DE2744796A1 - FILTER MATERIAL, ITS PRODUCTION AND USE - Google Patents
FILTER MATERIAL, ITS PRODUCTION AND USEInfo
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Description
VON KREISLER SCHÖNWALD MEYER EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTINGFROM KREISLER SCHÖNWALD MEYER EISHOLD FUES FROM KREISLER KELLER SELTING
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PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler -f- 1973PATENT LAWYERS Dr.-Ing. by Kreisler -f- 1973
Dr.-Ing. K. Schönwold, Köln Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Selling, KölnDr.-Ing. K. Schönwold, Cologne Dr.-Ing. Th. Meyer, Cologne Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Cologne Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Cologne Dipl.-Chem. Carola Keller, Cologne Dipl.-Ing. G. Selling, Cologne
Ke/To.
5 Köln ι 4. Oktober 1977Ke / To.
5 Cologne ι October 4, 1977
DEICHMANNHAUS AM HAUPTÜAHNHOFDEICHMANNHAUS AM HAUPTÜAHNHOF
Filtermaterial, seine Herstellung und VerwendungFilter material, its manufacture and use
809815/0708809815/0708
Telefon: (0221] 23 4541 - 4 Telex: 8882307 dopo d T..lcqrO,nm: Dompotent KölnTelephone: (0221] 23 4541 - 4 Telex: 8882307 dopo d T..lcqr O , nm : Dompotent Cologne
Filtermaterial, seine Herstellung und VerwendungFilter material, its manufacture and use
Die Erfindung bezieht sich auf ein schichtähnliches Material, das als Filtermaterial geeignet ist und insbesondere als Material für Tabakrauchfilter. Sie betrifft weiterhin die Filter, die die schädlichen Bestandteile des Tabakrauches, insbesondere Teer und Nikotin, wirksam entfernen, ohne einen unangenehmen Anstieg des Zuges auf einen hohen Wert hervorzurufen. Die Erfindung betrifft außerdem Verfahren zur Herstellung des Filtermaterials und der Tabakrauchfilter.The invention relates to a sheet-like material which is suitable, and in particular, as a filter material as a material for tobacco smoke filters. It also affects the filters that remove the harmful ingredients Effectively remove tobacco smoke, especially tar and nicotine, without creating an unpleasant one Cause the pull to rise to a high value. The invention also relates to methods of manufacture the filter material and the tobacco smoke filter.
Die prinzipielle Verwendung des Materials gemäß der Erfindung ist für ein Filter vorgesehen, das beim Einatmen aufnehmbare Teilchen jeglicher Art entfernt und auch bei der Flüssigkeitsfiltration Verwendung finden kann. Wird das Filter zur Entfernung von einatembaren Teilchen verwendet, so kann es Verwendung finden im Zusammenhang mit Zigaretten oder anderen Rauchartikeln, wie beispielsweise Pfeifen, Zigarren, Zigaretten oder Zigarrenhaltern. Aus der nachfolgenden Beschreibung ergibt sich jedoch gleichermaßen, daß das Filtermaterial gemäß der Erfindung vorteilhaft ebenso Verwendung finden kann in chirurgischen Masken, zur Luftfiltration und in Gesichtsmasken für den Schutz vor Nebel, Smog und Staub.The principle use of the material according to the invention is intended for a filter that is inhaled removes absorbable particles of any kind and can also be used in liquid filtration can. If the filter is used to remove inhalable particles, it can be used in In connection with cigarettes or other smoking articles, such as pipes, cigars, cigarettes or Cigar holders. From the following description results however, equally that the filter material according to the invention can also be used advantageously Can be used in surgical masks, for air filtration and in face masks for protection against fog, smog and dust.
Es sind bereits zahlreiche Arten von Filtermaterialien eingesetzt worden, insbesondere um den Gehalt schädlicher Inhaltsstoffe des Tabakrauches herabzusetzen, bevor dieser das Atmungssystem des Rauchers erreicht. Zusätzlich zu dem Entfernen der schädlichen Bestand-Numerous types of filter materials have already been used, particularly to reduce the content of harmful ones Reduce the ingredients of tobacco smoke before it reaches the smoker's respiratory system. In addition to removing the harmful constituents
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teile in großen Mengen muß ein zufriedenstellendes Filter aber auch wirksam sein, ohne in unerwünschter Weise den Durchgang von Luft oder Rauch durch das Filter zu erschweren, so daß ein zu starker Zug erforderlich wird. Bei der Verwendung in Tabakrauchfiltern darf das Filtermaterial aber auch nicht den Geschmack des Tabakrauches dadurch verändern, daß sein eigener Geschmack hinzukommt. Ein weiterer wesentlicher Faktor in der Herstellung eines zufriedenstellenden Tabakrauchfilters besteht darin, daß seine Herstellung nicht zu aufwendig ist, damit der Endpreis des Rauchartikels, in dem es Verwendung findet, nicht zu hoch ansteigt. Während eine große Anzahl von Fasermaterialien als Filtermaterial zum Einsatz gekommen sind, konnten sich lediglich Zellstoffasern und Fasern aus Celluloseacetat mit einer gewissen Bedeutung kommerziell durchsetzen.In large quantities, a satisfactory filter must also be effective without causing undesirable effects Way to impede the passage of air or smoke through the filter, so that too strong a draft is required will. When used in tobacco smoke filters, the filter material must not be Change the taste of tobacco smoke by adding its own taste. Another essential one A factor in making a satisfactory tobacco smoke filter is that its Production is not too expensive, so that the final price of the smoking article in which it is used does not rises too high. While a large number of fiber materials have come into use as filter material are, only cellulose fibers and fibers made of cellulose acetate could have a certain significance enforce commercially.
Zellstoffasern werden üblicherweise in Form eines Papieres verwendet, das geriffelt und/oder in Stabform zusammengepreßt und mit einer Zigarette verbunden wird, während Celluloseacetat normalerweise in Form eines Stranges von im wesentlichen längsgerichteten Endlosfilamenten zur Anwendung kommt, die vorzugsweise gekräuselt sind, so daß kurze Bereiche der einzelnen Filamente unregelmäßig in nicht-parallelen, zusammenlaufenden und auseinanderstrebenden Richtungen im Vergleich zu der überwiegend längsverlaufenden Richtung des Stranges angeordnet sind.Pulp fibers are usually in the form of a paper used, which is fluted and / or compressed in the form of a rod and connected to a cigarette, while cellulose acetate is normally in the form of a strand of substantially longitudinal filaments is used, which are preferably crimped, so that short areas of each Filaments irregular in non-parallel, converging and diverging directions in comparison are arranged to the predominantly longitudinal direction of the strand.
übliche Papierfilter sind allgemein durch höhere Filterwirkung gekennzeichnet, die an der Wirksamkeit der Rauchentfernung bestimmt wird, sie beeinträchtigen jedoch auch den Geschmack und den Geruch des Rauches. Ferner haben sie eine viel geringere Selektivität für Phenol als die üblichen Filter aus Celluloseacetat-Usual paper filters are generally characterized by a higher filter effect marked, which is determined by the effectiveness of smoke removal, but they affect also the taste and smell of the smoke. They also have a much lower selectivity for Phenol than the usual filters made of cellulose acetate
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Filtersträngen. Außerdem fallen Papierfilter während des Rauchens zusammen, in erster Linie auf Grund ihrer Neigung, Feuchtigkeit aus dem Tabakrauch und dem Mund des Rauchers zu absorbieren. Ferner ist die Zusammendrückbarkeit von Papierfiltern bei einem gegebenen Druckabfall im allgemeinen größer als bei den üblichen Strangfiltern vergleichbaren Gewichtes.Filter rods. In addition, paper filters collapse while smoking, primarily because of them Tendency to absorb moisture from tobacco smoke and the smoker's mouth. Furthermore, the compressibility of paper filters for a given pressure drop are generally greater than the usual ones Line filters of comparable weight.
Im Vergleich zu Papierfiltern haben die üblichen Celluloseacetat-Strangfilter alle die oben erwähnten Nachteile der Papierfilter überwunden auf Grund des glücklichen Zusammentreffens der Anforderungen an einen guten Zug und der Rentabilität. Demzufolge ist ein großer Teil der auf dem Markt befindlichen Filterzigaretten mit diesem Filtermaterial ausgestattet, trotz der Tatsache, daß Celluloseacetat-Strangfilter bei einem gegebenen Zug eine Wirksamkeit der Rauchentfernung besitzen, die vergleichsweise geringer ist als die der Papierfilter.Compared to paper filters, the usual cellulose acetate line filters all of the above mentioned disadvantages of paper filters are overcome due to the lucky one Meeting of requirements for a good train and profitability. As a result, it is a big one Some of the filter cigarettes on the market are equipped with this filter material, despite the fact that cellulose acetate rope filters have smoke removal effectiveness on a given puff, which is comparatively lower than that of the paper filter.
Zahlreiche Filterarten wurden vorgeschlagen, um diese Nachteile zu beseitigen unter gleichzeitiger Beibehaltung der Vorteile der Celluloseacetatfilter, um auf diese Weise ein Filter zu gewinnen, das die Eigenschaften beider Filter in einem Filter vereinigt, das sowohl eine hohe Wirkung im Zurückhalten von Rauch hat als auch einen annehmbaren Zug. Ein üblicherweise zur Anwendung kommender Vorschlag, dieses Ziel zu erreichen, ist die Kombination eines Celluloseacetatstranges neben Papier in einem einzigen Filter. Dies wurde erreicht durch die gleichzeitige Verwendung eines kurzen Papier-Stäbchens und eines kurzen Celluloseacetat-Strangstäbchens in dem normalerweise "Dualfilter" genannten Filter. Dieses Filter ist jedoch sehr teuer im Vergleich mit der üblichen Filterspitzenproduktion, da es die Herstellung von zwei getrennten Stäbchen erfordert undNumerous types of filters have been proposed to overcome these drawbacks while maintaining them the advantages of the cellulose acetate filter in order to gain a filter that has the properties both filters combined in one filter, which both has a high effect in retaining smoke as well as an acceptable move. A commonly used suggestion to achieve this goal is is the combination of a cellulose acetate strand and paper in a single filter. This has been achieved by using a short paper stick and a short cellulose acetate stick at the same time in the filter usually called "dual filter". However, this filter is very expensive in comparison with the usual filter tip production as it requires the production of two separate rods and
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ihre anschließende Zusammenfügung in einem einzigen Filter. Gemäß der US-PS 3 396 061 wurde im Gegensatz dazu vorgeschlagen, eine Bahn aus einem Celluloseacetatstrang und einer Papierbahn unmittelbar vor dem Formen des Filters miteinander zu vereinigen. Das kombinierte Papier/Acetat-Filter ist durch dieses Verfahren mit nur einem geringen Anstieg der Kosten, die bei der üblichen Filterproduktion anfallen, erhältlich. Diese Filter sind jedoch nicht völlig zufriedenstellend, da eine gleichmäßige Verteilung der beiden Filtermaterialien über den Querschnitt des Filters hinweg nicht existiert, und eine unerwünschte Anordnung deshalb, weil der durch einen Teil des Filters gezogene Tabakrauch nur mit einem Filtermaterial in Berührung kommt, während der durch einen anderen Teil des Filters gezogene Tabakrauch nur mit dem anderen Filtermaterial in Berührung kommen wird. Hieraus folgt, daß kein Teil des Rauches von dem Filtrationsvermögen beider Materialien beeinflußt wird. Außerdem ist in dem Umfange des im Filter zur Anwendung gelangenden Papiers der durch ein Papierfilter hervorgerufene ausgeprägte unerwünschte Geschmack noch vorhanden. their subsequent assembly in a single filter. According to US Pat. No. 3,396,061, in contrast proposed to this end, a web of a cellulose acetate strand and a paper web immediately before molding of the filter to unite with each other. The combined paper / acetate filter is only available through this process a small increase in the cost of conventional filter production. These filters are however not completely satisfactory, since an even distribution of the two filter materials over the Cross-section of the filter does not exist, and an undesirable arrangement because of the through a Part of the filter-drawn tobacco smoke only comes into contact with a filter material while passing through a Tobacco smoke drawn from the other part of the filter will only come into contact with the other filter material. It follows that no part of the smoke is affected by the filtration capacity of either material. In addition, the amount of paper used in the filter is that produced by a paper filter pronounced undesirable taste still present.
Bei einer anderen Methode werden Celluloseacetat-Stapelfasern in einem reinen Celluloseacetatfilter in der Weise verwendet, daß die Faserrichtung im Filter in Abhängigkeit von dem Fluß des zu filternden Materials orientiert wird. Solche Filtermaterialien sind jedoch, ob sie nun in Form von Faservliesen, als gefaltete Kissen oder als zylindrische Stäbe vorliegen, wenig dimensionsstabil und erfordern die Verwendung eines Bindemittels, um die Filamente in der gewünschten Anordnung zu halten. Darüber hinaus haben diese Strukturen eine geringere Wirksamkeit als die üblichen Papierfilter, weil der Oberflächenbereich der Stapelfasern unter dem der Papierfasern liegt. Zusätzlich bringt die Verwen-In another method, cellulose acetate staple fibers are in a pure cellulose acetate filter in the way used that the fiber direction in the filter as a function of the flow of the material to be filtered is oriented. Such filter materials are, however, whether they are in the form of nonwovens or folded cushions or in the form of cylindrical rods, not very dimensionally stable and require the use of a binder, to keep the filaments in the desired arrangement. In addition, these structures have a lower effectiveness than the usual paper filters because the surface area of the staple fibers is below the the paper fibers lies. In addition, the use
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dung eines Bindemittels weitere Probleme mit sich, weil diese den zur Filtration zur Verfügung stehenden Oberflächenbereich herabsetzen, einen unerwünschten Geschmack dem gefilterten Rauch verleihen und außerdem die Geschwindigkeit der Filterherstellung herabsetzen auf Grund der Zeit, die notwendig ist, um eine vollständige Bindung zu erreichen.Formation of a binding agent poses further problems because this reduces the surface area available for filtration reduce, give an undesirable taste to the filtered smoke and moreover reduce the speed of filter manufacture due to the time it takes to complete a filter To achieve bond.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein schichtartiges Material mit Stapelfaserorientierung zur Verfügung zu stellen, das einen großen Oberflächenbereich aufweist und als Filtermaterial Verwendung finden kann. Weiterhin sollte ein Verfahren zur Herstellung eines bindemittelfreien schichtähnlichen Materials mit großem Oberflächenbereich geschaffen werden, das als Filtermaterial Verwendung finden kann, insbesondere ein Material, das für die Herstellung von Tabakrauchfiltern geeignet ist.The object of the present invention was to provide a layer-like material with a staple fiber orientation to make available, which has a large surface area and can be used as a filter material can. Furthermore, a method for producing a binder-free layer-like material should be provided be created with a large surface area that can be used as a filter material, in particular a material suitable for the manufacture of tobacco smoke filters.
Die Lösung dieser Aufgabe ist ein bindemittelfreies, zusammenhängendes, selbsttragendes Filtermaterial auf der Basis eines Faservlieses aus Celluloseesterfäden, das eine hohe Filtrationswirkung bei annehmbarem Zug gewährleistet und dadurch gekennzeichnet ist, daß es etwa 5 bis 35 %, bezogen auf das Gewicht der im Faservlies vorhandenen Stapelfasern, eines porösen, feinfasrLgen Celluloseestermaterials mit großem Oberflächenbereich enthält, das als Celluloseesterfäserchen oder "Celluloseesterfibrets" bezeichnet wird.The solution to this problem is a binder-free, cohesive, self-supporting filter material the basis of a fiber fleece made of cellulose ester threads, which has a high filtration effect with an acceptable draw guaranteed and characterized in that it is about 5 to 35%, based on the weight of the fiber fleece existing staple fibers, a porous, fine fiber Contains cellulose ester material with a large surface area, which is called cellulose ester fibers or "cellulose ester fibrets" is referred to.
Die hier verwendete Formulierung "Fibrets" kennzeichnet ein fibrilliertes Material aus einem Celluloseester mit großem Oberflächenbereich, das eine Ober-The term "fibrets" as used here denotes a fibrillated material made from a cellulose ester with a large surface area that has an upper
2
fläche von mehr als 5,0 m /g aufweist, eine Länge von weniger als 1000 um und einen Durchmesser von etwa
0,5 bis 50 pm hat.2
has an area of more than 5.0 m / g, a length of less than 1000 µm and a diameter of about 0.5 to 50 µm.
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Der hier verwendete Ausdruck "Bindemittel" kennzeichnet ein nicht als Lösungsmittel dienendes Material, das die Fähigkeit hat, fasriges Material unter Bildung einer Fremdphasengrenzschicht an dieses fasrige Material zu binden. Unter die Definition "Bindemittel" fallen speziell keine Verbindungen, die partielle Lösungsmittel für das fasrige Material darstellen und die genauer definiert werden können als Weichmacher, beispielsweise Triacetin, Triäthylengykoldiacetat und Gemische, die diese und andere Weichmachersubstanzen enthalten, wie beispielsweise Polyäthylenglykol und Triacetingemische. As used herein, the term "binder" denotes a non-solvent material that contains the Has the ability to attach fibrous material to this fibrous material with the formation of a foreign phase boundary layer tie. The definition of "binders" specifically does not include compounds that are partial solvents represent for the fibrous material and which can be more precisely defined as plasticizers, for example Triacetin, triethylene glycol diacetate and mixtures containing these and other plasticizer substances, such as polyethylene glycol and triacetene mixtures.
Die hier verwendete Formulierung "großer Oberflächenbereich" kennzeichnet Produkte, die eine Oberfläche von
2
mehr als 1 ir. /g haben. Ein Vergleich in bezug auf die Oberflächenbereiche wird dadurch ermöglicht, daß für
Filterzwecke geeignetes Papier eine Oberfläche vonThe phrase "large surface area" used here denotes products that have a surface area of 2
have more than 1 ir. / g. A comparison with regard to the surface areas is made possible by the fact that paper suitable for filtering purposes has a surface of
2
1,2 bis 3,2 m /g aufweist, während Celluloseacetat-Stapelfasern von 6,35 mm Länge mit einem Einzeltiter von
1,8, 3,0 bzw. 8,0 den eine Oberfläche von 0,35, 0,262
1.2 to 3.2 m / g, while cellulose acetate staple fibers of 6.35 mm length with a single denier of 1.8, 3.0 and 8.0 denotes a surface area of 0.35, 0.26
2
bzw. 0,20 m /g haben.2
or 0.20 m / g.
Die zur Herstellung der Bahn verwendeten Stapelfasern sind zweckmäßig Celluloseester-Stapelfasern des üblichen Typs mit einer Faserlänge von etwa 3,175 bis 15,875 mm und einem Einzeltiter von etwa 1 bis 8 den.The staple fibers used to make the web are expediently cellulose ester staple fibers of the usual type Type with a fiber length of about 3.175 to 15.875 mm and a single denier of about 1 to 8 den.
Vorzugsweise haben die Stapelfasern eine Länge von 6,35 bis 9,525 mm und einen Einzeltiter von etwa 1,0 bis 3,0 den. Das schichtförmige Material wird in feuchtem Zustand aus einer wäßrigen Aufschlämmung von Celluloseester-Stapelfasern und Celluloseesteribrets abgelegt unter Einsatz einer für die Faservliesherstellung geeigneten Vorrichtung in einem üblichen Verfahren zum Ablegen feuchter Faserkombinationen. Das schichtförmige Material hat vorzugsweise ein Flächengewicht von 20 bisPreferably, the staple fibers have a length of 6.35 to 9.525 mm and a single denier of about 1.0 to 3.0 den. The layered material is in the moist state from an aqueous slurry of cellulose ester staple fibers and cellulose ester plates deposited using one suitable for the manufacture of nonwovens Device in a conventional process for laying down moist fiber combinations. The layered one Material preferably has a basis weight of 20 to
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A/\A / \
2 22 2
40 g/m , einen Oberflächenbereich von mehr als 1 m /g und eine Bruchfestigkeit von 200 bis 1000 g/5 cm. Das schichtähnliche Material wird vorzugsweise gewellt, bevor es in ein Filtermaterial für Zigaretten in Form eines Filterstäbchens geformt wird. Das Filterstäbchen weist, wenn es in für Tabakrauchfilter übliche Längen geschnitten worden ist, einen Zug auf, der im Bereich von 30 bis 200 mm Wassersäule bei einer Fließgeschwindigkeit von 17,5 ml/Sekunde bei einer 20 mm Filterlänge liegt, gemessen als Druckabfall quer zum Filter.40 g / m, a surface area greater than 1 m / g and a breaking strength of 200 to 1000 g / 5 cm. The sheet-like material is preferably corrugated, before it is formed into a filter material for cigarettes in the form of a filter rod. The filter stick when cut to lengths customary for tobacco smoke filters has a draft that is in the range of 30 to 200 mm water column at a flow rate of 17.5 ml / second with a 20 mm filter length measured as the pressure drop across the filter.
Die Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert:The invention is explained in more detail below in connection with the drawings:
Fig. 1 stellt eine Schemazeichnung eines für die Herstellung von Fibrets geeigneten Systems, die erfindungsgemäß Verwendung finden können, dar.Fig. 1 is a schematic drawing of a system suitable for the production of fibrets according to the invention Can be used.
Fig. 2 ist das Fließbild eines Verfahrens zur Herstellung des schichtähnlichen Materials gemäß der Erfindung. Figure 2 is a flow sheet of a process for making the sheet-like material according to the invention.
Fig. 3 ist die Seitenansicht einer Anordnung zum Riffeln des Schichtmaterials gemäß der Erfindung und zur Umwandlung des geriffelten Materials in ein zylindrisches Filterstäbchen.Fig. 3 is a side view of an arrangement for corrugating the sheet material according to the invention and for converting the corrugated material into a cylindrical filter rod.
Fig. 4 ist die Mikrofotografie der Celluloseacetatfibrets gemäß der Erfindung.Figure 4 is the photomicrograph of the cellulose acetate fibrets according to the invention.
Fig. 5 ist die Mikrofotografie des Schichtmaterials gemäß der Erfindung.Fig. 5 is the photomicrograph of the sheet material according to the invention.
In Fig. 1 ist schematisch die Herstellung einer hochfibrillierten Acetatfaser gemäß der Erfindung, d.h. eines Fibrets dargestellt. Wie aus der Zeichnung hervor-In Fig. 1 is a schematic of the production of a highly fibrillated Acetate fiber according to the invention, i.e. a fibret. As shown in the drawing
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geht, wird ein Vorrat an in Aceton oder gegebenenfalls in Essigsäure gelöstes Celluloseacetat durch ein Kapillarröhrchen gepumpt. Das Ende des Röhrchen ist in der Einschnürung eines Venturirohres angeordnet, durch das eine Koagulierungsflüssigkeit, üblicherweise heißes oder kaltes Wasser, hindurchgeführt wird. Die hohe Geschwindigkeit des Wasserstromes in dem Bereich der Einschnürung sorgt für die Abschwächung des Spinnlösungsstromes und extrahiert zusätzlich das Lösungsmittel dieser Lösung, wobei ein Fibret gebildet wird. Durch Veränderung der Konzentration der Spinnlösung, des Wasserflusses, der Wassertemperatur oder durch Hinzufügen anderer Lösungsmittel zu dem wäßrigen Strom können die Teilchengröße, der Grad der Fibrillierung und die Länge der Fibrets reguliert werden. Spezielle Bedingungen für die Vorrichtung und das Verfahren zur Herstellung der Fibrets gemäß dieser Methode werden im nachfolgenden Beispiel 2 erläutert. Die Vorrichtung gemäß Beispiel 2 ist ebenfalls eine Vorrichtung von der Art eines Venturirohres, doch wird die Spinnlösung oberhalb der Einschnürung des Venturirohres stranggepreßt. Beispiele von Fibrets, die gemäß Beispiel 2 erhalten worden sind, stellt Fig. 4 der Zeichnungen in Form einer Mikrofotografie mit 600facher Vergrößerung dar. Fibrets, die durch dieses Verfahren oder durch bekannte Verfahren hergestellt worden sind, können dann in ein Schichtmaterial eingearbeitet werden, wie es in Fig. 2 der Zeichnungen dargestellt ist.a supply of cellulose acetate dissolved in acetone or optionally in acetic acid is passed through a capillary tube pumped. The end of the tube is arranged in the constriction of a Venturi tube through which a coagulating liquid, usually hot or cold water, is passed through. The high speed of the water flow in the area of the constriction ensures the weakening of the spinning solution flow and additionally extracts the solvent of this solution, whereby a fibret is formed. By Changing the concentration of the spinning solution, the water flow, the water temperature or by adding Other solvents to the aqueous stream can include particle size, degree of fibrillation and the length of the fibrets can be regulated. Special conditions for the device and the method for Production of the fibrets according to this method are explained in Example 2 below. The device according to Example 2 is also a venturi type device, but the spinning solution is extruded above the constriction of the venturi tube. Examples of fibrets obtained according to Example 2 4 represents the drawings in the form of a photomicrograph at 600X magnification Fibrets made by this method or by known methods can then may be incorporated into a sheet material as shown in Figure 2 of the drawings.
Fig. 2 der Zeichnungen stellt ein Fließschema dar, das ein typisches Verfahren wiedergibt unter Einsatz einer Vorrichtung zum feuchten Ablegen eines Faservlieses für die Herstellung eines schichtförmigen Materials gemäß der Erfindung. Wie aus dem Fließschema zu erkennen ist, wird eine Fibretsaufschlämmung von einer Lieferstelle für Fibrets durch einen Holländer in ein Vorrats-Fig. 2 of the drawings is a flow chart depicting a typical process employing a Apparatus for moist laying down of a fiber fleece for the production of a layered material according to the invention. As can be seen from the flow sheet, a slurry of fibret is produced from a delivery point for fibrets by a Dutchman in a storage
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gefäß überführt, in den eine Aufschlämmung von Stapelfasern aus einem Stapelfaservorrat eingegeben wird. In der Mischvorrichtung wird die sich bildende fließfähige Masse bewegt, um die gleichmäßige Dispergierung der Feststoffe zu erreichen, und die vorhandene Flüssigkeitsmenge wird eingestellt. Die Mischvorrichtung versorgt den Kopfbehälter der Fourdrinier-Maschine, wo die wäßrige Schicht abgelegt, dann durch den Trockner geführt und schließlich zu der Produktspule weitertransportiert wird. Ein Beispiel des auf diese Weise erhaltenen schichtähnlichen Materials ist in Fig. 5 der Zeichnungen in einer Aufnahme mit 10Ofacher Vergrößerung dargestellt. Es ist in Fig. 5 zu erkennen, daß die Fibrets mit sich selbst und den Stapelfasern verschlungen sind und ineinandergreifen unter Ausbildung einer physikalischen Bindung. Dieser Bindungseffekt wird durch die Tatsache belegt, daß auf ähnliche Weise hergestellte Faservliese aus Stapelfasern im wesentlichen keine Reißfestigkeit aufweisen.transferred vessel into which a slurry of staple fibers from a staple fiber supply is entered. In the mixing device is used to move the flowing mass that forms in order to ensure the uniform dispersion of the To reach solids, and the amount of liquid present is adjusted. The mixing device supplies the head container of the Fourdrinier machine, where the aqueous layer is deposited, then through the dryer is guided and finally transported on to the product reel. An example of this way The sheet-like material obtained is shown in Fig. 5 of the drawings in a photograph at 10O magnification shown. It can be seen in Fig. 5 that the fibrets with themselves and the staple fibers are intertwined and interlock to form a physical bond. This binding effect is evidenced by the fact that on similar Wise produced nonwovens from staple fibers have essentially no tear strength.
Das auf der Spule befindliche Schichtmaterial wird dann weiter verarbeitet mittels der in Fig. 3 wiedergegebenen Anordnung. Eine Bahn 2, die auf eine geeignete Breite geschnitten ist, wird von der Lieferwalze 1 in den Spalt eines angetriebenen Paares von Riffelwalzen geführt, wobei die Riffelwalzen 3 so ausgestaltet sind, daß sie Falten, Rillen und teilweise Einrisse längs der Laufrichtung der Bahn 2 hervorrufen. Ein Gerät 4 zur Verhinderung elektrostatischer Aufladungen ist im Anschluß an die Riffelwalzen 3 angeordnet, um das Ankleben der Bahn 2 an einer der Riffelwalzen 3 zu verhindern. Das geriffelte Schichtmaterial 2 wird dann über eine Antriebswalze 5 weitergeführt in den Einlaßtunnel 6 einer Filterstabproduktionsmaschine zusammen mit einem Umhüllungsstreifen 7, der von der Vorratsrolle 8 zugeführt wird. Das in Querrichtung gekräuselteThe layer material located on the spool is then processed further by means of that shown in FIG. 3 Arrangement. A web 2 cut to a suitable width is fed from the delivery roller 1 in the gap of a driven pair of corrugating rollers out, the corrugating rollers 3 are designed so that they cause folds, grooves and partial tears along the running direction of the web 2. One device 4 to prevent electrostatic charges is arranged in connection with the corrugated rollers 3 to prevent sticking the web 2 to prevent one of the corrugating rollers 3. The corrugated sheet material 2 is then Continued via a drive roller 5 into the inlet tunnel 6 of a filter rod production machine with a wrapping strip 7 which is fed from the supply roll 8. The one curled in the transverse direction
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und in Längsrichtung geriffelte Schichtmaterial verläßt mit zylindrischer Umhüllung den Kanal 6, dessen vorstehende Kante 9 mittels eines Applikators 10 mit einem Klebemittel versehen ist, worauf das mit Klebstoff versehene Filterstäbchen dann durch das erhitzte Formwerkzeug 11 hindurchgeführt und das endgültige Filterstäbchen 12 geformt v/ird. Die gesamte Apparatur zur Herstellung der Filterstäbchen ist in geeigneter Weise mittels eines endlosen Transportbandes 13 angetrieben, das selbst durch die Antriebswellen 14 bewegt wird. Das auf diese Weise erhaltene Filterstabmaterial 12 kann dann in geeigneter Weise auf passende Längenabschnitte geteilt werden, die dann anschließend in Zigarettenfilterstäbchen geschnitten werden.and in the longitudinal direction corrugated layer material leaves with a cylindrical envelope the channel 6, its protruding Edge 9 is provided with an adhesive by means of an applicator 10, whereupon the adhesive provided filter rods then passed through the heated mold 11 and the final Filter rod 12 molded from. The entire apparatus for producing the filter rods is suitable Way driven by means of an endless conveyor belt 13, which moves itself through the drive shafts 14 will. The filter rod material 12 obtained in this way can then be adapted in a suitable manner Length sections are divided, which are then cut into cigarette filter sticks will.
Wie bereits früher ausgeführt, enthält das Schichtmaterial gemäß der Erfindung ein zusammenhängendes Vlies aus Celluloseester-Stapelfasern und etwa 5 bis 35 % Celluloseesterfibrets, bezogen auf das Gewicht des fertigen Schichtmaterials. Vorzugsweise enthält das Filtermaterial gemäß der Erfindung etwa 10 bis 20 % Celluloseesterfibrets. Es ist weiterhin bevorzugt, daß sowohl die Stapelfasern als auch die Fibrets aus Celluloseacetat bestehen. Das Filtermaterial gemäß der Erfindung ist weiterhin gekennzeichnet durch eine Ober-As stated earlier, the layer material according to the invention contains a coherent one Nonwoven made of cellulose ester staple fibers and about 5 to 35% cellulose ester fibrets, based on weight of the finished layer material. Preferably, the filter material according to the invention contains about 10 to 20% cellulose ester fibrets. It is also preferred that both the staple fibers and the fibrets consist of cellulose acetate. The filter material according to the Invention is further characterized by an upper
2
fläche zwischen etwa 1 und 5 m /g, einer Durchlässigkeit2
area between about 1 and 5 m / g, a permeability
Δ P einer einen Durchmesser von 25,4 mm aufweisendenΔ P having a diameter of 25.4 mm
runden Scheibe zwischen etwa 1 und 70 mm bei einerround disc between about 1 and 70 mm for a
Durchflußgeschwindigkeit von 200 ml/Minute. Vorzugs-Flow rate of 200 ml / minute. Preferential
weise hat das Filtermaterial jedoch eine Oberfläche zwischen etwa 2 und 5 m /g.However, the filter material has a surface area between about 2 and 5 m / g.
Wie bereits früher angegeben, können die im Filtermaterial gemäß der Erfindung verwendeten Fibrets nach an sich bekannten Methoden des Standes der TechnikAs stated earlier, the fibrets used in the filter material according to the invention can prior art methods known per se
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hergestellt werden, beispielsweise nach den Verfahren der US-PSen 3 342 991 und 3 441 473, gemäß denen eine verdünnte Spinnlösung eines Celluloseester mittels Luft in die Atmosphäre versprüht und dann in einem Wasserbau abgeschreckt werden oder durch das in der US-PS 2 988 469 beschriebene Verfahren, gemäß dem eine Celluloseacetatspinnlösung in einen mit hoher Geschwindigkeit nur einseitig ausgerichteten, freifließenden Gasstrahl unter Faserbildung stranggepreßt wird ohne die Bildung von Kügelchen. Die Herstellung der Fibrets, die in dem Filtermaterial gemäß der Erfindung Verwendung finden, erfolgt vorzugsweise entsprechend der Lehre der Beschreibung von Fig. 1 oder in Übereinstimmung mit der Lehre der US-Anmeldung 6 38 242 vom 8. Dezember 1975, die ein Rotationsspinnverfahren beschreibt. Dieses Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf: 1) Es wird eine Spinnlösung eines Celluloseester gebildet, die vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-% Celluloseester enthält, und zwar in einem Lösungsmittel, das etwa 2 bis 20 Gew.-% einer nichtlösenden Flüssigkeit enthält, die mit dem Lösungsmittel für den Celluloseester mischbar ist und außerdem 80 bis 98 Gew.-% eines Lösungsmittels für den Celluloseester enthält, das mit dem Nichtlöser mischbar ist.be prepared, for example by the method of US Patents 3,342,991 and 3,441,473, according to which a dilute spinning solution of a cellulose ester is sprayed into the atmosphere by means of air and then in a Hydraulic engineering are quenched or by the method described in US Pat. No. 2,988,469, according to which a Cellulose acetate spinning solution into a free-flowing one that is only unidirectional at high speed The gas jet is extruded with fiber formation without the formation of spheres. The manufacture of the fibrets, which are used in the filter material according to the invention is preferably carried out in accordance with the teaching the description of Fig. 1 or in accordance with the teaching of US application 6 38 242 dated December 8, 1975, which describes a rotary spinning process. This procedure has the following procedural steps: 1) A spinning solution of a cellulose ester is formed, which is preferably 5 to 15% by weight of cellulose ester contains, in a solvent that contains about 2 to 20 wt .-% of a non-solvent liquid, which is miscible with the solvent for the cellulose ester and also 80 to 98% by weight of a solvent for the cellulose ester, which is miscible with the nonsolvent.
2) Diese Celluloseesterspinnlösung wird durch geeignete Mittel, beispielsweise durch Pumpen, durch eine rotierende Einheit zu der Spinnöffnung geleitet.2) This cellulose ester spinning solution is by suitable means, for example by pumping, by a rotating Unit passed to the spinning orifice.
3) Eine im wesentlichen zylindrische Scheibe, die um ihre Achse rotiert, wird in einem erhitzten Koagulationsbad angeordnet, und dieses Bad enthält im wesentlichen einen Nichtlöser für den Celluloseester und bis zu 10 Gew.-% eines organischen Lösungsmittels, das mit dem Nichtlöser mischbar ist.3) A substantially cylindrical disc rotating on its axis is placed in a heated coagulation bath arranged, and this bath contains essentially a nonsolvent for the cellulose ester and up to 10% by weight of an organic solvent which is miscible with the nonsolvent.
4) Das Koagulationsbad wird bei einer Temperatur von etwa 60°C bis zu einer Temperatur unterhalb des Siedepunktes des darin enthaltenen Nichtlösers gehalten,4) The coagulation bath is at a temperature of about 60 ° C to a temperature below the boiling point of the nonsolvent contained therein,
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vorzugsweise bei einer Temperatur bis 95°C.preferably at a temperature of up to 95 ° C.
5) Zusätzliche Flüssigkeit, die hinsichtlich ihrer Zusammensetzung im wesentlichen mit der Zusammensetzung des Koagulierungsbades übereinstimmt, wird in dieses Koagulierungsbad und über den Umfang der rotierenden Scheibe hinausgepumpt mit einer Fließgeschwindigkeit von mindestens 0,5 l/Minute pro Spinnöffnung, vorzugsweise mit mindestens 1 l/Minute pro Spinndüsenöffnung.5) Additional liquid, regarding its composition essentially corresponds to the composition of the coagulating bath, is used in this Coagulating bath and pumped out over the circumference of the rotating disc at a flow rate of at least 0.5 l / minute per spinning opening, preferably with at least 1 l / minute per spinning nozzle opening.
6) Die Spinnlösung wird durch eine oder mehrere Spinn-Öffnungen oder Kapillarnadeln stranggepreßt, die sich auf dem Umfang der rotierenden Scheibe oder alternativ in einer Viand oder Platte befinden, die den Umfang der rotierenden Scheibe umgeben, wobei gegebenenfalls die Spinnlösung aus Spinnöffnungen, die auf der Wand oder auf dem Umfang der Scheibe angeordnet sind, in das Koagulierungsbad stranggepreßt wird, wobei die Spinnöffnungen einen Durchmesser in der Größenordnung von 0,12 bis 1 mm aufweisen.6) The spinning solution is extruded through one or more spinning orifices or capillary needles, which are located on the circumference of the rotating disk or alternatively in a viand or plate that extends the circumference of the Surrounding rotating disk, where appropriate, the dope from spinning orifices on the wall or are arranged on the circumference of the disc, is extruded into the coagulation bath, the Spinning orifices have a diameter on the order of 0.12 to 1 mm.
7) Die Celluloseesterspinnlösung wird in dem Koagulierungsbad ausgefällt, worauf das Ausgefällte aus dem Bad entfernt wird.7) The cellulose ester dope is precipitated in the coagulating bath, whereupon the precipitated out removed from the bathroom.
8) Die ausgefällten Fibrets werden einem Sieden unterworfen, vorzugsweise in Wasser, für mindestens 5 Minuten, vorzugsweise für 10 bis 30 Minuten, um restliches organisches Lösungsmittel zu entfernen und um das Aufblähen und die Fixierung der porösen Fibrillenstruktur herbeizuführen.8) The precipitated fibrets are subjected to boiling, preferably in water, for at least 5 minutes, preferably for 10 to 30 minutes to remove residual organic solvent and to prevent puffing and bring about the fixation of the porous fibril structure.
9) Die Fibrets werden dann homogenisiert und die Teilchengröße der Celluloseesterfibrets reduziert.9) The fibrets are then homogenized and the particle size of the cellulose ester fibrets is reduced.
lo) Schließlich werden die Celluloseesterfibrets gegebenenfalls einem Trockenvorgang unterworfen, um die für die Herstellung des Filtermaterials gemäß der Erfindung zum Einsatz kommenden Fibrets teilweise oder völlig zu trocknen.lo) Finally, the cellulose ester fibrets are optionally subjected to a drying process in order to produce the filter material according to the invention to partially or completely dry the fibrets used.
Die Spinnlösung enthält als Celluloseester beispiels-As a cellulose ester, the spinning solution contains, for example
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weise Celluloseacetat, Cellulosetriacetat, Celluloseacetatbutyrat, Benzylcellulose oder deren Gemische. Vorzugsweise werden die Fibrets aus Celluloseacetat hergestellt, das in einem aus zwei mischbaren Komponenten bestehenden Lösungsmittel gelöst wird; einem organischen Lösungsmittel, wie Aceton, Methyläthylketon, Acetaldehyd oder Äthylacetat, sowie einem flüssigen Nichtlöser für den Celluloseester, wie beispielsweise Wasser, Methanol oder Äthanol. Der flüssige Nichtlöser macht etwa 2 bis 20 Gew.-% des Lösungsmittelgemisches aus. Das bevorzugte organische Lösungsmittel ist Aceton, das mit dem bevorzugten Nichtlöser, nämlich dem Wasser, mischbar ist. Die Konzentration des Celluloseester in dem Lösungsmittelgemisch sollte etwa 5 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 8 Gew.-%, betragen. Bei einem Celluloseestergehalt von weniger als 5 Gew.-% ist das Verfahren wirtschaftlich uninteressant. Da die organischen Lösungsmittel während des Verfahrens abdampfen und verschiedene Probleme bezüglich der Wiedergewinnung des Lösungsmittels und hinsichtlich der Anwesenheit eines entflammbaren flüchtigen Lösungsmittels in der Atmosphäre mit sich bringen können, ist es erwünscht, die Menge des organischen Lösungsmittels einerseits so niedrig wie möglich zu halten und andererseits das erwünschte Produkt zu gewinnen. Hinzu kommt, daß durch das Einstellen des Feststoffgehaltes der Spinnlösung auf vergleichsweise niedrige Werte eine Spinnlösung erhalten wird, die auch eine relativ niedrige Viskosität hat und viel leichter zu handhaben und auch strangzupressen ist, ohne daß die Spinnöffnungen in bedeutendem Umfange verklebt werden. Mineralische Zusätze, wie beispielsweise TiO?, BaSO. und Al2O-, können der Spinnlösung, falls erwünscht, zugegeben werden. Sind solche Zusätze vorhanden, so können sie in Mengen bis zu 50 Gew.-% des Celluloseacetats als Teil der Gesamtfeststoffe in die Spinnlösung eingeführt werden, und zwar mitwise cellulose acetate, cellulose triacetate, cellulose acetate butyrate, benzyl cellulose or mixtures thereof. The fibrets are preferably made from cellulose acetate which is dissolved in a solvent consisting of two miscible components; an organic solvent such as acetone, methyl ethyl ketone, acetaldehyde or ethyl acetate, and a liquid non-solvent for the cellulose ester such as water, methanol or ethanol. The liquid nonsolvent makes up about 2 to 20% by weight of the solvent mixture. The preferred organic solvent is acetone, which is miscible with the preferred nonsolvent, namely water. The concentration of the cellulose ester in the solvent mixture should be about 5 to 15% by weight, preferably 5 to 8% by weight. If the cellulose ester content is less than 5% by weight, the process is economically unattractive. Since the organic solvents evaporate during the process and can cause various problems with regard to the recovery of the solvent and with regard to the presence of a flammable volatile solvent in the atmosphere, it is desirable to keep the amount of the organic solvent as low as possible on the one hand and on the other hand to win the desired product. In addition, by setting the solids content of the spinning solution to comparatively low values, a spinning solution is obtained which also has a relatively low viscosity and is much easier to handle and also to extrude without the spinning orifices becoming significantly clogged. Mineral additives such as TiO ? , BaSO. and Al 2 O- can be added to the spinning solution if desired. If such additives are present, they can be incorporated into the spinning solution in amounts up to 50% by weight of the cellulose acetate as part of the total solids
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einer durch Mahlen in der Kugelmühle erhaltenen geringen Teilchengröße.a small particle size obtained by ball milling.
Die Celluloseester gemäß der Erfindung werden vorzugsweise gewonnen aus einem Acetylierungsholzzellstoff mit mehr als 90 Gew.-% Hemicellulose. Allerdings können auch geringere Qualitäten Holzzellstoff Verwendung finden, d.h. Holzzellstoff mit einem Hemicellulosegehalt von 5 bis 10 Gew.-%. Entsprechend werden vorzugsweise Celluloseester hoher Reinheit verwendet. Die Reinheit ist mit der Filtrierbarkeit gleichzusetzen, die die Kilogrammenge gelösten Esters wiedergibt, die filtriert werden kann durch für diesen Zweck typische Filtrationsmedien, bevor das Medium in einem unerwünschten Ausmaße verstopft. Filterbereichwerte zwischenThe cellulose esters according to the invention are preferably obtained from an acetylation wood pulp with greater than 90% by weight hemicellulose. However, lower grades of wood pulp can also be used find, i.e. wood pulp with a hemicellulose content of 5 to 10% by weight. Accordingly, are preferred Cellulose ester of high purity used. The purity is to be equated with the filterability, which represents the number of kilograms of dissolved ester that can be filtered through typical for this purpose Filtration media before the media clogs to an undesirable extent. Filter range values between
126,418 und 252,837 kg.dm2 (30 bis 60 Ib.ft.2) sind charakteristisch für handelsübliche für den Textilsektor abgestimmte Ester. Für die Herstellung der erfindungsgemäß zum Einsatz kommenden Fibrets sind jedoch auch Celluloseester mit Filterbereichwerten unter 2126.418 and 252.837 kg.dm 2 (30 to 60 Ib.ft. 2 ) are characteristic of commercially available esters tailored for the textile sector. For the production of the fibrets used according to the invention, however, cellulose esters with filter range values below 2 are also suitable
126,418 kg.dm geeignet. Dies bedeutet, daß die Fibrets gemäß der Erfindung auch aus Celluloseestern hergestellt werden können, deren Reinheitsgrad geringer ist als der, der für die Filamentbildung normalerweise als annehmbar betrachtet wird.126.418 kg.dm suitable. This means that the fibrets according to the invention can also be produced from cellulose esters whose degree of purity is lower than that which is normally considered acceptable for filament formation.
Werden die zur Verwendung im Filtermaterial gemäß der Erfindung verwendeten Fibrets durch das Sprühspinnverfahren gemäß der Beschreibung von Fig. 1 der Zeichnungen hergestellt, so wird vorzugsweise Wasser von hohem Druck als Sprühmedium verwendet. Bei Verwendung von Wasser wird ein sanft verlaufendes, die Spinnöffnung nicht verstopfendes Sprühverfahren erreicht, und die Dimensionen des ausgefällten Produktes scheinen feiner zu sein als die des Produktes, das gemäß der Lehre der US-Anmeldung 638 242 vom 8. Dezember 1975The fibrets used for use in the filter material according to the invention are obtained by the spray spinning process prepared in accordance with the description of FIG. 1 of the drawings, water is preferably used by high pressure used as the spray medium. When using water, a gently flowing, the spinning opening Achieved non-clogging spray process, and the dimensions of the precipitated product seem to be finer than that of the product made in accordance with the teaching of U.S. Application 638,242 dated December 8, 1975
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erhalten wird. Durch Änderung des Wasserflusses und der Temperatur kann die Länge der Fibrets variiert werden. Kaltes Wasser und/oder hohe Durchströmungsgeschwindigkeit verringert die Länge der Fibrets. Die Spinnlösung enthält vorzugsweise 10 % Feststoffe, gelöst in einem aus 90 % Aceton und 10 % Wasser bestehenden Lösungsmittel. Feststoffkonzentrationen zwischen 5 und 12 % können verwendet werden, mit höheren Konzentrationen wird ein gröberes Fasermaterial erhalten, während niedrigere Konzentrationen wirtschaftlich unerwünscht sind. Das Lösungsmittelgemisch kann zwischen 100 % Aceton und 60 % Aceton und 40 % Wasser liegen, ohne die Produkteigenschaften wesentlich zu beeinflussen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß jede Celluloseesterspinnlösungzusammensetzung im Sprühspinnverfahren gemäß der Beschreibung von Fig. 1 verwendet werden kann, die im Verfahren der US-Anmeldung 638 242 vom 8. Dezember 1975 als geeignet bezeichnet ist. Mineraltracer, wie beispielsweise TiO2, BaSO. und Al3O3 können, falls erwünscht, ebenfalls in den Spinnlösungen enthalten sein.is obtained. The length of the fibrets can be varied by changing the water flow and the temperature. Cold water and / or high flow rates reduce the length of the fibrets. The spinning solution preferably contains 10% solids dissolved in a solvent consisting of 90% acetone and 10% water. Solids concentrations between 5 and 12% can be used, with higher concentrations a coarser fiber material is obtained, while lower concentrations are economically undesirable. The solvent mixture can be between 100% acetone and 60% acetone and 40% water without significantly affecting the product properties. It should be understood, however, that any cellulose ester dope composition may be used in the spray spinning process as described in FIG. 1, identified in the process of U.S. Application 638,242 dated December 8, 1975 as being useful. Mineral tracers such as TiO 2 , BaSO. and Al 3 O 3 may also be contained in the spinning solutions, if desired.
Die bevorzugten Fibrets gemäß der Erfindung haben eine besonders große Oberfläche pro Gewichtseinheit. Während übliche Celluloseacetatfilamente eine Oberfläche von etwa 0,25 m /g besitzen, weisen die Celluloseesterfibrets, die für die Herstellung des Filtermaterials gemäß der Erfindung verwendet werden, in den meisten Fällen Oberflächen im Bereich von etwa 12 bis 25 m /g auf, haben aber im wesentlichen immer Oberflächen vonThe preferred fibrets according to the invention have a particularly large surface area per unit weight. While common cellulose acetate filaments have a surface area of The cellulose ester fibrets, which are used for the production of the filter material, have about 0.25 m / g used in accordance with the invention, in most cases surfaces in the range of about 12 to 25 m / g but essentially always have surfaces of
2
mehr als 5,0 m /g.2
more than 5.0 m / g.
wie bereits erwähnt worden ist, handelt es sich bei den verwendeten Celluloseester-Stapelfasern zweckmäßig um ein Material der üblichen Art mit einer Faserlänge von etwa 3,175 bis 15,875 mm Länge und einem Einzeltiter von etwa 1,0 bis 8,0 den. Vorzugsweise haben die Stapel- as has already been mentioned, it is used in the Celluloseester staple fibers useful for a material of the conventional type having a fiber length of about 3.175 to 15.875 mm length and a denier of about 1.0 to 8.0 to. Preferably the stacking
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fasern eine Länge von 6,35 bis 9,525 mm Länge und einen Einzeltiter von etwa 1,4 bis 3,0 den. Der Faserquerschnitt kann die normale runde Form haben, wie sie beim Spinnen durch eine runde Spinnöffnung gebildet wird, oder kann andere Querschnittsformen haben, wie sie beim Strangpressen durch nicht-runde Spinnöffnungen gebildet werden, beispielsweise Querschnitte in Form eines Y, eines X oder einer Hantel (dog bone). Die Celluloseester-Stapelfasern können aus Celluloseacetat, Cellulosepropionat, Cellulosebutyrat, Cellulosebenzoat, Celluloseacetatformiat, Celluloseacetatpropionat, Celluloseacetatbutyrat oder deren Gemischen bestehen. Die Ester können gereift und acetonlöslich sein, wie übliches Celluloseacetat, oder sie können im wesentlichen voll verestert sein, d.h. weniger als 0,29 freie Hydroxylgruppen pro Anhydroglucoseeinheit enthalten, wie beispielsweise Cellulosetriacetat. Die bevorzugten Celluloseester-Stapelfasern sind Celluloseacetatfasern.fibers a length of 6.35 to 9.525 mm in length and a single denier of about 1.4 to 3.0 den. The fiber cross-section can have the normal round shape, as it is formed by a round spinning opening during spinning, or can have other cross-sectional shapes such as those formed in extrusion by non-round spinning orifices are, for example, cross-sections in the form of a Y, an X or a dumbbell (dog bone). The cellulose ester staple fibers can be made from cellulose acetate, cellulose propionate, cellulose butyrate, cellulose benzoate, cellulose acetate formate, Cellulose acetate propionate, cellulose acetate butyrate or mixtures thereof exist. The esters can be ripened and acetone soluble, like common cellulose acetate, or they can be substantially full be esterified, i.e. contain less than 0.29 free hydroxyl groups per anhydroglucose unit, such as Cellulose triacetate. The preferred cellulose ester staple fibers are cellulose acetate fibers.
Wie im Zusammenhang mit Fig. 2 der Zeichnungen erläutert worden ist, kann das schichtähnliche Material gemäß der Erfindung aus einer Aufschlämmung von Celluloseester-Stapelfasern und den Celluloseesterfibrets in Wasser hergestellt werden. Zwischen 5 und 35 %, vorzugsweise zwischen 10 und 20 % Fibrets, bezogen auf das Gewicht des verwendeten Fasermaterials, sollten zugegen sein. Feststoffe können zwischen 0,005 und 0,1 % und vorzugsweise zwischen 0,01 und 0,03 % in der Aufschlämmung enthalten sein.As explained in connection with Figure 2 of the drawings has been, the sheet-like material according to the invention can be made from a slurry of cellulose ester staple fibers and the cellulose ester fibrets are made in water. Between 5 and 35%, preferably between 10 and 20% fibrets, based on the weight of the fiber material used, should be present be. Solids can be between 0.005 and 0.1%, and preferably between 0.01 and 0.03% in the slurry be included.
Die Stapelfasern und die Fibrets sollten gründlich miteinander vermischt und gleichmäßig in der Aufschlämmung verteilt sein. Dies kann durch Rühren oder Mischen, entweder manuell oder mit irgendeinem üblichen Mischapparat erreicht werden. Die Stapelfasern und Fibrets können dem Wasser einzeln zugegeben und vermischt werden. SindThe staple fibers and the fibrets should be raked together mixed and evenly distributed throughout the slurry. This can be done by stirring or mixing, either manually or with any conventional mixing apparatus. The staple fibers and fibrets can can be added to the water individually and mixed. Are
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die Fibrets jedoch unter Verwendung von Wasser als siedendes Medium für das Ausdehnen und die Stabilisierung der porösen Fibrillarstruktur hergestellt worden, kann der aus Fibrets und Wasser bestehende Kuchen, gegebenenfalls unter Zugabe von zusätzlichem Wasser, falls erforderlich, als Basis für die Aufschlämmung der Stapelfasern und der Fibrets in Wasser Verwendung finden, wobei in diesem Falle die Aufschlämmung hergestellt wird durch einfache Zugabe einer ausreichenden Menge von Stapelfasern zu dem Fibrets-Wasser-Gemisch.however, the fibrets using water as a boiling medium for expansion and stabilization the porous fibrillar structure has been produced, the cake consisting of fibrets and water, optionally with the addition of additional water, if necessary, as a base for slurrying the staple fibers and the fibrets in water are used, in which case the slurry is made by simply adding a sufficient amount of staple fibers to the fibret-water mixture.
Wie oben bereits erwähnt, wird die Aufschlämmung dann auf eine übliche Papiermaschine aufgegeben, um das schichtähnliche Material zu bilden, das als Filtermaterial Verwendung finden soll, beispielsweise in Schichtform für die Verwendung als Gesichtsmasken oder Gasmasken oder in gewellter und zusammengepreßter Form für die Verwendung als Zigarettenfilter. Zigarettenfilterstäbchen aus dem gewellten Filtermaterial gemäß der Erfindung zeigen gleiche oder höhere Filterwirksamkeit bei einem gegebenen Druckabfall als Stäbchen aus entsprechend gewellten Papierbahnen bei gleichzeitig erheblich verbessertem Geschmack.As mentioned above, the slurry is then fed onto a standard paper machine to make the to form layer-like material that is to be used as a filter material, for example in layer form for use as face masks or gas masks or in corrugated and compressed form for use as a cigarette filter. Cigarette filter sticks from the corrugated filter material according to the invention show the same or higher filter efficiency at a given pressure drop as a rod from correspondingly corrugated paper webs with significantly improved taste at the same time.
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert, wobei, sofern nichts anderes erwähnt ist, alle Teile Gewichtsteile und alle Prozentangaben Gewichtsprozente darstellen und alle Temperaturen in 0C angegeben sind.The invention is illustrated in more detail by the following examples, where, unless otherwise stated, all parts are parts by weight and all percentages are percentages by weight and all temperatures are given in ° C.
Zur Herstellung von rotationsgesponnenen Fibrets für das schichtähnliche Material gemäß der Erfindung wird eine 75 % Feststoffe enthaltende Spinnlösung von zur Faserherstellung geeignetem Celluloseacetat mit einem Acetylwert von etwa 55, die 90,5 Gew.-Teile Celluloseacetat-For the production of rotation-spun fibrets for the sheet-like material according to the invention, a 75% solids spinning solution of cellulose acetate suitable for fiber manufacture having an acetyl value of about 55, the 90.5 parts by weight of cellulose acetate
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flocken, 1080,0 Gew.-Teile Aceton und 120,0 Gew.-Teile Wasser enthält, hergestellt, indem zunächst Aceton und Wasser gemischt und dann die Celluloseacetatflocken zugegeben werden. Die Mischung wird leicht bewegt, bis das Celluloseacetat völlig gelöst ist. Dann werden 20 Gew.-% TiO- als Indikatormaterial, bezogen auf das Feststoffgewicht der Spinnlösung, zugegeben. Unter Verwendung der Vorrichtung, die in der US-Anmeldung 608 416 beschrieben ist, wird die Spinnlösung in einen Vorratsbehälter eingebracht und dann mittels einer Zahnradpumpe durch eine Leitung zu der durchgehenden Hohlwelle einer rotierenden Einheit in das Innere einer hohlen Scheibe gepumpt, die einen Durchmesser von 15,24 cm aufweist und mit 2900 UpM rotiert (Umfangsgeschwindigkeit 1390 m/Minute). Die Scheibe taucht in ein Koagulationsbad für die Spinnlösung ein, das im wesentlichen aus Wasser besteht, das auf eine Temperatur zwischen 75° und 85°C aufgeheizt ist. Die hohle rotierende Scheibe hat drei auf ihrer Umfangsfläche angeordnete öffnungen von 0,35 mm Durchmesser. Die Scheibe rotiert innerhalb einer runden Wand oder einem Ring mit einem Abstand von etwa 4,762 mm von ihrer Umfangsflache. Auf einerTemperatur zwischen 75° und 85°C gehaltenes Wasser wird in den Koagulationsbehälter gepumpt und fließt durch den Ringraum zwischen der Wandung und dem Scheibenumfang mit einer Geschwindigkeit von 6,7 l/Minute/Öffnung. Durch die schnelle Ausfällung des Celluloseacetats und die Scher- und hohe Streckwirkung auf den aus den Spinnöffnungen austretenden Strom der Spinnlösung werden kurze, poröse Fasern mit einem hohen Fibrillierungsgrad gebildet.flakes, containing 1080.0 parts by weight of acetone and 120.0 parts by weight of water, prepared by first mixing acetone and water and then adding the cellulose acetate flakes. The mixture is gently agitated until the cellulose acetate is completely dissolved. Then 20 wt .-% TiO are added as an indicator material, based on the solids weight of the spinning solution. Using the device described in US application 608,416, the spinning solution is introduced into a storage container and then pumped by means of a gear pump through a conduit to the through-going hollow shaft of a rotating unit into the interior of a hollow disk having a diameter of 15.24 cm and rotates at 2900 rpm (peripheral speed 1390 m / minute). The disk is immersed in a coagulation bath for the spinning solution, which essentially consists of water heated to a temperature between 75 ° and 85 ° C. The hollow rotating disk has three openings, each 0.35 mm in diameter, arranged on its circumferential surface. The disc rotates within a circular wall or ring at a distance of about 4.762 mm from its peripheral surface. Water kept at a temperature between 75 ° and 85 ° C is pumped into the coagulation tank and flows through the annular space between the wall and the disc circumference at a rate of 6.7 l / minute / opening. The rapid precipitation of the cellulose acetate and the shearing and high stretching effects on the stream of spinning solution emerging from the spinning orifices result in the formation of short, porous fibers with a high degree of fibrillation.
Das Material wird dann zu der Oberfläche des Koagulationsbades geleitet und fließt auf ein Sammelsieb über, wo ein Teil des Wassers und des Acetons von dem faserförmigen Material abgetrennt wird. Das gesammelteThe material is then directed to the surface of the coagulation bath and flows onto a collecting screen about where some of the water and acetone is separated from the fibrous material. The collected
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Material wird dann etwa 20 Minuten bei einem Druck von 1,05 atü zum Sieden erhitzt, um restliches Lösungsmittel zu entfernen und die poröse Struktur zu festigen. Das fibrillierte Material wird dann in Wasser erneut dispergiert und durch einen Gaulin 15M-Homogenisator (Hersteller Gaulin Corporation, Everett, Massachusetts, USA) geführt, wo die Länge der Fibrets bei einem DruckMaterial is then heated to boiling for about 20 minutes at a pressure of 1.05 atmospheres to remove any remaining solvent to remove and to consolidate the porous structure. The fibrillated material is then put in water again dispersed and through a Gaulin 15M homogenizer (Manufacturer Gaulin Corporation, Everett, Massachusetts, USA) where the length of the fibrets at a pressure
von etwa 211 kg/cm auf etwa 500 pm oder weniger reduziert wird. Das fibrillierte Material wird dann unter Bildung eines Filterkuchens abgesaugt, der etwa 12 Gew.% Celluloseacetatfibrets und 88 % Wasser enthält. Die aus dem Koagulationsbad erhaltenen Fibrets haben eine relativ schlaffe Struktur und eine relativ kurze mittlere Faserlänge. Nach dem Homogenisieren und der Wärmebehandlung sind die Fibrets nicht mehr schlaff, sondern gefestigt und besitzen eine in gewissem Umfange aufgeblähte poröse Struktur. Die Fibrets sind im allgemeinen unregelmäßig geformt und haben eine Länge, die zwischen etwa 1 und 500 jam variiert, und einen Durchmesser von etwa 1 bis 50 pm. Die Fibrets und Stapelfasern von 6,35 mm Länge und einem Einzeltiter von 1,8, 3,0 und 8,0 den, die Y-Querschnitt besitzen, werden zu einem Schichtmaterial auf einer Laborvorrichtung zur Herstellung von Faservliesen geformt. Dazu werden die Fibrets 5 in einem Waring-Mischer in einer Konzentration von 0,5 % dispergiert, und diese Aufschlämmung wird weiterhin in 946 1 Wasser dispergiert, die 227 g Stapelfasern enthalten. Diese Aufschlämmung wird auf ein Messingsieb mit 60 χ 40 Maschen (60 χ 40 mesh brass screen) gepumpt, das sich mit 1,68 m/Minute bewegt. An das Netz wird Vakuum angelegt (203 bis 254 mmHg), um das Wasser zu entfernen; die gebildete Schicht wird dann auf ein Filzband abgelegt und schließlich zu zwei Dampftrocknern geführt, die unter einem Dampfdruck von 9,07 bis 13,6 kg stehen. Die auf diese Weise schließlich erhaltenen Schichten von 30,5 cm Breite haben eine Dicke vonreduced from about 211 kg / cm to about 500 µm or less will. The fibrillated material is then aspirated to form a filter cake which is about 12% by weight Contains cellulose acetate fibrets and 88% water. The fibrets obtained from the coagulation bath have a relative slack structure and a relatively short mean fiber length. After homogenization and heat treatment if the fibrets are no longer slack, they are firm and have a certain amount of puffiness porous structure. The fibrets are generally irregularly shaped and have a length that is between varies about 1 and 500 jam, and a diameter of about 1 to 50 pm. The fibrets and staple fibers of 6.35 mm in length and a single denier of 1.8, 3.0 and 8.0 denier having a Y cross section becomes a sheet material on a laboratory apparatus for manufacturing formed by nonwovens. For this purpose, the fibrets 5 are in a Waring mixer in a concentration of 0.5% dispersed, and this slurry is further dispersed in 946 l of water, the 227 g of staple fibers contain. This slurry is pumped onto a 60 χ 40 mesh brass screen, that moves at 1.68 m / minute. Vacuum (203 to 254 mmHg) is applied to the grid to keep the water in remove; the layer formed is then placed on a felt belt and finally to two steam dryers out, which are under a vapor pressure of 9.07 to 13.6 kg. The finally obtained in this way Layers 30.5 cm wide have a thickness of
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0,094 bis 0,097 nun und zeichnen sich durch die in der nachstellenden Tabelle I angegebenen Eigenschaften aus:0.094 to 0.097 now and are characterized by those in the properties given in Table I below:
Streifeng / 5 cm
Stripes
Aus den Schichten wurden Streifen von der unten angegebenen Breite geschnitten und durch erhitzte Riffelwalzen hindurchgeführt, die 25 Rillen pro 25,4 nun und eine Oberflächentemperatur von etwa 1200C aufwiesen. Die gev;ollten Streifen wurden zu einem Stab gerafft und mit Papier unter Bildung eines Filters von 90 mm Länge und 25 mm Umfang umhüllt. Diese Stäbe wurden in 20 mm lange Filter geschnitten und an 65 mm lange Tabaksäulen angefügt, um die Filterwirkung, d.h. die durch das Filter ent fernton Anteile in % zu bestimmen, und zwar in bezug auf die Rauchentfernung, die Nikotinentfernung und die Teerentfernung, die nachstellend als Rauchentfnrnungswirkungsgrad REW, Nikotinentfernungswirkungsgrad NEW und Teerentfernungswirkungsgrad TEW angegeben sind. Die hierbei erzielten Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle Il angegeben:Strips of the width given below were cut from the layers and passed through heated corrugated rollers which had 25 grooves per 25.4 mm and a surface temperature of about 120 ° C. The rolled strips were gathered into a stick and wrapped with paper to form a filter 90 mm long and 25 mm in circumference. These rods were cut into 20 mm long filters and attached to 65 mm long tobacco columns in order to determine the filter effect, that is, the percentage by the filter ent fernton, in relation to the smoke removal, the nicotine removal and the tar removal, the readjusting as smoke removal efficiency REW, nicotine removal efficiency NEW and tar removal efficiency TEW. The results achieved here are given in Table II below:
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fasernstack
fibers
Längeof 20 mm
length
Das Schichtmaterial mit Fasern von geringerem Einzeltiter scheint aus verschiedenen Gründen besser zu sein. In dem Schichtmaterial-Herstellungsverfahren werden die Fibrets besser eingelagert und eine weichere, leichter wellbare Schicht wird gebildet. Das resultierende Gewicht des Filters und der Druckabfall sind herabgesetzt und im Falle eines Einzeltiters von 1,8 den wird ein beachtlicher Anstieg des Wirkungsgrades erreicht.The layer material with fibers of lower single titre appears to be better for various reasons. In the sheet material manufacturing process, the Fibrets are better stored and a softer, more easily corrugated layer is formed. The resulting weight of the filter and the pressure drop are reduced, and in the case of a single titer of 1.8 den, a considerable increase in efficiency achieved.
Zur Herstellung von spritzgesponnenen Fibrets für das Filtermaterial gemäß der Erfindung wird wieder die im Beispiel 1 beschriebene Spinnlösung verwendet. Zur Anwendung kommt eine Düse und eine Glockenspinnmaschine der Firma Spraying Systems Company Set-up 22B, 3201 Randolph Street, Bellwood, Illinois 60104, USA. Die Spinnlösung wird in einen VorratsbehäLter eingefüllt und dann durch eine zentral angeordnete Spinndüse von 10,3 mm mit einer Geschwindigkeit von 420 g/Minute gepumpt. Das zum Ausfällen und Verfeinern zur Anwendung kommende Wasser von 60° bis 65°C wird durch drei Düsen gepumpt, die die Spinndüse umgeben, und zwar mit einer Geschwindigkeit von 9 bis 10 l/Minute bei einem DruckTo produce injection-spun fibrets for the filter material according to the invention, the im Example 1 described spinning solution used. A nozzle and a bell spinning machine are used from Spraying Systems Company Set-up 22B, 3201 Randolph Street, Bellwood, Illinois 60104, USA. The spinning solution is filled into a storage container and then pumped through a centrally located 10.3 mm spinneret at a rate of 420 g / minute. The water from 60 ° to 65 ° C used for precipitating and refining is passed through three nozzles that surround the spinneret, at a rate of 9 to 10 l / minute at one pressure
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2έ/ "2έ / "
von 12,6 atü. Das Gemisch aus Spinnlösung und Wasser tritt durch eine Öffnung mit einem Durchmesser von 2,8 mm, die 3,5 mm unterhalb der Spinndüse angeordnet ist, in ein mit Wasser gefülltes Rohr ein, wo die Fibrets ausgefällt werden. Die Fibrets werden dann gesammelt und gereinigt und gemä 5 dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren in Papier eingehüllt mit der Ausnahme, daß das Material bei Atmosphärendruck zum Sieden erhitzt und die Homogenisierung weggelassen wird.from 12.6 atm. The mixture of spinning solution and water passes through an opening with a diameter of 2.8 mm, which is arranged 3.5 mm below the spinneret, into a tube filled with water, where the fibrets are precipitated. The fibrets are then collected and cleaned and according to the example 1 wrapped in paper with the exception that the material is at atmospheric pressure heated to boiling and the homogenization is omitted.
Das Verfahren gemäß Beispiel 2 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß das spritzgesponnene Fibretsmaterial bei Atmosphärendruck zum Sieden gebracht und dann durch einen Gaulin-Homogenisator hindurchgeführt wurde.The procedure of Example 2 was repeated with the exception that the injection-spun fibret material brought to the boil at atmospheric pressure and then passed through a Gaulin homogenizer became.
Das Verfahren gemäß Beispiel 2 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß das spritzgesponnene Material unter Druck bei 120°C gekocht und dann durch Hindurchführen durch einen Gaulin-Homogenisator homogenisiert wurde.The procedure of Example 2 was repeated with the exception that the injection spun material was under Pressure boiled at 120 ° C and then homogenized by passing through a Gaulin homogenizer.
Die Proben der Beispiele 2, 3 und 4 wurden in schichtähnliche Bahnen umgewandelt und lieferten die in der nachstehenden Tabelle III angegebenen Werte:The samples of Examples 2, 3 and 4 were made into layer-like Lanes and gave the values given in Table III below:
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Tabelle 111Table 111
Inter- bzw. extra-poliert von höheren bzw. niedrigeren Druckabfallwerten.Inter- or extra-polished from higher or lower Pressure drop values.
Die größere Festigkeit des Schichtmaterials resultiert aus der bei höheren Temperaturen durchgeführten Trocknung mittels Dampf bei Drucken von 2,15 rJ und 3,15 atü.The greater strength of the layer material results from the drying carried out at higher temperatures by means of steam at pressures of 2.15 r J and 3.15 atm.
Wie aus den Angaben der Tabelle 111 erkennbar ist, wird durch das Kochen unter Druck und durch Homogenisierung ein feineres Material gewonnen, das eine weichere und leichter zu wellende Schicht bildet, die ihrerseits bei einem gegebenen Druckabfall eine bessere Wirkung hinsichtlich der Rauchentfernung zeigt.As can be seen from the information in Table 111, By cooking under pressure and by homogenizing a finer material obtained that is softer and forms a layer that is easier to corrugate, which in turn has a better effect at a given pressure drop shows in terms of smoke removal.
Um den Effekt der Fibretsmenge in dem schichtähnlichen Material gemäß der Erfindung zu ermitteln, wurden die rofat ionsgesponnenen Fibrets von Beispie] 1 und die spritzgesponnonen Fibrets von Hei spiel 4 mit Stapelfasern und Zi: 1 1 st,ο Γ fasern unter Bildung von Schichten kombiniert , die zwischen 5 und 10O Ί Fibrets (Mithielten. Die maßgebenden Daten sind in der nächst eilenden Tabelle ! Y v.'.i edcrgegt 'ben :In order to determine the effect of the amount of fibrets in the layer-like material according to the invention, the rofation-spun fibrets from Example 1 and the injection-molded fibrets from Hei game 4 were combined with staple fibers and Zi: 1 1 st, ο Γ fibers to form layers, those between 5 and 10O Ί fibrets (kept up. The relevant data are given in the next table! Y v. '. i given':
0 9 H 1 5/07080 9 H 1 5/0708
asas
Schicht- FiI- Druckfestig- ter- abfall keit ge- desLayer-FiI- compressive- strength waste
wicht Filters g/5 cm g mm WSweight filters g / 5 cm g mm WS
WirkungsgradEfficiency
REW NEW TEWREW NEW TEW
5 1,8x6,35 Spritz-5 1.8x6.35 spray
11,9 3,0x6,35 Rotations-11.9 3.0x6.35 rotary
15,8 3,0x6,35 Rotations-15.8 3.0x6.35 rotary
17.6 3,0x6,35 Rotations-23,1 3,0x6,35 Rotations-17.6 3.0x6.35 rotary 23.1 3.0x6.35 rotary
27.7 1,8x6,35 Rotations-30* 1,8x6,35 Spritz-27.7 1.8x6.35 rotary 30 * 1.8x6.35 spray
50 + Rotations-50 + rotational
75 + Rotations-75 + rotational
- Rotations-- rotational
Hergestellt auf einem handbetriebenen Noble-Woods-Gerät, Fibretsmenge bestimmt aus der Fibretkonzentration in der Aufschlämmung und der auf dem Sieb verbliebenen Menge.Manufactured on a hand-operated Noble Woods machine, Amount of fibret determined from the concentration of fibret in the slurry and the amount remaining on the sieve.
Zellstoffasern anstelle von StapelfasernPulp fibers instead of staple fibers
1010
Wie aus Tabelle IV zu erkennen ist, belegen die angegebenen Werte, daß die Fibretsmenge mit der Schichtfestigkeit in Wechselbeziehung steht, daß sie aber den Rauchentfernungswirkungsgrad bei Fibretsmengen unter 30 % nicht besonders beeinflußt. Sind Fibrets in einer Menge von 30 % oder mehr vorhanden, so ist die Schichtfestigkeit genügend hoch, so daß durch den Riffelvorgang die Struktur nicht genügend geöffnet wird, um ein gutes Filter zu erhalten. Demzufolge ist ein steigender Rückgang im Wirkungsgrad zu verzeichnen, wenn die Fibretsmenge über 30 % ansteigt. Außerdem ist das An-As can be seen from Table IV, the values given show that the amount of fibret depends on the strength of the layer is correlated but is subject to smoke removal efficiency at levels of fibret 30% not particularly affected. When fibrets are present in an amount of 30% or more, the layer strength is reduced high enough so that the corrugation process does not open the structure enough to allow a get good filter. As a result, there is an increasing decrease in efficiency when the The amount of fibret increases over 30%. In addition, the
809815/0708809815/0708
- -Λ -29- -Λ - 29
zeichen eines Ansteigens des Filtergewichtes mit steigender Fibretsmenge zu erkennen, so daß hohe Fibretsmengen aus wirtschaftlichem Gesichtspunkt heraus unerwünscht sind. Bei der niedrigen Fibretsmenge von 5 % sind die Werte des Rauchentfernungswirkungsgrades hoch, teilweise weil Stapelfasern mit niedrigem Einzeltiter verwendet wurden und zum anderen Teil infolge der Offenheit der gewählten Schicht. Die Schichtfestigkeit ist sehr niedrig, und das Material ist schwierig sowohl als Schicht zu handhaben als auch um daraus Filterstäbchen zu fertigen.To recognize signs of an increase in the filter weight with increasing amount of fibrets, so that high amounts of fibrets are undesirable from an economic point of view. At the low level of 5% fibrets, the smoke removal efficiency values are high, partly because of the low single denier staple fibers used and partly because of the openness of the layer chosen. The layer strength is very low and the material is difficult to handle both as a layer and to make filter rods from it.
Celluloseacetat-Stapelfasern mit einem Einzeltiter von 3 den und einer Länge von 6,35 mm wurden zusammen mit den Celluloseacetatfibrets des Beispieles 4 verwendet, um ein schichtähnliches Material herzustellen. Zur Anwendung kam eine 30,5 cm breite Laboratoriums-Fourdriniermaschine mit einem 90 χ 100 Maschensieb, und die Trocknungsbedingungen wurden so gewählt, daß nicht-gestrichene Schichten erhalten wurden (Verwendung von Trockenwalzen bei einem Dampfdruck von 0,7 Atm.). Das schichtähnliche Material wurde dann in Zigarettenfilter gemäß Fig. 3 der Zeichnungen umgewandelt. Die gemäß diesem Beispiel erzielten Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle V angegeben:Cellulose acetate staple fibers were mm having a denier of 3 deniers and a length of 6.35 used together with the Celluloseacetatfibrets of Example 4 to prepare a sheet-like material. A 30.5 cm wide laboratory Fourdrinier machine with a 90 χ 100 mesh screen was used, and the drying conditions were chosen so that uncoated layers were obtained (use of drying rollers at a steam pressure of 0.7 atm.). The sheet-like material was then converted into cigarette filters as shown in Figure 3 of the drawings. The results of this example are given in Table V below:
Schicht- Fi- Reiß- Druck- Filter- Wirkungsgrad gewicht brets festig- abfall gewichtLayer Fi- Tear Pressure Filter Efficiency weight boards solid waste weight
keit REW NEW TEW REW NEW TEW
g/m % g/5 cm mm WS g % % % g / m% g / 5 cm mm WS g %%%
20.0 13,6 100 39,5 0,126 54,8 50,0 53,1 35,5 11,9 228 40,5 0,116 57,2 51,5 54,0 20.0 13.6 100 39.5 0.126 54.8 50.0 53.1 35.5 11.9 228 40.5 0.116 57.2 51.5 54.0
41.1 13,2 325 40 0,139 56,6 50,0 52,041.1 13.2 325 40 0.139 56.6 50.0 52.0
809815/0708809815/0708
27447982744798
Celluloseacetat-Stapelfasern von 6,35 mm Länge und einem Einzeltiter von 1,8 den wurden zusammen mit den Celluloseacetatfibrets gemäß Beispiel 4 zur Herstellung eines schichtähnlichen Materials verwendet. Die Mengen der Stapelfasern und der Fibrets in der Ausgangsaufschlämmung wurden herabgesetzt auf 113 bzw. 32 g pro 946 1 Wasser. Es kam eine 30,5 cm breite Laboratoriums-Fourdriniermaschine mit einem 90 χ 100 Maschensieb zur Anwendung, und die Trocknungsbedingungen waren so, daß ungestrichene Schichten erhalten wurden (Verwendung von Trockenwalzen bei einem Dampfdruck von 0,7 Atm.). Die bei diesem Beispiel erzielten Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle VI angegeben:Cellulose acetate staple fibers of 6.35 mm in length and a single denier of 1.8 den were together with the Cellulose acetate fibrets according to Example 4 used to produce a layer-like material. The quantities the staple fibers and fibrets in the starting slurry were reduced to 113 and 32 g per each 946 1 water. A 30.5 cm wide laboratory Fourdrinier machine with a 90 χ 100 mesh screen was used Application, and the drying conditions were such that uncoated layers were obtained (use of drying rollers at a steam pressure of 0.7 atm.). The results obtained in this example are in in Table VI below:
Schicht- Fi- mitt- mitt- Wirkungsgrad beiLayer fi- mitt- mitt efficiency at
gewicht brets leres lerer 60 mm Druckabfallweight brets leres lerer 60 mm pressure drop
Filter- Druck- Filter pressure
gewicht abfall REW NEW TEWweight of waste REW NEW TEW
g/m % g mm WSg / m % g mm WS
26,8 17,3 0,148 52 71,0 66,5 68,4 37,3 16,5 0,118 43 68,0 65,7 64,926.8 17.3 0.148 52 71.0 66.5 68.4 37.3 16.5 0.118 43 68.0 65.7 64.9
Die Ergebnisse der Tabellen V und VI zeigen, daß ein optimales Schichtgewicht für Filter, die aus dem schichtähnlichen Material gemäß der Erfindung herge-The results of Tables V and VI show that an optimal layer weight for filters made from the layer-like material according to the invention
2 stellt werden, im Bereich zwischen 26 und 36 g/m existiert. Selbstverständlich ist dies so zu verstehen, daß dieses optimale Schichtgewicht auch noch von anderen physikalischen Parametern der Schicht abhängig ist.2 represents, exists in the range between 26 and 36 g / m. Of course, this is to be understood as that this optimal layer weight also depends on other physical parameters of the layer is.
Um den Wirkungsgrad der Zigarettenfilter aus der schichtähnlichen Bahn gemäß der Erfindung mit Zigarettenfiltermaterialien bekannter Art zu vergleichen,To improve the efficiency of the cigarette filter from the to compare layer-like web according to the invention with cigarette filter materials of known type,
809815/0708809815/0708
27U79627U796
wurde eine schichtähnliche Bahn gemäß dem nachstehenden Beispiel 7 hergestellt:became a sheet-like sheet according to the following Example 7 made:
Das Verfahren des Beispieles 6 wurde wiederholt unter Verwendung einer ausreichenden Menge Fibrets, um eine Schicht herzustellen, die 17,3 % Fibrets enthielt und The procedure of Example 6 was repeated using a sufficient amount of fibrets to produce a layer containing 17.3% fibrets and
2
ein Schichtgewicht von 26,8 g/m hatte. Die Schicht wurde dann in Längsrichtung gewellt und von Hand zu
einem Zigarettenfilter gerollt. Dieses Filter wurde dann mit im Handel erhältlichen Filtern verglichen. Die
wesentlichen Daten sind in der nachstehenden Tabelle2
had a layer weight of 26.8 g / m 2. The sheet was then corrugated lengthways and hand rolled into a cigarette filter. This filter was then compared to commercially available filters. The main data are given in the table below
VII aufgeführt:VII listed:
Rauchentfernungswirkungsgrad Smoke removal efficiency
Celluloseacetatstrang, Einzeltiter 3,3 den, Gesamttiter 44000 77 0,138Cellulose acetate strand, single titre 3.3 denier, total titer 44,000 77 0.138
Gewelltes Cellu-Corrugated cellu-
losepapier 80 0,208loose paper 80 0.208
Gewelltes Celluloseacetat vlies (17,3 % Fibrets) 80 0,158Corrugated cellulose acetate fleece (17.3% fibrets) 80 0.158
56,556.5
53,0 70,7 53.0 70.7
77,677.6
30 Wie aus den Angaben der Tabelle VII zu ersehen ist, ist es offensichtlich, daß das gewellte schichtähnliche Celluloseacetatmateria1 einen höheren Wirkungsgrad bezüglich der Rauchentfernung als andere Strukturen hat und stellt damit die bevorzugte Ausführungsform dar. Wenn 30 As can be seen from the data in Table VII, it is evident that the corrugated sheet-like Celluloseacetatmateria 1 of the smoke removal than other structures has a higher efficiency with respect to and thus represents the preferred embodiment. If
809815/0708809815/0708
27U79627U796
39,39
Wenn jedoch für verschiedene Zwecke, beispielsweise wenn von Rauchern bevorzugt, es erwünscht ist, die Filterherstellung zu ändern oder den Filtrationswirkungsgrad herabzusetzen, kann das schichtähnliche Material geschnitzelt oder genadelt werden statt gewellt, bevor es zu einem Filter gerollt wird. Außerdem ist es möglich, Zellstoff dem Gemisch aus Cellulosefibrets und Cellulosestapelfasern, die zur Herstellung des schichtähnlichen Materials gemäß der Erfindung verwendet werden, beizumischen. Um die zuvor erwähnte Herabsetzung der Filterwirkung zu demonstrieren, wurde das schichtähnliche Material des Beispieles 7 vor dem Handrollen genadelt, vor dem Handrollen geschnitzelt und mit Zellstoff gestreckt. Die wesentlichen Daten hierfür sind in der nachstehenden Tabelle VIII angegeben :However, if for various purposes, for example if preferred by smokers, it is desirable to use the The layer-like material can change the manufacture of the filter or reduce the filtration efficiency chopped or needled instead of curled before rolling into a filter. Besides, it is possible to use pulp, the mixture of cellulose fibrets and cellulose staple fibers, which are used to produce the layer-like material are used according to the invention to be mixed. To the aforementioned reduction To demonstrate the filter effect, the layer-like material of Example 7 was before Hand rolls needled, carved before hand rolls and stretched with cellulose. The essential data for this are given in the following table VIII:
Filteraufbau Druck- Filter- Rauchentfernungsabfall gewicht wirkungsgradFilter structure pressure filter smoke removal waste weight efficiency
(mm WS) (g)(mm WS) (g)
Genadeltes Cellu-Needled cellu-
loseacetatvlies 81 0,126 69,5loose acetate fleece 81 0.126 69.5
Gewelltes Vlies
aus Celluloseacetatschnitzeln 81 0,138 67,0Corrugated fleece
from cellulose acetate chips 81 0.138 67.0
Vlies aus Celluloseacetat mit
einem Einzeltiter
von 1,8 den und
17,5 % Zellstofffasern 80 0,147 66,0Cellulose acetate fleece with
a single titer
of 1.8 den and
17.5% cellulose fibers 80 0.147 66.0
Das am meisten bevorzugte Mittel zur Anpassung des Rauchentfernungswirkungsgrades des schichtähnlichen Materials gemäß der Erfindung ist die Beschichtung des gewellten schichtähnlichen Materials mit einem Celluloseacetatstrang vor der Bildung der Filterstäbchen. Die Herstellung solcher beschichteten Filter wird be-Most preferred means of adjusting the smoke removal efficiency of the sheet-like material according to the invention, the corrugated sheet-like material is coated with a cellulose acetate strand before the formation of the filter rods. The production of such coated filters is
809815/0708809815/0708
schrieben in dem US-PS 3 396 061. Bevorzugt wird jedoch das beschichtete Material gleichzeitig gewellt. Wenn beispielsweise das gewellte Schichtmaterial des Beispieles 7 beschichtet und gleichzeitig gewellt wird mit einem Celluloseacetatstrang mit einem Einzeltiter von 3,3 den auf einer 50:50 Gewichtsbasis, so wird gefunden, daß ein Zigarettenfilter mit einem Gewicht von 0,154 g und einem Druckabfall von 78 mm WS einen Rauchentfernungswirkungsgrad von 65,9 % hat.described in U.S. Patent 3,396,061. However, it is preferred the coated material corrugated at the same time. For example, if the corrugated sheet material of the Example 7 is coated and at the same time corrugated with a cellulose acetate strand with a single titer of 3.3 denier on a 50:50 weight basis, a cigarette filter is found to weigh 0.154 g and a pressure drop of 78 mm WS has a smoke removal efficiency of 65.9%.
Um die Wirkungsweise der Vliese aus Fibrets und Stapelfasern bei schichtförmigen Filtrationsanwendungen zu untersuchen, wurden Proben von Schichten gemäß dem Verfahren des Beispieles 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß eine von Hand betätigte Schichtbildungsapparatur (Nobel und Woods) eingesetzt wurde. Celluloseacetat und Polyesterstapelfasern, die unterschiedliche Mengen Fibrets enthielten, wurden zur Herstellung der Schichten verwendet. Diese wurden in Scheiben von 1 3/4 Durchmesser geschnitten und in Cambridge-Filterkissenhalter eingespannt, um ihren Wirkungsgrad für die Entfernung von Tabakrauch zu testen, der in diesem Falle als repräsentatives Aerosol für einen Partikelbereich zwischen 0,1 und 1,0 angesehen wird. Zwei Arten von Proben wurden hergestellt, wobei eine aus normalen dünnen Schichten (0,1 bis 1,2 mm dick) und die andere aus dicken Schichten (1,4 bis 1,6 mm dick) bestand, was in etwa dem Druckabfall eines im Handel erhältlichen Filtermaterials für Gesichtsmasken entspricht. Im Falle der dünnen Schichten wurde der Druckabfallvergleich durchgeführt durch aufgeschichtete Schichten in dem Cambridge-Kissenhalter. Das für die Vergleichszwecke zum Einsatz kommende handelsübliche Material bestand aus Scheiben, die aus Gesichtsmaskenmaterial ausgeschnitten waren. Das eine bestand aus einem Staub- und Nebelmaskenkissen, hergestellt von der Mine Safety Appliances Co. of Pittsburg, Pennsylvania, USA, undAbout the effectiveness of the nonwovens made of fibrets and staple fibers in layered filtration applications to investigate, samples of layers were prepared according to the procedure of Example 1 with the exception that a hand-operated film forming apparatus (Nobel and Woods) was used. Cellulose acetate and polyester staple fibers containing varying amounts of fibret were used to make the layers used. These were cut into 1 3/4 diameter disks and placed in Cambridge filter pad holders hitched to test its tobacco smoke removal efficiency, which in this case is regarded as a representative aerosol for a particle range between 0.1 and 1.0. Two kinds of Samples were made, one made from normal thin layers (0.1 to 1.2 mm thick) and the other made from thick layers (1.4 to 1.6 mm thick) consisted of what in corresponds approximately to the pressure drop of a commercially available filter material for face masks. In the event of of the thin layers, the pressure drop comparison was carried out through stacked layers in the Cambridge pillow holder. The commercially available material used for the purposes of comparison existed from disks cut from face mask material. One consisted of a dust and Fog mask pillows manufactured by the Mine Safety Appliances Co. of Pittsburg, Pennsylvania, USA, and
8098 15/07088098 15/0708
27U79627U796
2k2k
das andere aus einem gebundenen Fasermaterial, das als geformte Gesichtsmaske unter der Bezeichnung TC-21C-132 (Nr. 8710) von der Minnesota Mining and Manufacturing Co. of Minneapolis, Minnesota, USA, gehandelt wird. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle IX wiedergegeben:the other made of a bonded fiber material known as a molded face mask TC-21C-132 (No. 8710) sold by the Minnesota Mining and Manufacturing Co. of Minneapolis, Minnesota, USA will. The results are given in Table IX below:
1010
Es ist klar zu erkennen, daß die aus Stapelfasern bestehenden Vliese geeignet sind, Tabakrauchpartikelchen sowohl in dicken ^.Is auch in dünnen KissenanordnungenIt can be clearly seen that the nonwovens consisting of staple fibers are suitable for tobacco smoke particles both in thick ^ .Is as well as in thin pillow arrangements
809815/0708809815/0708
3S3S
erfolgreich zu entfernen. Es wurde festgestellt, daß die als Vlies ausgebildeten Kissen gemäß der Erfindung die gleiche oder eine größere Wirksamkeit haben als die Materialien des Standes der Technik im Bereich des hohen Druckabfalles.successfully remove. It was found that the pillows formed as a fleece according to the invention have the same or a greater effectiveness than that Prior art materials in the high pressure drop area.
809815/0708809815/0708
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