Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Formulierung zur Verwendung als Schmiermittel bei der Herstellung von Fäden. Die Fäden werden zunächst nach einem Spinnverfahren, das bevorzugt das Lösungsmittelspinnverfahren ist, hergestellt und anschließend unter Aufbringung der erfindungsgemäßen Formulierung auf die Oberfläche der Fäden als Schmiermittel weiterverarbeitet. Die hergestellten Fäden sind bevorzugt Celluloseacetatfäden und diese Fäden werden zur Herstellung von Filtern für Tabakwaren, speziell Zigarettenfiltern, verwendet.

Die Patentschrift GB 896,599 beschreibt Tabakfilter, die in Zigaretten, Pfeifen, Zigarettenspitzen oder Zigarrenspitzen eingesetzt werden können. Die beschriebenen Filterelemente bestehen aus Bündeln kontinuierlicher synthetischer Filamente, wobei wasserunlösliche Calcium- oder Magnesiumsalze fein verteilt auf der Oberfläche der Filamente vorhanden sind. Diese fein verteilten Partikel werden durch Öle auf den Fasern fixiert. Diese Öle können neben Mineralölen auch hochsiedende flüssige Ester nativer Herkunft, flüssige Ester von natürlichen Fetten oder flüssige hochmolekulare Fettalkohole sein.

Die Patentschrift GB 765,962 beschreibt ein Tabakfilterelement, das aus Celluloseacetatfasern besteht. Bei der Herstellung von Zigarettenfiltern wird das Celluloseacetatfiltermaterial vielfältigen Verarbeitungsschritten unterworfen, wie z.B. dem Recken und dem Kräuseln der Fasern. Bei diesen Verarbeitungsschritten muss einerseits eine elektrostatische Aufladung der Fasern verhindert werden und andererseits muss die Oberfläche der Faser mit einem Schmiermittel versehen werden, so dass die Faser diesen Verarbeitungsschritten unterworfen werden kann. Hierbei zeigte sich, dass die Präparierung mit einem Schmiermittel, das zu keiner Elektrizitätsentladung führt, am geeignetsten ist. Dieses Schmiermittel enthält ein Mineralöl mit einer Reinheit, mit der es sich auch zur Herstellung pharmazeutischer Produkte eignen würde.

In der DE 12 12 459 wird ein steifes Tabakrauchfilter, das aus einem Bündel gegebenenfalls gekräuselter fortlaufender Fäden und einer Papierumhüllung besteht, beschrieben. Die Fäden bestehen aus einer Mischung eines Polyalphaolefins und eines weichmacherlöslichen Polymeren eines organischen Weichmachers. Als flüssiger organischer Weichmacher können neben leichten, mittleren und schweren Mineralölen auch flüssige hochsiedende organische Ester oder wasserunlösliche Propylenglycole oder Polybutylenglycole verwendet werden.

In dem US-Patent 4,330,422 wird eine Reinigungszusammensetzung, die weißes Mineralöl enthält, beschrieben. Die Emulsion wird zur Behandlung und Reinigung von Metalloberflächen verwendet. Die erfindungsgemäße Emulsion enthält 20-50 Gew.% eines Mineralöls mit einer Viskosität von 50-380 Saybolt-Sekunden, gemessen bei 100° F und 0,5 bis 10 Gew.% eines Emulgators. Um eine solche Emulsion herzustellen hat sich die Verwendung von nichtionischen Emulgatoren als vorteilhaft herausgestellt. Neben einer Vielzahl von Emulgatoren werden u.a. Sorbitanester und Polyglyceride von Fettsäuren angegeben. Zur Erzielung eines sehr guten Reinigungseffektes sollte nur so viel Emulgator in der Emulsion vorhanden sein, wie gerade eben notwendig ist, um eine stabile Emulsion zu bilden. Hierbei sind 0,5 bis 10 Gew-% des Emulgators in der Emulsion vorhanden, wobei 1 bis 5 Gew-% an Emulgator bevorzugt sind. Ist mehr Emulgator in der Emulsion vorhanden, so können nach Reinigung milchige Flecken oder Streifen auf der gereinigten Oberfläche zurückbleiben.

Die Herstellung von Filtern für Tabakwaren findet in der Regel nach einem Prozess statt, bei dem zunächst ein Faden, der normalerweise Celluloseacetat enthält, mit Hilfe eines Spinnverfahrens, das bevorzugt das Lösungsmittelspinnverfahren ist, hergestellt wird.
Beim acetonischen Verfahren wird eine acetonische Lösung von Celluloseacetat und Mattierungsmittel TiO₂ durch brauseähnliche Düsen (Spinndüsen) gepresst. Die Bohrungen haben üblicherweise Querschnitte in Form eines gleichseitigen Dreieckes. Unterhalb der Spinndüsen befindet sich ein beheizter Spinnschacht. Die durch den Spinnschacht gesaugte Luft erwärmt sich und nimmt das aus dem gebildeten Filament ausdiffundierende Lösungsmittel Aceton auf, welches fast vollständig zurückgewonnen wird. Hierbei verfestigt sich die Lösung unter erheblichem Volumenschwund zu einem Filament. Bei der Verwendung von dreieckigen Bohrungen haben die Filamente einen Y-Querschnitt. Wenn ein Faden, der aus mehreren Filamenten zusammengesetzt wird den Spinnschacht verlässt, so sind die Filamente im Faden dicht gepackt, ohne jedoch aneinander zu kleben.
Am Ausgang des Spinnschachts enthält der Faden typischerweise einen Restanteil von ca. 1 bis 6 Gew-% Aceton. Hier wird der Faden mit einer Präparation (Avivage), die hauptsächlich als Schmiermittel für die nachfolgenden Verarbeitungsschritte dient, versehen. Diese Präparation erfolgt durch einen Öler oder mit Hilfe einer Auftragswalze. In den nachfolgen Schritten wird zunächst der Gehalt an Aceton in den Fäden weiter reduziert, mehrere Fäden zu dem sogenannten Tau zusammengeführt und das Tau einem Kräuselungsprozess mittels einer Kräuselmaschine, die vorzugsweise nach dem Stauchkammerprinzip arbeitet, unterworfen. Zur Herstellung von Filtern für Tabakwaren wird dieses Tau durch ein konisches Maschinenteil geführt und so auf seine endgültige Dicke, also der Dicke des herzustellenden Filters komprimiert. Vor Einlauf in dieses konische Maschinenteil wird eine Glycerintriacetat enthaltende Zusammensetzung auf das Filtertau aufgebracht. Diese weitere Präparierung sorgt nach dem Verlassen des Komprimierteils durch Aushärten zu einer Fixierung des Filters in der gewünschten Form und Dicke.

Bei der Zusammenführung der Fäden zum Tau und der Komprimierung des Taus auf die endgültige Dicke dient die nach dem Trocknen der Fäden aufgebrachte Formulierung als Schmiermittel. Sie stellt u.a. sicher, dass die Reibung, die während der nachfolgenden Verarbeitungsschritte auftritt, einen Wert nicht überschreitet, der zum Abriß oder zu einer unerwünschten Erwärmung der Fäden bzw. des Taus führt. Beides würde unerwünschten Ausschuß bedingen. Zusätzlich werden durch das Schmiermittel höhere Maschinengeschwindigkeiten ermöglicht. Die Formulierung muss die bei diesem Prozess auftretenden hohen Scherkräfte ohne Wirkungsverlust überstehen.

Dieses Schmiermittel besteht üblicherweise aus einer Emulsion, die aus einer Mischung aus niedrigviskosem Mineralöl und Emulgator hergestellt wird. Weitere Komponenten können in der Emulsion enthalten sein.

Die Mineralöle verbleiben nach der Herstellung der Filter und der entsprechenden Tabakwaren, die diese Filter enthalten, auf den Fäden.
Beim Rauchen z.B. einer Zigarette, die ein solches Filter enthält, kann ein Teil des Mineralöls, das sich auf dem Filter befindet, vom Raucher aufgenommen werden. Mitte der 90'er Jahre haben Baldwin et al. (M.K. Baldwin et al.; "Feeding studies in rats with mineral hydrocarbon food grade white mineral oils", Toxicol. Pathol. 20, 426 (1992)) sowie Smith et al. (J.H. Smith et al.; "Ninety-day feeding study in Fischer 344-rats of highly refined petroleum-derived food-grade white oils and waxes", Toxicol. Pathol. 24, 214 (1996)) 90-Tage-Verfütterungsstudien mit Fischer 344-Ratten durchgeführt und folgende pathologischen Merkmale gefunden: Zunahme des Gewichts und der Mineralölmenge in der Leber, Zunahme der Leberenzyme im Serum sowie Gewichtszunahme der Lymphknoten. Diese Effekte sind mit niedrigviskosen Mineralölen signifikant ausgeprägter als mit mittel- und hochviskosen Mineralölen. Hochviskose Mineralöle sind nach dem "Scientific Committee for Food" der europäischen Kommission dadurch gekennzeichnet, dass ihre Viskosität größer 8,5 mm²/s bei 100°C bzw. größer 70 mm²/s bei 40°C ist. In der EU (Directive 1999/91/EC of 23.11.1999 amending Directive 90/128/EEC "relating to plastic materials and articles intended to come into contact with foodstuff, OJ 310/41 (4.12.1999)) wird die Verwendung von niedrigviskosen Mineralölen für Produkte mit indirektem Lebensmittelkontakt nach 2002 nicht mehr erlaubt sein. Versuche, hochviskose Mineralöle in eine Formulierung einzuarbeiten, die den technischen Anforderungen des Herstellens von Filtermaterialien entsprechen, sind bislang gescheitert. Die Emulgatoren, die zur Emulgierung von niedrigviskosen Mineralölen eingesetzt werden, führen zu keiner stabilen und verarbeitbaren Formulierung, wenn hochviskose Mineralöle eingesetzt werden. Erschwerend kommt hinzu, dass an die Emulgatoren hohe Anforderungen in bezug auf die Lebensmittelunbedenklichkeit und eine eventuelle Veränderung des Geschmacks der Filterzigaretten gestellt werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine stabile und lagerfähige Emulsion bereit zu stellen, die hochviskose Mineralöle mit einer Viskosität von mindestens 8,5 mm²/s bei 100°C enthält. Hierzu ist es notwendig, Emulgatoren zur Herstellung einer verarbeitbaren Formulierung zu finden. Die Formulierung wird dann im Austausch gegen die verwendeten Formulierungen, die niedrigviskose Mineralöle enthalten, eingesetzt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch eine Formulierung zur Verwendung als Präparation bei der Herstellung von Fäden enthaltend a) 30-80 Gew.-% eines Mineralöls mit einer Viskosität von mindestens 8,5 mm²/s bei 100°C und b) 11-60 Gew.-% eines Emulgators ausgewählt aus Sorbitanmonoester, Derivate von Sorbitanmonoestern, Sorbitandiestern, Derivate von Sorbitandiestern, Sorbitantriestern, Derivate von Sorbitantriestern, Polyglycerinestern, Derivate von Polyglycerinestern, Polyricinoleat, Derivate von Polyricinoleat und Mischungen derselben erreicht, wobei die Formulierung eine Wasser-in-Öl oder eine Öl-in-Wasser Emulsion ist.

Unerwarteterweise zeigte sich, dass solche Formulierungen eine vergleichbare und teilweise sogar bessere Lager- und Verarbeitungsstabilität haben. Die Stabilität einer Formulierung, die als Emulsion vorliegen kann, lässt sich durch die Trübung der Formulierung bestimmen. Dabei gilt grundsätzlich, dass eine höhere Trübung eine geringere Stabilität anzeigt. Die Verarbeitungsstabilität der Formulierung lässt sich dadurch prüfen, indem die Trübung der Formulierung während der Verarbeitung überprüft wird. Dabei ist keine oder eine geringe Zunahme der Trübung besonders vorteilhaft, während eine stärkere Zunahme der Trübung auf eine nicht ausreichende Formulierungssstabilität schließen lässt. Die Lagerstabilität einer Formulierung lässt sich durch Überprüfung der Trübung nach z.B. fünf Tagen Lagerung bei 23°C überprüfen. Ist eine Zunahme der Trübung nach einer solchen Lagerzeit nicht feststellbar oder sehr gering, so ist die Lagerstabilität der Formulierung als sehr gut zu beurteilen, während eine Zunahme der Trübung bzw. ein eventuelles Entmischen der Phasen als schlechte Lagerstabilität zu charakterisieren ist.

Bei dem erfindungsgemäßen hochviskosen Mineralöl ist die Viskosität bei 100°C gemessen nach ASTM D 445 mindestens 8,5 mm²/s. Das eingesetzte Mineralöl hat bevorzugt eine Viskosität von 8,5 bis 1000, besonders bevorzugt von 8,5 bis 20 und ganz besonders bevorzugt von 8,5 bis 11 mm²/s.

Es ist bevorzugt, dass der Anteil an Kohlenwasserstoffen in dem hochviskosen Mineralöl mit weniger als 25 Kohlenstoffatomen nicht mehr als 5 Gew.-% beträgt. Das mittlere Molekulargewicht des hochviskosen Mineralöls sollte nicht weniger als 480 g/mol betragen.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Emulgatoren sind ausgewählt aus Sorbitanmonoester, Derivate von Sorbitanmonoestern, Sorbitandiester, Derivate von Sorbitandiestern, Sorbitantriester, Derivate von Sorbitantriestern, Polyglycerinester, Derivate von Polyglycerinestern und Mischungen derselben. Die Ester können bevorzugt Ester mit Fettsäuren sein. Als Fettsäure können alle Fettsäuren verwendet werden, wie z.B. Stearinsäure, Ölsäure, Laurinsäure und Ricinolsäure ([R-(Z)]-12-Hydroxy-9-Octadecensäure). Die eingesetzten Fettsäuren können alternativ aus Mais, Baumwollöl, Palmöl, Erdnussöl, Sesamöl, Sojabohnenöl, Safloröl, Ricinusöl oder anderen Ölen nativer Herkunft gewonnen werden. Hierbei können die Fettsäuren hydriert oder nicht hydriert, sowie kondensiert oder nicht kondensiert vorliegen.

Es ist bevorzugt, dass der Sorbitantriester ausgewählt wird aus der Gruppe Sorbitantriester mit Fettsäuren, die 10-25 Kohlenstoffatome enthalten, ethoxylierte Sorbitantriester mit Fettsäuren, die 10-25 Kohlenstoffe enthalten und 5-30 mol Ethylenoxideinheiten pro mol Sorbitantriester enthalten und Mischungen derselben. Besonders bevorzugt kann der Sorbitantriester ausgewählt werden aus der Gruppe Sorbitantristearat, ethoxyliertes Sorbitantristearat mit 5-30 mol Ethylenoxideinheiten pro Mol Sorbitantristearat, Sorbitantrioleat, ethoxyliertes Sorbitantrioleat mit 5-30 mol Ethylenoxideinheiten pro mol Sorbitantrioleat, Sorbitantrilaurat, ethoxyliertes Sorbitantrilaurat mit 5 bis 30 mol Ethylenoxideinheiten pro mol Sorbitantrilaurat und Mischungen derselben.

Wenn als Emulgator ein Polygylcerinester eingesetzt wird, dann kann der Polyglycerinesteranteil zusammengesetzt aus mindestens 75% Di-, Tri- und Tetraglycerinestern bestehen. Hierbei ist es bevorzugt, dass der Polyglycerinester ausgebildet wird aus der Gruppe Polyglycerinester mit Fettsäuren, die 10-25 Kohlenstoff atome enthalten, Derivate von Polyglycerinsäuren mit Fettsäuren, die 10-25 Kohlenstoffatome enthalten, Polyglycerin-Polyrizinoleat, Derivate von Polyglycerin-Polyrizinoleat und Mischungen derselben.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Formulierung als Emulgator a) Sorbitantristearat oder ethoxyliertes Sorbitantristearat mit 5-30 mol Ethylenoxideinheiten pro mol Sorbitantristearat, b) Polyglycerin-Polyrizinoleat und c) Sorbitanmonolaurat und d) ethoxyliertes Sorbitanmonolaurat mit 5-30 mol Ethylenoxideinheiten pro mol Sorbitanmonolaurat und e) Sorbitanmonooleat.

In einer weiteren Ausführungsform ist, falls der Emulgator als Mischung von mindestens zwei Emulgatoren vorliegt, bezogen auf das Gewicht der Formulierung 1 bis 15 Gew.-% ethoxyliertes Sorbitantristearat mit 5 bis 30 mol Ethylenoxideinheiten pro mol Sorbitantristearat in der Mischung der Emulgatoren und/oder bezogen auf das Gewicht der Formulierung 1 bis 15 Gew.-% Polyglyzerin-Polyricinoleat und/oder Polyricinoleat in der Mischung der Emulgatoren enthalten.

Weiterhin ist bevorzugt, dass falls der Emulgator als Mischung von mindestens zwei Emulgatoren vorliegt, bezogen auf das Gewicht der Formulierung 1 bis 15 Gew.-% ethoxyliertes Sorbitanmonolaurat mit 5 bis 30 mol Ethylenoxideinheiten pro mol Sorbitanmonolaurat in der Mischung der Emulgatoren und/oder bezogen auf das Gewicht der Formulierung 1 bis 15 Gew.-% Sorbitanmonooleat mit 5 bis 30 mol Ethylenoxideinheiten pro mol Sorbitanmonooleat in der Mischung der Emulgatoren enthalten ist.

Die erfindungsgemäße Formulierung enthält 30-80 Gew.% des Mineralöls, bevorzugt 40-80 Gew.-%, besonders bevorzugt 45-75 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 55-72 Gew.% des Mineralöls.

In der Formulierung sind bevorzugt 15-60 Gew.-% des Emulgators, weiter bevorzugt 20-60 Gew.-%, besonders bevorzugt 25-55 Gew.-% des Emulgators, vorhanden.

Die erfindungsgemäße Formulierung ist eine Wasser-in-Öl oder eine Öl-in-Wasser-Emulsion. Die erfindungsgemäße Formulierung wird nach dem Spinnvorgang in Emulsionsform auf die Oberfläche der Fäden, die zu Filtern für Tabakwaren verarbeitet werden, aufgebracht. Bei dieser Verarbeitung verbleibt das Mineralöl auf der Oberfläche der Fäden bzw. des Taus. Es ist bevorzugt, dass die verwendeten Fäden Celluloseacetat enthalten, das im Mittel 1,5 bis 3 Acetatgruppen pro Celluloseeinheit enthält.

Unter der Bezeichnung Fäden sind im Sinne dieser Erfindung auch Fasern zu verstehen, die nach dem hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden können.

Aus diesen Fäden lassen sich Filter für Tabakwaren herstellen. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Filter Zigarettenfilter sind. Bei allen Arbeitsschritten verbleibt die aufgebrachte Emulsion auf den Fäden und somit auf dem Tau. Somit ist die Emulsion zu einem gewissen Anteil auch noch in den Filtern für Tabakwaren und den Tabakwaren selbst vorhanden.

Die erfindungsgemäße Emulsion wird an folgenden Beispielen erläutert, ohne jedoch auf diese Beispiele beschränkt zu sein.

Komponenten Formulierung 1 [Gew.-%] Formulierung 2 [Gew.-%] Mineralöl Primol^® 352¹ 64,50 60,00 Sorbitanmonolaurat + 20 EO² 12,80 11,60 Sorbitanmonolaurat 8,20 13,00 Sorbitantristearat + 20 EO² -- 4,40 Polyglycerin-Polyrizinoleat 3,10 3,00 Sorbitanmonooleat 5,77 -- Wasser Rest Rest ¹Primol^® 352 ist ein hochviskoses Mineralöl der ESSO AG Viskosität nach ASTM D 445: 71 mm²/s bei 40°C, 9,0 mm²/s bei 100°C
² + 20 EO bedeutet 20 mol Ethylenoxideinheiten pro mol Ester

Die Formulierungen 1 und 2 aus Tabelle 1 enthalten beide die erfindungsgemäße Kombination aus einem Mineralöl mit einer Viskosität von wenigstens 8,5 mm²/s bei 100°C und dem erfindungsgemäßen Emulgator. Die Emulsionen lassen sich nach Standardmethoden herstellen.
Zur Herstellung der Formulierung 1 wird Primol 352 bei Raumtemperatur vorgelegt und unter ständigem Rühren werden die Rohstoffe in der Reihenfolge Sorbitanmonolaurat, Sorbitanmonolaurat + 20 EO, Sorbitanmonooleat, Polyglyzerin-Polyricinoleat und Wasser zugegeben. Formulierung 1 wird für weitere 30 Minuten gerührt.
Zur Herstellung der Formulierung 2 wird auf 50°C erwärmtes Primol 352 in einem Rührer vorgelegt. Unter ständigem Rühren und bei 50°C werden die weiteren Rohstoffe in der Reihenfolge Sorbitanmonolaurat, Sorbitanmonolaurat + 20 EO, Sorbitantristearat + 20 EO, Polyglycerin-Polyrizinoleat und Wasser zugegeben. Nach 30 Minuten rühren bei 50 °C lässt man die Formulierung auf Raumtemperatur abkühlen und rührt sie bei dieser Temperatur für weitere 30 Minuten.

Beide Formulierungen werden zur Herstellung von Celluloseacetatfäden nach dem Lösungsmittelspinnverfahren eingesetzt. Hierbei zeigte sich bei der Herstellung der Fäden kein negativer Einfluss der erfindungsgemäß eingesetzten Formulierungen. Formulierung 1 und Formulierung 2 zeigen eine Lagerstabilität bei 23°C und fünf Tagen, die mit den üblicherweise eingesetzten Formulierungen vergleichbar ist und während der Verarbeitung der Fäden zu Filtern trat keine Zunahme der Trübung der Emulsion bedingt durch auftretende Scherkräfte ein. Beide Formulierungen verhielten sich vergleichbar mit den üblicherweise eingesetzten Formulierungen.