Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Tabakrauchfiltern, die regenerierte Zellulose enthalten.

Üblicherweise werden Tabakrauchfilter, wie sie insbesondere für Cigaretten verwendet werden, aus Celluloseacetat hergestellt. Dabei dient als Ausgangsmaterial für die weitere Fertigung ein Kabel (Tow) aus gecrimpten Endlosfasern aus Celluloseacetat (siehe z.B. WO 2007/026131 A1), das in der Regel als Ballen angeliefert wird. Bei der Weiterverarbeitung im Bereich einer Filtermaschine wird das Kabel aus dem Ballen gezogen und geöffnet. Das Öffnen, wofür auch die Begriffe "Strekken" oder "Recken" verwendet werden, findet in einem so genannten Streckwerk statt. Dabei wird das Material aufgelockert und bauschig, während die gecrimpte Grundstruktur und der Querschnitt der einzelnen Fasern erhalten bleiben. Das geöffnete Kabel wird zu einem Filterstrang geformt und mit einer Umhüllung umgeben und danach zugeschnitten und verpackt oder direkt an eine Cigarettenmaschine weitergeleitet.

Es sind auch Tabakrauchfilter aus regenerierter Cellulose bekannt. Darunter versteht man Cellulosematerialien, die in einem Trocken-Nass-Extrusionsverfahren (Lösungsmittel-Spinnverfahren) als cellulosische Fasern und Filamente hergestellt werden. So beschreibt z.B. die US 4 246 221 die Herstellung von "Lyocell"-Fasern. Ähnliche extrudierte Fasern auf Cellulosebasis sind unter den Namen "Viskose" und "Modal" bekannt.

In DE 100 53 359 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von cellulosischen Formkörpern (z.B. Fasern oder Filamenten aus Lyocell) beschrieben, bei dem eine Spinnlösung mit einem Adsorber (z.B. Aktivkohle) versehen wird. Aus einem derartigen Material lassen sich Tabakrauchfilter herstellen, die ein besonders günstiges Retentionsverhalten für gasförmige Substanzen zeigen.

Kabel aus gecrimpten Lyocell-Endlosfasern sind zwar bekannt (WO 95/24520 A1), wurden bisher bei der Filterfertigung aber nicht als Ausgangsmaterial verwendet, da die viskoelastischen Fasereigenschaften unterschiedlich zu denen von gecrimpten Endlosfasern aus Celluloseacetat sind (höhere Reißfestigkeit, geringere Dehnung), was Probleme beim Öffnen in einer Filtermaschine erwarten ließ, die für Kabel aus Celluloseacetat-Endlosfasern konzipiert ist. Daher ist die Verarbeitung auf üblichen Filtermaschinen bisher nicht bekannt. Stattdessen werden Tabakrauchfilter, die regenerierte Cellulose aufweisen, aus einem aus Stapelfasern gefertigten Vlies hergestellt, was aber nicht auf einer üblichen Filtermaschine erfolgen kann und generell aufwendiger ist.

Aus der GB-A-1 003 825 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Kabel aus Filtermaterial in Form von Endlosfasern (z.B. aus Celluloseacetat, Polypropylen oder Viskose) aus mehreren Einzelkabeln zusammengeführt, gecrimpt und danach geöffnet wird. Dabei soll der durchschnittliche Crimpwinkel nicht größer als 100° werden.

Die US-A-3 224 453, die EP-A-0 880 907 und die US-A-3 253 969 zeigen ebenfalls Verfahren, bei denen Filtermaterial, für das auch regenerierte Cellulose in Frage kommt, gecrimpt und geöffnet wird.

Grundsätzlich ist regenerierte Cellulose ein für Tabakrauchfilter sehr geeignetes Material, denn Cellulose wird in der Umwelt leichter abgebaut als Celluloseacetat und lässt sich besser an vorgegebene Eigenschaften anpassen, z.B. durch Zugeben von Adsorbern (siehe oben).

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Tabakrauchfiltern mit regenerierter Cellulose zu schaffen, das sich ohne großen Aufwand in einen Fertigungsprozess integrieren lässt, bei dem auch für die Herstellung von Celluloseacetat-Filtersträngen verwendete Maschinen benutzt werden können und das sehr flexibel in der Handhabung ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen von Tabakrauchfiltern mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Der Anspruch 20 betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Filtercigarette, bei der der Tabakrauchfilter nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen von Tabakrauchfiltern mit regenerierter Cellulose wird ein Kabel aus Filtermaterial, das regenerierte Cellulose aufweist, gecrimpt und unmittelbar danach geöffnet.

Hier wird das Wort "Kabel" für den englischen Begriff "Tow" benutzt. Darunter ist ganz allgemein ein Strang aus vielen Einzelfasern zu verstehen, wobei der Gesamtquerschnitt oder dessen Form nicht näher spezifiziert ist. Die Fasern im Kabel sind nicht verzwirnt und sind vor dem Crimpen generell parallel ausgerichtet.

Das Kabel aus Filtermaterial wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gecrimpt, so dass kein gecrimptes Ausgangsmaterial benötigt wird. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass sich ein Kabel aus Filtermaterial mit regenerierter Cellulose entgegen der gängigen Auffassung doch gut öffnen lässt, so dass die weitere Filterherstellung nach dem Crimpen auf Filtermaschinen durchgeführt werden kann, wie sie für Filter aus Celluloseacetat benutzt werden.

Bei der Erfindung wird das Kabel vor dem Crimpen aus mehreren Einzelkabeln zusammengeführt. Dabei weisen mindestens zwei Einzelkabel eine unterschiedliche Zusammensetzung auf. Dies eröffnet die Möglichkeit, aus einer relativ geringen Zahl unterschiedlicher Arten von Einzelkabeln, die sich z.B. durch Zusätze wie z.B. Adsorber und/oder durch unterschiedlichen Titer voneinander unterscheiden, eine große Zahl unterschiedlicher Arten von Tabakrauchfiltern zusammenzustellen. Das Verfahren ist also in der Handhabung sehr flexibel.

Der Gesamttiter eines Einzelkabels liegt z.B. im Bereich von 1000 dtex bis 25000 dtex, vorzugsweise im Bereich von 3000 dtex bis 12000 dtex, während der Gesamttiter des Kabels z.B. im Bereich von 15000 dtex bis 80000 dtex liegen kann. Wenn das Filtermaterial Endlosfasern aus regenerierter Cellulose aufweist, liegt der Einzeltiter einer Endlosfaser aus regenerierter Cellulose z.B. im Bereich von 1,5 dtex bis 12 dtex.

Für die regenerierte Cellulose eignen sich bekannte Materialien wie Lyocell, Viskose und Modal. Mischungen derartiger Materialien sind ebenfalls denkbar.

Wie bereits erwähnt, kann das Filtermaterial mindestens einen Adsorber aufweisen, z.B. Aktivkohle, Ionenaustauscher, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, usw. Der Adsorber lässt sich, z.B. in Form eines Granulats oder eines Pulvers, bereits in das Ausgangsmaterial der regenerierten Cellulose, die in einer Spinnlösung vorliegt, einmischen, so dass mit Adsorber beladene Fasern von regenerierter Cellulose extrudiert werden können, z.B. wie in der DE 100 53 359 A1 oder der DE 199 17 614 A1 beschrieben. Alternativ oder zusätzlich kann der Adsorber auch zwischen die Fasern in dem Filtermaterial eingetragen und/oder auf die Fasern des Filtermaterials aufgetragen werden, gegebenenfalls auch unter Zusatz eines Bindemittels.

Vorzugsweise wird das Kabel nach dem Crimpen und Öffnen zu einem Filterstrang geformt, der mit einer Umhüllung umgeben wird. Dabei ist die Verwendung von handelsüblichen Filterumhüllungspapieren und Leimen möglich. Danach kann der mit der Umhüllung umgebene Filterstrang auf Länge geschnitten (z.B. auf ein ganzzahliges Vielfaches der Länge eines einzelnen Tabakrauchfilters) und verpackt werden. Es ist auch ein direkter Weitertransport des Filterstrangs an eine Cigarettenmaschine denkbar.

Wie bereits angedeutet, lassen sich die Verfahrensschritte nach dem Crimpen (insbesondere Öffnen, Bilden des Strangs, Umhüllen mit dem Filterumhüllungspapier, Schneiden und Packen) auf einer handelsüblichen Filterstrangmaschine durchführen, z.B. der von der Hauni Maschinenbau AG unter der Bezeichnung "KDF" vertriebenen Filterstrangmaschine. Dabei werden die auf das Öffnen folgenden Verfahrensschritte unmittelbar nach dem Öffnen durchgeführt.

Das Crimpen kann in einer Stauchkammer erfolgen, was im Prinzip bekannt ist. Das Öffnen lässt sich in einem Streckwerk durchführen. Dabei ist es vorteilhaft, zwischen der Stauchkammer und dem Streckwerk einen Puffer anzuordnen, der dazu eingerichtet ist, einen intermittierenden Betrieb der Stauchkammer an einen kontinuierlichen Betrieb des Streckwerks anzupassen.

Wenn das Kabel vor dem Crimpen aus mehreren Einzelkabeln zusammengeführt wird, können dazu auf Spindeln angelieferte Einzelkabel verwendet werden.

Wenn nach dem Crimpen ein Zusatz auf das Kabel aufgebracht (oder in das Kabel eingebracht) wird, wie bereits erwähnt, z.B. ein Granulat, ein Pulver oder auch eine Paste oder Flüssigkeit, erfolgt dies vorzugsweise nach dem Öffnen. Flüssigkeiten können z.B. mit Hilfe einer Sprühkammer aufgebracht werden, in der zumindest ein Teil des Zusatzes aufgesprüht wird, und Feststoffe z.B. mit Hilfe einer Einstreuvorrichtung. Bei der Einbringung von Granulaten sind Ladungen bis zum Dreifachen des Ausgangsgewichts des Kabels mit regenerierter Cellulose möglich.

Im Vergleich zu Celluloseacetat hat regenerierte Cellulose bei der Verwendung in Tabakrauchfiltern Vorteile. So sind keine Zusätze wie Härter oder Plastifizierungsmittel (insbesondere Triacetin) erforderlich. Ferner ist der Staubanfall bei der Verarbeitung bei regenerierter Cellulose geringer als bei Celluloseacetat. Das erfindungsgemäße Verfahren weist daher wirtschaftliche Vorteile auf, auch weil der Preis für z.B. Lyocell vergleichbar oder sogar geringer als der für Celluloseacetat ist.

Ferner zeigt das erfindungsgemäße Verfahren eine hohe Variabilität bei den Möglichkeiten, ein Kabel aus Filtermaterial aus Einzelkabeln mit unterschiedlicher Zusammensetzung, unterschiedlichem Einzeltiter oder Gesamttiter oder mit unterschiedlichen Zusatzmaterialien wie Adsorbern oder Mischungen von Adsorbern zusammenzustellen. Die Kosten der Lagerhaltung sind daher günstig. Das Maß der Crimpung lässt sich direkt einstellen, ist also variabel und nicht von den Vorgaben eines Lieferanten abhängig (wie bei gecrimpten Kabeln aus Celluloseacetat).

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen weiter beschrieben. Die Zeichnung zeigt in

Figur 1

eine schematische Darstellung, die die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht.

In Figur 1 ist in schematischer Weise anhand eines Beispiels gezeigt, wie das Verfahren zum Herstellen von Tabakrauchfiltern mit regenerierter Cellulose ablaufen kann.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens hat vier Abschnitte, nämlich eine Zusammenstellungseinrichtung 1, einen Crimper 2, ein Streckwerk 3 und eine Formatierungseinrichtung 4.

Im Ausführungsbeispiel werden die Tabakrauchfilter aus verschiedenen Materialien zusammengestellt. Dazu befinden sich in der Zusammenstellungseinrichtung 1 eine Anzahl von Spindeln (Kopsen, Haspeln) 10, auf die jeweils ein Einzelkabel 12 aufgewickelt ist. Die Einzelkabel 12 bestehen z.B. aus ungecrimpten Endlosfasern aus Lyocell in reiner Form oder mit zugemischten Bestandteilen. Ausführungsbeispiele dafür sind weiter unten beschrieben.

Die Einzelkabel 12 (z.B. jeweils mit einem Gesamttiter im Bereich von 3000 dtex bis 12000 dtex) werden in einem trichterartigen Zusammenführer 14 zu einem Kabel 16 zusammengeführt, das z.B. einen Gesamttiter im Bereich von 25000 dtex bis 80000 dtex hat. Die Zusammenstellungseinrichtung 1 erlaubt also die Bereitstellung eines Kabels 16 aus Filtermaterial, das individuell aus Komponenten in Form von Einzelkabeln 12 ausgewählt werden kann.

Das Kabel 16, das z.B. Endlosfasern aus Lyocell enthält, die in der Regel noch ungecrimpt sind, wird nun dem Crimper 2 zugeführt. Der Crimper 2 ist im Prinzip von herkömmlicher Bauart, aber im Stand der Technik in der Regel nicht vor einer Filterfertigungsanlage angeordnet, da im Stand der Technik als Ausgangsmaterial bereits gecrimpte Kabel verwendet werden. In einer Stauchkammer 18 wird das Kabel 16 gestaucht, wobei die einzelnen Fasern in dem Filtermaterial aus ihrem ursprünglich geradlinigen Verlauf ausweichen und eine gecrimpte Struktur, also eine Art Zickzackstruktur, annehmen, wie es in einem Tabakrauchfilter erwünscht ist. Im Ausführungsbeispiel wird in der Stauchkammer 18 ein Kolben bewegt, so dass sich ein intermittierender Betrieb ergibt. Daher ist hinter der Stauchkammer 18 ein Puffer 20 vorgesehen, in den das gecrimpte Kabel 16 hineinläuft, um in den hinter dem Puffer 20 stattfindenden Verfahrensschritten wieder einen kontinuierlichen Betrieb zu ermöglichen. Zusätzlich kann vor der Stauchkammer 18 ein in Figur 1 nicht abgebildetes Aggregat angeordnet sein, in dem eine Konditionierung auf eine vorgegebene Temperatur und/oder Feuchte vorgenommen wird, wodurch sich das Crimpergebnis verbessern lässt.

Das aus dem Puffer 20 austretende gecrimpte Kabel 16 wird über eine Ausbreiterdüse 22 in das Streckwerk 3 eingeführt. In dem Streckwerk 3 wird das zwischen zwei Bremswalzen 24 hindurchtretende Kabel 16 mehreren Paaren von Streckwalzen 26a, 26b zugeführt. Das Walzenpaar 26b läuft mit höherer Geschwindigkeit als das Walzenpaar 26a, wodurch das Kabel 16 geöffnet wird, während die gecrimpte Grundstruktur der einzelnen Fasern erhalten bleibt. Trotz der von Celluloseacetat abweichenden viskoelastischen Fasereigenschaften von regenerierter Cellulose lässt sich ein gecrimptes Kabel 16 mit regenerierter Cellulose gut öffnen.

Hinter den Streckwalzen 26 ist im Ausführungsbeispiel eine Sprühkammer 28 angeordnet, in der das geöffnete Kabel 16, das spätestens nach dem Durchlaufen durch die Ausbreiterdüsen 22 und die Bremswalzen 24 eine bandartige Form angenommen hat, mit Zusätzen wie z.B. Flüssigkeiten (auch mit darin gelösten oder dispergierten Substanzen) beaufschlagt werden kann. Zum Fixieren von pulver- oder granulatförmigen Substanzen können dabei klebstoffartige Zusatzmittel verwendet werden.

Anschließend tritt das flache Kabel 16 über eine Einlaufdüse 30 in die Formatierungseinrichtung 4 ein. Mit Hilfe eines Einlauffingers 32 wird das Kabel 16 zu einem Filterstrang 34 mit im Wesentlichen kreisrundem Querschnitt geformt. Über ein Formatband 36 wird ein von einer Rolle (Bobine) abgewickeltes Filterumhüllungspapier 38 um den Filterstrang 34 gelegt und schließlich entlang der sich dabei ausbildenden Längsnaht verleimt. In einer Schneideinrichtung 40 wird der umhüllte Filterstrang in Stücke geschnitten, die jeweils in größerer Zahl zusammen verpackt werden. Im Ausführungsbeispiel haben diese Stücke die Länge von vier Einzelfiltern.

Es folgen einige Beispiele, die verschiedene Möglichkeiten für die Zusammensetzung des Kabels 16 zeigen. Darin ist die Garnfeinheit (Titer) in der international üblichen Einheit "dezitex" (dtex) angegeben; 1 dtex = 1 g/10000 m. Die Umrechnung auf die alte Einheit Denier (den) erfolgt über 10 dtex = 9 den.

Fünf Einzelkabel (Towbänder) von jeweils 6660 dtex Gesamttiter, jeweils bestehend aus Lyocell-Endlosfasern mit einem Einzeltiter von 5 dtex, denen bei der Herstellung 30 Gew.-% Kokosnussschalenkohle zugesetzt worden sind, und drei Einzelkabel von jeweils 6660 dtex Gesamttiter aus Lyocell-Endlosfasern von 5 dtex Einzeltiter (ohne Adsorbent) werden von Spindeln (Kopsen, Haspeln) abgezogen und zu einem Kabel (Tow) mit einem Gesamttiter von 53280 dtex zusammengefasst und direkt in die Stauchkammer eines Crimpers vor dem Streckwerk einer Filtermaschine geführt.

Drei Einzelkabel aus Lyocell-Endlosfasern mit einem jeweiligen Gesamttiter von 6660 dtex und einem Einzeltiter von 1,7 dtex werden mit drei Einzelkabeln aus Lyocell-Endlosfasern von jeweils 6660 dtex Gesamttiter und einem Einzeltiter von 5 dtex zu einem Kabel aus Lyocell ohne zugesetzten Adsorber mit einem Gesamttiter von 39 960 dtex zusammengefasst. Dieses Kabel wird direkt in die Stauchkammer eines Crimpers vor dem Streckwerk einer Filtermaschine geführt.

Fünf Einzelkabel mit einem Gesamttiter von jeweils 6660 dtex, die aus mit 30 Gew.-% Aktivkohle in der Faser enthaltenden Lyocell-Endlosfasern mit einem Einzeltiter von 5 dtex bestehen, werden mit fünf Einzelkabeln von jeweils 6660 dtex Gesamttiter, die Lyocell-Endlosfasern mit einem Einzeltiter von 5 dtex und einer Beladung mit 30 Gew.-% Ionenaustauscher in der Faser enthalten, zusammengefasst und direkt in die Stauchkammer eines Crimpers vor dem Streckwerk einer Filtermaschine geführt.