DE1517258A1 - Aerosolfilter und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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Unsere Nr. 11166

The Buckeye CeIlulose Corp« ' jr.

Aerosolfilter und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf die Hera teilung von Ae-rosolfiltern und allgemein auf- die Herrftellung von wirksamen iiltern mit geringer Dichte für das Filtrieren von feinen flüssigen oder festen Teilchen aus der Luft oder anderen gasförmigen Medien.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Aerosolfilter, die aus vollkommen isotropen zellförmigen faserartigen Strukturen bestehen, die einen beträchtlichen Gehalt an feinfasrigen Cellulosefasern haben und auf ein Verfahren, durch das die isotropen zellförmigen Strukturen gebildet werden und ihre Dichte für die wirksame Erreichung der besonderen Aerosolfiltrierungen geregelt wird.

Die Erfindung sieht einen wirksamen Aeroaolfilter zur Verwendung beim Filtrieren von Hauch, wie er durch Zigaretten, Pfeifen, Zigarren, Zigarillos und dergleichen erzeugt wird, vor.

Der Aerosolfilter besteht im wesentlichen aus fein-

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faserigen Cellulosefasern, die in einer vollständig isotropen faserigen Zellstruktur angeordnet und als ela.'-tische einheit-, liehe Struktur homogen aneinander gebunden sind, sodäß ein elastischer wirksamer Filter mit einem ^eringen Druckabfall im Verhältnis zu seiner besonderen ZurUckhaltewirksair.keit entsteht.

Ss sind bereits mehrere Zusammensetzungen und Strukturen zur Verwendung beim Filtrieren von Rauch und anderen Aerosolsuspensionen bekannt, Z.B. lehrt die U.J.-Patentschrift 1.374.466 die Verwendung von Naturschwamin als Zi^-arettenfilter zum Filtern des Zigarettenrauchs und um zu verhindern, daß empyreumatischer Geruch und Nikotin die Lippen des Rauchers erreichen. Die U.6.-Patentschrift 2.707.960 lehrt die Verwendung von zwei Stopfen aus Viskoseschwamm, zwischen denen tfatte als Filter für Zigaretten, Zigarren oder Manilazigarren eingepreßt ist. Die U.S.-Patentschrift 2.620.461 lehrt die Verwendung, eines Filters aus mehrer-.-n achsial verschobenen Streifen aus Papier oaer Metall, zwischen die Fasern eingeschoben sind. Die U.S.-Patentschrift 2.605.671 lehrt die Verwendung eine? Filters aus eiae;n achsialen Fasernbüniel, das aus Fasern bestellt, an deren peripheren Oberflächen mehrere u-Celluloaeteilchen befestigt sind. Die U.b.-Patentschrift 3·039.908 lehrt die Verwendung eines Tabakrauchfilters aus Fasern von Textillänge, die mit einem wärmereagierenden Bindematerial überzogen und in einer zusammengepreßten Strähne zusammengefaßt sind.

Es wurde gefunden, daß alle diese bisher üblichen Filter insofern Beschränkungen ausgesetzt sind, als die wirksamsten dieser bekannten Filter einem größeren Druckabfall als notwendig ausgesetzt sind, um eine gegebene Filtrierwirkung zu erreichen. Andererseits eignen sich viele der bekannten Pilter nicht für den leichten Einschluß von gewünschten Zusätzen für die selektive Entfernung von carcinogenen oder sonstigen schädlichen Teilchen, kondensierbaren Grasen oder Flüssigkeiten aus Tabakrauch. Es wurde gefunden, daß sich die oben genannten Einschränkungen durch Aerosolfilter und das für seine Herstellung beschriebene Verfahren üb-erwinden..-

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Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird ein Tabakrauchfilter mit einer vollkommen isotropen und zellartigen Anordnung in den Fasern, aus denen er zusammengesetzt ist, hergestellt.

Dieser Tabakrauchfilter hat vorzugsweise die größtmögliche wirksame Aufprallfläche für Aerosolteilchen, kondensierbare Gase und Flüssigkeiten für eine gegebene Filterdichte.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung hat der Tabakrauchfilter nur einen geringen Widerstand beim Zug für eine gegebene Filtrierwirksamkeit.

Gemäß nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erhält man einen Zigarettenfilter, bei dem leicht eine gleichmäßige Verteilung von selektiven oder besonderen Zusätzen oder Fasern in seiner Struktur erreicht werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aerosolfilters werden feinfaserige Cellulosefasern in einer aufgeblähten, vollkommen isotropen Anordnung mit einer feinen Struktur aus Zellhohlräumen befestigt, die von faserartigen Geweben umgeben ist. Die Filterherstellung erfolgt im allgemeinen dadurch, daß man eine Aufschlämmung, die die Fasern enthält, aufschäumt und die darin enthaltenen Fasern mit einem elastomeren, wasserab- ( stoßenden Latex überzieht. Die vollkommen isotrope Anordnung der Fasern innerhalb des Filters liefert eine optimal wirksame Aufprallfläche, die dazu dient, Teilchen, kondensierbare Gase und Flüssigkeitströpfchen aus Tabakrauch und anderen Aerosolsuspensionen aufzufangen und zu sammeln. Die isotrope Faseranordnung innerhalb des Filters zwingt den Hauch, häufig die Fließrichtung zu ändern und erleichtert die Ansammlung, das Zusammenwachsen und die Absorption des suspendierten Materials. Man kann ferner feststellen, daß die erfindungsgemäße isotrope Struktur homogen ist, sodaß verhindert wird, daß der Tabakrauch irgendeinen Teil der Filterstruktur aushöhlt oder umgeht. Es sei ferner besonders

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darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäß isotrope Struktur den Austritt von Rauchkondensaten in großen flüssigen Klumpen verhindert, die einen unangenehmen Lippen- und Mund-Membranenkontakt bewirken und auch auf andere Weise den Raucher belästigen. Die isotrope Filterstruktur gemäß der Erfindung führt daher *u einem Filter mit maximaler Filtrierwirksamkeit bei ausgewählten Höhen des Druckabfalls im Filterquerschnitt.

Wie es sich für den Fachmann von selbst ergibt, besteht die Herstellung eines geeigneten Zigarettenfilters im Ausgleich verschiedener Faktoren, da die normalerweise bei stärker wirksamen Filtern auftretenden höheren Druckabfälle vom Zigarettenraucher nicht Über eine bestimmte Grenze hinaus geduldet werden. An diesem Punkt wird der Druckabfall im Filter so hoch, daß der Raucher unzumutbare Anstrengungen aufwenden muß, um sie zu überwinden. Im Zigarettenhandel ist es üblich, den Druckabfall in einer Zigarette als Zugwiderstand zu bezeichnen, der in cm Wasser unter normalen Bedingungen gemessen wird, die den Gewohnheiten eines Durchschnittsrauchers ent sprechen. Ebenso dulden Raucher keinen Filter, der die Aromasubstanzen zu wirksam entfernt oder einen fremden Geschmack in den Rauch einführt. Der isotrope faserartige Filter gemäß der Erfindung vermeidet sowohl den hohen Zugwiderstand als auch das Filtrieren oder die Einführung von Aromastoffen und führt zu einem günstigen Ausgleich dieser Geschmacksfaktoren.

Ein weiterer Vorteil des erfindungegemäßen Zigarettenfilters besteht darin, daß er dazu beiträgt, eine ver hältnismäüig niedrige und konstante Brenntemperatur in einer Zigarette aufrechtzuerhalten. Diese Eigenschaft ist sehr erwünscht, da eine verhältnismäßig niedrige und konstante Brenntemperatur weniger Sfeer mit geringerer carcinogener Wirksamkeit im Tabakrauch liefert. Bei der Erklärung, wie die verhältnismäßig niedrige und konstante Brenntemperatur mit dem erfindungsgemäßen Filter erreicht wird, stellt man fest, daß der gesamte Zugwiderstand einer Filterzigarette

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die Summe des Filter- und Tabak-Zugwiderstands ist. In dem Maße, wie der Tabak verbraucht wird, nehmen sowohl der Tabak- als auch der Zigaretten-Zugwiderstand ab und liefern einen verstärkten Zug, der zu einer erhöhten Brenntemperatur führt. Mit dem erfindungsgemäßen Filter wird jedoch ein Ausgleich getroffen, da bei einer Abnahme des Tabak-Zugwiderstands der Filter-Zugwiderstand Infolge des aufgefangenen und adsorbierten Materials zunimmt, sodaß der gesamte Zugwiderstand der Zigarette fast konstant bleibt.

Zwar bilden die feinfaserigen Fasern des erfindungsgemäßen Filters eine Bindung, wenn sie in der oben erwähnten isotropen Stellung aufgeschäumt werden, doch wurde λ gefunden, daß diese natürlichen Bindungen durch die beim normalen Rauchen vorliegende Feuchtigkeit zerbrochen werden. Bei der Erfindung wird diese Schwierigkeit dadurch überwunden, daß man die Bindungen mit einem elastomeren, wasserabstoßenden Latex schützt. Die Latexbindung trägt zu der Elastizität und der kontinuierlichen Bindung der isotropen Strukturfasern unter normalen feuchten Rauchbe dingungen bei. G-Ieichzeitig macht es der feinfaserige Zustand eines beträchtlichen Teils der Filterfasern möglich, die notwendige Kohäsion ohne Verwendung übermäßiger Mengen des Latexbindemittels zu erreichen. Außerdem wirkt die wasserabstoßende Natur des Latex im Zusammenhang mit der wasseraufnehmenden Natur der darunter liegenden Cellulose- j fasern als selektiver Abscheider für organische Stoffe, die aus dem Rauch kondensiert oder filtriert und durch den teilweise wasserabstoßenden Faserüberzug absorbiert werden. Schließlich benötigen die anfangs feinfaserigen Faserbindungen keine Latexmengen, die sich wie ein Film über die Faserzwischenräume legen oder auf sonstige Weise die Faserzwischenräume in der isotropen Filterstruktur blockieren wurden. Die Filterfasern, die durch natürliche Bindung in engem isotropen Kontakt gehalten werden, sind insbesondere an den Kontaktstellen mit einem elastomeren, wasserabstoßenden Latex verstärkt und vor Feuchtigkeit geschützt, scdaö eine einheitliche Struktur vorliegt. Der innige Faser-Faser-Kontakt führt zu einer Herabsetzung der erforderlichen Latexmenge,

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sodaS (iie Bildung von eingeschlossenen Fasersswisehenräuinen auf ein Kiniinuai herabgesetzt und eine Struktur von erwünschter Elastizität erhalten wird, die eine maximale Zurückhaltung der in Aerosolen oder Rauch bei einem ausgewählten Zugwiderstand suspendierten Stoffe bewirkt.

Das allgemeine Verfahren sur Herstellung eines isotropen Tabakrauchfilters gemäß der Erfindung besteht darin, daß man feinfaserige Cellulosefaser^! in Wasser aufschläxmt und sie mit Verfeinerungsvorrichtungen verfeinert, die sich eher für die Peinfaserbildung als für einen Schneidevorgang eignen. Die feinfaserigen Cellulosefasern werden dann nacheinander mit einer geringen Menge eines feuchten Harzes und eines verträglichen Latexbindemittels behandelt. Die Faseraufschlämmung wird dann durch Sinschlagen von Luft nach Zusatz einer geringen Menge eines verträglichen oberflächenaktiven Mittels zu einem halbsteifen Schaum geschlagen. Unter Verträglichkeit versteht man hier die Fähigkeit der Binde- und Schaummittel, bei Vorliegen im gleichen ÄUfschlämmungs-Schaumsystem ihre einzelnen Funktionen zu erfüllen. Verträgliche Systeme von feuchtem Harz, Latex und Oberflächenaktives Mittel sind z.B. Melamin-Formaldehydharz, Styrol-Butadien-Latex, Alkylbenzolsulfonat als oberflächenaktives Mittel und Harnstoff-Formaldehydharz, Styrol-Butadien-Latex, Dodecyldimethylaminoxyd als oberflächenaktives Mittel. Andere geeignete und verträgliche Bindemittel und oberflächenaktive Mittel sind dem Fachmann bekannt, z. B. Melamin-Formaldehydharz, Acrylnitril-Latex und Alkylbenzolsulfonat als oberflächenaktives Mittel.

Der entstandene Schaum wird dann in die gewünschten Filterformen gegossen und getrocknet, sodaß der Schaum gebrochen und die Fasern in einer gebundenen isotropen Zellstruktur zurückbleiben, deren Dichte sich durch die Menge der in den Schaum geschlagenen Luft und gegebenenfalls durch Pressen nach dem Trocknen regeln läßt. Die Schaummasse läßt sich für die Verwendung als Zigarettenfilter durch Auspressen in runde oder ovale Formen gießen, trocknen,

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umwickeln und zur Länge von Zigarettenfiltern zuschneiden. Die Schaumbildung und das Pressen kann derart geregelt werden, daß man die gewünschte Dichte für Zigarettenfilter in einem Auspreßverfahren erzielt, oder es kann ein übergroßer Preßrohling hergestellt werden, der nach dem Trocknen gepreßt wird. Man kann auch den Schaum in Blöcke gießen, aus denen Rohlinge ausgeschnitten und seitlich zusammengepreßt werden, um runde oder ovale Zigarettenfiltereinheiten zu bilden. Runde Zigarettenfilterrohlinge können auch aus Blöcken von geeigneter Tiefe ausgestanzt werden, sodaß Zigarettenfilter gewünschter Länge entstehen.

Vorzugsweise, jedoch nicht unbedingt, wird das

feuchtigkeitsbeständige Harz der Aufschlämmung vor dem I

Zusatz des Latexbindemittels zugesetzt. Diese Reihenfolge der Zugabe muß jedoch nicht eingehalten werden und die Bindung kann in bestimmten Latexsystemen durch Zusatz von zwei gegenseitig unverträglichen Latexmassen, z.B. bestimmten Vinylchloridlatexmassen und Acrylnitrillatexmassen oder in einigen Fällen durch den Zusatz des Schäumungsmittels selbst erreicht werden.

Die vollständig isotrope zellartige Fasermasse des erfindungsgemäßen Aerosolfilters liefert ein Filter, in dem sich der Zugwiderstand bis zu einem ausgewählten Wert einstellen und sehr einheitlich von Zigarette zu Zigarette erreichen läßt, ganz im Gegensatz zu Filtern der bisher "

üblichen Zigaretten. Die innerhalb des Filters angeordnete isotrope Faser trägt ebenfalls zur Bildung eines wirksamen Filters mit geringem Zugwiderstand bei, während der teilweise wasserabstoßende Überzug auf den Fasern die Faserbindungen se. ~tzt und eine einzigartige Filterwirkung liefern, bei der sowohl die wasserabstoßenden als auch die wasseraufnehmenden Oberflächen für das Auftreffen und die Absorption der unerwünschten Materialien verfügbar sind. Es ist außerdem offensichtlich, daß das Verfahren für die Herstellung des erfindungsgemäßen Filters leicht den Zusatz von erwünschten Fasern möglich macht, und zwar an-

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deren als den feinfaserigen Cellulosefaser^ die als Grundmasse Verwendung finden, z.B. Glas-, Asbest-, Polyolefin-, Polyamid- und Polyesterfasern. Die erfindungsgemäiie Filterstruktur ermöglicht ferner den dispergierten Zusatz von erwünschten Zusätzen für die selektive Filtrierung, wie z.B. den aktivierten Kohlenstoffteilchen, die in der U.S.-Patentschrift 2.792.006 beschrieben sind.

Im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen folgt nun zum besseren Verständnis der Erfindung eine ausführlichere Beschreibung.

_k Fig. I zeigt einen vergrößerten Querschnitt von

einer der isotropen Zellenfiltereinheiten 1, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurde und an einer Zigarette 3 befestigt ist, wobei die rohrförmige Papierfilterdecke 2 weggeschnitten ist, um den Filter freizulegen und seine allgemeine Konstruktion zu zeigen.

Fig. II zeigt eine stark vergrößerte Ansicht der isotropen FiIteretruktür von Fig. I am Punkt B, aus der die zufällige isotrope Anordnung der in den Zellabteilungen der Filterstruktur angeordneten Fasern hervorgeht.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden feinfaserige Fasern, z.B. Fasern aus Baum-' wollabfall, Sulfit- und Sulfatholzfasern, Kunstseide-Stapelfasern aus der Papierherstellung, mit Polystyrol gepfropfte Cellulosefaser!!, Celluloseacetatfasern und dergleichen, in Wasser aufgeschlämmt und mechanisch verfeinert. Die mechanische Verfeinerung zu feinfaserigen Fasern kann man in jeder mechanischen Verfeinerungsanlage mit Vorrichtungen zur Steigerung der Feinfaserigkeit anders als durch Schneiden der Fasern erreichen. Z.B. kann man die erfindungsgemäße Verfeinerung in einer Holländer-Schlagmaschine, einer Valley-Schlagmaschine, einer Mead- oder Sprout Waldron-Verfeinerungsanlage oder in üblichen Jordan-Verfeinerungemaschinen erreichen. Wie bereits oben erwähnt wurde, ist eine Behandlung zur Erzielung von Feinfaserigkeit erwünscht

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und eine Holländer- oder Valley-Schlagmaschine mit abgestumpften Schneidrändern wird daher besonders bevorzugt, um die Feinfaserigkeit zu erreichen.

Gemäß der Erfindung wird die Verwendung von Pasern aus Baumwollabfall bei der Herateilung der erfindungs -gemäßen Filter bevorzugt und die Feinfaserigkeitsver -besserung bei der Faserbindung, die eine günstige Herabsetzung der Harz- und Latexzugabe erlaubt, wird bei jeder Vergrößerung der Feinfaserigkeit bis zu einer Höhe der Canadian Standard Freeness von etwa 30 ecm festgestellt. Unter diesem Wert führt ein übermäßiger Faserachnitt zum Verlust der Produktzugfestigkeit oder zur Kohäsion. Bs wurde gefunden, daß das Schlagen bis zu einem Canadian Standard Freeness-Wert von etwa 400 ecm mit der oben genannten Schlagvorrichtung vom Standpunkt der Bindefestigkeit mit minimalen Mengen von Harz und Latex bevorzugt wird.

Die feinfaserigen Fasern, die sich noch in aufgeschlämmter Form mit einer Konsistenz von etwa 1,5 % befinden, werden gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit etwa 0,2 bis etwa 2,0 ^, vorzugsweise 0,3 ^t bezogen auf das Fasergewicht eines Formaldehydaddukts, wie sie bei der Herstellung von feuchtigkeitsbeständigen Papieren verwendet werden, z.B. Melamin-Formaldehyd, behandelt. Auf die Melanin-Formaldehyd-Behandlung folgt der Zusatz (

von etwa 1,0 bis etwa 20,0 £, vorzugsweise 1,5 %i bezogen auf das Fasergewicht, von elastomerem wasserabstoßenden Latex, vorzugsweise Styrol-Butadien-Latex, zur FaseraufsohläauBung. Zwar wird das zum Gerinnen des Latex verwendete feuchtigkeitsbeständige Harz in der oben erwähnten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Aufschlämmung vor dem Zusatz des Latex zugesetzt, doch kann «an den Latex und das Gerinnungsmittel auch gleichzeitig der Papierbrei -aufschlämmung zusetzen. Der Latex und das Harz können der Aufschlämmung in jeder Reihenfolge zugesetzt werden, oder die beiden können unter Bildung einer besonderen Auf -scülänmung vereint werden, die dann der Faseraufschlämmung

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zugesetzt wird. Das letztgenannte Verfahren, bei dem die Aufschlämmung aus dem Latex und dem Gerinnungsmittel gesondert hergestellt wird, kann bevorzugt werden, da es eine verbesserte Regelung der Teilchengröße bei der Gerinnung des Latex erlaubt.

Vie bereits erwähnt, läßt sich der Latex auch mit anderen Mitteln gerinnen, wie z.B. durch Verwendung von zwei oder mehreren Latices, die gegenseitig unver -traulich sind, z.B. durch Verwendung eines Vinylchloridlatex mit einem Acrylnitrillatex. Latexmasaen lassen sich auch durch anorganische Salze, wie z.B. Aluminiumchlorid (insbesondere bei Verwendung in Verbindung mit " Carboxymethylcellulose) und Gersulfat oder organische

Polyamine, z.B. Triäthylentetramin, zum Gerinnen bringen.

Es wurde ferner gefunden, daß bei Verwendung von Melaminformaldehydharz zum Gerinnen des Styrol-Butadien-Latex, der Zusatz des Harzes zuerst zur Gewinnung des Latex führt und ein weiterer Harzzusatz den Latex wieder peptisiert. Dieser weitere Harszueatz zur erneuten Peptisierung des Latex wird bevorzugt, wobei der Latex durch Zusatz eines oberflächenaktiven Mittels, z.B. Alkylenbenzolsulfonat, in der folgenden ächaumbildungsstufe zum Gerinnen gebracht wird.

Gemäß der bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung

wird die Aufschäumungsstufe so durchgeführt, daß man etwa 0,01 bis etwa 0,2 £, vorzugsweise 0,05 £, bezogen auf das Gewicht der Aufschlämmung, eines oberflächenaktiven Mittels zu der Melamin-Formaldehyd-, Styrol- Butadien-behandelten Faseraufschlämmung gibt, obwohl auch größere oder geringere Mengen des oberflächenaktiven Mittels verwendet werden können, als zur Herbeiführung der gewünschten Schaumbildungswirkung notwendig sind.

Ss sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Auswahl des als Schaummittel verwendeten oberflächenaktiven Mittels von dem verwendeten Latex- oder Latex-Harzsystems abhängig ist. Bei dem bevorzugten Melamin-Formaldehyd-,

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Styrol-Butadien-System ist £.B. ein nioht-ionipches Schäummittel, z.B. üodecyldimethylaminoxyd (DDAO) wegen seiner geringen Schaumwirkung unerwünscht. VeT¹W end et man andererseits das feuchtigkeitsbeständige Harnstoff-Fonnaldehyd-Harz anstelle des Melamin-Formaldehydharzes bei der bevorzugten Ausführungsform so wird DDaO das bevorzugte Aui'schäummittel.

Wie bereits oben erwähnt, hängt die Art des verwendeten bchaumbildungsinittelß von der Art des Harzes und der Latexmasse ab. Im allgemeinen werden jedoch oberflächenaktive Mittel vom anionischen Typ bevorzugt und gewöhnlich werden oberflächenaktive Mittel der Alkylbenzolsulfonatgruppe verwendet, die brauchbar sind, d.h. die gewünschte * beständige Schäumwirkung zeigen.

Gemäß anderen Ausführunssformen der Erfindung können Schauuibil düngemittel, z.B. Natriumlaurylsulfat, die weniger beständige Schaumsysteme bilden, vorteilhaft verwendet werden, wenn ein dichterer, weniger durchlässiger Filter hergestellt werden soll. Aufschäummittel, die weniger beständige öchauwsysterne liefern, sind ebenfalls geeignet, wenn das fertige Filterprodukt direkt gegossen oder ausgepreist werden soll, ohne daß nach dein Trocknen eine Preßstufe erforderlich ist.

Nach oder während aes Zusatzes des oberflächenaktiven Schäumungsmittels zur Aufschläamung wird der Aufschlämmung durch Erhitzen, Rühren, Schlagen, Blasen oder anderer Mittel Luft oder ein anderes inertes Gas zugesetzt, um die Bildung eines Schaumsysteins mit einem Volumen etwa des 1,5- bis etw 3i0-fachen des Aufschlämmunesvolumens herbeizuführen. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung viird ein Turbinenpropeller dazu verwendet, um das Aufschlämmungssystem auf etwa das 2,5-fache seines Aufschlämmungsvolumens aufzuschäumen.

Das Schaumsystem wird dann ausgepreßt oder in die gewünschten Filterformen gegossen und zu einer Dichte von

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8 kg/obm bii· etwa 96 kg/cbra, vorzugsweise etwa 16 kg/obm, getrocknet. Für die Verwendung in Tabakrauchfiltern wird das isotrope zellförmige Fasersystem getrocknet oder getrocknet und zu einer Dichte von etwa 80 k^/cbm bis etwa 12ö kg/cbrn, vorzugsweise 112 kg/cbra, gepreßt. Offensichtlich haben sowohl das oberflächenaktive Schäumungsmittel als auch die Menge des in die Aufschlämmung eingeführten Gases einen Einfluß auf die Dichte des Filterproduktes. Die endgültige Filterdichte wird weiter in gewissem Umfang durch die Art des angewandten Trockenver fahrens bestimmt. Z.B. führt das Trocknen an der Luft bei Raumtemperatur zu einem dichteren Filter (stärkere bchaumbrechung) als das Trocknen bei erhöhten Temperaturen.

Das erfindungsgemäße Verfahren, das zur Herstellung des bevorzugten Produktes führt, wird so durchgeführt, daß man etwa 100 Gewichtsteile Baumwollabfall in einer wässrigen Aufschlämmung einer Dichte von etwa 3 % auf die oben beschriebene Weise verfeinert, sodaß ein Wert von etwa 400 ecm Canadian standard Freeness und damit die größt mögliche Feinfaserigkeit erreicht wird. Bei dem bevorzugten Verfahren wird die Verfeinerungsstufe in einer Holländer-Schlagmaschine (Valley) mit abgestumpften Schneidmessern durchgeführt. Die entstandene Pulpeaufschlämmung der feinfaserigen Fasern wird zuerst bei etwa 1,5 #-iger Breidichte mit etwa 0,3 9^ Kelamln-Formaldehyd-Äddukt, bezogen auf das Fasergewicht, behandelt, einem üblichen feuchtigkeitsbeständigen Harz, das bei der Herstellung von Papier Verwendung findet. Danach werden der Faseraufschlämmung etwa 1,5 %, bezogen auf das Fasergewicht, des Styrol-Butadien-Latex zugesetzt. Die Aufschlämmung wird dann nach Zusatz von etwa 0,05 # Natriumtriumdodecylbenzolsulfonat als oberflächen aktives Mittel, bezogen auf das Aufschlämmungsgewicht, auf etwa das 2,5-fache ihres Aufschlämmungsvolumens gebracht. Die Schaummasse, die die feinfaserigen Fasern enthält, wird dann gegossen und auf einem Sieb von ausreichender Fläche vom Wasser befreit, sodaß man ein Produkt mit einem Grundgewicht von etwa 0,288 kg/cm und einer Dichte von etwa 16 kg/m erhält. _ßAD

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Das getrocknete Produkt wird in Streifen von der gewünschten Länge geschnitten, die einen Querschnitt von etwa

484 cm haben. Die Streifen mit dem quadratischen Quer schnitt werden in die 0,76 cm umfassende runde Form der üblichen Zigarettenfilter gepreßt, umwickelt und für den Einschluß in Zigaretten in die gewünschte Länge geschnitten. Es sei darauf hingewiesen, daß sich die erfindungsgemäßen Filtereinheiten in Zigarettenherstellungsvorrichtungen einführen und bei der endgültigen Fertigstellung der Zigaretten mit Zigarettenpapier umwickeln lassen.

Das folgende Beispiel dient zur weiteren ausführlichen Erläuterung eines bevorzugten Verfahrens zur Durchführung der Erfindung. I

B e i spiel :

100 Gewichtsteile Fasern aus gebleichten Baumwollabfallfasern wurden in Wasser bei einer Faserdichte von 1,5 5t auf geschlämmt. Die faserhaltige Aufschlämmung wurde dann in eine Valley-Schlagmaschine mit vollen Schneidblättern eingeführt und auf eine Canadian Standard Freeness von 400 ecm verfeinert. Bei diesem Schlagvorgang wurden die Baumwollabfallfasern in größtmöglichem Umfang feinfaserig gemacht und nur in geringem Umfang geschnitten. 0,3 5t des Melamin-Formaldehyd-Adduktes (Parez 607-American Cyanamid Co.) bezogen auf das Fasergewicht, das in üblicher Weise für die Verwendung als feuchtigkeitsbeständiges Harz hergestellt wurde, wurde der Aufschlämmung unter Rühren zugesetzt und anschließend wurden 1,5 Jt Styrol-Butadien-Latei (Dylex K641-Koppers Co., Inc.), bezogen auf das Fasergewicht, unter fortgesetztem Rühren zugegeben. Danach wurde Natriumdodecylbenzolsulfonat als oberflächenaktives Mittel der Aufschlämmung in einer Menge zugesetzt, die 0,05 Gew.it der Aufschlämmung entsprach. Mit einem mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Turbinenrührwerk wurde dann luft in die Aufschlämmung geschlagen, bis das Schaumvolumen das 2,5-fache des ursprünglichen Aufsohlämmungavolumens erreichte.

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Der faserhaltig Schaum wurde dann gegossen, vom Wasser befreit und bei HO⁰C auf einem Sieb getrocknet. Der entstehende isotrope zellförmige Faserblock hatte ein Grundgewicht von 0,288 kg/m und eine Dichte von 16,01 kg/m .

Der isotrope zellförmige Filterblock wurde in Streifen mit quadratischem Querschnitt geschnitten, bei dem eine Seite 1,9 cm maß. Der quadratische Querschnitt der Streifen wurde seitlich zusammengepreßt, sodaß eine runde* Stange mit einem Durchmesser von 8 mm geformt wurde. Die Stange wurde nach Üblichen Verfahren in der Zigaretten filterherstellung mit Papier umwickelt. Die mit Papier umwickelte stange wurde dann zur Verwendung als Zigaretten-

f filter in Längen von je 20 mm geschnitten. Die nach dem Verfahren dieses Beispiels hergestellten Zigarettenfilter wurden dann an Zigaretten befestigt und an einer automatischen Vorrichtung, wie sie in der Zigarettenindustrie Verwendung findet, mechanisch "geraucht". Die automatische Rauchvorrichtung, die zur Erzielung der Daten in diesem Beispiel verwendet wurde, wurde nach den üblichen U.o,-Rauchparametern mit einem 35 mm-Zug von 2 Sekunden Dauer in Abständen von 60 Sekunden geraucht. Die Filter dieses Beispiels wurden mit handelsüblichen Filtern gleicher öröOe verglichen, die aus achsial zusammengepreßten Bündeln von Celluloseacetatfasern bestanden, die in Längsrichtung der Zigaretten auf der oben beschriebenen automatischen Rauch-

f vorrichtung verliefen. Die folgende Tabelle zeigt die hinsichtlich verschiedener Rauchfraktionen erzielten Rückhaltewerte und das Gewicht der geprüften Filter vor dem Rauchen. Die angegebenen Prozentzahlen entsprechen dem Prozentsatz der gesamten Menge der von den Zigaretten erzeugten Materialien, die durch den Filter zurückgehalten wurden.

Rauchwerte:

Gemessene Eigenschaften Filter aus Celluloseacetatdies. Beisp. faser-Filter

Gesamtzurückhaltung von Teilchen 57,0 % 51,3 £ Zurückhaltung der nicht-flücht.

Teilchen 52,9 # 47,4 #

Zurückhaltung von Nicotin 51,3 * 43,9 #

Filtergewicht (vor dem Rauchen) HO mg 159 ng

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Aus den in der Tabelle angegebenen Werten ist leicht ersichtlich, daß der isotrope Zellfilter aus diesem Beispiel Zurückhaltewerte zeigt, die beträchtlich über jenen liegen, die sich mit dein achsial ausgerichteten Celluloseacetatfaeerfilter erreichen lassen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Verbesserung der Zurückhaltungswerte für den isotropen Zellfilter, erzielt wurde, obwohl der Celluloseacetatfilter beträchtlich mehr wog, auf diese Weise stärker zusammengepreßt wurde und von ihm eine größere Filterwirkung erwartet wurde.

Die nach dem Beispiel hergestellten isotropen Zellfilter mit anderen verträglichen Harz-Latex-Oberflachenaktivest-Systeme zeigen ebenfalls die oben gezeigte verbesserte Filterwirkung wie auch die isotropen Zellfilter, die aus den Schäumen dieses Beispiels durch andere übliche Verfahren, z.B. durch Auspressen, Trocknen und anschließendes Zusammenpressen hergestellt wurden. Die günstige Filter wirkung läßt sich auch dann erreichen, wenn die beschriebenen Auf schlämniungen aus Fasern-, Harz, Latex und oberflächenaktivem Mittel in geringerem Umfang zum Schäumen

gebracht, ausgepreßt und getrocknet werden, sodaß Filter von beträchtlicher Dichte erzielt werden, die nach dem Trocknen nur gering oder überhaupt nicht gepreßt zu werden brauchen.

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Claims (10)

Patentansprüche:

1. Isotrope, zum Filtrieren von Aerosolsuspensionen geeignete seilige Faeerstruktur, aus mindestens einem wesentlichen Teil feinfaseriger, durch mindestens einen koagulierten elastomeren, wasserabstoßenden Latex aneinandergebundene Cellulosefasern bestehend und einer Dichte von etwa 80 bis etwa 128 kg/cba aufweisend.

2· Faseretruktur nach Ansprach 1, insbesondere sam Filtrieren von Zigaretten-, Pfeifen-, Zigarren- und Zigarillorauch, dadurch gekennzeichnet, daß die faserigen Cellulosefasern eine kleinste Canadian Standard Freeneee von etwa 30 mm haben u., bezogen auf das Gewicht der Fasern in der isotropfen zelligen Faserstruktur, mit etwa 0,2 bis etwa 2,0 % eines feuchtigkeitsbeständigen Harzes und etwa 1,0 bis etwa 20,0 % eines koagulierten elastomeren, wasserabstoßenden Latex aneinandergebunden sind.

3. Faserstruktur nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus feinfaserigen Baumwollabfallfasern mit einer Canadian standard Freeneee von etwa 400 mm besteht, die bezogen auf das Gewicht der Fasern in der isotropen, zelligen Struktur, mit etwa 0,3 % Melamin-Formaldehyd-Hars als feuchtigkeitsbeständigem Harz und etwa 1,5 5* koaguliertem Styrol-Butadienlatex aneinandergebunden sind, und die Faserstruktur eine Dichte von etwa 112 kg/cbm hat.

4. Faserstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das feuchtigkeitsbeständige Hare Harnstoff-Formaldehyd-Harz und der Latex Styrol-Butadien-Latex ist.

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5. Faserstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das feuchtigkeitsbeständige Harz Melamin-Forraaldehyd-Harz und der Latex Acrylnitrillatex ist.

6. Verfahren zum Herstellen von Filtern zum Filtrieren von Aerosolsuspensionen, dadurch gekennzeichnet, daß man eine faserig· Aufschlämmung herstellt, die eine wesentlich· Menge feinfaseriger Cellulosefasern enthält, mindestens einen elastomeren, wasserabstoßenden Latex und ein oberflächenaktives Mittel zu der Aufschlämmung gibt und die Aufschlämmung zu einer isotropen zelligen Faser struktur aufsäumt, den elastomeren, wasserabstoßenden Latex zum Gerinnen bringt, die isotrope, zellige Faserstruk -

tür zu einer Aerosolfiltereinheit verformt und als Schaum I

trocknet.

7. Verfahren nach Anspruch 6 zur Herstellung von Aerosolfiltern, die sich zum Filtrieren von Zigaretten-, Pfeifen-, Zigarren- und Zigarillorauch eignen, dadurch ge kennzeichnet, daß man eine faserige Aufschlämmung, bei der ein wesentlicher Teil der Fasern aus feinfaserigen Cellulosefasern besteht, mechanisch auf eine kleinste Canadian Standard Freeness von etwa 30 mm zerkleinert, die Auf schlämmung auf eine Faserdichte von etwa 1,5 fi bringt, der Aufschlämmung, bezogen auf das Gewicht der Fasern, etwa 0,2 bis etwa 2,0 % eines feuchtigkeitsbeständigen Harzes und etwa 1,0 bis etwa 20,0 # eines elastomeren, wasserabstoßen- " den Latex, sowie, bezogen auf das Gewicht der Aufschlämmung, etwa 0,01 bis etwa 0,2 $> eines oberflächenaktiven Mittels zusetzt, den Latex zum Gerinnen bringt, die Aufschlämmung auf etwa das 1,5- bis etwa 3»O-fache des ursprunglichen Volumens aufschäumt und die gebildete, zellige Faserstruktur vergießt, im Schaumzustand auf eine Dichte von etwa 8 kg/cbm bis etwa 96 kg/cbm trocknet und danach zu Tabakrauchfiltereinheiten mit einer Dichte von etwa 80 bis 128 kg/cbm verpreßt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn- »eichnet, daß die isotrope, zellige Faserstruktur vor dem

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Trocknen im Schaumzuetand zu Stangen für Tabakrauchiiltereinheiten verformt wird.

9. Verfahren nach Ansprüchen 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß man eine faserige Aufschlämmung von Baum -wollabfallfasern mechanisch auf eine Canadian Standard Freeness von etwa 400 mm zerkleinert, die Aufschlämmung auf eine Faserdichte von etwa 1,5 S* bringt, der Auf -schlämmung, belogen auf das Gewicht der Fasern, etwa 0,3 % Melamin-Formaldehyd-Hars als feuchtigkeitsbeständiges Harz und etwa 1,5 % btyrol-Butadien-Latex sowie, bezogen auf das Gewicht der Aufschlämmung, etwa 0,05 % Natriumdodecylbenzolsulfonat als oberflächenaktives Mittel zusetzt, den * Styrol-Butadien-Latez zum Gerinnen bringt, die Aufschlämmung auf etwa das 2,5-fache des ursprunglichen Volumens aufschäumt, die gebildete isotrope zellige Faserstruktur vergießt und im Schaumzuetand auf eine Dichte von etwa 16 kg/cbm trocknet und anschließend zu Tabakrauchfiltereinheiten mit einer Dichte von etwa 112 kg/cbm verfonnt und preßt.

10. Verfahren nach Anspruch 9t dadurch gekennzeichnet, daß man als feuchtigkeitsbeständiges Harz Harnstoff-Formaldehyd, als Latex Styrol-Butadien-Latex und als oberflächenaktives Mittel Dodecyldimethylaminoxyd verwendet.

) 11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

daß man als feuchtigkeitsbeständiges Harz Melamin-Formaldehyd-Harz, als Latex Aerylnitrillatex und als oberflächenaktives Mittel Natriumdodecylbenzolsulfonat verwendet.

Für The Buckey/ Cellulose Corp

Recht

909887/0509