von Celluloseester-Derivaten sei auf die in der DE-A-196 09 143 dargestellte Diskussion bezüglich interner und externer Weichmacher (S. 1, Z. 65 ff) verwiesen. Die dort getroffenen Feststellungen sind für das Verständnis der folgenden Ausführungen von grundlegender Bedeutung. Zur Definition von Thermoplasten wird außerdem auf "Römpps Chemielexikon", 8. Aufl., Bd. 6, Franckh'sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart 1988, S. 4229", verwiesen. Für den ersten Fall eines thermoplastischen Celluloseester-Fasermaterials kann man zwei Fälle unterscheiden. Im ersten Fall ist das Fasermaterial aus einem von Natur aus schon thermoplastischen Celluloseester, wie z.B. Celluloseacetobutyrat, hergestellt. In diesem Fall kann das Filter Tow ohne weitere Maßnahmen zu erfindungsgemäßen Filtern verarbeitet werden. Im Falle eines nicht-thermoplastischen Ausgangspolymers, wie z.B. Cellulose-2,5-acetat, muss dieses durch Zugabe eines geeigneten Weichmachers thermoplastifiziert werden. In diesem Fall muss der Weichmacher in den Fasern homogen verteilt sein. Die homogene Verteilung des Weichmachers in den Fasern lässt sich durch unterschiedlichste Methoden nachweisen. Diese sind beispielsweise: Aufzeichnung der Verdampfungskinetik der Weichmacher. Dazu kann ein Filterstöpsel in einem Inert-Gasstrom erhitzt werden und die Verdampfungskinetik über die Verbrennung in einem handelsüblichen Flammen-Ionisations-Detektor (FID) nachgewiesen werden. Die Verdampfungskinetik eines in der
    Faser gleichmäßig eingebrachten Weichmachers unterscheidet sich nachhaltig von der eines oberflächlich aufgebrachten Weichmachers. Da die Verdampfung diffusionskontrolliert erfolgt, ist die Verdampfungskinetik bei gleichmäßiger Verteilung signifikant langsamer als bei oberflächlicher Applikation. Eine andere Möglichkeit besteht darin die Verdampfungskinetik mittels Differential-Thermogravimetrie darzustellen. Drittens kann die gleichmäßige Verteilung durch Kurzzeitextraktionsverfahren in für das Polymer geeigneten Lösungsmitteln mit anschließender quantitativer Analyse des Weichmachers ermittelt werden. Diese Methode liefert für einen homogen verteilten Weichmacher einen deutlich niedrigeren Analysenwert als für den nur oberflächlich aufgetragenen Weichmacher bei gleichem prozentualen Gehalt. Eine weitere Möglichkeit oberflächlichen und gleichmäßig verteilten Weichmacher qualitativ zu unterscheiden besteht in der Möglichkeit mittels NIR Reflexion zu untersuchen. Diese Methode liefert für homogen verteilten Weichmacher einen deutlich niedrigeren Analysenwert als für den nur oberflächlich aufgetragenen Weichmacher bei gleichem prozentualen Gehalt.
    Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Filters wird ein Filter Tow vom Ballen abgezogen, pneumatisch ausgebreitet und nach dem für Raumfilter üblichen Verfahren verstreckt. Vor dem eigentlichen Filterherstellungsschritt wird intermediär ein Non-Woven-Vlies mit möglichst niedriger Festigkeit in Richtung beider Flächenachsen erzeugt. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß dies besonders dann gelingt, wenn der zur Thermoplastifizierung des Polymers notwendige Weichmacher gleichmäßig in der Faser verteilt ist.
    Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist das auf den Filamenttiter bezogene Verhältnis von Fasergewicht / Zugwiderstand S nach der oben bezeichneten Formel gröβer als etwa 0,7. Wird dieser Wert unterschritten, dann führt das zu Retentionswerten, wie sie bei konventionellen Celluloseacetat-Filtern üblich sind. Bevorzugt beträgt das auf den Filamenttiter bezogene Fasergewicht / Zugwiderstandsverhältnis S höchstens etwa 2, und liegt insbesondere im Bereich von etwa 0,8 bis 1,3. Wird der bevorzugte Wert von etwa 2 für das Verhältnis S überschritten, dann erfüllt dieses Produkt nicht mehr die gewünschten Wirtschaftlichkeitsanforderungen.
    Hinsichtlich der weiteren zugrundeliegenden Parameter gelten vorzugsweise folgende Rahmenbedingungen:
    Die Restkräuselung IR des Filtermaterials ist kleiner als 1,45. Bevorzugt liegt die Restkräuselung zwischen etwa 1,05 und 1,4, insbesondere zwischen etwa 1,1 und 1,3.
    Das Fasergewicht kann im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre maximal 10 mg/mm Filterlänge, insbesondere maximal 9,0 mg/mm Filterlänge, und vorzugsweise mindestens etwa 4 mg/mm Filterlänge betragen. Der bevorzugte Bereich liegt zwischen etwa 5 bis 8 mg/mm Filterlänge. Wird der Maximalwert von 10 mg/mm Filterlänge überschritten, dann ist ein derartiges Produkt nicht hinlänglich wirtschaftlich. Vorzugsweise wird ein Mindestwert von etwa 5 mg/mm Filterlänge eingehalten. Wird dieser Wert unterschritten, dann läßt sich nach dem Stand der Technik die gewünschte Härte des Zigarettenfilters von minimal 90% nicht mehr einhalten. Der Mindestgrenzwert der Filtronahärte von etwa 90% orientiert sich an den Markterfordernissen. Die Filtronahärte des erfindungsgemäßen Zigarettenfilters kann hierbei vorzugsweise auf etwa 90 bis 95%, insbesondere etwa 91 bis 93% eingestellt sein. (Bestimmung der Filtronahärte: Ein zylindrischer Stab von 12 mm Durchmesser drückt mit seiner flachen Stirnseite vertikal mit einer Last von 300 g auf einen horizontal positionierten Filterstab. Das Verhältnis des zusammengedrückten Durchmessers zum vorher durch die erste Berührung ermittelten Ausgangsdurchsmessers ergibt die prozentuale Angabe der Filtrona-Härte). Es erweist sich von besonderem Vorteil, wenn ein Hochleistungs-Zigarettenfilter gemäß der Erfindung nach dem CBDTF-Test nach 10 Wochen Versuchsdauer einen Gewichtsverlust von mindestens etwa 40% insbesondere mindestens etwa 50 Gew.-% aufweist.
    Der Zugwiderstand der erfindungsgemäßen Filter liegt bevorzugt in einem Bereich zwischen 1 und 12 daPA/mm Filterlänge. Die Filamenttiter der eingesetzten Filter Tow Qualitäten variieren zwischen 1 und 20 dtex.
    Die Desintegrierbarkeit der erfindungsgemäßen Zigarettenfilter wird durch eine geringe Restkräuselung IR angehoben. Diese geringe Restkräuselung verringert die Querverhakung der Filamente innerhalb und zwischen den Ebenen der Vliesbahnen. Die Restkräuselung des erfindungsgemäßen Filters ist, wie oben ausgeführt, kleiner als 1,45.
    Zur weiteren Verbesserung der mechanischen Desintegrierbarkeit des erfindungsgemäβen Filters empfiehlt es sich, dieses aus einem mehrfachbreiten Faserstreifen gemäß der Lehre der DE 43 40 029 herzustellen. Nach einer weiteren Ausführungsform kann das Zigarettenfilter aus einem Faserstreifen hergestellt werden, der vor Eintritt in den Strangteil der Filterstabmaschine in mehrere Streifen aufgetrennt wurde.
    Die endlosen thermoplastischen Celluloseesterfasern der Erfindung können Celluloseacetat, insbesondere Cellulose-2,5-acetat, Cellulosebutyrat, Celluloseacetobutyrat, Celluloseacetopropionat und/oder Cellulosepropionat, enthalten. Vorteilhafterweise weisen die erfindungsgemäßen endlosen thermoplastischen Fasern aus Celluloseacetat einen Substitutionsgrad von etwa 1,5 bis 3,0, vorzugsweise etwa 2,2 bis 2,6 auf.
    Die zur Thermoplastifizierung der verwendeten Celluloseester eingesetzten und in den Fasern gleichmäßig verteilten Weichmacher können beispielsweise aus folgenden Gruppen ausgewählt sein: Glycerinester (insbesondere Glycerintriacetat), Ethylen- und Propylencarbonat, Zitronensäureester (insbesondere Acetyl-, Triethylcitrat), Glykolester (insbesondere Triethylenglykoldiacetat (TEGDA) oder Diethylenglykoldibenzoat), Carbowax® (insbesondere Polyethylenglykole eines Molekulargewichts von 200 bis 14.000, wie etwa hergestellt von der Firma UCC, USA), Sulfolan (Tetrahydrothiophen-1,1-dioxid), Fettsäureester, Phosphorsäureester (insbesondere Trioctyl-, Triphenyl- oder Trimethylphosphat), Estern der Phthalsäure (insbesondere Dimethyl-, Diethyl, Dibutyl- und/oder Diisodecylphtalat) und Mischungen beliebiger Zusammensetzungen aus ein oder mehreren dieser Substanzen.
    Die Menge an einzusetzendem plastifizierndem Weichmacher und/oder wasserlöslichem Verklebungsmittel ist dem Fachmann auf diesem technischen Gebiet ohne weiteres geläufig. Im allgemeinen liegt ein Gehalt an Weichmacher und/oder Verklebungsmittel von etwa 1 bis etwa 40 Gew.-% vor, in besonderen Fällen kann der Gehalt an Weichmacher diesen Bereich jedoch ohne weiteres übersteigen, ohne daß hiervon die Lehre der Erfindung betroffen ist.
    Als wasserlösliche Verklebungsmittel, die bevorzugt auf der Oberfläche der Fasern vorliegen, können die üblichen, bei der Herstellung von Raumfiltern aus Celluloseacetat angewandten hochsiedenden Lösungsmittel, wie Polyalkylenoxide (wie Polyethylenglykole, Polypropylenglykole oder Copolymere aus Polyethylen- und Polypropylenoxid sowie deren Derivate), wasserlösliche Ester oder Ether (auch Celluloseester oder -ether), Stärke, Stärkederivate, p-Polyvinylalkohole (partiell oder vollständig hydrolysiert, sowie Derivate davon), Polyvinylether (und deren Derivate), p-Polyvinylacetate und/oder Polysaccharide, wasserlösliche Polyamide und Polyacrylate eingesetzt, d.h. auf die Faserbahn appliziert werden.
    In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthalten die Celluloseesterfasern bzw. -filamente Additive in Form von fotoreaktiven Additiven, die biologische Abbaubarkeit begünstigenden Additiven, Additiven mit selektiver Retentionswirkung und/oder farbigen Pigmenten. Bevorzugt wird als fotoreaktives Additiv ein feindisperses Titandioxid des Anatas-Typs mit einer mittleren Teilchengröβe von kleiner 2 µm eingesetzt. Als Additive, die die biologische Abbaubarkeit begünstigen sind insbesondere zu nennen: stickstoffhaltige Substanzen, deren natürlichen oder mikrobiellen Abbauprodukte basische Amine freisetzen (beispielsweise Harnstoff und seine Derivate; Oligopeptide und Proteine, wie etwa beta-Lactoglobulin; Kondensationsprodukte aus Carbonylen und Aminen, etwa Hexamethylentetramin; sowie stickstoffhaltige organische Heterocyclen, insbesondere Carbazole).
    Bevorzugte Additive mit selektiver Retentionswirkung sind Filtrationshilfen, wie sie zum Beispiel in der WO 97/16986 genannt sind. Vorzugsweise werden organische Säuren bzw. saure Carbonsäureester, Polyphenole, oder Porphyrinderivate eingesetzt.
    Durch geeignete Maßnahmen kann das erfindungsgemäße Hochleistungs-Zigarettenfilter somit im Hinblick auf die biologische und photochemische Abbaubarkeit in einem Ausmaß verbessert werden, wie dies bei Raumfiltern aus dem Stand der Technik nur bedingt möglich ist.
    Die mit der Erfindung verbundenen Vorteile sind somit vielfältig. Insbesondere ist die leichte Desintegrierbarkeit des erfindungsgemäßen Filters unter Umwelteinflüssen von großem Vorteil. Dieses kann hinsichtlich der biologischen und photochemischen Abbaubarkeit gegenüber einem bekannten Raumfilter deutlich verbessert werden. Zudem besitzt es gegenüber Raumfiltern, beispielsweise aus Celluloseacetat, eine erhöhte Retention bei gleichem Zugwiderstand, wobei gleichzeitig die an den Filter gestellten Anforderungen, insbesondere des Zigarettenherstellers sowie des Endverbrauchers, in hohem Maße erfüllt werden. Durch Mischung von unterschiedlichen Ausgangs-Tows beliebiger Filamentgröße (Filamenttiter) ist es darüber hinaus möglich, ein Optimum an Flächenvolumen und Filtrationskapazität entsprechend einzustellen. Diese Arbeitsweise ermöglicht auch, das Filter entsprechend seiner Filtronahärte zu optimieren. Ferner kann durch den vorhandenen Weichmacher, wie beispielsweise Triacetin, eine positive Geschmacksbeeinflussung erfolgen, wobei gleichzeitg jedoch eine wesentlich geringere Menge an Weichmacher direkt in den Rauch übergeht. Demzufolge werden beim erfindungsgemäßen Hochleistungs-Zigarettenfilter signifikant niedrigere Kondensatwerte festgestellt.
    Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen, welche die erfindungsgemäße Lehre nicht beschränken sollen, im einzelnen beschrieben. Dem Fachmann sind im Rahmen der erfindungsgemäßen Offenbarung weitere Ausführungsbeispiele offensichtlich.
    Beispiele: Vergleichsbeispiel 1:
    Als Vergleichbespiel 1, welches ein heute übliches Zigarettenfilter (Raumfilter) repräsentiert, wurde ein Zigarettenfilter hergestellt aus einem Filter Tow der Spezifikation 3,0 Y 35. Dieses Filter besteht aus Einzelfilamenten des Filamenttiters 3,33 dtex und einem Gesamttiter von 38.889 dtex, wobei Y den Querschnitt des Filaments beschreibt. Die Filter haben eine Länge von 21 mm bei einem Durchmesser von 7,80 mm. Der Triacetingehalt beträgt 7 % (= 8,5 mg). Der Zugwiderstand ist 60 daPA bei einem Acetateinsatzgewicht von 107 mg. Die Filter wurden umhüllt mit einem unporösen Filterumhüllungspapier der Fa. Glatz (D-67468 Neidenfels) mit der Bezeichnung F 796-28. Die Filtronahärte der Filterstäbe beträgt 92,2 % . Das Filter hat demnach ein auf den Filamenttiter normiertes Gewichts /Zugwiderstandsverhältnis von S = 0,54 (10 m/daPA). Diese Filter wurden nach der im Folgenden beschriebenen, von einer CORESTA Arbeitsgruppe erarbeiteten Testmethode (CBDTF-Test), bezüglich ihrer Desintegration untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.
    Das Testmaterial (10 Filterstöpsel, vom Papier befreit) wird mit einem Xenonbrenner bei Wellenlängen größer 290 nm bestrahlt. Die Bestrahlungsintensität wird bei 340 nm bestimmt und zu 0,35 Wm-2nm-1 eingestellt. Die Temperatur, gemessen durch einen Weißstandard, beträgt 55°C. Zweimal täglich erfolgt Bewässerung der Proben mit deionisiertem Wasser. Einmal täglich werden die Proben durch Rütteln mit vier Stahlkugeln (M = 16g, D = 1,2 cm) in einem Stahlbecher mechanisch belastet. Wöchentlich erfolgt nach Konditionierung der Proben die Bestimmung des Gewichts und wahlweise des Volumens. Zur Bestimmung der Kondensatretention der Filter wurden die 21 mm langen Filter an einen "American Blend" Tabakstrang gekoppelt und nach CORESTA recommended No. 22 und 23 abgeraucht. Das Cambridgefilter und die vom Tabakstummel abgetrennten Filter werden in Methanol extrahiert und nach entsprechender Verdünnung UV-spektroskopisch die Extinktion der Lösungen bei einer Wellenlänge von 310 nm bestimmt. Die Retention errechnet sich dann nach folgender Gleichung: Rk = EFilter / (EFilter+ ECambridgefilter).
    Beim Vergleichsbeispiel 1 wurde die Kondensatretention zu 37,5% bestimmt.
    Vergleichsbeispiel 2:
    Ein Filter Tow der Spezifikation 3.0 Y 55 (Filamenttiter: 3.33 dtex; Gesamttiter: 61.111 dtex) wurde auf einem üblichen zweistufigen Streckwerk KDF 2 der Firma Hauni, Hamburg, aufbereitet und mit 8% Triacetin besprüht. Nach Verlassen der Umlenkwalze wird die Filter Tow-Bahn mit einer Mindestbreite von 250 mm in ein Paar von beheizten Kalanderwalzen eingeführt und mit einem wirksamen Liniendruck von 40 kg/cm kalandriert. Die profilierten Kalanderwalzen haben einen Durchmesser von 230 mm und eine gerillte Breite von 350 mm und weisen 10 Profilrillen pro cm auf. Sie werden mit einem Silikonöl auf eine Temperatur von 205 ± 3 °C beheizt. Das Rillenprofil ist trapezförmig mit einer oberen Breite von 0,4 mm und einer Tiefe von 0,45 mm und einem eingeschlossenen Winkel von 35°.
    Nach Verlassen der Kalanderwalze wird das so hergestellte Vlies durch Einführen in eine Einlaufdüse strangförmig gefaltet und in einer handelsüblichen KDF2, der Fa. Körber, Hamburg, bei einer Stranggeschwindigkeit von 70 m/min mit Papier umhüllt und auf eine Filterstablänge von 126 mm geschnitten. Der Durchmesser der Filterstäbe wurde auf 7,8 mm eingestellt. Die Filtronahärte der Filterstäbe beträgt 89,5 %. Aus diesen Stäben werden dann Filterstöpsel mit einer Länge von 21 mm geschnitten, die dann, wie im Vergleichsbeispiel 1 dargestellt, bezüglich ihrer Desintegrierbarkeit untersucht werden (Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt). Der Zugwiderstand dieser Filterstäbe beträgt 51 daPA bei einem Acetateinsatzgewicht von 141 mg. Damit beträgt das auf den Filamenttiter bezogene Fasergewicht / Zugwiderstandsverhältnis S = 0,83 [10 m/daPA] . Die Kondensatretention, bestimmt wie im Vergleichsgleichsbeispiel 1 beschrieben, war 42,3%.
    Der Nachweis der nicht homogenen Verteilung des aufgesprühten Triacetins wird wie folgt geführt: Ein drei Monate vor dem Untersuchungsdatum produzierter Filterstöpsel der Länge 21 mm wird in ein V2A-Stahlrohr mit einem Innendurchmesser von 7,5 mm eingeführt. Der Innendurchmesser des Stahlrohrs wird beidseitig durch geeignete technische Mittel auf eine Durchmesser von 0,3 mm verjüngt. Eintrittsseitig wird Stickstoffgas mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 30 ml pro Minute eingeströmt und auf der Austrittsseite mit einem handelsüblichen Flammen-Ionisation-Detektor (FID) verbunden. Das Probenrohr wird in einem Heizofen mit einer Aufheizrate von 75 °C/min bis zu einer Ofentemperatur von 150 °C erhitzt. Das aufgezeichnete FID-Signal erreicht sein Intensitätsmaximum nach spätestens zwei Minuten und die Basislinie nach ca. 6 Minuten.
    Beispiel:
    In einem doppelwandigen Universalmischer mit dem Gesamtinhalt von 615 1 Volumen und Kühl-Heizeinrichtung wurden 300 kg Celluloseacetat-Flakes eingefüllt. Das Mischwerkzeug 1 ist einteilig mit drei Flügeln in Bodennähe umlaufend und senkrecht auf die Antriebswelle aufgesteckt. Waagerecht zur Antriebswelle ist einteiliges, vierflügliges Zerhackerwerkzeug 2 angebracht, welches Agglomeratbildung während der Weichmacherzugabe und -diffusion verhindert und mit 21 m/sec (2890 Umin) Umfangsgeschwindigkeit betrieben wird.
    Mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 6,5 m/sec wurde der Mischer 1 in Betrieb gesetzt. Während 10 min wurden 65 kg Triacetin gleichmäßig zugegeben. Zu diesem Zeitpunkt wird das Zerhackerwerkzeug 2 zugeschaltet. Es wurde weiterhin zur innigen Vermischung 12 min intensiv gemischt. In den nächsten 20 min wurde bis zu einer Materialtemperatur von 76°C aufgeheizt. Diese Temperatur wurde 5 min beibehalten. Anschlieβend wurde 30 min kontinuierlich auf 20°C abgekühlt. Die Gesamteinwirkdauer des Triacetin auf die Flakes betrug 67 min. Anschließend wurde der Mischer innerhalb drei Minuten schnellentleert. Dieses nach dieser Verfahrensweise erhaltene Produkt ist sehr gut riesel- und lagerfähig. Das thermoplastifizierte Celluloseacetatgranulat wird mittels des üblichen Trockenspinnverfahrens zu einem Filter Tow der Spezifikation 3,0 Y 55 [Filamenttiter 3,33 dtex; Gesamttiter 61.111 dtex] verarbeitet.
    Dieses Filter Tow wurde auf einem üblichen zweistufigen Streckwerk KDF 2 der Firma Hauni, Hamburg, aufbereitet. Im Unterschied zum Vergleichsbeispiel 2 wird nach der Verstreckung kein zusätzlicher Weichmacher aufgebracht. Nach Verlassen der Umlenkwalze wird die Filter Tow-Bahn mit einer Mindestbreite von 250 mm in ein Paar von beheizten Kalanderwalzen eingeführt und kalandriert. Die profilierten Kalanderwalzen haben einen Durchmesser von 150 mm und eine Breite von 550 mm und weisen 10 Profilrillen pro cm auf. Sie werden mit einem Silikonöl auf eine Temperatur von 180 ± 3 °C beheizt. Das Rillenprofil ist trapezförmig mit einer oberen Breite von 0,4 mm und einer Tiefe von 0,45 mm und einem eingeschlossenen Winkel von 35°. Nach Verlassen der Kalanderwalze wird das so hergestellte Vlies durch Einführen in eine Einlaufdüse strangförmig gefaltet, und in einer handelsüblichen KDF2, der Fa. Körber, Hamburg bei einer Stranggeschwindigkeit von 120 m/min mit Papier umhüllt und auf eine Filterstablänge von 126 mm geschnitten. Der Durchmesser der Filterstäbe wurde auf 7,8 mm eingestellt. Die Filtronahärte der Filterstäbe beträgt 91,4 %.
    Aus diesen Stäben werden dann Filterstöpsel mit einer Länge von 21 mm geschnitten, die dann, wie im Vergleichsbeispiel 1 dargestellt, bezüglich ihrer Desintegrierbarkeit untersucht werden (Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt). Der Zugwiderstand dieser Filterstäbe beträgt 51 daPA bei einem Fasereinsatzgewicht von 156 mg. Damit beträgt das auf den Filamenttiter bezogene Fasergewicht/Zugwiderstandsverhältnis S = 0,92 [10 m/daPA]. Die Kondensatretention, bestimmt wie im Vergleichsgleichsbeispiel 1 beschrieben, war 44,1%.
    Der Nachweis der homogenen Verteilung des aufgesprühten Triacetins wird wie folgt geführt: Ein drei Monate vor dem Untersuchungsdatum produziertes Filterstöpsel der Länge 21 mm wird in ein V2A-Stahlrohr mit einem Innendurchmesser von 7,5 mm eingeführt. Der Innendurchmesser des Stahlrohrs wird beidseitig durch geeignete technische Mittel auf eine Durchmesser von 0,3 mm verjüngt. Eintrittsseitig wird Stickstoffgas mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 30 ml pro Minute eingeströmt und auf der Austrittsseite mit einem handelsüblichen Flammen-Ionisations-Detektor (FID) verbunden. Das Probenrohr wird in einem Heizofen mit einer Aufheizrate von 75 °C/min bis zu einer Ofentemperatur von 150 °C erhitzt. Das aufgezeichnete FID-Signal erreicht sein Intensitätsmaximum frühestens nach vier Minuten und die Basislinie nach ca. 10 Minuten.
    In der Tabelle 1 sind die Ergebnisse der Versuche zur Desintegration der Vergleichsbeispiele 1, 2 und des erfindungsgemäßen Beispiels dargestellt.
    Versuchsdauer in Versuchsdauer in Wochen Vergleichsbeispiel 1
    Restgewicht [%]    		 Vergleichsbeispiel 2
    Restgewicht[%]    		 Beispiel
    Restgewicht[%]
    1 93 95 87
    2 92 94 85
    3 92 94 82
    4 91 94 75
    5 88 93 69
    6 86 93 62
    7 81 92 47
    8 78 91 34
    9 76 90 28
    10 72 89 21
    Es ist aus den obigen Tabellenwerten ersichtlich, daß die Desintegration eines erfindungsgemäß hergestellten Erzeugnisses mit fortschreitender Versuchsdauer den Werten der Vergleichsbeispiele überraschend deutlich überlegen ist.
    In Tabelle 2 sind alle gemessenen Daten zusammengefasst.
    Dpf G IR Zugwiderstand Fasergewicht Durchmesser S Härte
    [dtex] [daPA] [mg] [mm] [10 m/daPA] [%]
    Vergleichsbeispiel 1 3,33 38.889 1,31 60 107 7,8 0,54 92,2
    Vergleichsbeispiel 2 3,33 61.111 1,09 51 141 7,8 0,83 89,5
    Beispiel 3,33 61.111 1,22 51 156 7,8 0,92 91,4

    Claims (18)

    1. Hochleistungs-Zigarettenfilter mit mechanischer Desintegrierbarkeit auf der Basis von Fasern bzw. Filamenten von Celluloseestern, dadurch gekennzeichnet, dass
      a) das auf den Filamenttiter bezogene Fasergewicht (bzw. Filamentgewicht)/Zugwiderstandsverhältnis S größer ist als etwa 0,7, wobei der S-Wert nach der Formel: S = (mA / ΔP7,8) / dpf [10 m/daPA] berechnet wird, worin bedeuten mA das Fasergewicht [g], ΔP den Zugwiderstand [daPA] und dpf den Filamenttiter [dtex] und für den Zugwiderstand der auf einen Durchmesser von 7,8 mm umgerechnete Wert eingesetzt wird,
      b) die Restkräuselung IR des Filtermaterials den Wert von 1,45 nicht übersteigt, wobei sich IR ergibt aus der Formel IR = 10.000 * mA / (G * 1), wobei gilt für mA = Fasergewicht [g], G = Gesamttiter [g/10 exp 4 * m] sowie 1 = Filterlänge [mm],
      c) das Fasergewicht maximal 10 mg/mm Filterlänge beträgt und
      d) die Härte des Zigarettenfilters etwa 90% Filtronahärte überschreitet.
    2. Hochleistungs-Zigarettenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Cellulosematerial Celluloseacetat ist.
    3. Hochleistungs-Zigarettenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Celluloseestermaterial thermoplastisch ist und die Fasern bzw. Filamente, sofern ein Weichmacher einbezogen wird, diesen gleichmäßig verteilt enthalten.
    4. Hochleistungs-Zigarettenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche der Fasern bzw. Filamente ein wasserlösliches Verklebungsmittel vorliegt.
    5. Hochleistungs-Zigarettenfilter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Restkräuselung zwischen etwa 1,05 und 1,4, insbesondere zwischen etwa 1,1 und 1,3 liegt.
    6. Hochleistungs-Zigarettenfilter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zigarettenfilter aus einem mehrfachbreiten Faserstreifen hergestellt worden ist.
    7. Hochleistungs-Zigarettenfilter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zigarettenfilter aus einem Faserstreifen hergestellt worden ist, der vorher in mehrere Streifen aufgetrennt wurde.
    8. Hochleistungs-Zigarettenfilter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastischen Fasern bzw. Filamente Celluloseacetat, insbesondere Cellulose-2,5-acetat, Cellulosebutyrat, Celluloseacetobutyrat, Celluloseacetopropionat und/oder Cellulosepropionat enthalten.
    9. Hochleistungs-Zigarettenfilter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle des Einsatzes eines Weichmachers der Weichmachergehalt zwischen etwa 1 und 40% liegt.
    10. Hochleistungs-Zigarettenfilter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle des Einsatzes eines Weichmachers dieser Triacetin, Triethylenglykoldiacetat und/oder Zitronensäurediethylester ist.
    11. Hochleistungs-Zigarettenfilter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastischen Fasern bzw. Filamente auf Celluloseacetat eines Substitutionsgrads von etwa 1,5 bis 3,0, insbesondere etwa 2,2 bis 2,6 beruhen.
    12. Hochleistungs-Zigarettenfilter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserlöslichen Verklebungsmittel in Form von Polyethylenglykolen, wasserlöslichen Estern oder Ethern, Stärke und/oder Stärkederivaten, p-Polyvinylalkoholen, p-Polyvinylacetaten vorliegen.
    13. Hochleistungs-Zigarettenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf den Filamenttiter bezogene Fasergewicht (bzw. Filamentgewicht)/Zugwiderstandsverhältnis S höchstens etwa 2 beträgt, insbesondere im Bereich von etwa 0,8 bis 1,3 liegt.
    14. Hochleistungs-Zigarettenfilter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasergewicht (bzw. Filamentgewicht) mindestens etwa 4 mg/mm Filterlänge, insbesondere etwa 5 bis 8 mg/mm Filterlänge beträgt.
    15. Hochleistungs-Zigarettenfilter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtronahärte des Zigarettenfilters etwa 90 bis 95 %, insbesondere etwa 91 bis 93 % beträgt.
    16. Hochleistungs-Zigarettenfilter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Celluloseesterfasern bzw. -filamenten Additive in Form von fotoreaktiven Additiven, die biologische Abbaubarkeit begünstigenden Additiven, Additiven mit selektiver Retentionswirkung und/oder farbigen Pigmenten enthält.
    17. Hochleistungs-Zigarettenfilter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als fotoreaktives Additiv ein feindisperses Titandioxid des Anatas-Typs mit einer mittleren Teilchengröße von kleiner 2 µm eingesetzt ist.
    18. Hochleistungs-Zigarettenfilter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Additive organische Säuren bzw. saure Carbonsäureester, Polyphenole und/oder Porphyrinderivate eingesetzt werden.
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