DE2732904A1

DE2732904A1 - Laengliches filter

Info

Publication number: DE2732904A1
Application number: DE19772732904
Authority: DE
Inventors: Roger Anthony Allen; Kieron Philip Green; Bruce Reynolds Inglis; Roger Wherwell Tringham
Original assignee: Wiggins Teape Ltd
Current assignee: Wiggins Teape UK PLC
Priority date: 1976-08-02
Filing date: 1977-07-21
Publication date: 1978-02-09
Also published as: DE2732904C3; AR216771A1; DE2732904B2; IN148174B; TR19967A; BG28037A3; AT364693B; FR2360269A1; JPS5338699A; RO78341A; GR63347B; IT1143750B; CS201004B2; AU2736377A; SU849982A3; US4149550A; PT66876B; BE857379A; LU77882A1; IE45530L

Description

Die Erfindung betrifft ein längliches Filter mit einem fasrigen Kern, bei welchem die Fasern wahllos verteilt angeordnet sind. Derartige Filter finden beispielsweise Verwendung als Filter bei Zigaretten.

In der Zigarettenindustrie werden derzeit hauptsächlich zwei Filterarten verwendet neben einer dritten Filterart, welche eine Zusammensetzung der beiden ersten Filter darstellt.

Einer dieser Filter besteht aus Celluloseacetat in Form eines Faserstranges. Dieser Strang wird mit einem Weichmacher, wie beispielsweise Astriacetin behandelt, um eine teilweise Bindung der Fasern zu erhalten und dieser

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Strang wird mit Papier umhüllt, damit er seine zylindrische Form beibehält. Wird ein solches Filter in einer Zigarette verarbeitet, dann ist eine zweite Umhüllung erforderlich, um das Filter in Kontakt mit der vorbereiteten Tabaksäule zu halten. Diese zweite Umhüllung hat üblicherweise das Aussehen einer Korkhülle.

Eine zweite Ausführungsform besitzt einen Kern aus Krepppapier. Auch hier ist eine erste Umhüllung erforderlich, um das Filter in zylindrischer Form zu halten. Neben dieser ersten Umhüllung ist eine weitere Umhüllung unbedingt erforderlich, um das Kreppapierfilter an der Zigarette zu halten. Diese Filter haben üblicherweise an ihrer Stirnseite ein unschönes Aussehen und weiterhin tritt der Nachteil auf, daß beim Gebrauch das Filter sich ungleichmäßig verfärbt. Weiterhin ist der Nachteil zu verzeichnen, daß wegen des kreppapierartigen Aufbaus das Filter ungleichmäßig hart wird, was zu Schwierigkeiten bei der Verarbeitung auf schnellarbeitenden Zigarettenmaschinen führt.

Eine' dritte Ausführungsform ist als Doppelfilter bekannt und wurde entwickelt zur Vermeidung einiger Nachteile, die bei den ersten beiden Filterarten auftreten. Bei diesem Filter sind zwei zylindrische Segmente axial hintereinander angeordnet und verbunden durch eine Papierhülle. Das Zylindersegment aus Celluloseacetat wird hierbei bei der Zigarette hinten angeordnet, so daß das Erscheinungsbild verbessert ist. Weiterhin ist dieses Filter etwas weicher. Die Herstellung dieses Filters ist jedoch weitaus teurer infolge der Notwendigkeit der genauen Verarbeitung zweier in der Struktur unterschiedlicher Segmente. Neben den Verarbeitungsschwierigkeiten wird nicht

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der Nachteil einer doppelten Umhüllung vermieden, vielmehr ist eine dritte Umhüllung erforderlich, um die beiden Zylindersegmente zusammenzuhalten.

Um die Filterwirkung zu ermitteln, wird in Abhängigkeit des Filterwiderstandes die Menge des abgefilterten Materials ermittelt. Unter Filterwiderstand ist der Widerstand zu verstehen, der beim Durchstömen des Filters auftritt. Für einen gegebenen Filterwiderstand weist das Kreppapierfilter einen höheren Filtrierwirkungsgrad auf als das Filter aus Celluloseacetat. Das Doppelfilter liegt bezüglich seines Wirkungsgrads zwischen diesen Werten und zwar im Verhältnis des Anteils von Kreppapier zu Celluloseacetat.

Es besteht die Aufgabe, ein Filter zu schaffen, bei welchem die Notwendigkeit der ersten Umhüllung entfallen kann und das im Vergleich zu einem Cellulosacetatfilter bei gleichem Filterwiderstand einen verbesserten Filtrierwirkungsgrad aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Neben dem Wegfall der ersten Umhüllung und neben einem besseren Filtrierwirkungsgrad im Vergleich zu einem Celluloseacetatfilter weist das Filter gemäß der Erfindung den Vorteil auf, daß seine Härte vergleichbar ist mit derjenigen eines Celluloseacetatfilters, also diesbezüglich wesentlich günstiger ist als ein Kreppapierfilter. Dane-

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ben weist das Filter ein günstiges Aussehen auf. Die Verfärbung durch die Filterstoffe ist gleichmäßig. Das Filter kann ohne Schwierigkeiten auf schnellarbeitenden Zigarettenmaschinen verarbeitet werden.

Der Faserkern des Filters dient zur wirksamen Filtrierung von Gasen, während die versteifte fasrige Oberflächenschicht dazu dient, daß das Filter seine Form beibehält, wobei die Oberflächenschicht gehäuseartig wirkt und für die Form des Filters bestimmend ist.

Die Filter werden hergestellt aus einer wäßrigen Dispersion von Cellulosefasern oder einer Mischung von Cellulose- und synthetischen Fasern, Diese wäßrige Dispersion wird in eine röhrenförmige Form eingespritzt, wobei auf das Rohr von außen ein Vakuum wirkt. Auf diese Weise wird das Suspensionsmedium durch die Wandungen der Form abgezogen, so daß sich die Fasern an der Innenwandung niederschlagen und einen Strang bilden.

Der. Gehäuseeffekt der Rinde rührt von dem höheren Faseranteil in der Oberflächenschicht her, wobei diese Fasern längs orientiert sind. Es hat sich gezeigt, daß die gewünschte Orientierung erhalten wird durch Steuerung des Austrittsverhältnisses, d. h. des Verhältnisses der Geschwindigkeiten der fasrigen Suspension und der Lochform. Das Mindestausströmverhältnis hängt ab von der Art der verwendeten Fasern, das bei der Verwendung von Alphacellulosefasern mindestens im Bereich von 10:1 liegt.

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Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend anhand der
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Achse des Filters;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht auf ein Filter gemäß Fig. 1 nach Abtrennung durch Einwirken einer Zugkraft;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht auf ein konisches Faserelement, wie es sich längs der
Linien IH-III in Fig. 1 erstreckt;

Fig. if einen Schnitt längs der Linien IV-IV in
Fig. 1;

Fig. 5, Kontaktbetaradiogramme durch etwa 1,3 mm
und 7 dicke Schnitte des Filters bei einer Belichtungszeit von näherungsweise 7 Stunden
und

Fig. Θ, graphische Darstellungen der relativen Ma-
und 10 terialdichte längs des Durchmessers bei den Schnitten gemäß den Fig. 5, 6 und 7, ermittelt mit einer Beta-Röntgendurchleuchtung
bei Schritten von jeweils 1 mm.

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch das Filter, welches eine fasrige Kernzone 3 und eine fasrige Rinde in Form
einer Oberflächenschicht ^ aufweist. Die Oberflächenschicht 4 weist hierbei eine höhere Dichte als der Kernbereich 3 auf.

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In der Verwendung als Zigarettenfilter wird das Filter vom Zigarettenrauch durchströmt in Richtung des Pfeiles 5. Die Filterwirkung geht hierbei in erster Linie von der Kernzone 3 aus, während die Oberflächenschicht 4 in erster Linie zur Versteifung des Aufbaus dient. In Vergleich mit einem umhüllten Filter erlaubt dieser Auf' bau ein größeres radiales Eindringen der Gase in Richtung auf oder weg vom Kern.

Die Fig. 2 zeigt die innere Struktur des Filters, die deutlich wird, wenn infolge einer/Zugspannung das Filter getrennt wird. Die Trennfläche ist im wesentlichen konisch, wobei die äußere Oberfläche des Konus bei 6 geringfügig konvex ist. Der Konus endet in einem zentralen Büschel 7. Ein einzelnes Strukturelement ist in Fig. 3 im Schnitt dargestellt. Dieses konusförmige Element 8 verdeutlicht die konvexe Oberfläche 9 und die büschelartige Spitze 7, welche bei der Trennung des Filters entstehen.

Das Material weist also einen schichtförmigen Aufbau

bet auf, wobei wie Papier der Schichtaufbau nicht sichtbar ist und nur sichtbar gemacht werden kann durch Trennen des Materials.

In Fig. 3 ist auch sichtbar, daß die Randbereiche des Elements 8 Zonen 10 höherer Dichte bilden, die zusammen mit weiteren Zonen weiterer Elemente die Oberflächenrinde 4 bilden.

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Der Schnitt gemäß Fig. 4 verdeutlicht, wie die Oberflächenschicht oder Rinde 4 die Kernschicht 3 einschließt.

Der Schnitt gemäß Fig. 5 wurde gefertigt von einem Filterstrang aus 100 % Weichholzsulfatpulpe, wie sie beispielsweise von der Firma Buckeye Corporation unter dem Handelsnamen PV5 in den Handel gebracht wird. Die Schnitte gemäß den Fig. 6 und 7 sind von Filtersträngen gefertigt, die aus einer Pulpenmischung bestehen, welche 55 % PV5 und 45 % Alphagras aufwies.

Die Dunkeltönung des Betaradiogramms ist umgekehrt proportional zur Betastrahlendurchlässigkeit des Schnitts. Die Schwärzung ist daher direkt proportional zur Dichte des Filtermaterials und es ist klar ersichtlich, daß die Rinde in jedem Fall eine größere Dichte aufweist.

Die graphische Darstellung gemäß den Fig. 8, 9 und 10 ist eine Bestätigung für die sichtbare Schlußfolge aus den Fig. 5, 6 und 7. Die Diagramme zeigen deutlich, daß die" Betastrahlendurchlässigkeit in den Zentralbereichen wesentlich größer ist, was wiederum bedeutet, daß die Dichte der Fibermasse im Zentrum geringer ist als an der Peripherie.

Das Filter kann aus verschiedenen Fasermaterialien bestehen, jedoch sollte ein Anteil relativ steifer Fasern vorhanden sein, damit sich eine entsprechende Strukturmatrix ergibt, in Kombination mit feineren Fasern zur Verbesserung der Filtereigenschaften und der Festigkeit. Es können Zusatzstoffe zugegeben sein, um die Filtereigenschaften zu modifizieren.

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Als steife grobe Fasern wird vorzugsweise hochextrahierte, chemisch gebleichte Alphacellulose verwendet, die einen hohen Anteil an Nadelholz, beispielsweise an Fichte, aufweist. Handelsübliche Pulpen dieser Art sind beispielsweise diejenigen der Firma Buckeye Corporation mit dem Handelsnamen PV 5 und HPZ oder diejenigen der Firma Raxonier Corporation unter dem Namen Mersonnier und Ul tränier.

Die feinen Fasern mit einem Anteil von vorzugsweise Ί-0 bis 50 % sollen eine hohe spezifische Oberfläche haben. Beispiele solcher Fasern sind Alphagras, Eukalyptus und Baumwolle. Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, bestimmte Faseranteile zu entfernen, um einen optimalen Ausgleich der funktioneilen Eigenschaften des Produkts zu erhalten. Bezüglich der Zuschlagsstoffe hat es sich als vorteilhaft gezeigt, 10 % Kaolin oder Calciumcarbonat beizugeben, um die Filtriereigenschaften zu verbessern. Andere mineralische Filtermaterialien, wie beispielsweise Diatomeenerde können verwendet werden, um die Dampfphasenkomponenten besser zu filtern. Weiterhin kann Aktivkohle beigefügt sein. Wenn jedoch derartige Zusatzstoffe verwendet werden, ist es wünschenswert, ein Bindemittel hinzuzufügen, um ein Stauben des Produkts zu verhindern. Als Bindemittel kann beispielsweise verwendet werden Stärke oder wasserlösliche Harze. Die Stärke kann entweder kationisch oder anionisch sein und bei dem Harz kann es sich beispielsweise um Polyamin oder um Polyäthylenamin handeln. Bei der Verwendung von Stärke kann diese auch auf der Oberfläche nach der Bildung des Strangs aufgebracht werden.

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Es ist auch möglich, einen Anteil eines anderen geeigneten Fasermaterials zu verwenden, wie beispielsweise synthetische Fasern, beispielsweise Polyolefinfasern, wie sie unter dem Handelsnamen SWP von der Firma Crown Zellerbach Corporation oder unter dem Handelsnamen Pulpex von der Solvay und Cie. in Handel gebracht werden.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Zigarettenfilters beschrieben. Das Filtermaterial ist jedoch auch für andere Einsatzzwecke einsetzbar, wie beispielsweise für das Filtern von Öl. Der Querschnitt des Filters braucht nicht kreisförmig zu sein. Es ist auch jede andere Querschnittsform möglich.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

'Längliches Filter mit einem fasrigen Kern, bei welchem die Fasern wahllos verteilt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , daß dieser Kern durch eine Rinde aus Fasermaterial versteift ist, die integral zum Kern ist und aus einer Oberflächenschicht größerer Dichte besteht.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -ze ichnet, daß die Fasern der Oberflächenschicht zu einem hohen Anteil in Längsrichtung angeordnet sind.

3. Filter nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η -zeic hnet, daß bei Ausüben einer Zugspannung in Längsrichtung ein Abtrennen an einer im wesentlichen konischen Zwischenschicht erfolgt.

k. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstruktur im Innern im wesentlichen konisch verläuft, wobei am Rand jeder konischen Struktur eine Faserrinde vorhanden ist.

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ORIGINAL

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5. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet , daß die Fasern aus einem Fasergemisch aus steifen groben Fasern und feinen Fasern besteht.

6. Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die steifen groben Fasern aus einer Pulpe aus hochextrahierter, chemisch gebleichter Alphacellulose bestehen, die einen hohen Anteil von Nadelholz aufweist.

7. Filter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet ,daß die feinen Fasern eine hohe spezifische Oberfläche haben.

8. Filter nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, daß die feinen Fasern aus Alphagras, Eukalyptus oder Baumwolle hergestellt sind.

9. Filter nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der feinen Fasern 40 bis 50 % beträgt.

10. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Filtermaterial Zuschlagsstoffe, wie beispielsweise Kaolin, CaIciumcarbonat, Aktivkohle und Diatomeenerde zugegeben sind.

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11. Filter nach Anspruch 10, dadurch g e k e nnn zeichnet, daß dem Filtermaterial ein Bindemittel, wie beispielsweise Stärke oder wasserlösliches Harz zugegeben ist.

12. Filter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz Polyamin oder PoIyäthylenamin ist.

13. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke bevorzugt in der Oberflächenschicht angeordnet ist.

1*4-. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermate- · rial synthetische Fasern aufweist.

15. Filter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die synthetischen Fasern Poly· olefinfasern sind.

16. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter die Form eines Zigarettenfilters aufweist.

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