Zigarettenfilter Es ist bereits bekannt, Zigaretten mit einem Filter mundstück zu versehen. Letzteres hat die Augabe, aus dem Zigarettenrauch gesundheitsschädliche Verbren nungsprodukte des Tabaks, insbesondere Teer- und Ni kotintröpfchen, zu absorbieren.
In der Zigarettenindustrie sind die verschiedensten Zigarettenfilterelemente aus Faserstoffen bekannt. Ne ben der Filterwirkung müssen diese Materialien im Fil ter eine bestimmte Steifigkeit aufweisen, um bei vor gegebenem Durchmesser des Zigarettenfilters .eine gute Handhabung zu gewährleisten.
Zur Herstellung dieser bekannten Mundstücke mit Filterwirkung werden heute fast ausschliesslich gekräu selte Zellulose-Acetat-Fasern verwendet, die zu einem parallelisierten Strang zusammengedreht wurden, der zur Verfestigung mit einem organischen Weichmacher besprüht wurde. Dieser Zellulose-Acetat-Strang wird dann einer trichterähnlichen Vorrichtung zugeführt.
Nach -dem Verlassendes Trichterrohres wird der Strang mit Zigarettenpapier umwickelt und .dann in die ge wünschten Längen geschnitten.
Des weiteren werden heute auch noch in einem ge ringen Prozentsatz Papierfilter verarbeitet. Es handelt sich dabei um ein Spezialpapier, das gekreppt wird, um auf diese Weise eine möglichst grosse Oberfläche zu er reichen, die für den Absorptionsgrad des Filters be stimmend ist. Der Nachteil dieser Papierfilter liegt vor allem in der hohen Feuchtigkeitsabsorption der Papier zellulose, die eine ungünstige Quellung der Filter und damit verbunden einen Absorptionsabfall bewirkt.
Ausser den bereits geschilderten Nachteilen der heute verwendeten Filter ist auch ein Gehalt an Fremd substanzen wie Weichmacher bei sämtlichen Filtern zu vermeiden.
Derartige Mundstücke aus reiner Papierzellulose weisen ausserdem nur eine geringe Steifheit auf. Ausser- dem sind sie feuchtigkeitsempfindlich. Beim Drücken des Filtermundstückes .mit den feuchten Lippen wird die zunächst sperrige Faserstruktur zerstört. Der Rau cher muss dann stärker ziehen , weil der Widerstand, den das Filter dem Durchgang von Rauch entgegen setzt, grösser geworden ist.
Die Notwendigkeit, an der Zigarette stärker ziehen zu müssen, veranlasst viele Raucher, Zigaretten ohne Mundstück zu bevorzugen.
Es wurde ferner bereits vorgeschlagen, Zigaretten filter aus Polyolefinfäden, .die wiederum zu einem Strang zusammengedreht werden, herzustellen. Derartige Filter sind zwar steifer und weniger feuchtigkeitsempfindlich als solche aus Zellulose-Acetat-Fasern, jedoch ist es schwierig, die Polyolefinfasern bzw. -fäden in einem solchen, Strang zusammenzuhalten.
Bei Zellulose-Acetat- Fasern ist dies einfach. Dort braucht man nur einen Weichmacher zuzusetzen. Dadurch werden :die Zellu- lose-Acetat-Fas,ern bzw. -Fäden an ihrer Oberfläche etwas klebrig .und somit verpappt der zusammenge drehte Strang zu einem stabilen Stab.
Polyolefin-Fasern hingegen verhalten sich gegenüber den üblichen Weichmachern innert. Um dennoch die im Strang zusammengedrehten Fasern miteinander so zu verkleben, dass ein stabiler Stab entsteht, kann man den zusammengedrehten Strang erwärmen. Dabei erweichen natürlich die Fasern wieder oberflächlich und verkle ben zu einem stabilen und verhältnismässig steifen Stab.
Leider ist aber die Luft- bzw. Rauchdurchlässigkeit eines derart verschweissten Filterstranges zu gering.
In einem anderen Verfahren wird dem parallelen Strang von Polyolefinfasern bis zu 30 % eines zweiten Thermoplasten zugesetzt, :der weichmacherempfindlich ist und somit die Verfestigung .des Stranges zu einem Filterelement bewirkt. Die Nachteile dieser Filter be stehen besonders in der Parallelanordnung der Fasern, sodass die abzuscheidenden Rauchpartikel in der Fa serlängsrichtung durch den Filter hindurchwandern kön nen.
Obwohl man bei diesem Verfahren den Polyolefin- faserstrang nicht verschweisst, sondern - ähnlich wie bei .den Zellulose-Acetat-Fasiersträngen - verklebt, ist der Luftwiderstand eines :derartigen Filters sehr hoch.
Noch störender wirkt sich bei allen bekannten Ziga- rettenfiltern folgendes aus: In einem Strang liegen naturgemäss alle Fäden in einer Richtung, Schneidet man nun von einem solchen Strang - der nachträglich noch mit Zigarettenpapier umwickelt wird - ein etwa 1 cm langes Stück ab und pfropft dieses auf eine Zigarette auf, dann liegen die Fasern des Filters parallel zur Strömungsrichtung des Zigarettenrauches beim Ziehen.
Dies ist ungünstig, weil sich die festen und flüssigen Partikel im Zigarettenrauch längs den Kanälen zwischen diesen in Richtung des ab ziehenden Rauches liegenden Fäden hindurchschlängeln können. Daher wird der Abscheidegrad sehr niedrig sein. Wenn es gelänge, die Fäden im Filter z. B. quer zur Abzugsrichtung des Rauches anzuordnen, so wäre der Abscheidungsgrad bei praktisch gleicher Durchlässigkeit wesentlich höher.
Es ist jedoch bisher nicht möglich, im grosstechni- schen Massstab derartige Filter herzustellen. In Labor versuchen wurde ferner festgestellt, dass eine Anord nung, bei der alle Fasern im Filter etwa quer zur Ab zugsrichtung des Rauches liegen, auch noch nicht den maximalen Abscheidegrad bei minimalem Luftwider stand ermöglicht.
Das erfindungsgemässe Zigarettenfilter, welches aus endlosen thermoplastischen Fäden besteht, weist obige Nachteile nicht auf. Es ist :dadurch gekennzeichnet, dass die endlosen thermoplastischen Fäden in. Form eines Wirrfaservlieses vorliegen. Gemäss einer besonders gün stigen Ausführungsform sind die thermoplastischen Fä den dieses Wirrfaservlieses an ihren Berührungsstellen punktförmig miteinander verbunden.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform weisen die Fäden einen nichtrunden Querschnitt auf.
Das aus endlosen thermoplastischen Fäden be stehende Wirrfaservlies kann dann erst einer trichter förmigen Vorrichtung zugeführt. Dort entsteht dann ein stabiler, steifer Filterstab, der mit Zigarettenpapier umwickelt wird.
Die Herstellung eines Faservlieses, in dem ther moplastische Fäden in Wirrlage angeordnet sind, ist bekannt. Es sei hier nur wahlweise auf die französischen Patentschriften 1402 829,<B>1</B>364 916 oder die DDR- Patentschrift 44 610 verwiesen.
Um dem aus diesen Wirrvliesen gebildeten Filter stab eine grössere Steifheit zu verleihen, empfiehlt es sich, die Vliese zusätzlich noch zu riffeln. Mit anderen Worten: Man lässt das Vlies durch ein 80 bis 150 C heisses Stahlwalzenpaar laufen, bei dein mindestens eine Walze eine Prägung aufweist, wie sie etwa aus Fig. 2 und 3 der englischen Patentschrift 898 432 ersichtlich ist. Es ist jedoch auch jedes andere Muster geeignet.
Zu beachten ist nur, dass die Walze auf einer Länge von 1 cm etwa fünf punktförmige Erhebungen aufweist. Beim Durchgang durch den Walzenspalt werden die Fasern im Vlies zusätzlich noch an den erhabenen Punk ten untereinander verschweisst.
Man kann eine derartige punkförmige Verschweis- sung auch dann erzielen, wenn man die ausgesponnenen Fäden in dem Augenblick zu einem Vlies ablegt, in dem sie noch nicht erkaltet sind. Beider Ablage in heissem Zustand sind die Fäden an ihrer Oberfläche noch weich und verschweissen teilweise so miteinander.
Selbstverständlich kann man auch beide Methoden der punktförmigen Vliesverfestigung miteinander kom binieren, also erst die Fäden in heissem Zustand ab legen und dann riffeln. Bevorzugt werden weiclunacherfreie Polyolefine, ins- besondere Polyäthylen, Polypropylen und Polyamid.
Beim Arbeiten mit weichmacherfreien Thermoplasten wird einmal vermieden, dass die Fäden nach dem Zu sammendrehen zu einem Strang zu sehr miteinander verbacken, wodurch die Luftdurchlässigkeit stark herab gesetzt wird. Anderseits besteht bei weichmacherfreien Filtern nicht die Gefahr, dass beim Rauchen auch Weichmacher - der ja immer wesentlich flüchtiger ist, als das thermoplastische Fadenmaterial - mit inhaliert wird.
Der Durchmesser der Fäden in den Wirrvliesen (und letzten Endes in den Filtern) kann beliebig variiert werden. Meistens wählt man Durchmesser zwischen 5 und 50 ,u.
Besonders günstig erwies sich auch die Verwendung von Fäden mit einem .nichtrunden Querschnitt. Ein derartiger Querschnitt ergibt naturgemäss einen Faden, dessen Oberfläche grösser ist als die Oberfläche eines Fadens mit einem üblichen runden Querschnitt.
Die Herstellung der Fäden mit nichtrundem Quer schnitt ist einfach. Man hat nur beim Ausspinnen der thermoplastischen Schmelzen gemäss den Verfahren, wie sie z. B. in den französischen Patentschriften 1402 829, <B>1</B>364 916 oder der DDR-Patentschrift 44 610 geschil- dert werden, Düsen mit entsprechendem sternförmigen Querschnitt zu verwenden. Die Ablage derartiger Fäden zu einem Vlies und dessen Weiterverarbeitung zu einem Zigarettenfilter erfolgt wie üblich.
Man kann natürlich auch aus den Düsen verschie dene Schmelzen ausspinnen. Auf diese Weise entsteht ein Wirrfaser-Mischvlies. Der Abscheidegrad derartiger Mischvliese ist oftmals höher als die erwartete Summen- wirkung.
Der Abscheidegrad des erfindungsgemässen Filters kann noch erhöht werden, wenn man die Fäden mit anderen Adsorptionsmitteln wie z. B. Kohle bepudert.
Das erfindungsgemässe Zigarettenfilter adsorbiert bei Verwendung von Polyolefinfäden bis zu 100 % mehr Teer und Nikotin als eine Zigarette mit bekanntem Fil ter gleicher Länge, gleichen Durchmessers und gleicher Dicke. Gleichzeitig ist der Luftwiderstand bei dem er- findungsgemässen Filter geringer als bei allen bekannten Zigarettenfiltern. Es kann gegebenenfalls auch noch ge- kreppt werden.
Cigarette filter It is already known to provide cigarettes with a filter mouthpiece. The latter has the task of absorbing harmful combustion products of tobacco, in particular tar and Ni cotine droplets, from cigarette smoke.
A wide variety of cigarette filter elements made from fibrous materials are known in the cigarette industry. In addition to the filter effect, these materials in the filter must have a certain rigidity in order to ensure good handling for a given diameter of the cigarette filter.
For the production of these known mouthpieces with a filter effect, today almost exclusively crumbled cellulose acetate fibers are used, which were twisted into a parallel strand that was sprayed with an organic plasticizer to solidify. This cellulose acetate strand is then fed to a funnel-like device.
After leaving the funnel tube, the strand is wrapped with cigarette paper and then cut into the desired lengths.
Furthermore, a small percentage of paper filters are still used today. It is a special paper that is creped in order to reach the largest possible surface in this way, which is decisive for the degree of absorption of the filter. The main disadvantage of these paper filters is the high moisture absorption of the paper cellulose, which causes unfavorable swelling of the filters and, associated with this, a decrease in absorption.
In addition to the disadvantages of the filters used today, a content of foreign substances such as plasticizers must also be avoided in all filters.
Such mouthpieces made of pure paper cellulose also have only a low level of rigidity. They are also sensitive to moisture. When you press the filter mouthpiece with your moist lips, the initially bulky fiber structure is destroyed. The smoker then has to pull harder because the resistance that the filter opposes to the passage of smoke has become greater.
The need to pull harder on the cigarette leads many smokers to prefer cigarettes without a mouthpiece.
It has also already been proposed to produce cigarette filters made of polyolefin threads, which in turn are twisted into a strand. Such filters are indeed stiffer and less sensitive to moisture than those made from cellulose acetate fibers, but it is difficult to hold the polyolefin fibers or threads together in such a strand.
With cellulose acetate fibers this is easy. You only need to add a plasticizer there. As a result: the cellulose acetate fibers or threads become a bit sticky on their surface and the twisted strand is thus carded to form a stable rod.
Polyolefin fibers, on the other hand, behave internally to the usual plasticizers. In order to stick together the twisted fibers in the strand so that a stable rod is created, the twisted strand can be heated. In the process, of course, the fibers soften on the surface again and stick together to form a stable and relatively rigid rod.
Unfortunately, however, the air or smoke permeability of such a welded filter rod is too low.
In another process, up to 30% of a second thermoplastic is added to the parallel strand of polyolefin fibers: which is sensitive to plasticizers and thus causes the strand to solidify into a filter element. The disadvantages of these filters are particularly the parallel arrangement of the fibers, so that the smoke particles to be separated can migrate through the filter in the longitudinal direction of the fibers.
Although the polyolefin fiber strand is not welded in this process, but - similar to the cellulose acetate fiber strands - glued, the air resistance of such a filter is very high.
The following has an even more disruptive effect with all known cigarette filters: Naturally, all threads in a strand lie in one direction. If you cut a piece about 1 cm long from such a strand - which is subsequently wrapped with cigarette paper - and graft it on a cigarette, then the fibers of the filter are parallel to the direction of flow of the cigarette smoke when drawn.
This is unfavorable because the solid and liquid particles in the cigarette smoke can snake along the channels between these threads lying in the direction of the pulling smoke. Therefore the degree of separation will be very low. If it were possible, the threads in the filter z. B. to be arranged transversely to the direction in which the smoke is drawn off, the degree of separation would be significantly higher with practically the same permeability.
However, it has so far not been possible to manufacture such filters on a large-scale. In laboratory tests it was also found that an arrangement in which all the fibers in the filter are approximately perpendicular to the direction in which the smoke is drawn does not yet allow the maximum degree of separation with minimal air resistance.
The cigarette filter according to the invention, which consists of endless thermoplastic threads, does not have the above disadvantages. It is: characterized in that the endless thermoplastic threads are in the form of a random fiber fleece. According to a particularly favorable embodiment, the thermoplastic threads of this random fiber fleece are connected to one another at points at their points of contact.
According to a further embodiment, the threads have a non-round cross-section.
The tangled fiber fleece made of endless thermoplastic threads can then only be fed to a funnel-shaped device. A stable, stiff filter rod is then created there, which is wrapped with cigarette paper.
The production of a fiber fleece, in which ther moplastic threads are arranged in a tangled position, is known. Reference should only be made here to French patents 1402 829, <B> 1 </B> 364 916 or GDR patent specification 44 610.
In order to give the filter rod formed from these tangled nonwovens greater rigidity, it is advisable to also flute the nonwovens. In other words: the fleece is allowed to run through a pair of steel rollers at 80 to 150 C, in which at least one roller has an embossing, as can be seen from FIGS. However, any other pattern is also suitable.
It should only be noted that the roller has about five point-shaped elevations over a length of 1 cm. When passing through the roller gap, the fibers in the fleece are also welded to one another at the raised points.
Such a point-shaped weld can also be achieved if the spun threads are laid down to form a fleece at the moment when they have not yet cooled down. When they are placed in a hot state, the threads are still soft on their surface and partially weld together.
Of course, you can also combine both methods of punctiform bonding of the web, i.e. first lay the threads in the hot state and then flute them. Weiclunacher-free polyolefins are preferred, in particular polyethylene, polypropylene and polyamide.
When working with plasticizer-free thermoplastics, this prevents the threads from being baked together too much after being twisted into a strand, which greatly reduces the air permeability. On the other hand, with plasticizer-free filters there is no risk that plasticizers - which are always much more volatile than the thermoplastic thread material - are inhaled when smoking.
The diameter of the threads in the tangled nonwovens (and ultimately in the filters) can be varied as desired. Mostly you choose a diameter between 5 and 50, u.
The use of threads with a non-circular cross-section also proved to be particularly advantageous. Such a cross section naturally results in a thread whose surface is larger than the surface of a thread with a conventional round cross section.
The production of the threads with a non-circular cross-section is easy. You only have when spinning out the thermoplastic melts according to the method such. For example, in French patents 1402 829, <B> 1 </B> 364 916 or GDR patent specification 44 610, nozzles with a corresponding star-shaped cross section can be used. The filing of such threads to form a fleece and its further processing into a cigarette filter takes place as usual.
Of course, you can also spin different melts from the nozzles. This creates a random fiber mixed fleece. The degree of separation of such mixed fleeces is often higher than the expected total effect.
The degree of separation of the inventive filter can be increased if the threads with other adsorbents such. B. Powdered coal.
The cigarette filter according to the invention adsorbs up to 100% more tar and nicotine when using polyolefin threads than a cigarette with a known filter of the same length, same diameter and same thickness. At the same time, the air resistance of the filter according to the invention is lower than that of all known cigarette filters. It can also be crimped if necessary.