DE3344206A1 - Verfahren zur herstellung von filterstaeben - Google Patents
Verfahren zur herstellung von filterstaebenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Filterstäben, die für die
Verwendung als Filtermundstücke von Zigaretten geeignet sind. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung
derartiger Stäbe unter Verwendung texturierter Garne aus Endlosfäden aus synthetischen Polymeren.
Obwohl Zigaretten mit Filtermundstück seit wenigstens 35 Jahren bekannt sind, hat die in den letzten Jahren
den Gesundheitsrisiken, denen sich Zigarettenraucher
selbst aussetzen, gewidmete öffentliche Aufmerksamkeit
ihre Beliebtheit wesentlich erhöht. Die Umsätze von Filterzigaretten sind dramatisch gestiegen und stellen
numehr den Hauptteil des Zigarettenmarktes dar. Bis heute sind die Materialien der Wahl für die Herstellung
von Zigarettenfiltern Baumwolle, Papier oder Celluloseacetat. Obwohl eine Anzahl von Veröffentlichungen die
Verwendung von Fasern aus synthetischen Polymeren, insbesondere Polyolefin-Fasern, als Ersatz für Celluloseacetat
vorgeschlagen hat, sind erst kürzlich ernsthafte Versuche unternommen worden, Celluloseacetat durch andere
synthetische Polymere zu ersetzen. Als Folge davon haben Polypropylen-Fasern begonnen, sich einen kleinen
Marktanteil zu erobern.
Bei der Herstellung von Filterstäben aus synthetischen
Fasern sind die bis heute technisch eingesetzten Arbeitsverfahren und Anlagen im wesentlichen identisch mit denen, die bislang in der Fertigung von Celluloseacetat-Filterstäben eingesetzt wurden. Eine gute
Fasern sind die bis heute technisch eingesetzten Arbeitsverfahren und Anlagen im wesentlichen identisch mit denen, die bislang in der Fertigung von Celluloseacetat-Filterstäben eingesetzt wurden. Eine gute
schematische Beschreibung dieses Verfahrens ist in der US-PS 3 144 025 zu finden. Kurz beschrieben umfaßt das
Verfahren nach dem Stand der Technik das Einspeisen eines mechanisch gekräuselten Kabels aus dem Filtermaterial
mit einer Bauschdichte von etwa 4 444 bis
6 667 Tex (40 000 bis 60 000 bulk denier) durch einen Garnöffnungsmechanismus, in dem es zu einem Vlies ausgebreitet
wird, für gewöhnlich mit Hilfe eines Luftstroms aus einem Gebläse. Aus der öffnungsvorrichtung
wird das Vlies durch einen Sprühnebel aus einem Schmelzkleber oder Weichmacher hindurchgeleitet und
anschließend in eine zylindrische Formungszone, in der das Bündel in die Form eines Endlosstabes gebracht
wird, eine Papierhülle angebracht wird und der Stab zur Aktivierung des Klebers oder Weichmachers erhitzt wird.
Der Stab gelangt dann zu einer Kühlzone, in der der Kleber oder Weichmacher unter Fixierung und Beibehaltung
der Form härtet, wonach der Stab auf die gewünschte Länge geschnitten wird.
Der Einsatz eines mechanisch gekräuselten Kabels erlegt dem oben beschriebenen Verfahren Einschränkungen auf.
Die Textur des in der Fertigung der Filterstäbe eingesetzten Garns beeinflußt in hohem Maße die kennzeichnenden
Eigenschaften des entstehenden Filters wie
seinen Widerstand gegen Luftdurchgang, wie er durch seinen Druckabfall gemessen wird, seine Festigkeit sowie
sein Gewicht. Die für die Herstellung von Filtern mit unterschiedlichen Spezifikationen erforderlichen
Veränderungen der Textur sind mit einer mechanischen
Kräuselanlage nur schwierig gezielt zu erreichen, überdies
ist eine Anlage, die für die mechanische Kräuselung eines Kabels eingesetzt wird, massiv und kompliziert
und für eine Verwendung durch den Stab-Hersteller
nicht geeignet. Infolgedessen ist er gezwungen, gekräuseltes Kabel käuflich zu erwerben, und dieses wiederum
wird nur in relativ großen Mengen mit festgelegten unveränderbaren Eigenschaften vertrieben. Infolgedessen
ist die Vielseitigkeit seiner Stabfertigungsmaschine nicht so groß, wie dies eigentlich erwünscht wäre.
ist die Vielseitigkeit seiner Stabfertigungsmaschine nicht so groß, wie dies eigentlich erwünscht wäre.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neues, verbessertes, in hohem Maße vielseitiges Verfahren zur
Herstellung von Filterstäben verfügbar zu machen. Ein
weiteres Ziel ist es, verbesserte Filterstäbe verfügbar zu machen, die eher auf bauschigen oder texturierten
Endlosfäden als auf einem mechanisch gekräuselten Kabel beruhen. Noch ein weiteres Ziel ist es, ein Verfahren
zur Herstellung von Filterstäben aus einem ungekräuselten Kabel mit wesentlich geringerer Bauschdichte (bulk
denier), als sie bisher eingesetzt wurde, verfügbar zu machen.
Kurz dargestellt umfaßt die verbessserte Arbeitsweise gemäß der vorliegenden Erfindung zur Fertigung von FiI-terstäben
das Hindurchleiten eines Kabels aus Endlosfäden aus synthetischem Garn mit einer Bauschdichte von
etwa 667 bis 1 111 Tex (6 000 bis 10 000 bulk denier) durch einen texturierenden Strahl eines fließfähigen
Mediums unter solchen Druck- und Temperaturbedingungen, daß der Bauschindex des Garnes um etwa 25 bis 75 % erhöht
wird, und das Hindurchleiten des erhaltenen texturierten Garnes unmittelbar und fortlaufend vom Ausgang
aus dem texturierenden Strahl in den Fadenöffner einer Filterstab-Fertigungsmaschine und Formen dessel-
ben zu einem Filterstab unter Einhaltung eines relativen
Geschwindigkeitsverhältnisses von etwa 15 : 1 bis 25 : 1 zwischen dem Ausgang aus dem texturierenden
Strahl und der Abnahmevorrichtung der Filterstab-Ferti-
gungsmaschine, wobei das Garn innerhalb des Fadenöffners auf einen vorher festgelegten Grad verdichtet
wird, und Einhüllen des Filterstabs zur Erhaltung seiner
Form und Verdichtung beim Abziehen von der Maschine.
Das verbesserte Verfahren gemäß der Erfindung kann in einfacher Weise unter Einsatz einer herkömmlichen Anlage
für Zigarettenfilter durchgeführt werden, die lediglich in bezug auf das Verfahren des Einspeisens
des Kabels und das in sie eingespeiste Kabel modifiziert wird. Die Anlage, das Verfahren und das Produkt
der Erfindung sind in der beigefügten Zeichnung abgebildet, die eine schematische Zeichnung einer herkömmlichen
Fertigungsanlage für Zigarettenfilter, die an
die vorliegende Erfindung angepaßt ist, darstellt.
Die Zeichnung zeigt allgemein eine herkömmliche Fertigungsanlage für Zigarettenfilter 1, mit einem Krempelteil
(Fadenöffnerteil) 2, einem Krempelband 3 für die Zufuhr einer konstanten Menge Zigaretten-Hüllpapier 4
von der Vorratsrolle 5 zu dem Krempelteil 2. Der Krempelteil 2 umfaßt Mittel für die Ausbildung und Aufrechterhaltung
der zylindrischen Form des Filterkabels, Mittel zum Umhüllen desselben mit dem Zigaretten-Hüllpapier,
Mittel zum Heißversiegeln des Papiers nach dem Einhüllen und Mittel zum Zerschneiden des erhaltenen
endlosen, geformten und umhüllten Kabels in Filterstäbe 16 einer vorher festgelegten Länge. Die abgeschnittenen
Filterstäbe werden mit Hilfe eines Förderers oder anderer Mittel 18 zum Lagern und Abpacken entfernt. Die
gesamte Anlage und sämtliche Arbeitsgänge, die bis hierher beschrieben sind, sind an sich herkömmlich,
tragen nichts zur Neuheit der Erfindung bei und sind infolgedessen auch nicht im einzelnen dargestellt.
33U206
Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird ein Endloskabel 10 aus synthetischen Fäden von
einem (oder mehreren) Spulengatter 11 mittels Speisewalzen 12 abgezogen und in einen bauschenden oder texturierenden
Strahl 13 eines fließfähigen Mediums eingeführt. Das Kabel gelangt in dem Strahl mit dem heißen
fließfähigen Medium, wie z.B. Dampf oder heißer Luft, das - wie durch den Pfeil bezeichnet - von einer nicht
eingezeichneten Quelle durch die Düse 17 eingespeist
wird, in solcher Weise in Berührung, daß die im Inneren dieses Strahls erzeugte Wärme und Turbulenz eine zufällige
Verformung der Fäden mit einer daraus resultierenden vielfachen Zunahme der Bauschigkeit des Kabels hervorrufen.
Der spezielle Betrag der verursachten Bau-
schigkeit kann innerhalb eines weiten Bereichs durch Variation der Strömung des fließfähigen Mediums, der
Temperatur des fließfähigen Mediums und der Durchgangsgeschwindigkeit durch den Strahl variiert werden. Aus
dem Strahl wird das Kabel durch ein Führungsrohr 14 in den Einlauftrichter 15 und von dort in den Krempel weitergeleitet,
wo es zu Filterstäben geformt wird, wie dies oben beschrieben wurde.
Das in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Kabel kann ein Kabel aus beliebigen synthetischen Fäden sein,
das einer Texturierung mittels eines Geräts mit einem Strahl eines fließfähigen Mediums zugänglich ist. Das
heißt, es kann ein Kabel aus Polyester, Polyamid, Acrylnitril-Polymer, Polypropylen oder Acetat sein.
Polypropylen (einschließlich fadenbildender Copolymerisate des Propylens mit Ethylen oder anderen niedern
Olefinen) ist aufgrund seiner relativ geringen Dichte, im Vergleich zu anderen synthetischen faserbildenden
Materialien, ein bevorzugtes Material für das Kabel.
Die Bauschdichte des bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzten Kabels
kann zwischen etwa 667 bis 1 111 Tex (6 000 bis 10 000 bulk denier) liegen. Der gesamte Titer kann von
einem einzelnen Spulengatter her zugeführt werden, oder er kann ein von mehreren Spulengattern kommender Verbund sein, der vereinigt und gleichzeitig durch den Strom des fließfähigen Mediums hindurchgeschickt wird. Zur Erzielung bestmöglicher Gebrauchseigenschaften der
Zigarettenfilter ist das Kabel vor dem Eintritt in den Strom des fließfähigen Mediums vorzugsweise ungezwirnt und untexturiert.
einem einzelnen Spulengatter her zugeführt werden, oder er kann ein von mehreren Spulengattern kommender Verbund sein, der vereinigt und gleichzeitig durch den Strom des fließfähigen Mediums hindurchgeschickt wird. Zur Erzielung bestmöglicher Gebrauchseigenschaften der
Zigarettenfilter ist das Kabel vor dem Eintritt in den Strom des fließfähigen Mediums vorzugsweise ungezwirnt und untexturiert.
Der zur Herbeiführung der Texturierung eingesetzte Strahl 13 des fließfähigen Mediums ist von konventionellem
Aufbau, ähnlich demjenigen, der z.B. in der US-PS 3 471 911 beschrieben ist. Die Anpassung des
Strahls für seine Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt mit Hilfe des Führungsrohres 14.
Das Führungsrohr 14 wird in erster Linie zur räumlichen Eingrenzung des hochgradig texturierten Garns beim Passieren
der Strecke zwischen dem texturierenden Strahl 13 und dem Krempeleinlaßtrichter 15 eingesetzt. Der dem
Garn gegebene hohe Texturierungsgrad und die um den Ausgang des Strahls herum herrschende Turbulenz können
dazu führen, daß das Garn seine strukturelle Unversehrtheit verliert und in unerwünschter Weise Verwirrungen
erleidet, wenn es in diesem Bereich nicht räumlich eingegrenzt wird, überdies wird das Garn, wie im
Folgenden erörtert wird, einem hohen Grad der Voreilung zwischen dem Strahl und dem Krempelteil unterworfen.
Ohne räumliche Eingrenzung könnte es sich an diesem Punkt vollständig der Steuerung und Kontrolle
entziehen. Ein unerwarteter beiläufiger Vorteil, der sich aus der Führung des Garns durch das Führungsrohr
14 ergibt, besteht darin, daß die Eingrenzung und das Aufeinanderpacken des Garns, das dieses in dem Rohr
erfährt, dem Garn einen zusätzlichen Anteil an Texturierung hinzufügen.
erfährt, dem Garn einen zusätzlichen Anteil an Texturierung hinzufügen.
Zwischen dem Ausgang aus dem Strahl des fließfähigen Mediums und dem Krempelband 3, das die Bewegungskraft
für das Bewegen des Kabels durch den Krempel liefert,
existiert eine signifikante Differenz der Garngeschwindigkeit oder Voreilung (überdosierung). Diese Voreilung
liegt zwischen 15 : 1 und 25 : 1. Als Folge hiervon wird das Garn in dem Transportrohr 14 und dem Einlaßtrichter
15 in den Krempel in einer zufälligen Zick-
zack-Form gepackt und verbleibt in dieser beim Umhüllen, Fixieren und Zerschneiden.
Dank der Voreilung und der Packung des Garnes können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Filter
im wesentlichen die gleiche Fasermenge aufweisen,
wie sie in Filtern vorliegt, die unter Verwendung der konventionellen Technik hergestellt sind, obwohl die
Bauschdichte des in das Verfahren eingespeisten Kabels nur einen Bruchteil derjenigen des bei dem konventionellen
technischen Verfahren eingesetzten Kabels aus-
macht. Infolgedessen bleiben diejenigen charakteristischen Eigenschaften, wie die Luftdurchlässigkeit
(Druckabfall), Filtergewicht (naturgemäß abgesehen von den Differenzen in den spezifischen Gewichten der Polymerisate)
und Festigkeit, die die Fasermenge darin
widerspiegeln, erhalten. Die spezielle Garnmenge in einem Filter kann naturgemäß durch die Variation der
Voreilungsrate variiert werden.
- ίο -
Es wurde auch beobachtet, daß in vielen Fällen das Ver-
fahren gemäß der Erfindung die Fertigung von Filtern
ohne Verwendung eines Klebers für die Erhaltung einer normalen zylindrischen Form erlaubt. Die Verdichtung
des texturierten Garns zu dem Stab verleiht dem Garn einen hohen Grad an potentieller Energie in Richtung senkrecht zur Längsachse des Stabes. Das Einschließen dieser Energie mit Hilfe der Umhüllung hält den Filterstab in der geforderten gleichmäßigen zylindrischen
Form. Falls die Spezifikationen für ein besonderes herzustellendes Filter es erfordern, z.B. in einem Fall, in dem ein Filter ohne ein Härtungsmittel nicht fest genug wäre, kann ein Klebstoffhärter eingesetzt werden.
des texturierten Garns zu dem Stab verleiht dem Garn einen hohen Grad an potentieller Energie in Richtung senkrecht zur Längsachse des Stabes. Das Einschließen dieser Energie mit Hilfe der Umhüllung hält den Filterstab in der geforderten gleichmäßigen zylindrischen
Form. Falls die Spezifikationen für ein besonderes herzustellendes Filter es erfordern, z.B. in einem Fall, in dem ein Filter ohne ein Härtungsmittel nicht fest genug wäre, kann ein Klebstoffhärter eingesetzt werden.
Der größte Vorteil des Verfahrens gemäß der vorliegen-
den Erfindung liegt jedoch in der Vielseitigkeit, die es dem Filterhersteller zur Einstellung der Garneigenschaften
während des Betriebs des Verfahrens vermittelt. Der Wert der Bauschung oder Texturierung des
Garns kann in einfacher Weise durch die Änderung der
Betriebsweise des Strahls eingestellt werden. Der Garndurchsatz, der Druck des fließfähigen Mediums, die Temperatur
des fließfähigen Mediums und der Grad der Voreilung können sämtlich innerhalb relativ weiter Grenzen
variiert werden, wodurch die speziellen Garneigenschaften erhalten werden, die zur Erzielung der gewünschten
Filtereigenschaften benötigt werden. Es ist nicht erforderlich, die Garneinspeisung zu verändern, um Veränderungen
der Filtereigenschaften zu bewirken. Aus Vorstehendem geht hervor, daß ein Wechsel zwischen FiI-tern,
die unterschiedliche Spezifikationen erfüllen, in hohem Maße vereinfacht wird. Darüber hinaus werden diese
Vorteile mit einer relativ geringen Kapitalinvestition auf der Seite des Filterherstellers erzielt.
Wenngleich die vorliegende Erfindung hierin unter Bezugnahme
auf ihren Wert für die Fertigung von Zigarettenfiltern beschrieben ist, ist ausdrücklich festzustellen,
daß sie auch bei anderen Anwendungen eingesetzt werden kann, in denen langgestreckte fasergepackte
Filterstäbe benötigt werden.
Wärmestabilisiertes Polypropylen mit einer Schmelzflußrate von 18 bis 20, das TiO2 als Mattierungsmittel ent-
hielt, wurde unter Verwendung einer Spinndüse mit 210 Löchern mit Y-Querschnitt-Kapillaren in ein Spinngarn
mit einem Einzelfadentiter von 2,78 dtex (2,5 den) überführt und 2,5-fach verstreckt. Spinnen und Verstrecken
wurden unter üblichen technischen Bedingungen
durchgeführt. Vier Fäden des Garns mit dem Einzelfadentiter von 2,78 dtex (2,5 den) wurden parallel von einem
Abrollgatter mit einer Spannung von etwa 0,009 g/dtex (0,01 g/den) abgewickelt und zu einem Kabel kombiniert,
das 840 Fäden enthielt und einen Gesamtiter von 233 tex (2 100 den) besaß.
Das Kabel von 233 tex wurde durch einen bauschenden Strahl in den Krempel einer Fertigungsmaschine für Filterstäbe
von 22,2 dtex (20 den) eingespeist, überhitzter
Dampf von 4,83 + 0,14 bar (70+2 psi) wurde in den Strahl eingespeist, wodurch eine Temperatur von etwa
1070C bis 1100C in der Kapillare des Strahls aufrechterhalten
wurde. Eine Geschwindigkeitsdifferenz von etwa 10/1 zwischen dem Band des Stabfertigers und den Kabelzufuhrwalzen
wurde eingehalten. Die vereinigte Bau-
schung, wie sie in dem Strahl, in dem Führungsrohr und
in dem Krempel bewirkt wurde, hatte eine Dichteänderung von etwa 21,9 zu 1 zwischen dem Filterstab und dem
Kabel zur Folge.
Die erhaltenen Filterstäbe zeigten einen annehmbaren
Druckabfall auf Rauchmaschinen und ein annehmbares Stabgewicht. Die Stabhärte war annehmbar für die meisten Anwendungen. Die physikalischen Eigenschaften sind in der nachstehenden Tabelle 1 aufgeführt.
Druckabfall auf Rauchmaschinen und ein annehmbares Stabgewicht. Die Stabhärte war annehmbar für die meisten Anwendungen. Die physikalischen Eigenschaften sind in der nachstehenden Tabelle 1 aufgeführt.
Ein 1 : 1-Gemisch aus Polypropylen-Garnen mit den Einzelfadentitern
von 2,78 dtex (2,5 den) und 3,89 dtex (3,5 den) und Y-Querschnitt, das im wesentlichen wie in
Beispiel 1 beschrieben hergestellt wurde, wurde zu einem Kabel von 277,5 tex (2 500 den) kombiniert. Dieses
wurde durch den texturierenden Strahl hindurchgeschickt und zu Filterstäben geformt, wobei heiße Luft
von 140 +_ 50C als fließfähiges Medium verwendet wurde
und die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Kabelzufuhrwalzen und dem Band des Stabfertigers etwa 12/1
betrug.
Die Gesamtzunahme der Bauschdichte betrug etwa 23 zu 1. Die in der Tabelle 1 aufgeführten Eigenschaften der
Filterstäbe waren gut. Insbesondere war die Härte für praktisch alle Anwendungen annehmbar.
Unter Verwendung der Garne des Beispiels 2 in einem Verhältnis 1 : 3 wurde ein Kabel von 303 tex (2 730
den) hergestellt und zu Filterstäben geformt, wobei
überhitzter Dampf als das texturierende fließfähige Medium verwendet wurde. Das Verhältnis der Geschwindigkeit
der Zuführungswalze zu der Geschwindigkeit des Bandes betrug etwa 10 : 1.
Die Zunahme der Bauschdichte betrug etwa 22 zu 1. Die
Eigenschaften der Stäbe waren sehr gut. Vgl. Tabelle 1.
Das in den vorhergehenden Beispielen eingesetzte Polymer wurde in der beschriebenen Weise zu einem Garn mit
einem Einzelfadentiter von 4,44 dtex (4 den) gesponnen und gereckt. Drei Fäden dieses Garns wurden zu einem
Kabel von 277,5 tex (2 500 den) kombiniert und durch den texturierenden Strahl in die Stabfertigungsmaschine
eingespeist, überhitzter Dampf wurde als das fließfähige
Medium verwendet. Die Eigenschaften der Stäbe waren gut. Vgl. Tabelle 1.
| Beispiel | Stabgewicht | : Druckabfall* | Härte** | Ausbeute |
| Nr. | (g/iooo) | (mm H20) | % F | P/RW |
| 1 | 429 | 506 | 85,2 | 118 |
| 2 | 538 | 565 | 90,8 | 105 |
| 3 | 544 | 617 | 89,4 | 113 |
| 4 | 477 | 536 | 92,3 | 112 |
* bestimmt mit dem Druckabfall-Testgerät Filtrona
LP 1100.
LP 1100.
** bestimmt mit dem Härte- und Elastizitäts-Testgerät Filtrona.
AH Leerseite
Claims (4)
1.)Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Faser-
^-"^ stäben aus synthetischen Polymeren, umfassend die folgenden
Schritte:
Hindurchleiten eines Kabels aus Endlosfäden aus synthetischem Garn mit einer Bauschdichte von etwa 667
bis 1 111 Tex (6 000 bis 10 000 bulk denier) durch einen texturierenden Strahl eines fließfähigen
Mediums unter solchen Druck- und Temperaturbedingungen, daß der Bauschindex des Garnes um etwa 25
bis 75 % erhöht wird,
Hindurchleiten des erhaltenen texturierten Garnes unmittelbar und fortlaufend vom Ausgang aus dem
texturierenden Strahl in den Fadenöffner einer Filterstab-Fertigungsmaschine und Formen desselben
zu einem Filterstab unter Einhaltung eines relativen Geschwindigkeitsverhältnisses von etwa 15 : 1
Telefon: (0221) 131041 - Telex: 8882307 dopa d - Telegramm: Domnatenl Kd!n
bis 25 : 1 zwischen dem Ausgang aus dem texturierenden Strahl und der Abnahmevorrichtung der FiI-terstab-Fertigungsmaschine,
wobei das Garn innerhalb des Fadenöffners auf einer vorher festgelegten Grad verdichtet wird, und
Einhüllen des Filterstabs zur Erhaltung seiner Form und Verdichtung beim Abziehen von der Maschine.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Garn-Kabel wenigstens eines der Materialien Polyester, Polyamid, Acrylnitril-Polymer, Polypropylen,
Acetat oder fadenbildende Copolymere derselben umfaßt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Garn-Kabel Polypropylen oder ein Copolymer desselben
mit einem niederen Olefin umfaßt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel im wesentlichen ungezwirnt und untexturiert
ist.
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