[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Cigarettenfiltern nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1, einen derart hergestellten Filter nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 8 und eine besondere Verwendung von PHB gemäß Anspruch 13.
[0002] Es ist heute üblich, Cigarettenfilter aus Celluloseacetat herzustellen. Zur Herstellung
der Cigarettenfilter werden zwei unabhängige Verfahrensschritte benötigt. Zunächst
wird das Fasermaterial durch ein Düsenspinnverfahren mit einer Vielzahl von Spinndüsen
hergestellt. Die einzelnen Endlosfasern werden nach dem Spinnen in einer Anzahl von
mehreren Tausend zu einem Faserbündel zusammengefaßt und in einer Kräuseleinrichtung
gekräuselt. Das Bündel wird dann als gekäuseltes Band abgelegt und beispielsweise
in Blockform zusammengepreßt. Zur Weiterverarbeitung des Fasermaterials wird das gekräuselte
Band von dem Block abgezogen und zunächst durch eine Streckanordnung geöffnet, die
bewirkt, daß die Einzelfasern in ihrer Lage gegeneinander verschoben werden, so daß
sich ein möglichst voluminöser, 3-dimensionaler Strang bildet, der in einer Formateinrichtung
auf den gewünschten Durchmesser zusammengedrückt, mit Papier umwickelt und zu zylindrischen
Filterstäben weiterverarbeitet wird.
[0003] Das Herstellverfahren zur Bildung eines derartigen Cigarettenfilters ist relativ
aufwendig und erfordert eine Reihe von Arbeitschritten. Der wesentliche Nachteil von
Celluloseacetat-Filtern besteht jedoch darin, daß das Filtermaterial über lange Zeiträume
stabil bleibt und daher unter Umweltschutzgesichtspunkten Entsorgungsprobleme bereitet.
[0004] Da ein Cigarettenfilter bei guten Filtereigenschaften sich unter geschmacklichen
Gesichtspunkten neutral verhalten soll, kommen natürliche Materialen, die unter üblichen
Umweltbedingungen eine einfache Entsorgung ermöglichen würden, in der Regel nicht
als Basismaterial in Betracht. Es ist ferner schwierig, mit natürlichen Materialen
die hohen Anforderungen an die Tabakrauchfilterung zu erreichen, die heute gestellt
werden.
[0005] Für medizinische Anwendungen ist aus der EP 0 177 207 A2 bereits ein Fasermaterial
bekannt geworden, dessen Einzelfasern aus PHB (Polyhydroxybuttersäure) bzw. Copolymeren
PHB/PHV (Polyhydroxyvaleriansäure) hergestellt sind. Dieses Fasermaterial wird mikrobiologisch
hergestellt und eignet sich zum Ausspinnen aus einer Zentrifugal-Spinneinrichtung.
Die erzeugten Fasern bilden Tuche, die für den vorgesehenen Zweck geeignet zusammengepreßt
oder geformt werden können. Bei dem angegebenen Einsatzzweck dieser Materialen für
die Medizin,-Veterinär- oder Dentalmedizin kommt die besondere Eigenschaft der Fasermaterialien,
nämlich deren biologische Abbaubarkeit, besonders zum Tragen, da die mit diesen Fasern
hergestellten Produkte, beispielsweise Wundnähte, im Körper selbst abgebaut werden,
so daß eine spätere Entfernung der Materialien aus dem Körper nicht erforderlich ist.
[0006] Bei diesem Material handelt es sich um einen Polyester mit 4 - 5 Kohlenstoffatomen
pro Grundbaustein. Zur Herstellung des Polymers wird üblicherweise ein Mikroorganismus
in einem wäßrigen Medium auf einem geeigneten Substrat, wie z.B. Kohlenhydrate oder
Methanol, welches Energie und Kohlenstoff zur Verfügung stellt, kultiviert. Das Substrat
muß durch den Mikroorganismus assimilierbar sein. Um die Akkumulation des Polymers
zu fördern, wird wenigstens ein Teil der Kultivierung unter Begrenzung des Nährstoffs
durchgeführt, der zum Wachstum des Mikroorganismus erforderlich ist, der jedoch nicht
für die Polymerakkumulation notwendig ist. Beispiele für geeignete Verfahren sind
in den EP PS 15 669 und 46 344 beschrieben.
[0007] Im allgemeinen ist es erwünscht, das Polymer vom Rest des Zellmaterials zu trennen.
Diese Trennung kann durch Aufbrechen der Zellen durch Behandlung mit Aceton erfolgen,
dem die Extraktion des Polymers aus den aufgebrochenen Zellen durch Behandlung mit
einem Lösungsmittel, in dem das Polymer löslich ist, nachfolgt. Derartige Verfahren
sind beispielsweise in den US 3 036 959 und 3 044 942 beschrieben, in denen als Lösungsmittel
Pyridin oder Mischungen von Methylenchlorid und Ethanol angegeben sind. Andere Extraktionslösungen
für das Polymer in der Form, in der es in den Zellen erzeugt ist, sind beispielsweise
zyklische Carbonate wie 1,2-Propylencarbonat (US 4 101 533) oder Ghloroform (US 3
275 610) und 1,2-Dichlorethan (EP 15123).
[0008] Der Stand der Technik kennt weitere Materialen und Verfahren zum Aufbrechen der Zellen,
beispielsweise Ultraschallvibration, Gefriertrocknen usw. Copolymere können ebenfalls
hergestellt werden, die andere Hydroxycarbonsäuren z.B. Hydroxyvaleriansäure und/oder
von einem Diol abgeleitete Einheiten, z.B. Ethylenglycol und/oder Dicarbonsäuren enthalten,
z.B. Isophthalsäure. Es findet ein Esteraustausch statt, wenn das mikrobiologisch
hergegestellte Polymer oder Copolymer mit einer Hydroxycarbonsäure, oder deren Lacton,
z.B. Pivalolactone, einem Diol, einer Dicarbonsäure und/oder einem daraus hergestellten
Polyester geschmolzen wird.
[0009] Der nachfolgend verwendete Begriff HB-Polymere bedeutet nicht nur 3-Hydroxybuttersäure-Homopolymere,
sondern auch Copolymere, wie beschrieben, vorausgesetzt, die 3-Hydroxybuttersäureeinheiten
bilden wenigstens einen Teil der Polymerkette.
[0010] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Cigarettenfiltern
und Cigarettenfilter anzugeben, die unter Einwirkung von Umgebungseinflüssen relativ
schnell zersetzbar sind, aber gleichwohl gute Filtereigenschaften aufweisen.
[0011] Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1, 8 und 13 angegebene Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
[0012] Das Filtermaterial nach der Erfindung weist die besondere Eigenschaft auf, daß es
innerhalb kurzer Zeiträume, insbesondere in Monaten, sich zu vollkommen unschädlichen
Produkten, wie Kohlendioxid und Wasser, umsetzt. Die bei Cigarettenfiltern bisher
notwendige Entsorgung, wie beispielsweise Verbrennen oder Deponieren, ist nur noch
eingeschränkt erforderlich, da das erfindungsgemäße Material sich unter dem Einfluß
von Mikroorganismen selbst zersetzt.
[0013] Das für den erfindungsgemäße Verwendung neue Material weist gegenüber üblichen Celluloseacetat-Filtern
verbesserte Filtereigenschaften auf, da insbesondere bei filterventilierten Cigaretten
die Geschmackseigenschaften verbessert sind bzw. bei gleicher Geschmacksintensität
eine erhöhte Verdünnung des Cigarettenrauchs möglich ist.
[0014] Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Längsschnittansicht durch einen Cigarettenfilter,
- Fig. 2
- eine schematische Ansicht einer Einrichtung zur Herstellung des Filtermaterials,
- Fig. 3
- eine schematische Ansicht einer Anlage zur Herstellung des Filtermaterials mit nachgeschalteter
Formateinrichtung,
- Fig. 4
- eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Tuches, hergestellt mit einem Volumenverhältnis
von 2:1 kalter zu warmer Luft,
- Fig. 5
- eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Fadens, hergestellt mit einem Volumenverhältnis
von 1:10 kalter zu warmer Luft,
- Fig. 6
- eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Stranges, hergestellt mit einem Volumenverhältnis
von 1:3 kalter zu warmer Luft,
- Fig. 7
- eine Gegenüberstellung von Rauchkonzentrat, Nikotin und CO in Abhängigkeit vom Ventilationsgrad,
- Fig. 8
- das Ergebnis einer Headspaceanalyse,
- Fig. 9
- drei Chromatogramme,
- Fig. 10
- eine normierte Headspaceanalyse,
- Fig. 11
- das Ergebnis einr sensorischen Beurteilung.
[0015] Ein Filter 17 gemäß Fig. 1 weist ein Filtermaterial 19 auf, das von einer Papierumhüllung
18 umgeben ist. Das Filtermaterial 19 besteht aus Wirrlagen eines Fasermaterials,
dessen Einzelfasern in der Regel länger als der Filterabschnitt sind. Die einzelnen
Fasern des Materials liegen in der Regel in einem Winkel von 30 - 40° zur Längsachse
des Filters 17, wobei die Fasern insgesamt in Achsialrichtung des Filters orientiert
sind.
[0016] Die Herstellung der Filtermaterialen erfolgt durch Verspinnen des Polymers zu Fasern.
Das in der EP 0 177 207 beschriebene Zentrifugenspinnverfahren ist für die Zwecke
der Erfindung grundsätzlich anwendbar, wobei jedoch die Verfahrensparameter abweichen.
Die Anwendung der Zentrifugenspinntechnik hat zu der überraschenden Erkenntnis geführt,
daß auf diese Weise eine unmittelbare Filterstabherstellung möglich ist. Durch die
Ausnutzung der Rotationssymmetrie der Spinnanordnung, der sich bei diesem Verfahren
ergebenden Wirrlagen der Einzelfasern und der Rotationssymmetrie des Endprodukts als
Cigarettenfilter, ist es nicht erforderlich, ein 2-dimensionales Zwischenprodukt herzustellen.
Das Zentrifugenspinnverfahren ermöglicht die unmittelbare Herstellung eines 3-dimensionalen
Strangs mit ungefähr runder Querschnittsform, das durch radiale Kompression in die
gewünschte Form und Größe eines Filterstabes gebracht werden kann.
[0017] Fig. 2 zeigte eine Einrichtung zur Herstellung eines Faserstrangs nach der Erfindung.
[0018] Eine Spinnlösung mit 10 - 20% Gewichtskonzentration pro Volumen Lösung (W/V) besteht
aus PHB oder Copolymer PHB-PHV mit einem Molekulargewicht von größer als 300.000 in
einem Lösungsmittel, wie z.B. Chloroform oder Methylenchlorid. Die Lösung befindet
sich in einem Lösungsbehälter 14.
[0019] Über eine Pumpe 15 wird die Lösung dem Spinnkopf zugeführt. Dieser enthält vorzugsweise
eine Hohlwelle 1, die auf einen Spinnbecher 2 führt, an dem sich achsial fortsetzend
der Becherwulst 4 befindet. Durch die Hohlwelle 1 wird die Spinnlösung unter Druck
auf die Oberseite des Becherwulstes 4 gedrückt. Der Spinnkopf rotiert mit einer Drehzahl
von beispielweise 8.000 Upm. Durch diese Drehung fliegt die Spinnlösung zu den Außenseiten
des Wulstes und wird in einzelne Filamente zerteilt.
[0020] Um die Hohlwelle herum ist eine erste Luftkammer 5 vorgesehen, der über einen Lufteinlaß
6 kalte Luft zugeführt wird. Die zugeführte Kaltluft bläst in Achsialrichtung auf
den Spinnkopf und kämmt und separiert die Fasern beim Austreten aus dem Spinnbecher
2. Die Geschwindigkeit der Kaltluft wirkt der Rotation bzw. dem Drall entgegen, die
den Fasern durch den Spinnbecher 2 aufgeprägt worden sind. Eine Veränderung der Kaltluft-Geschwindigkeit
beeinflußt den Grad der Vernetzung im Faserstrom. Es ist eine weitere zur Luftkammer
5 konzentrische Luftkammer 7 vorgesehen, der Heißluft über den Lufteinlaß 8 zugeführt
wird. Die aus der Kammer 7 in Achsialrichtung der Einrichtung nach unten aus dem Luftauslaß
9 ausgeblasene Warmluft verdampft das Lösungsmittel der Spinnlösung und bildet die
netzwerkartig verbundenen Polymerfasern.
[0021] Der Spinnkopf dreht mit etwa 4.000 - 15.000 Upm,insbesondere 8.000 - 12.000 Upm.
Der Spinnkopfdurchmesser ist typischerweise 10 - 15 cm. Die Warmlufttemperatur beträgt
am Eingang der Luftkammer 7 etwa 160 - 200°C. Durch die in Achsialrichtung blasenden
Luftströme werden die einzelnen Filamente nach unten abgelenkt und können dort zu
einem Strang zusammengefaßt werden. In einem gewissen Abstand unterhalb des Spinnkopfes
ist ein mit einem Luftstrom arbeitender Abzug vorgesehen, der das Faserbündel erfaßt
und nach außen abzieht. Die überschüssige Luft und Lösungsmitteldampf werden durch
eine Öffnung 11 und einen Abzug 12 nach außen abgeführt.
[0022] Durch Variation der Ströme kalter Luft zu warmer Luft bei sonst gleichen Bedingungen,
kann die Form des gesponnenen Materials beeinflußt werden. Ist das Volumenverhältnis
kalt: warm größer als 2:1, erhält man ein offenes Vlies. Ist es kleiner als 0,1:1
erhält man einen kompakten, verdrillten Faden. Im Zwischenbereich laßt sich ein Faserbündel
oder ein Faserstrang erzeugen. Es hat sich herausgestellt, daß für die weitere Umformung
und Verarbeitung zu Cigarettenfilterstäben ein Verhältnis von 0,5:1 bis 0,2:1 das
günstigste Strangbildungsverhältnis darstellt.
[0023] Fig. 4 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines mit einem Volumenverhältnis
von 2:1 kalter Luft zu warmer Luft hergestellten Tuches, Fig. 5 eine entsprechende
Aufnahme eines Fadens, bei dem das Volumenverhältnis 0,1:1 betrug und Fig. 6 zeigt
eine Aufnahme eines Stranges, der mit einem Volumenverhältnis von 0,33:1 hergestellt
wurde und der für die Zwecke der Erfindung einsetzbar ist.
[0024] Die Temperatur am Ausgang der Verdampfungsstrecke sollte im Bereich 60 - 100°C liegen.
Die absoluten Luftmengen richten sich nach dem Massefluß der Spinnflüssigkeit, wobei
Wärmemengen pro Gramm Fasern bei den o.g. Lösungsmitteln für PHB im Bereich von 4.000
- 8.000 J erforderlich sind.
[0025] Der das nach unten geblasene Faserbündel am Ende der Verdampfungsstrecke durch eine
Ringdüse 16 zusammenfassende Luftabzug übt auf das Faserbündel eine minimale Abzugskraft
aus und führt trotzdem das Bündel gut zusammen. Eine zu große Abzugskraft würde eher
eine zu starke Faserausrichtung in Achsialrichtung verursachen, das die Filtereigenschaften
negativ beeinflußt. Die verwendete Ringdüse mit einem Durchmesser von 50 mm, einem
Luftstrom von 0,012 - 0,016 m³/s und einem Luftdruck von 0,21 - 0,28 bar wirkt praktisch
als Fixpunkt für die Verdrillung der Fasern, die von der Rotation des Spinnkopfes
herrührt. Am Ausgang der Ringdüse 16 ist der Strangdurchmesser auf etwa 30 - 50 mm
eingestellt. Um den Spinnkern und die umgebenden Luftkammern ist ein sich weit nach
unten erstreckender Behälter 10 mit der Öffnung 11 am unteren Ende angeordnet, an
dessen Ende ein Auslaß 12 vorgesehen ist, an den eine Saugvorrichtung anschließbar
ist.
[0026] Die nach der Erfindung hergestellten Polymere haben thermoplastische Eigenschaften.
Viele Eigenschaften entsprechen denen von Polyolefinen. Im Gegensatz zu herkömmlichen
Kunststoffen zeichnen sich PHB und auch die Copolymere jedoch dadurch aus, daß sie
biologisch abbaubar sind.
[0027] Anstelle der Verwendung einer Spinnlösung mit Umgebungstemperatur kann auch eine
heiße Spinnlösung verwendet werden, um das Ausgelieren des HB-Polymers bei hoher Konzentration
zu vermeiden. Für PHB mit einem Molekulargewicht von etwa 600.000 ist eine Spinnlosung
mit 10 - 15% Konzentration (Gewicht pro Volumen) PHB in Chloroform oder Methylenchlorid
geeignet.
Beispiel:
[0028] Es wurde ein Spinnkopf mit einem Durchmesser von 10 cm und einer Umdrehungsgeschwindigkeit
von 10.000 Upm verwendet. Die Lösungskonzentration betrug 13% Gewicht PHB pro Volumeneinheit
Lösung, gelöst in Chloroform. Das Molekulargewicht betrug etwa 600.000. Es wurde Heißluft
von 190°C verwendet, wobei das Volumenverhältnis zwischen kalter und warmer Luft 1:1
- 0,3:1 betrug. 6,4 g pro Sekunde Polymermaterial wurde ausgesponnen. Die Lösungstemperatur
betrug 20°C. Die Länge der Verdampfungszone betrug 1,2 m. Es wurden Spinnfäden mit
einem Durchmesser von 2 - 20 Mikrometer erzeugt (wobei der überwiegende Teil der Fasern
einen Durchmesser von 5 - 7 Mikrometer aufwies), die mit eine Geschwindigkeit von
10 m pro Minute abgezogen wurden. Die Strangdichte betrug etwa 500 mg pro Dezimeter
Lauflänge.
[0029] Zur Vermeidung einer Adhäsion der Fasern an den metallischen. Oberflächen der Einrichtung
sollte der Luftabzug wenigstens 1,2 m unterhalb des Spinnkopfes angeordnet sein.
[0030] Fig. 3 zeigt die Einrichtung im Zusammenhang mit einer Formateinrichtung. Der aus
dem Luftabzug 16 austretende Faserstrang 20 wird über eine Umlenkung 23 unmittelbar
in den Einlaß 24 der Formateinrichtung überführt. Hier erfolgt die radiale Verdichtung
des Stranges auf den gewünschten Durchmesser und die Umhüllung mit Filterumhüllungspapier
25, das über ein Formatband 27 an den Strang 20 herangeführt wird. Der erzeugte Filterstrang
kann in einer Abschneideinrichtung 26 auf Länge geschnitten werden, so daß sich danach
die fertigen Filterstäbe 22 ergeben.
[0031] Ein fertiger Filter weist einen Druckabfall (Zugwiderstand bei Normdurchfluß von
17,5 cm³/s) von etwa 20 - 50 mm Wassersäule pro cm auf. Das Gewicht des Filters beträgt
30 - 80 mg pro cm für übliche Durchmesser von 7,84 mm.
[0032] Aufgrund der Materialeigenschaften des Filters unterscheiden sich die Filtereigenschaften
von denen herkömmlicher Celluloseacetat-Filter. Dieser Unterschied ist auf die unterschiedliche
chemische Struktur der Polymeroberflächen von Celluloseacetat und PHB zurückzuführen.
Diese führt zu veränderten Adhäsionseigenschaften der zu filternden Teilchen, so daß
sich die Menge der nicht ausgefilterten mittelflüchtigen Bestandteile des Cigarettenrauches
von herkömmlichen Cigaretten unterscheidet. Dies ist insbesondere durch die in der
Cigarettenindustrie übliche Headspace-Analyse am Gaschromatographen erkennbar.
Beispiel
[0033] Filter aus PHB-Fasermaterial wurden mit Standardfiltern aus Celluloseacetat verglichen.
Der Schwerpunkt der Untersuchungen war herauszufinden, wie sich sensorisch und rauchanalytisch
der Einfluß der Filterventilation bei beiden Systemen vergleichen läßt.
[0034] Benutzt wurden zwei Sätze von filterventilierten Cigaretten. Der Tabakstrang war
jedesmal gleich, die Ventilationsniveaus wurden gleich eingestellt. Eine Serie enthielt
Celluloseacetat-Filter (CA-Filter), die andere Serie Filter aus Polyhydroxybuttersäure
(PHB-Filter). Die Filterdimensionen waren konstant.
CA-Filter |
Spezifikation |
3 Y 32000 |
Zugwiderstand |
65 mmWs |
Nettogewicht |
120 mg |
PHB-Filter |
Zugwiderstand |
62 mmWs |
Nettogewicht |
95 mg |
[0035] Die beiden Serien wurden laserperforiert. Durch Einstellung der Laserleistung und
der Pulsfrequenz wurden folgende Ventilationsgrade erzielt:
[0036] Als Nullprobe diente die unventilierte Version.
[0037] Fig. 7 zeigt eine Gegenüberstellung des nikotinfreien, trockenen Rauchkondensates
(PMWNF), Nikotin und CO für PHB in Abhängigkeit vom Ventilationsgrad, in relativen
Einheiten bezogen auf CA-Filter.
[0038] Eine Headspaceanalyse des Rauches ist durchgeführt worden. Die Summe über alle Peaks
des Chromatogramms als Gesamtheadspacemenge ist in Fig. 8 für beide Serien dargestellt.
[0039] In Fig. 9 sind die Chromatogramme in drei Bereiche aufgeteilt worden. Die relativen
Anteile der leichtflüchtigen Substanzen (Siedepunktbereich kleiner als 100°C), der
mittelflüchtigen Substanzen (Siedepunktbereich 100°C - 200°C, hier befinden sich die
geschmacksrelevanten Substanzen), und der schwerflüchtige Bereich (Siedepunkte größer
200°C) sind gegen die Ventilation für beide Filterarten dargestellt (Gesamtheadspacemenge
= 100%)
[0040] Bezieht man die Headspacemenge auf die Menge des Feuchtkondensates (TPM), erhält
man den in Fig. 10 wiedergegebenen Verlauf, wenn die Headspacebereiche pro TPM auf
die entsprechenden CA-Werte nomiert werden.
[0041] In Fig. 11 sind sensorische Beurteilungen einer Testgruppe wiedergegeben. Aufgetragen
ist auf der Y-Achse die Benotung in einer Absolutskala, die von -5 bis +5 reicht.
Da die Proben im Vergleich zu den Standard-CA-Filtern benotet werden, heißt ein negatives
Vorzeichen "Schwächer" oder auch "Schlechter", ein positives Vorzeichen "Stärker"
oder "Besser". Die verwendeten
[0042] Begriffe bedeuten folgendes:
Unterschied = Summarische Einschätzung auf einer Skala von 0 - 10
Mundirritation = Kratzigkeit
Mouthfull Feeling = Fülle, Gehalt
Aromaqualität = Geschmack des Tabakrauches
Akzeptanz = Bewertung, Präferenz
Obgleich die physikalischen Filtereigenschaften von PHB und CA ähnlich sind, haben
die verwendeten PHB-Filter eine etwas höhere Filtrationsleistung als die CA-Filter,
so daß die den Filter verlassende Rauch- und Nikotinmengen bei PHB niedriger sind
als bei CA. Der Grund liegt im wesentlichen darin, daß die Einzelfaserdurchmesser
der PHB-Filter polydispers mit einem recht hohen Anteil an Feinfasern sind, während
die CA-Fasern monodispers sind.
[0043] Bei höheren Ventilationsgraden hält der PHB-Filter überproportional mehr Kondensat
zurück, und Nikotin gelangt im Vergleich zu CA überproportional mehr in den Rauch
(Fig. 7). Da CO in allen Fällen vergleichbar bleibt, ist dies kein Verdünnungseffekt,
sondern rührt von den Materialeigenschaften her.
[0044] Auffällig ist, daß bei der Headspaceanalyse ein geändertes Verhalten zutage tritt.
Wie zu erwarten, sinken die Gesamtmengen mit zunehmendem Ventilationsgrad. Während
jedoch die Rauchmengen bei PHB-Filtern niedriger sind als bei CA-Filtern, findet man
für die Gesamtheadspacemenge das umgekehrte Verhalten. Da die Headspaceanalysen am
die Cigarette verlassenden Kondensat durchgeführt wurden, bedeutet dies, daß das Kondensat
von PHB-Filtercigaretten wesentlich headspacereicher ist als das von Standardfiltercigaretten.
[0045] Die Hauptverschiebung findet sich im mittleren Bereich der Chromatogramme, dort wo
die mittelflüchtigen, geschmacksintensiven Substanzen detektiert werden. Bezieht man
diese Bereiche auf das Kondensat (TPM) und normiert die PHB-Werte auf die CA-Werte,
enthält man den in Fig. 10 dargestellten Verlauf. Der Anteil der mittelflüchtigen
Substanzen liegt deutlich über den vergleichbar großen Anteilen der leicht- und schwerflüchtigen.
[0046] Es ist auffällig, daß die Werte der Mundirritation immer niedriger werden, d.h. von
"stärker als die Referenz" sich der Referenz nähern. Bei "Aromaqualität" beobachtet
man ein umgedrehtes Verhalten. Hier findet sich bei höheren Ventilationsgraden ein
Vorzeichenwechsel von "Schwächer/Schlechter" zu "Stärker/Besser". Einen ähnlichen
Verlauf sieht man auch bei den Akzeptanzwerten. Da der summarische "Unterschied" immer
ungefähr konstant benotet wird, bedeutet dies, daß die PHB-Proben mit wachsender Ventilation
nicht den entsprechend ventilierten CA-Proben ähnlich werden, sondern daß ein mit
dem Material zusammenhängender Geschmackseindruck positiver eingeschätzt wird.
[0047] Da bei PHB-Filtern auch bei den hoch verdünnten Räuchen die Headspacemenge größer
ist als im Vergleichsfall der CA-Filter, entsteht bei gleicher Ventilation ein stärkerer
Geschmackseindruck.
[0048] Aus den Meßwerten kann man sehen, daß bei höheren Ventilationen das Verhältnis von
Headspacemenge zu Kondensat für PHB-Filterproben auf Werte absinkt, die in den Bereich
von CA-Filtern mit niedrigerer Ventilation bzw. der unventilierten Version kommen.
[0049] PHB-Proben werden daher ab einem bestimmten Ventilationsgrad besser sensorisch akzeptiert
als die entsprechenden CA-Proben.
[0050] Insgesamt ergibt sich aus diesem Beispiel ab einer Ventilation von ca. 50% ein positiver
Gesamteindruck von PHB-Filtern.
Bezugszeichenliste
[0051]
- 1
- Hohlwelle
- 2
- Spinnbecher
- 3
- Seite
- 4
- Becherwulst
- 5
- Luftkammer (kalt)
- 6
- Lufteinlaß (kalt)
- 7
- Luftkammer (heiß)
- 8
- Lufteinlaß (heiß)
- 9
- Auslaß
- 10
- Behälter
- 11
- Öffnung
- 12
- Auslaß
- 13
- Rohr
- 14
- Autoklav
- 15
- Pumpe
- 16
- Luftabzug
- 17
- Filter
- 18
- Umhüllung
- 19
- Fasermaterial
- 20
- Faserstrang
- 21
- Einzelfasern
- 22
- Filter
- 23
- Führung
- 24
- Einlaß
- 25
- Umhüllungspapier
- 26
- Abschneideeinrichtung
- 27
- Formatband
1. Verfahren zur Herstellung von Cigarettenfiltern durch querachsiales Verdichten und
Umhüllen eines Stranges aus im wesentlichen achsial strukturiertem Fasermaterial in
der Formateinrichtung einer Cigarettenfiltermaschine, dadurch gekennzeichnet, daß man PHB (Polyhydroxybuttersäure) oder ein Copolymer aus PHB/PHV (Polyhydroxyvaleriansäure)
in einer Zentrifugenspinneinrichtung austrägt und die erzeugten netzwerkartig verbundenen
Einzelfasern zu einem Faserstrang zusammenführt, der der Formateinrichtung der Cigarettenfiltermaschine
zugeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine PHB-Lösung oder eine PHB/PHV Copolymerlösung auf einen rotierenden Spinnkopf
gedrückt wird, daß ein konzentrischer zum Spinnkopf koachsial zugeführter Kaltluftstrom
mit Umgebungstemperatur die aus dem Spinnbecher austretenden Fasern abkämmt und separiert,
um dem Drall der Fasern entgegen zu wirken, daß ein um den Kaltluftstrom konzentrisch
angeordneter Warmluftstrom das verwendete Lösungsmittel verdampft und daß die gebildeten
Polymerfasern zu einem Faserstrang zusammengeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spinnkopf mit einer Drehzahl von 4.000 - 15.000 Upm bei einem Spinnkopfdurchmesser
von 10 - 15 cm rotiert und daß die Temperatur des Warmluftstroms 160 - 200°C beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einstellung des Verhältnisses der Luftmengen des kalten zum warmen Luftstrom
eine Strangform gebildet wird, die nach radialer Verdichtung einen gleichmäßigen Durchmesser
aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Luftmengen des kalten zum warmen Luftstrom 0,5:1 bis 0,2:1
beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Verdichtung durch eine Ringdüse erfolgt, deren longitudinale Zugkraft
gegen Null geht und daß der Durchmesser des die Düse verlassenden Faserstrangs 30
- 50 mm beträgt.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Spinneinrichtung austretende Faserstrang unmittelbar in die Formateinrichtung
der Cigarettenfiltermaschine eingeführt wird.
8. Cigarettenfilter, hergestellt mit einem Verfahren nach Anspruch 1, bestehend aus einem
Abschnitt eines querachsial verdichteten Faserstrangs (20) aus regellos orientierten
Einzelfasern aus gesponnenem PHB (Polyhydroxybuttersäure) oder einem Copolymer aus
PHB und PHV (Polyhydroxyvaleriansäure).
9. Cigarettenfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Einzelfasern 2 - 20 Mikrometer beträgt.
10. Cigarettenfilter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelfasern in einer hauptsächlichen Querlage von 30 - 45° zur Längsachse
des Filters liegen.
11. Cigarettenfilter nach einem der Ansprüche 8 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelfasern in der Regel eine größere Länge als der Cigarettenfilter aufweisen.
12. Cigarettenfilter nach einem der Ansprüche 8 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter einen Ventilationsgrad von über 40% aufweist.
13. Verwendung von gesponnenem PHB (Polyhydroxybuttersäure) oder einem Copolymer aus PHB
und PHV (Polyhydroxyvaleriansäure) für Cigarettenfilter.
14. Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Herstellung regellos orientierten Einzelfasern querachsial zu einem
Faserstrang verdichtet und in umhüllte Cigarettenfilterabschnitte aufgeteilt sind.
1. Process for manufacturing cigarette filters by cross axial compressing and enveloping
of a strand made of substantially axially structured fibre material in the format
device of a cigarette filter machine, characterized in that polyhydroxy butyric acid or a copolymer formed from polyhydroxy butyric acid/poly-hydroxy
valeric acid is brought out in a centrifugal spinning device and the single fibres
produced so that they are connected as a network are brought together to form a fibre
strand which is fed to the format device of the cigarette filter machine.
2. Process according to claim 1, characterized in that a polyhydroxy butyric acid solution or a polyhydroxy butyric acid/polyhydroxy valeric
acid copolymer solution is pressed on to a rotating spinning head, in that a coaxially
fed cold air flow which is concentric to the spinning head with ambient temperature
combs off and Separates the fibres leaving the spinning bowl so as to act against
the twist of the fibres, in that a hot air flow disposed concentrically about the
cold air flow vaporizes the solvent used and in that the polymer fibres formed are
brought together to form a fibre strand.
3. Process according to claim 2, characterized in that the spinning head rotates at a rotational speed of 4,000 to 15,000 r.p.m. with a
spinning head diameter of 10 to 15 cm and in that the temperature of the hot air flow
is 160 to 200°C.
4. Process according to claim 2 or 3, characterized in that a strand shape which has a uniform diameter after radial compression is formed by
setting the ratio of the quantities of air of the cold to the warm air flow.
5. Process according to claim 3 or 4, characterized in that the ratio of the quantities of air of the cold to the hot air flow is 0.5:1 to 0.2:1.
6. Process according to claim 4, characterized in that the radial compression is effected by a ring nozzle, the longitudinal tensile force
of which falls to zero and in that the diameter of the fibre strand leaving the nozzle
is 30 to 50 mm.
7. Process according to one or more of the preceding claims, characterized in that the fibre strand leaving the spinning device is introduced directly into the format
device of the cigarette filter machine.
8. Cigarette filter produced with a process according to claim 1 consisting of a section
of a cross axially compressed fibre strand (20) formed from irregularly orientated
single fibres made of spun polyhydroxy butyric acid or a copolymer made of polyhydroxy
butyric acid and polyhydroxy valeric acid.
9. Cigarette filter according to claim 8, characterized in that the diameter of the single fibres is between 2 and 20 micrometres.
10. Cigarette filter according to claim 8 or 9, characterized in that the single fibres are located in a mainly transverse position of 30 to 45° to the
longitudinal axis of the filter.
11. Cigarette filter according to one of claims 8 to 10, characterized in that the single fibres as a rule have a greater length than the cigarette filter.
12. Cigaretter filter according to one of claims 8 to 11, characterized in that the filter has a degree of ventilation of over 40%.
13. Use of spun polyhydroxy butyric acid or a copolymer of polyhydroxy butyric acid and
polyhydroxy valeric acid for cigarette filters.
14. Use according to claim 13, characterized in that the irregularly orientated single fibres are compressed cross axially to form a fibre
strand and divided up in enveloped cigarette filter sections.
1. Procédé pour la fabrication de filtres de cigarettes par compression transversale
et enveloppement d'un boudin formé d'un matériau à fibres à structure sensiblement
axiale, dans le dispositif de mise en forme d'une machine à filtres de cigarettes,
caractérisé en ce qu'on déverse du PHB (poly(acide hydroxybutyrique)) ou un copolymère
de PHB/PHV (poly(acide hydroxyvalérique)) dans un dispositif de filage centrifuge,
et on réunit les fibres individuelles obtenues, reliées suivant une structure réticulée,
en un boudin de fibres qui est amené vers le dispositif de mise en forme de la machine
à filtres de cigarettes.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une solution de PHB ou une
solution de copolymère de PHB/PHV est projetée sur une tête de filage en rotation,
en ce qu'un courant d'air froid concentrique amené coaxialement par rapport à la tête
de filage à température ambiante détache et sépare les fibres sortant du pot de filage
afin d'agir à l'encontre de la torsion des fibres, en ce qu'un courant d'air chaud
disposé de façon concentrique autour du courant d'air froid évapore le solvant utilisé,
et en ce que les fibres de polymère formées sont réunies en un boudin de fibres.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tête de filage tourne à
une vitesse de 4000 à 15000 tr/min pour un diamètre de tête de filage de 10 à 15 cm,
et en ce que la température du courant d'air chaud est de 160 à 200°C.
4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il se forme, grâce au
réglage du rapport de la quantité d'air du courant froid à celle du courant chaud,
une forme de boudin qui présente, après compression radiale, un diamètre régulier.
5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le rapport de la quantité
d'air du courant froid à celle du courant chaud est de 0,5:1 à 0,2:1.
6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la compression radiale se
fait grâce à une tuyère annulaire dont la force de traction longitudinale tend vers
zéro, et en ce que le diamètre du boudin de fibres quittant la tuyère est de 30 à
50 mm.
7. Procédé selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce que
le boudin de fibres sortant du dispositif de filage est introduit directement dans
le dispositif de mise en forme de la machine à filtres de cigarettes.
8. Filtre de cigarette fabriqué à l'aide d'un procédé selon la revendication 1, composé
d'une section de boudin de libres (20) comprimé transversalement et formé de fibres
individuelles, orientées de façon aléatoire, de PHB (poly(acide hydroxybutyrique))
filé ou d'un copolymère de PHB et de PHV (poly(acide hydroxyvalérique)).
9. Filtre de cigarette selon la revendication 8, caractérisé en ce que le diamètre des
libres individuelles est de 2 à 20 microns.
10. Filtre de cigarette selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les fibres
individuelles se trouvent de préférence dans une position transversale principale
de 30 à 45° par rapport à l'axe longitudinal du filtre.
11. Filtre de cigarette selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les
fibres individuelles présentent en règle générale une longueur supérieure à celle
du filtre de cigarette.
12. Filtre de cigarette selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que le
filtre présente un degré de ventilation supérieur à 40 %.
13. Utilisation de PHB (poly(acide hydroxybutyrique)) filé ou d'un copolymère de PHB et
de PHV (poly(acide hydroxyvalérique)) pour des filtres de cigarettes.
14. Utilisation selon la revendication 13, caractérisé en ce que les fibres individuelles
orientées de façon aléatoire pendant la fabrication sont comprimées transversalement
en un boudin de fibres et réparties dans des sections enveloppées de filtres de cigarettes.