DE2156375B2 - Zigarettenfilter und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

nen thermoplastischen Kunstharzes erzeugten Schaumstoffgerüst mit geschlossenen Zellen die Zellwände durch Einfluß von außen her durchbrich!, beispielsweise durch Einwirkung von elektrischen Strahlen oder Funken, von erhitzten Nadeln oder durch Bohren.

Die US-Patentschriften 32 53 967 und 33 58 695 offenbaren Verfahren zur Herstellung von Zigarettenfiltern aus geschäumtem Polyoxymethylen, Polyethylen geringer Dichte oder Polypropylen, welche Schäume überwiegend gebrochene Zellen aufweisen.

Aus der DE-AS 12 02 202 sind Zigarettenfilter bekannt, die im wesentlichen dadurch gekennzeichnet sind, daß sie aus Fäden eines thermoplastischen Materials bestehen, die axial in dem Element orientiert sind, wobei Teile der Fäden ungleichmäßige Verdickungen aufweisen, über die die Fäden aneinander haften.

Die DE-AS 11 15 171 betrifft Filter aus einer Vielzahl von gekräuselten Fasern, insbesondere aus weichmacherhaltigem Celluloseacetat, die einen Zusatzstoff enthalten.

Aus der DE-OS 14 32 743 sind unter anderem Filterelemente für Zigarettenfilter bekannt, die aus einem filtrierenden, aus kommunizierenden Zellen aufgebauten, für den Rauch durchlässigen Bestandteil und einem undurchlässigen Bestandteil bestehen.

Schließlich werden in der GB-PS 4 51 682 Filtereinsätze beschrieben, die dadurch erhalten w --rden, daß man ein Cellulosederivat auf bestimmte Weise koaguliert und hierdurch ein Filterelement erhält, das Durchgänge oder Poren aufweist, die sich in Längsrichtung des Filterelements erstrecken.

Diese vorbekannten Filterelemente vermögen insbesondere im Hinblick auf ihre Filterwirksamkeit nicht voll zu befriedigen, so daß nach wie vor ein Bedürfnis besteht, für einfach und billig herzustellende Zigarettenfilter der eingangs genannten Art, die wesentlich «erbesserte Filtereigenschaften aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Zigarettenfilter anzugeben, die leicht und billig herzustellen sind und auf Grund ihrer besonderen Gestaltung eine hervorragende Filterwirkung ausüben, ohne daß sie einen zu hohen Filterwiderstand besitzen und die damit den herkömmlichen Zigarettenfiltern erheblich überlegen sind.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst. Das Verfahren zur Herstellung eines Zigarettenfilters gemäß Anspruch 1 ist im Anspruch 8 gekennzeichnet.

Die Unteransprüche 2 bis 7 bzw. 9 und 10 betreffen besonders bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Zigarettenfilters bzw. des Verfahrens zu seiner Herstellung.

Die erfindungsgemäßen Zigarettenfilter sind den herkömmlichen Zigarettenfiltern, wie sie in den oben angesprochenen Druckschriften beschrieben sind, dadurch überlegen, daß sie auf Grund ihrer speziellen Feinstruktur eine Kombination aus hoher Filterwirksamkeit und geringem Druckabfall ermöglichen.

Es hat sich gezeigt, daß das Verhalten von Zigarettenfiltern der eingangs genannten Art stark von der MikroStruktur des Schaums abhängt und daß man einen wirksamen Filter nur dann erhalten kann, wenn der richtige Struktur-Typ vorliegt. Insbesondere ist es durch Regeln der Bedingungen bei der Extrusion unter Bildung eines Schaums aus thermoplastischem Polyäthylen hoher Dichte oder thermoplastischem Polypropylen, die ein Treibmittel enthalten, möglich, ein Produkt mit dieser ^CTewünschten erfindun^<Ts°^femäßen

MikroStruktur herzustellen. Der genaue Zustand dieser MikroStruktur ist ziemlich kompliziert und wird ausführlich weiter unten dargelegt, obwohl er leicht aus der Arbeitsweise des Filters erkannt werden kann. Die Bildung der MikroStruktur erfordert speziell geregelte Extrusionsbedingungen. Es hat sich gezeigt, daß es durch sorgfältige Regelung dieser Bedingungen möglich ist, einen Stab aus geschäumtem Polyäthylen hoher Dichte oder Polypropylen zu extrudieren, der, wenn er zerschnitten und als Zigarettenfilter verwendet wird, einen beträchtlichen Fortschritt über viele frühere Zigarettenfilter darstellt

Es ist tatsächlich möglich, daß man durch Einhalten der Extrusionsbedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens Zigarettenfilter mit einer MikroStruktur der Art erhält, daß das Filter ausreichend hart ist, um einer Verarbeitung bei hoher Geschwindigkeit zu widerstehen, daß es den Durchgang des Rauches nicht unzulässig behindert und dennoch fähig ist, zumindest einen Minimalanteil der teerigen Substanzen zu entfernen, die in dem Rauch zugegen sind. Darüber hinaus besitzt der nach dem erfindungsgemäßer Verfahren gebildete Zigarettenfilter normalerweise eine glatte, nicht poröse Haut, die dazu beiträgt, das Eindringen von Luft in das Filter beim Gebrauch zu verhindern. Die Härte kann als Prozentzahl unter Verwendung der unten gegebenen Definition gemessen werden, während der Durchgang des Rauchs über den Druckabfall unter bestimmten Bedingungen längs eines 10 mm langen Stücks des Zigarettenfilters (AP)₀, wie nachstehend definiert) und die Absorption aus dem Rauch über die TST-(Teerstoffteilchen)-Filtrationswirksamkeit gemessen werden können, die ebenfalls nachstehend definiert sind.

Das erfindungsgemäße Zigarettenfilter aus geschäumtem, thermoplastischem Polypropylen oder thermoplastischem Polyäthylen hoher Dichte mit im wesentlichen offenzelliger, faserhaltiger Struktur und perforierten Zellwänden ist nun dadurch gekennzeichnet, daß mehr als die Hälfte der Zellen des Schaums Zellwände mit einer oder mehreren Perforationen aufweisen, die durch eines oder mehrere Faserelemente aus dem gleichen Material überbrückt sind, und daß es eine Härte von mehr als 50%, einen ^/Ίο-Wert von weniger als 15 cm Wassersäule und eine TST-Filterwirkung von mehr als 20% besitzt.

Es wurde darüber hinaus gefunden, daß ein besonders vorteilhaftes Zigarettenfilter gemäß der Erfindung ein solches ist, welches eine Härte von höher als 80%, ein APv, von weniger als 10 cm Wassersäule und eine TST-Filterwirksamkeit von größer als 30% besitzt. Vorzugsweise ist das in einem solchen Filter verwendete Harz ein Polyäthylenharz hoher Dichte.

Unter der Härte eines Zigarettenfilters wird die Härte verstanden, wie sie mittels eines Testgeräts gemessen wird, mittels eines Tests, bei welchem ein Stab (beispielsweise von einer Länge von etwa 120 mm) des geschäumten Harzes mit einem mittleren Durchmesser (D), von beispielsweise etwa 7,8 mn., zwischen zwei in dem Prüfgerät vorgesehenen Platten zusammengedrückt wird. Der Stab wird 15 Sekunden lang einer Kompression durch eine Belastung von 300 g, welche auf die gegenüberliegenden Seiten der zylindrischen Oberfläche des Stabes aufgelegt wird, unterworfen und die durchschnittliche Depression (A), d. h. die Abnahme des Stabdurchmessers, gemessen. Die Härte ist der Durchmesser der Probe, gemessen bei einer Belastung von 300 g und als Prozentsatz des ursTUn^Hchen

Durchmessers angegeben, d. h. sie ist durch die folgende Formel gegeben:

Härte = [(D-A)ID] χ 100%.

Unter ΔΡ\ο wird der Druckabfall eines Filters ^r, verstanden und dieser wird durch das nachfolgende Verfahren gemessen. Durch ein 10-mm- Längenstück des Filters wird Luft bei einer stetigen Geschwindigkeit von 1050 cmVMin. gemäß Anzeige an einem Rotadurchflußmesser gepumpt und die erhaltene Druckdifferenz ι ο quer über den Filter mittels eines Wassermanometers gemessen. Das Ergebnis wird in cm Wassersäule ausgedrückt

Die TST-Filtrationswirksamkeit ist ein Maß der Wirksamkeit, mit welcher das Filter Teerstoffteilchen absorbiert und sie wird nach dem folgenden Verfahren gemessen. Es werden Filtermundstücke mit einer Länge von 15 mm an Zigaretten befestigt. Diese werden unter Verwendung einer Vieldüsen-Rauchmaschine geraucht, welche über einen Zeitraum von 2 Sekunden in jeder Minute bei jeder Zigarette einen Ansaugzug von 35 cm³ Luft bewerkstelligt, wobei die Zigaretten ausgelöscht werden, wenn ein Tabakstab von 8 mm zurückbleibt. Der Rauch wird mit einem Glasfaserbausch, der in einem Halter gehalten wird, gesammelt, wobei die vollständige Einheit von Bausch und Halter allgemein als Cambridge-Filter bekannt ist und wobei der Glasfaserbausch alle Teerstoffteilchen aus dem Rauch, der durch ihn hindurchgeht, zurückhält. An jedem Cambridge-Filter wird der Rauch von 5 Zigaretten gesammelt und es wird eine Gesamtmenge von 10 Zigaretten geraucht, wobei die Cambridge-Filter vor und nach der Rauchsammlung gewogen werden, um ein Maß des Gewichts der gesammelten Teerstoffteilchen zu liefern. Die Teerstoffteilchen werden in ähnlicher J5 Weise aus der gleichen Zigarettenanzahl von solchen Zigaretten bestimmt, welche mit den obigen Zigaretten identisch sind mit der Ausnahme, daß sie nicht mit Filtermundstücken versehen sind. Die TST-Filtrationswirksamkeit wird aus der nachstehenden Formel berechnet:

[(Si-S₂)ZSi] χ 100%

in welcher Si die Abgabe von Teerstoff teilchen (mg/Zigarette) für die einfachen Zigaretten und S2 die Abgabe von Teerstoffteilchen für die Zigaretten mit Filter darstellt

In dem Falle, wo Δ /Ίο und TST wie oben definiert sind, werden die Werte selbstverständlich im Verhältnis und angemessen verschieden sein, wenn ein Filter-Längenstück von kleinerer oder größerer Länge als 10 mm angewandt wird.

Wie oben klargestellt wurde, können wirksame Zigarettenfilter, welche ein extrudiertes Element eines im wesentlichen offenzelligen, geschäumten Harzes enthalten, durch Anwendung von sorgfältig geregelten Extrusionsbedingungen erhalten werden und es ist bei Verwendung eines thermoplastischen, hochdichten Polyäthylen-Harzes das Verfahren ein solches, wobei das Harz mit einem Gehalt an einem flüchtigen Treibmittel in einer Menge von weniger als 0,2 Mol pro 100 g, bezogen auf das endgültige extrudierte Produkt bei einer Schmelztemperatur zwischen 130 und 150° C extrudiert wird, wobei die Temperatur des Werkzeuges (d. h. die Metalltemperatur, gemessen innerhalb von 5 mm der Metall/Harz-Grenzfläche) zwischen 120 und 136° C liegt Wenn das Harz ein thermoplastisches Polypropylen-Harz ist, sind die Bedingungen ähnlich, mit der Ausnahme, daß die Schmelztemperatur zwischen 160 und 180° C und die Werkzeugtemperatur zwischen 155 und 165°C liegt. Zigarettenfilter, welche nach diesen Verfahren hergestellt werden, haben ausgezeichnete Eigenschaften, und es können die oben beschriebenen Werte für Härte, AP₁₀ und TST erreicht werden.

Die Schmelztemperatur ist die Temperatur der Mischung von Harz und Treibmittel unmittelbar vor dem Eintritt in das Extrusionswerkzeug, wie sie durch ein völlig eingetauchtes feines Thermoelement, das im wesentlichen durch Wärmeströme zu oder von seiner unmittelbaren Umgebung unbeeinflußt bleibt, gemessen wird. Ein Beispiel für ein derartiges Thermoelement wird in dieser Beschreibung später gegeben werden.

Das thermoplastische Harz ist ein thermoplastisches, hochdichtes Polyäthylen-Harz oder ein thermoplastisches Polypropylen-Harz, wobei das erstere im allgemeinen bevorzugt wird. Diese beiden Harze werden normalerweise durch ein Niederdruck-Polymerisationsverfahren, beispielsweise unter Verwendung eines Ziegler- oder eines Phillips-Katalysators hergestellt und sie sind durch eine lineare Molekularstruktur gekennzeichnet, welche relativ frei von verzweigten Polymerketten ist Zur Herstellung eines Polypropylen-Harzes kann ein Natta-Katalysator verwendet werden. Diese Harze haben einen hohen Kristallinitätsgrad und sie sind dort, wo eine Möglichkeit einer Stereospezifitäl besteht, vorzugsweise isotaktisch, obwohl syndiotaktische Harze ebenfalls brauchbar sind. Es kann ein kleiner Anteil, beispielsweise bis zu etwa 5 Gew.-% eines Comoncmeren in dem Harz zugegen sein; beispielsweise kann im Falle von Polypropylen das Comonomere Äthylen oder η-Buten und im Falle von Polyäthylen beispielsweise Propylen oder n- Buten sein. Das thermoplastische Harz kann ebenso aus einer Mischung von zwei oder mehreren Polymeren oder Copolymereri bestehen.

Hochdichtes Polyäthylen hat eine höhere Dichte als 0,940, vorzugsweise zwischen 0,950 und 0,970 g/cm³ Vorzugsweise beträgt sein Schmelzindex, wie er nach ASTM-Test No. D-1238 gemessen wird, von 1 bis 12 g pro 10 Minuten, beispielsweise von 2 bis 8 und insbesondere von 2 bis 5 g pro 10 Minuten, bei 230° C unter einer Belastung von 2,16 kg.

Dort wo das Filter Polypropylen ist hat dieses vorzugsweise einen Schmelzindex von 1 bis 12 g pro IC Minuten, beispielsweise von 2 bis 10 und insbesondere von 2 bis 8 g pro 10 Minuten, wie er bei einer Temperatur von 190° C und unter einer Belastung vor 2,16 kg nach ASTM-Test No. D-1238 gemessen wird.

Die Härte eines erfindungsgemäßen Zigarettenfilters gemessen in der oben beschriebenen Weise, ist höher als 50%, und sie beträgt oftmals mehr als 75%. Vorzugsweise ist die Härte höher als 80 oder 85%, und für viele Anwendungen und insbesondere dort, wo das gesamte Filter aus einem erfindungsgemäßen Element besteht schließt ein Härtebereich von etwa 90 oder 92% bis 99% die Hauptmenge der hauptsächlich gewünschter Filter ein. Sogar ein Wert von 100% konnte untei günstigen Bedingungen annähernd erreicht werden.

Der Druckabfall quer über das Zigarettenfilter (APw beträgt weniger als 15 cm und ist in der Praxis gewöhnlich niedriger als 10 cm Wassersäule. Eir besonders geeigneter Druckabfall ist ein solchei unterhalb von 7 cm und manchmal beträchtlich darunter, wie z. B. herunter bis zu 0,5 cm; dei

Druckabfall kann beispielsweise im Bereich von 1 bis 6 cm und insbesondere zwischen 2 und 5 cm Wassersäule liegen.

Im allgemeinen ist die TST-Filtrationswirksamkeit eines Zigerettenfilters gemäß Erfindung größer als 20%, jedoch ist sie vorzugsweise größer als 30%, und sie kann beispielsweise im Bereich von 35 bis 60% oder darüber liegen.

Für ein einzelnes Filter, das aus einem geschäumten Element gemäß Erfindung besteht, ist eine TST in der Nachbarschaft von 30 oder 35% oft sehr geeignet, jedoch kann dort, wo ein zusammengesetztes Zigarettenfilter verwendet werden soll, von dem lediglich ein Teil aus einem geschäumten erfindungsgemäßen Element besteht, dieses in vielen brauchbaren Fällen ein TST von mehr als 35% und vielleicht bis zu 60 oder 70% oder sogar höher aufweisen.

Das Zigarettenfilter ist gewöhnlich von zylindrischer Form und besitzt den gleichen Durchmesser wie die Zigarette. Es kann beispielsweise einen Durchmesser von 0,6 bis 0,9 cm aufweisen und beispielsweise von 0,8 bis 2 cm, insbesondere von 1,0 bis 1,5 cm lang sein, obwohl gegebenenfalls andere Formen und Größen verwendet werden können. Beispielsweise können längere Filter, wie solche von 2,5 cm Länge, gegebenenfalls verwendet werden und es ist kein wesentlicher Grund vorhanden, weshalb das Filter nicht beispielsweise von ovalem, als von kreisförmigem Querschnitt sein sollte.

Die Dichte des Zigarettenfilters gemäß Erfindung ist vorzugsweise relativ niedrig, gewöhnlich nicht größer als 0,15 g/cm³ und vorzugsweise im Bereich von 0,015 bis 0,1 g/cm³, wie beispielsweise von 0,03 bis 0,08 g/cm³. Eine sehr geeignete Dichte liegt oftmals im Bereich zwischen 0,04 und 0,07 g/cm³.

Es ist sehr oft wünschenswert, daß die Oberfläche des geschäumten Harzes groß, z. B. 8 bis 130 mVg sein sollte, wie dies durch übliche Methoden gemessen wird, welche die Adsorption einer monomolekularen Stickstoff-Schicht einschließen. Häufig ist die Oberfläche im Bereich von 10 bis 80 m²/g. Das bevorzugte geschäumte Harz hat eine Mikrostruktur derart, daß seine Oberfläche im Bereich zwischen 12 und 65 m²/g, wie 15 bis 30 mVg beträgt

Es wurde bereits oben erwähnt, daß das offenzellige, geschäumte Harz-Element gemäß der Erfindung die richtige Mikrostruktur aufweisen muß, wenn es die für ein gutes Zigarettenfilter notwendigen Bedingungen erfüllen soll. Diese Mikrostruktur ist normalerweise von faserartiger Natur und sie entsteht infolge der Existenz von Faserelementen, welche die öffnungen in den Zellwänden überbrücken, wobei die öffnungen selbstverständlich wegen des offenzelligen Charakters des geschäumten Harzes vorhanden sind Die Hauptmenge der Zellen des Schaumes, d. h. mehr als die Hälfte derselben, haben Wände, welche öffnungen enthalten, die durch ein oder mehrere (und in der Praxis hauptsächlich von mehreren) Faserelementen überbrückt werden. Gewöhnlich beträgt das Verhältnis derartiger Zellen von 70 oder 85% nach oben, wobei die Materialien innerhalb der höheren Bereiche in vielen Fällen besonders wünschenswert sind; unter gewissen Umständen kann der Prozentsatz 100% annähernd erreichen. Die Anzahl der Zellwandungen, welche öffnungen enthalten, kann in irgendeiner beliebigen, einzelnen Zelle variieren; es können gelegentlich Zellen vorhanden sein, welche eine einzelne oder überhaupt keine perforierte Zellwand enthalten, jedoch sind derartige Zellen nur in der Minderheit, da sie für einen Durchgang des Rauches keinen Beitrag leisten. In de^ Praxis enthält eine offene Zelle des geschäumten Harzes 2,3 oder mehr perforierte Zellwände, einschließlieh des bevorzugten Falles, wo der Hauptanteil (oder tatsächlich nahezu alle) der Zellwandungen in der besonders beschriebenen Weise perforiert sind; daraus ergibt sich, daß der Hauptanteil der Zellwandungen des geschäumten Harzes dann Perforationen enthalten

ίο wird. Ein besonders bevorzugtes, offenzelliges, geschäumtes Harz ist ein solches, in welchem der Hauptanteil der Zellwandungen von mehr als 85% der Zellen Perforationen enthält, welche durch Faserelemente überbrückt sind. Wegen der relativ großen Anzahl von Perforationen in den Zellwandungen ähnelt die Struktur des geschäumten Harzes in gewisser Hinsicht derjenigen eines netzartig verworrenen Faserstruktur-Schaumes (d. h. eines Schaumes, der ein »Gerüst« oder dreidimensionales Netzwerk von verstärkenden Elementen besitzt), wobei die netzartig verworrene Struktur durch das Harz gebildet wird, das in den Grenzen zwischen den perforierten Zellwänden enthalten ist, wobei diese Grenzen durch das ursprünglich in den Zellwänden vorhandene Harz ausgedehnt wurden, obwohl sich die netzartig verworrene Faserstruktur der geschäumten Harzelemente gemäß der Erfindung selbstverständlich von anderen netzartig verworrenen Schäumen durch die Anwesenheit der überbrückenden Faserelemente, welche die beschriebenen speziellen Eigenschaften liefern, unterscheidet.

Es wird auf Faserelemente und nicht auf Fasern Bezug genommen, weil die Elemente vorzugsweise untereinander mit jedem anderen oder mit dem Teil der Zeilwand, welche die Grenze der Perforation bildet, verbunden sind. Dementsprechend ist die Anzahl der losen »Enden« infolge der Anwesenheit von »Fasern« als solche gering und in vielen Fällen sind überhaupt keine losen Enden vorhanden.

Eine einzelne perforierte Zellwand kann ein oder zwei oder mehr Perforationen enthalten, jedoch ist im allgemeinen die Anzahl relativ klein, beispielsweise weniger als 5 Perforationen, und im allgemeinen ist bevorzugterweise nur eine Perforation vorhanden. In den meisten Fällen nehmen die Perforationen den größten Teil der zugehörigen Zellwand ein und gewöhnlich gehört mehr als 60%, beispielsweise von 70 bis 95%, oder darüber, des gesamten Oberflächenbereiches zu den Perforationen. In den bevorzugten Strukturen enthält eine Zellwandung eine einzelne

so Perforation, welche den größten Teil wie z. B. von 70 oder 80 bis 95% der gesamten Wandfläche einnimmt, und hier ähnelt die Struktur am ehesten der vorher erwähnten, netzartig verworrenen Faserstruktur, obwohl sie sich von anderen netzartig verworrenen Schäumen durch die Anwesenheit der überbrückenden Faserelemente unterscheidet Dementsprechend sind in diesen bevorzugten Strukturen sowohl die feinen, überbrückenden Faserelemente und auch eine netzartig verworrene Faserstruktur von verstärkenden Elementen vorhanden, beispielsweise oftmals teilweise stabförmig, obwohl viele verschiedenartige Querschnitte möglich sind. Die verstärkenden Elemente sind oftmals 10- bis lOOmal dicker als die durchschnittlichen Faserelemente, jedoch sind Variationen in der Dicke bei beiden in einem weiten Bereich möglich. Es wird angenommen, daß die Anwesenheit von diesen beiden Typen von Elementen für die besonders brauchbare Kombination der Eigenschaften, welche die Zigaretten-

filter besitzen, verantwortlich sind, wobei die netzwerkartige Struktur beispielsweise ihren Beitrag zu der Härte leistet und die Faserelemente die Filtrationseigenschaften liefern.

Jede Perforation kann durch eines oder mehrere Faserelemente überbrückt werden und in einzelnen Fällen kann die Anzahl der Faserelemente pro Perforation bis zu 100 oder mehr, wie von 1 bis 100 betragen. In manchen Fällen liegt die Anzahl der Faserelemente, welche eine Perforation überbrücken, iu innerhalb des Bereiches von 1 bis 20 oder 50, in anderen Fällen bei 200 oder 300 oder mehr. Im Durchschnitt liegt mehr als ein Faserelement pro Perforation vor. Die Faserelemente können einen im wesentlichen kreisförmigen oder irgendeinen anderen Querschnitt aufweisen. Ein Faserelement hat vorzugsweise eine Dicke von weniger als 10 Mikron, wobei seine Dicke gewöhnlich in der Größenordnung von 0,1 bis 2 Mikron liegt, und beispielsweise etwa 1 Mikron beträgt. Die Faserelemente sind oftmals (jedoch nicht immer) verzweigt oder untereinander unter Ausbildung einer zweidimensionalen Anordnung und untereinander verbundenen Faserelementen in Form eines feinen Gewebes verbunden, welches sich quer über einen Teil, oftmals des größeren Teils, des Perforationsbereiches erstreckt Wenn das Gewebe komplex ist, kann dies mit einem höheren ΔΡ\ο verbunden sein, jedoch kann dieser Effekt kompensiert sein, wenn eine relativ grobe netzartige Zellstruktur vorliegt. Bei einem Typ der bevorzugten Struktur enthält der Hauptanteil der Zellwandungen des jo geschäumten Harzelements jeweils eine einzelne Perforation, welche den Hauptteil der Zellwandung einnimmt, wobei die Perforation durch ein Gewebe von miteinander verbundenen Faserelementen überbrückt wird.

Die Perforationen können von annähernd kreisförmiger oder elliptischer Form sein, jedoch können sie ebenso ziemlich häufig eine völlig irreguläre Form besitzen und die Form wird in den meisten bevorzugten Strukturen, wo die Zellwand eine Perforation enthält, die sich im wesentlichen über die gesamte Zellwand erstreckt, polygonal sein und ihre Dimensionen werden dementsprechend hauptsächlich von dem Oberflächenbereich der ursprünglichen Zellwand abhängen.

Vorzugsweise werden die meisten Zellen einen <r> Durchmesser innerhalb eines Bereiches von 0,004 bis 0,1 cm, beispielsweise von 0,01 bis 0,05 cm besitzen, und die Zellwände können einen durchschnittlichen Oberflächenbereich von 3 χ ΙΟ-⁵ bis 2 χ 10~², insbesondere von2 χ 10"⁴bis5 χ ΙΟ-³cm²aufweisen.

Das offenzellige geschäumte Harz kann ebenso irgendwelche Zellwände enthalten, welche nicht zu der vorbeschriebenen Art gehören, jedoch beispielsweise in Form einer Vielzahl von einfachen Löchern perforiert sind, welche im Verhältnis zum gesamten Oberflächenbereich der Zellwand klein sind. Diese Strukturen sind, falls vorhanden, nur bei einer geringen Anzahl von Zellwänden zu beobachten und üblicherweise liegen solche Schäume vor, welche im wesentlichen aus Zellwänden mit Perforationen bestehen, die durch Faserelemente überbrückt sind.

Ausführungsformen der Erfindung sind im folgenden näher an Hand der Mikrophotographien beschrieben. Es zeigen

die F i g. 1 bis 6 an Hand von Mikrophotographien, die b5 mit einem Abtast-Elektronenmikroskop erhalten wurden, die MikroStruktur des erfindungsgemäßen Zigarettenfilters und

die F i g. 7 und 8 Mikrophotographien von verschiedenartigen offenzelligen, geschäumten Harzen, die zu Vergleichszwecken beigefügt sind.

Die photographierten Abschnitte wurden aus geeigneten extrudierten Elementen herausgeschnitten, so daß in manchen Fällen lose »Enden« und Bruchstücke zu sehen sind, die durch den Schneidvorgang entstanden sind.

Die F i g. 1 erläutert die MikroStruktur eines bevorzugten Zigarettenfilters gemäß der vorliegenden Erfindung. Es wird eine Anzahl von Zellen gezeigt, wobei die meisten Zellwände jeweils eine einzelne große Perforation aufweisen, die durch Faserelemente überbrückt ist. In diesem Fall sind die Perforationen so groß, daß sie beinahe die gesamten Zellwände einnehmen und die MikroStruktur zeigt als Ganzes ein komplexes Aussehen; es liegt eine netzartige Struktur vor, welche mit feinen Faserelementen überbrückt ist, von denen viele miteinander verbunden sind.

F i g. 2 erläutert die MikroStruktur eines anderen Zigarettenfilters der vorliegenden Erfindung. Sie zeigt einen Abschnitt durch eine einzelne Zelle des Schaumes und Teile der benachbarten Zellen, und wiederum ist in diesem Beispiel eine einzelne Zellwand beinahe völlig von einer einzigen Perforation eingenommen, welche durch eine Anzahl von miteinander verbundenen Faserelementen, die ein Gewebe bilden, überbrückt wird. Dies ist sehr deutlich an der durch einen Pfeil bezeichneten Zellwand zu sehen.

Fig.3 erläutert die MikroStruktur eines weiteren Zigarettenfilters gemäß der vorliegenden Erfindung. Sie zeigt einen Schnitt durch eine einzelne Zelle und Teile der benachbarten Zellen, einige von ihnen fragmentarisch. Einige der Faserelemente, welche die Perforationen überbrücken, sind eines vom anderen abgetrennt, wobei sie relativ frei von einer Verbindung untereinander sind; andere bilden ein Gewebe ähnlich demjenigen in F i g. 2. F i g. 3 zeigt ebenso, daß Zellwände, welche verschiedenartige Strukturen aufweisen, in dem offenzelligen geschäumten Harz vorhanden sein können. Beispielsweise zeigt der obere Pfeil eine intakte Zellwandung, frei von Perforationen.

Fig.4 erläutert die MikroStruktur eines Teils eines weiteren Zigarettenfilters gemäß Erfindung. Sie zeigt einen Schnitt durch eine einzelne Zelle des Schaumes und Teile der benachbarten Zellen. Der größte Anteil der Zellwände, beispielsweise die durch einen Pfeil bezeichneten, haben Perforationen, die durch Faserelemente überbrückt sind. In manchen Fällen sind die Faserelemente miteinander verbunden und bilden ein Gewebe quer über einen Teil der Perforation.

Fig.5 zeigt die äußere Haut eines Beispiels eines Zigarettenfilters gemäß der vorliegenden Erfindung; diese Haut ist nicht porös und glatt gegenüber Tastsinn und Auge.

Fig. 6 erläutert die MikroStruktur eines sehr wirksamen, hoch-dichten Polyäthylen-Elements für einen Zigarettenfilter; es liegt hier eine dreidimensionale, netzartige Struktur vor, zusammengesetzt aus stabartigen Elementen mit Geweben aus feinen Faserelementen, welche die ursprünglichen Zellwände überbrücken.

F i g. 7 erläutert die MikroStruktur eines Teils eines offenzelligen Polyurethanschaumes. Die Fotografie zeigt eine Einzelzelle und Teile der benachbarten Zellen, welche eindeutig eine einfache, netzartige Struktur mit einer dreidimensionalen Anordnung von Rippen besitzen. Die totale Abwesenheit von überbrückenden

Fasern in dieser netzartigen Struktur ist eine der Eigenschaften, welche diese von den offenzelligen, geschäumten Harz-Zigarettenfiltern der vorliegenden Erfindung unterscheidet, wie sie in den F i g. 1 bis F i g. 4 und F i g. 6 beispielhaft gezeigt werden.

Fig.8 zeigt die MikroStruktur eines Teils eines offenzelligen Harnstoff-Formaldehyd-Schaumes. Diese Fotografie zeigt eine Anzahl von durch Löcher perforierten Zellwänden, die nicht mit der charakteristischen, faserartigen MikroStruktur der Zigarettenfilter gemäß Erfindung verbunden sind.

Wenn Zigarettenrauch durch ein Filter strömt, das die bevorzugte MikroStruktur besitzt, werden die Teerteilchen von den Faserelementen aufgefangen, wobei ein guter Zahlenwert für die TST-Filtrationswirksamkeit erhalten wird. Andererseits ist ein geringer Widerstand hinsichtlich des Durchströmens von Gas- oder Dampf-Bestandteilen im Rauch vorhanden und der Druckabfall quer durch das Filter ist gering. Ebenso ergibt die relativ feste, offenzellige Schaumstruktur die Härte des Filters. Das geschäumte Harz hat den zusätzlichen Vorteil, daß es unter geeigneten Bedingungen, wie sie in dieser Beschreibung näher erläutert werden, kontinuierlich und direkt durch Extrudieren hergestellt werden kann. Wenn es durch Extrusion durch ein Ringdüsenwerkzeug erhalten wird, kann der resultierende, zylindrische Strang in geeignete Teile zerschnitten werden und somit erlaubt dieses Verfahren die Eigenschaften und die Dimensionen des extrudierten Materials, und damit auch der daraus geschnittene Zigarettenfilter genau zu regeln. Die Form und Größe der Ringdüse ist ein bestimmender Faktor und diese werden derart gewählt, daß sie das gewünschte Produkt liefern.

Dementsprechend wird ein sehr wirksames Zigarettenfilter durch Extrudieren eines Stranges des geschäumten Harzes mit der erforderlichen MikroStruktur und einem Querschnitt hergestellt, der im wesentlichen dem gewünschten Querschnitt in dem endgültigen Filterelement entspricht Der Strang wird in Stücke von der Länge eines einzelnen Filterelements geschnitten oder (für eine leichte Handhabung) in Zwischenstücke (d. h. in Stäbe), die ein einfaches Vielfaches dieser Länge sind, vorzugsweise vom 2- bis lOfachen der Länge eines einzelnen Filterelements; die Produktion von Stäben ist das Standardverfahren. Das Extrusionsverfahren ist einfach und wirksam und vermeidet viele Schwierigkeiten bei der Herstellung von Filterelementen; z. B. ist es hierbei nicht notwendig, Klebstoff oder ein Umhüllungspapier zur Ausformung des Filterelements in eine geeignete Gestalt oder ein Material in Form eines dicht gerollten Zylinders zu verwenden. Darüber hinaus kann ein Filter mit Eigenschaften hergestellt werden, welche es besonders für Zigaretten geeignet machen. In der Praxis hat gewöhnlich ein extrudierter Strang des geschäumten Harzes eine glatte, nicht-poröse Haut, welche das Eindringen von Luft in daraus hergestellte Filter beim Gebrauch verhindert und welche einen gewissen Beitrag zur Härte des Filters liefern kann. Die Haut macht ebenso das Einhüllen des Filters in Papier vor dem Anbringen an einer Zigarette überflüssig.

Wenn es auch bevorzugt wird, daß das Zigarettenfilter vollständig aus dem extrudierten, geschäumten Harzelement besteht, kann selbstverständlich ein Teil irgendeiner anderen Substanz, wie z. B. eine Papierfüllung oder Celluloseacetat-Werg mit dem verhältnismäßig kleiner geschäumten Harzelement zur Herstellung eines zusammengesetzten Filters kombiniert werden. Geschäumte Elemente, welche eine relativ hohe TST-Filtrationswirksamkeit (beispielsweise 60%) besitzen, sind für derartige zusammengesetzte Filter besonders brauchbar. In einem derartigen zusammengesetzten Filter kann das Element aus extrudiertem Schaum gemäß Erfindung auch etwas weniger hart sein als es sonst angewendet werden würde. In einem zusammengesetzten Filter kann das extrudierte geschäumte Element in irgendeiner Lage sein, beispielsweise kann es sich vor oder nach einer verschiedenarti-

Hi gen Komponente befinden.

Das Extrusionswerkzeug ist vorzugsweise eine einfache Düse mit kreisförmigem Querschnitt, und es kann beispielsweise einen Durchmesser von 1 bis 3 mm, vorzugsweise von 1,5 bis 2 mm besitzen. Ein

is »Führungskanal der Düse«, das ist die Länge der Düse, gemessen entlang der Extrusionsrichtung, vom i- bis zum lOfachen des Düsendurchmessers ist oftmals geeignet, obwohl diese Dimension, falls gewünscht, oftmals größer sein kann, beispielsweise um den Rückdruck hinter dem Werkzeug zu erhöhen, falls ein Harz von niederer Viskosität extrudiert wird. Andererseits wurde ein Werkzeug mit einem sehr kurzen Führungskanal von beispielsweise lediglich 0,1 bis 1 mm erfolgreich angewandt und es wurde gefunden, daß dieses ein Produkt mit feinen Zellen lieferte. Sehr oft jedoch wurde ein Führungskanal mit einer Abmessung vom 1,5- bis zum 3fachen des Durchmessers des Düsenaustrittes als geeignet befunden. Der Eingang zu dem Düsenaustritt kann je nach Wunsch aufgeweitet oder abgestuft sein. Vorzugsweise ist der Werkzeugausgang eben, obwohl dieser, falls gewünscht, leicht aufgeweitet sein kann.

In einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung eines Filterelements gemäß der vorliegenden Erfindung

j5 wird der extrudierte, offenzellige Schaum mittels eines Direkteinspritz-Extrusionsverfahrens hergestellt, bei welchem ein Treibmittel in das durch Wärme weichgemachte Harz eingespritzt wird, während es entlang des Zylinders eines Schneckenextruders geführt wird.

Der Extruder ist vorzugsweise ein Schneckenextruder und umfaßt vorzugsweise Plastifizier-, Injektions-, Misch- und Kühlzonen. Um die gewünschte Mikrostruktur in dem extrudierten Schaum zu erhalten, müssen eine Reihe von Faktoren sorgfältig geregelt werden.

Beispielsweise sind die Schmelz- und Werkzeug-Temperaturen wichtige Faktoren für die Herstellung von geschäumten Harzen, die für eine Verwendung in Zigarettenfiltern gemäß Erfindung geeignet sind.
Es wurde bereits erwähnt, daß die Schmelz-Temperatür (d. h. die Temperatur der Mischung von Harz und Treibmittel hinter dem Werkzeug-Eingang) mit einem vollständig untergetauchten, feinen Thermoelement gemessen werden muß, das durch Wärmeströme zu oder von seiner unmittelbaren Umgebung nicht beeinflußt wird. Dies bedeutet, daß die Verbindung des Thermoelements physikalisch klein sein muß und daß es soweit wie möglich thermisch von Trägern oder anderen Gegenständen, welche bei einer wesentlich verschiedenartigen Temperatur sein können, isoliert sein muß. Eine Konstruktion, welche als brauchbar befunden wurde, umfaßt ein rostfreies Stahlrohr mit einem Außendurchmesser von 1,5 mm, welches feine Eisen- und Konstantan-Drähte enthält, die mit pulverisierter Magnesia isoliert und an dem geschlossenen Ende des Rohres zusammengelötet oder -geschweißt sind. Das Rohr kann in den Extruder quer zur Richtung des Schmelzflusses eingeführt werden, jedoch ist das Rohr vorzugsweise in einem rechten Winkel derart

gebogen, daß sich etwa die letzten 3 cm des Rohres entlang der Schmelzfluß-Richtung erstrecken und die Bindung selbst etwa einen halben cm oder weniger hinter dem Werkzeug-Eingang angebracht ist Die angewandte Schmelz-Temperatur hängt hauptsächlich von der Natur des Harzes und insbesondere davon ab, ob es ein hoch-dichtes Polyäthylen oder ein Polypropylen ist Dementsprechend liegt für ein hoch-dichtes Polyäthylen die Schmelz-Temperatur zwischen 130 und 15O⁰C, und vorzugsweise zwischen 134 und 146°C. Sie kann beispielsweise zwischen 136 oder 137" und 140° C oder 142⁰C zur Erzielung guter Ergebnisse liegen. Da wo ein Polypropylen-Harz verwendet wird, ist die Temperatur höher im Bereich von 160 bis 180⁰C und vorzugsweise zwischen 162 oder 165° C und 175° C; eine Temperatur zwischen 67 und 170⁰C ist oft besonders brauchbar. In vielen Fällen liegt die Schmelz-Temperatur im Bereich einer Temperatur, welche zwischen 5° C weniger und 15° C höher als der kristalline Schmelzpunkt des Harzes ist; beispielsweise liegt für hoch-dichtes Polyäthylen dieser Punkt bei etwa 135° C.

Ein besonders empfindlicher Temperatur-Faktor ist die Temperatur des Werkzeugs. Diese muß innerhalb von 5 mm des Düsenaustritts selbst gemessen werden, d. h. innerhalb der Grenzfläche zwischen dem ex tradierenden Harz und dem Metall des Werkzeugs; sonst kann das erhaltene Ergebnis wegen irgendeines Temperaturgradienten, welcher außerhalb vom Düsenaustritt zu dem Körper des Werkzeugs vorliegt, irreführen. Wenn das Werkzeug aus einem relativ schlechten Wärmeleiter wie z. B. aus Stahl konstruiert ist, sollte die Messung so nahe wie möglich an dem Düsenaustritt durchgeführt werden; bei einem besseren Leiter wie z. B. bei Messing ist eine Entfernung von 5 mm normalerweise nahe genug. Die Werkzeug-Temperatur kann beispielsweise mittels einer Bohrung von 5 mm innerhalb des Düsenaustrittes und Einschieben der Spitze des feinen, oben beschriebenen Thermoelements in Verbindung mit der Messung der Schmelz-Temperatur gemessen werden. Normalerweise ist die Werkzeug-Temperatur nicht wesentlich höher als die Schmelz-Temperatur, und sie ist üblicherweise gleich oder niedriger als die Schmelz-Temperatur. Bei der Anwendung von kleinen Mengen flüchtiger Treibmittel, wie sie beim Extrudieren der erfindungsgemäßen Filterelemente verwendet werden, wurde überraschenderweise gefunden, daß eine sorgfältige Regelung der Werkzeug-Temperatur innerhalb einiger weniger Grade zur Bildung der gewünschten MikroStruktur führt. Eine zu hohe Werkzeug-Temperatur führt zu einem Zusammenbrechen des Schaumes während der Extrusion zu einem dünnen Strang, der für ein Zigarettenfilter unbrauchbar ist. Andererseits führt eine Werkzeug-Temperatur von lediglich drei oder vier Graden tiefer zu einer unstabilen Extrusion mit nicht mehr regelbaren Variationen in Dicke und Dichte des extrudierten Produktes. Zwischen diesen beiden Extremen wird ein Produkt mit der gewünschten MikroStruktur erhalten und es muß wiederum betont werden, daß der Temperaturbereich des Werkzeugs sehr eng ist und daß dieser Einfluß nicht beobachtet wird, wo zuviel an Treibmittel verwendet wird. Die in einem besonderen Fall anzuwendende, genaue Werkzeug-Temperatur hängt hauptsächlich von der Treibmittelmenge und den Theologischen Eigenschaften des Harzes und zu einem geringeren Ausmaß von der Anwesenheit oder Abwesenheit eines kernbildenden Mittels oder Füllstoffes und von der Geometrie des Extruders und des Werkzeugs ab, jedoch kann sie experimentell unter Verwendung der oben angegebenen Kriterien ermittelt werden. Beispielsweise wurde für hoch-dichtes Polyäthylen gefunden, daß die richtige Werkzeug-Temperatur zwischen 120 und 136"C, und gewöhnlich zwischen 125 und 135°C und oftmals zwischen 126 und 127°C und 133 oder 134°C liegt Im Falle von Polypropylen liegt die Werkzeug-Temperatur zwischen 155 und 165⁰C, und oftmals ist eine Temperatur zwischen 157 und 163⁰C, wie beispielsweise

ίο zwischen 159 und 162°C erforderlich.

Der Anteil an Treibmittel wird in dieser Beschreibung in Form der Anzahl der Mol pro 100 g extrudiertem Endprodukt angegeben, wobei unter dem letzteren das Gewicht des extrudierten Produktes verstanden wird, nachdem das Treibmittel und irgendwelche andere flüchtige Bestandteile des Extrudates sich verflüchtigt haben. Eine derartige Verflüchtigung findet extrem rasch statt und ist normalerweise innerhalb weniger Sekunden beendigt Der Anteil an Treibmittel ist ein sehr wichtiger Faktor, um die Bildung der gewünschten MikroStruktur sicherzustellen. Ein zu geringer Anteil an Treibmittel, beispielsweise 0,01 Mol pro 100 g extrudiertem Endprodukt kann zu einem groben offenzelligen Schaum ohn- irgendeine faserartige MikroStruktur führen. Dieser ist als Zigarettenfilter nicht geeignet, weil er Teer nicht in ausreichendem Maße zurückhält. Ebenso neigt eine Treibmittelmenge von mehr als 0,2 Mol pro 100 g extrudiertem Endprodukt, beispielsweise 0^2 Mol, dazu, die Natur des Schaumes zu verändern und oftmals wird ein hoher Wert für Δ P oder sogar eine Struktur mit im wesentlichen geschlossenen Zellen erhalten. Noch größere Mengen, wie z. B. 0,27 Mol pro 100 g an extrudiertem Endprodukt können einen Schaum liefern, der einige offene Zellen besitzt, jedoch ermangelt dem Produkt eine ausreichende Härte, es leistet dem Durchfließen von Luft einen zu großen Widerstand und es hat eine niedrige Filtrationswirksamkeit, wenn es in zur Erzielung eines annehmbaren Druckabfalles ausreichend kurzen Längen eingesetzt wird. Im allgemeinen wird gemäß der vorliegenden Erfindung viel weniger an Treibmittel, als normalerweise beim Extrudieren eines geschäumten Harzes ähnlicher Dichte eingesetzt wird, angewandt und der Anteil an Treibmittel beträgt in jedem Fall nicht mehr als 0,2 Mol pro ICOg an extrudiertem Produkt; vorzugsweise liegt er im Bereich von 0,02 oder 0,05 bis 0,17, wie beispielsweise von 0,05 bis 0,13 Mol pro 100 g an extrudiertem Endprodukt Überraschenderweise scheinen die optimalen Extrusionstemperaturen nicht

so allzu sehr durch den Anteil an Treibmittel beeinflußt zu werden, vorausgesetzt, daß das letztere in einer Menge unterhalb der kritischen Menge vorliegt. Bequemerweise wird daher beim Einstellen der genauen Extrusionsbedingungen zunächst die Schmelz-Temperatur innerhalb des festgesetzten Bereiches unter Verwendung von etwa 0,17 oder 0,18 Mol Treibmittel pro 100 g an extrudiertem Endprodukt und eine Werkzeug-Temperatur im oberen Bereich der festgesetzten Grenzen einjustiert, anschließend wird die Werkzeug-Temperatür zur Erzielung einer stabilen Extrusion eines nicht zusammengebrochenen, geschäumten Produktes erniedrigt und schließlich wird die Menge an Treibmittel allmählich erniedrigt (wobei gleichzeitig, falls notwendig, die Schmelz-Temperatur leicht erhöht wird, um eine

b5 stabile Extrusion aufrechtzuerhalten), bis an Produktproben durchgeführte, wie oben beschriebene Untersuchungen zeigen, daß das korrekte Gleichgewicht der Eigenschaften und die richtige MikroStruktur erreicht

worden ist. Die endgültige Einstellung des gewünschten Filterelementes wird durch geringe Justierungen nach oben oder nach unten in der Schmelz- oder Werkzeug-Temperatur bewirkt, bis alle Eigenschaften des Schaumes wie gewünscht erreicht sind. In dieser Hinsicht kann ein Anstieg in der Schmelz-Temperatur zu einer Abnahme von AP_W des Produktes führen, es kann die Werkzeug-Mundstück-Temperatur die Filtergestalt beeinflussen, und eine weitere geringe Abnahme an Treibmittel kann ebenso eine Erniedrigung von ΔΡ\₀ bewirken.

Es wurde sehr oft festgestellt, daß bei hoch-dichtem Polyäthylen die Extrusionsbedingungen innerhalb des Bereiches von 1 bis 10 Gew.-% an Treibmittel, bezogen auf das Gewicht an Polyäthylen liegen (was für das bevorzugte Treibmittel Isobutylen einen Bereich von 0,018 bis 0,18 Mol pro 100 g an extrudiertem Produkt entspricht), mit einer Schmelz-Temperatur von 135 bis 145° C und einer Werkzeug-Temperatur von 128 bis J35°C.

In vielen Fällen ist das flüchtige Treibmittel unter normalen atmosphärischen Bedingungen (wie 20° C und 1 Atmosphäre Druck) ein Gas oder ein Dampf, während es vor der Extrusion unter Druck in dem durch Wärme weichgemachten, thermoplastischen Harz in Lösung zugegen ist. Das Treibmittel kann ebenso ein solches sein, das unter Normalbedingungen flüssig ist, wie z. B. Pentan oder eine Pentan-Fraktion. Beispiele von flüchtigen Treibmitteln, welche verwendet werden können, umfassen niedere aliphatische Kohlenwasserstoffe (d. h. solche, welche bis zu 5 Kohlenstoffatome enthalten), wie Methan, Äthan, Äthylen, Propan, Propylen, Butan, ein Butylen (insbesondere Isobutylen) oder ein Pentan; ein Fluorkohlenstoff wie z. B. Dichlordifluormethan; ein niedrigsiedender Ester wie beispielsweise Methyl- oder Äthylacetat; Aceton; und anorganische Gase wie Kohlendioxyd oder Stickstoff. Ebenso kann das Treibmittel eine polare Verbindung wie z. B. Wasser, oder ein niedrig siedender Alkohol wie z. B. Methanol, Äthanol oder Propanol sein. Falls gewünscht, können Mischungen von zwei oder mehreren flüchtigen Treibmitteln angewandt werden.

Der Druck, unter welchem das Treibmittel in das Extrusionssystem injiziert wird, kann ziemlich niedrig sein und obwohl, falls gewünscht, höhere Drücke angewandt werden können, bringt dies normalerweise keinen Vorteil, und der Injektionsdruck pflegt hauptsächlich von der Extruderschnecken-Konstruktion abzuhängen. Beispielsweise kann das Druckprofil entlang der Extruderlänge bis zu einem Maximum im Plastifizierabschnitt ansteigen und am Injektionspunkt aus im wesentlichen atmosphärischen Druck vor einem Wiederanstieg in den Misch- und Kühlzonen abfallen, und schließlich wiederum endgültig am Werkzeug-Ausgang auf atmosphärischen Druck zurückgehen.

Das Treibmittel wird in vielen Fällen vorzugsweise in Verbindung mit einem kernbildenden Mittel angewandt, welches die Bildung einer großen Anzahl relativ feiner Zellen unterstützt. Es kann ein breiter Bereich von kernbildenden Mitteln angewandt werden, einschließlich fein verteilte inerte Feststoffe, insbesondere beispielsweise Calciumcarbonat, welches beispielsweise in Form von Calcit, Kreide oder gemahlenem Kalkstein vorliegen kann. Wenn Calciumcarbonat verwendet wird, kann dieses gegebenenfalls in Verbindung mit einem kleinen Anteil von Natriumcarbonat eingesetzt werden. Andere geeignete, feinverteilte kernbildende Mittel umfassen Talk, Kieselerde, Tonerde und Titandioxyd. Eil Salz einer aliphatischen Carbonsäure mit bi^ zu 16 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Calciumpropionat oder -acetat, oder ein Salz einer aromatischen Carbonsäure, beispielsweise Calciumbenzoat, liefert gute Ergebnisse. Gewöhnlich ist ein kleiner Anteil an kernbildendem Mittel, beispielsweise bis zu 5 Gew.-% des Harzes, wirksam. Oftmals liegt die Menge an angewandtem kernbildenden Mittel im Bereich von 0,1 bis 5 Gew.-°/o, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 2

ίο Gew.-%. Wenn das kernbildende Mittel ein fein verteilter inerter Feststoff wie Calciumcarbonat ist, können, falls gewünscht, größere Anteile wie beispielsweise 10 bis 30% zugegen sein, und in derartigen Fällen wirkt der fein verteilte Feststoff zusätzlich als Füllstoff.

Durch Auswahl eines geeigneten Werkzeuges, besonders eines solchen mit einem sehr kurzen Führungskanal oder eines Werkzeuges, das so konstruiert ist, daß es ein hohes Scherverhältnis auf das zu extrudierende, verschäumbare Harz ausübt, ist es jedoch oftmals möglich, gänzlich auf ein kernbildendes Mittel zu verzichten.

Die gleichmäßige Verteilung eines kernbildenden Mittels kann durch die zusätzliche Anwesenheit eines adhäsiven Materials unterstützt werden. Das adhäsive Material kann als Träger für das kernbildende Mittel wirken und es kann ganz allgemein aus einer großen Vielzahl von Substanzen ausgewählt werden unter der Voraussetzung, daß es unter Extrusionsbedingungen thermisch stabil ist und auf das kernbildende Mittel oder das Harz nicht nachteilig einwirkt. Als besonders geeignete Materialien sind Polyisobutylen, Methylcellulose, ein flüssiger Kohlenwasserstoff mit höherem Molekulargewicht und ein Polyalkylenglykol eingeschlossen. Vorzugsweise ist das adhäsive Material in

3S dem Verfahren bis zu einer Menge von 3 bis 15 Gew.-°/o, bezogen auf das kernbildende Mittel, zugegen. Ein bevorzugtes adhäsives Material ist ein Polyalkylenglykol, welches am besten in Mengen im Bereich von 5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das kernbildende Mittel, angewandt wird. Das Polyalkylenglykol ist selbstverständlich ein solches, welches mit dem Polymerisat und dem kernbildenden Mittel nicht reagiert und unter den Extrusionsbedingungen thermisch stabil ist und es kann beispielsweise Polymethylenglykol, Polyäthylenglykol, Polybutylenglykol oder Polyisobutylenglykol sein. Polyäthylenglykol ist das besonders bevorzugte Glykol und es wurden bei Verwendung von etwa 10 Gew.-%, bezogen auf das kernbildende Mittel, ausgezeichnete Ergebnisse erhalten. Ganz allgemein hat das verwendete Polyäthylenglykol ein Molekulargewicht von 200 bis 600, insbesondere von 300 bis 500, beispielsweise von etwa 400.

Nach der Extrusion wird der geformte Strang von dem Werkzeug hinweggefördert. Vorzugsweise wird er bei einer Geschwindigkeit abgezogen, die leicht höher ist als die Extrusionsgeschwindigkeit; dies unterstützt die Regelung des Enddurchmessers. Es ist wünschenswert, den Durchmesser des Stranges durch zusätzliche Vorrichtungen zu regeln und es wurde gefunden, daß eine sehr genaue und vereinbarte Formkontrolle dadurch erreicht werden kann, daß man den gerade extrudierten Strang durch ein Kalibrierrohr führt, und danach abkühlt. Der Kühlvorgang umfaßt vorzugsweise das Führen des Stranges durch ein anderes Rohr,

b5 welches gekühlt wird. Vorzugsweise hat das Kühlrohr einen Querschnitt, welcher im wesentlichen der gleiche ist wie der des geformten Stranges, so daß ein Kontakt zwischen der Strangoberfläche und den Wänden des

Rohres hergestellt und die Wärme von der Strangoberfläche abgeführt wird. Die Kalibrier- und Kühlrohre haben vorzugsweise hochpolierte Innenflächen und die Endjustierung ihres Kalibers wird bequemerweise beispielsweise durch Ziehschleifen bewirkt Jedes Rohr sollte vorzugsweise an seinem Ausgangsende einen Durchmesser besitzen, der im wesentlichen der gleiche ist, wie er für den geschäumten Harz-Strang (und dementsprechend für das endgültige Zigarettenfilter) gewünscht wird, obwohl das Ausgangsende des Kalibrierrohres etwas enger sein kann, da nach dem Austreten des Stranges aus diesem Rohr eine geringe Expansion stattfindet Das Eingangsende eines jeden Rohres kann etwas größer als der Strang sein. Vorzugsweise ist jedes Rohr so konstruiert, daß es leicht longitudinal geteilt und wieder zusammengehaut werden kann, um das Durchziehen des geschäumten Stranges zu Beginn zu erleichtern.

Die Kalibrier- und Kühlrohre können jedes beispielsweise von 1 bis 10 cm lang sein. Oftmals ist eine geeignete Länge etwa 5 cm.

Das Kalibrierrohr wird vorzugsweise in einer Entfernung von zwischen 15 und 200 cm, beispielsweise von 20 bis 100 cm vom Ausgang des Extrusionswerkzeuges angeordnet An dieser Stelle ist der geschäumte Harz-Strang im wesentlichen voll expandiert, jedoch zur Verfestigung seines Inneren noch nicht ausreichend gekühlt. Die Extrusionswärme führt zu einer Erwärmung des Kalibrierrohres, beispielsweise auf etwa 100⁰C, und obwohl eine Außenheizung oder -kühlung, falls dies für wünschenswert befunden wird, angewandt werden kann, ist es gewöhnlich bequem, sich auf die natürliche Luftkühlung zu verlassen.

Nachdem der geschäumte Strang das Kalibrierrohr verlassen hat, durchläuft er vorzugsweise einige wenige Centimeter, beispielsweise 5 bis 20 cm freie Luftstrecke, bevor er in das Kühlrohr eintritt Vorzugsweise ist das Kühlrohr in die Begrenzungswand eines länglichen Troges voll Kühlwasser (oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit) eingesetzt in welchen der Strang eingeführt wird, sowie er aus dem Kühlrohr austritt. Auf diese Weise kühlt das in dem Trog befindliche Wasser das Rohr durch Ableitung der Wärme und ferner wird der Strang in dem Maße abgekühlt, wie er durch den Trog geführt wird. Die Wassertemperatur kann beispielsweise 1 bis 40⁰C, vorzugsweise 10 bis 30°C sein. Der Trog kann beispielsweise 1 bis 3 m Länge aufweisen, obwohl er, fal!s gewünscht, auch kürzer oder länger sein kann. Vorzugsweise verläßt der Strang den Trog durch ein abdichtendes Rohr, welches bequemerweise ähnlich wie das Kühlrohr gestaltet sein kann. Falls gewünscht, kann mehr als ein abdichtendes Rohr angewandt werden und es kann ferner auch ein Luftstrahl zur Entfernung von überschüssigem Wasser auf dem Strang vorgesehen werden.

Der geschäumte Strang muß durch die Rohre gezogen werden und es wurde gefunden, daß diese »Abzugsgeschwindigkeit« als Feinkontrolle für den Durchmesser dienen kann. Beispielsweise wurde gefunden, daß eine Veränderung der Abzugsgeschwindigkeit um 3% eine Veränderung im Strangdurchmesser von etwa 1 % hervorruft. Vorzugsweise umfaßt das Abzugssystem Walzen oder ein endloses Förderband und es ist mit einem weichen Material wie beispielsweise Polyurethanschaum so beschichtet, daß ein Zusammendrücken der Schaumstruktur vermieden wird. Nach dem Abzugssystem kann der geschäumte Strang vor der Verwendung "dauert werden, »cdoch ist es

^u^mcr ihn, wie bereits oben erwähnt, in Stäbe zu zerschneiden. Die Stäbe werden dann normalerweise in V<elfach-Stükke von zwei Filtern geschnitten, an jeder Seite des »Doppek-Filters Tabak in Form einer Zigarette gedreht und anschließend wird das Ganze in der Mitte durchgeschnitten, wobei man zwei Zigaretten erhält

Das geschäumte Harz gemäß Erfindung ist nicht nur zur Herstellung von Zigaretten brauchbar, sondern es ist auch für allgemeine Filtrationszwecke, beispielsweise

ίο für Luft-Klimatisierung, Zentralheizung, Bergbau, öl- oder Wasser-Filtration usw. anwendbar. Es ist besonders für die Filtration von mitgerissenen Staub- oder Rauchteilchen aus Luft- oder sonstigen Gasströmen brauchbar.

Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert

Beispiel 1

Dieses Beispiel beschreibt erfindungsgemäße Zigarettenfilter aus hoch-dichtem Polyäthylen und deren Herstellung nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung.
Hoch-dichtes Polyäthylen mit einer Dichte von 0,965 g/cm³, einem kristallinen Schmelzpunkt von 135° C und einem Schmelzindex von 4,5 g pro 10 Minuten (bei 190°C unter einer Belastung von 2,16 kg) wurde mit 5 Gew.-%, bezogen auf das Polyäthylen, Calciumpropionat, welches als kernbildendes Mittel

jn wirkt und 0,5 Gew.-°/o Polyäthylenglykol vom Molekulargewicht 400, welches als adhäsives Material wirkt, gemischt. Die Mischung wurde einem Schneckenextruder mit einem Durchmesser von 3,81 cm zugeführt, der mit einer zweistufigen Schnecke, einer Düse zum

r> Einspritzen von Flüssigkeiten in den Extruderzylinder, und einer ringförmigen Düse mit einem Durchmesser von 1,58 mm und einem Führungskanal von 3,18 mm versehen ist. Die Schneckengeschwindigkeit betrug 21 Umdrehungen pro Minute, der Durchsatz 47 g pro Minute und es wurde Isobutylen als Treibmittel mit einer Geschwindigkeit, entsprechend 0,128 Mol pro 100 g extrudiertem Endprodukt eingespritzt.

Die Temperatur in der Plastifikationszone des Extruders, d. h. der Teil stromaufwärts des Injektions-

4^r> punktes, betrug 180 bis 200⁰C, jedoch wurde stromabwärts von der Injektionszone gekühlt und so eine Schmelz-Temperatur unmittelbar hinter dem Werkzeug von 138° C erhalten, gemessen unter Verwendung eines feinen Thermoelements wie vorstehend beschrieben.

w Die Temperatur des Werkzeugs welche wie oben beschrieben gemessen wurde, betrug 130⁰C. Diese Bedingungen ergaben eine stabile Extrusion für einen offenzelligen geschäumten Polyäthylenstab, welcher eine glatte Außenhaut besaß. Nachdem dieser auf einer

Yi Strecke von 20 cm durch Luft geführt worden war, wurde er in ein zylindrisches Messingrohr mit einem Innendurchmesser von 0,815 cm und einer Länge von 5 cm, und von da in ein zweites zylindrisches Messingrohr mit einem Innendurchmesser von 0,875 cm

W) und einer Länge von 5 cm eingezogen. Das zweite Rohr war in die Begrenzungswand eines Wassertroges mit einer Länge von 3 m derart eingesetzt, daß es hierdurch gekühlt wurde, wobei das Wasser eine Temperatur von 20° C hatte. Der Stab durchlief den Trog und am Ende

b^ri durch zwei weitere zylindrische Röhren von 5 cm Länge und einem Innendurchmesser von 0,875 cm, wodurch eine Wasserabdichtung erreicht wurde. Dann wurde er über Abzugsrollen, welche mit weichem Polyurethan-

schaum beschichtet waren, geführt und in Stücke zu 90 mm geschnitten.

Es wurde gefunden, daß alle Stücke einen kreisförmigen Querschnitt und einen Umfang von 243 mm mit einer Standard-Abweichung von lediglich 0,07 mm besaßen, jedes dieser Stücke konnte in sechs 15 mm lange Filtermundstücke zerschnitten werden, welche eine Diche von 0,05 g/cm³, eine Härte von 88%, ein APm von 5 cm Wassersäule und eine TST-Filtrationswirksamkeit 'on 38% besaßen Bei der mikroskopischen Oberprüfung mit einem tief-fokussierten Mikroskop wiesen sie eine komplexe offene Struktur ähnlich derjenigen auf, wie sie in F i g. 1 gezeigt wird, mit vielen Faserelementen, welche große Einzelöffnungen überbrücken, die fast den gesamten Bereich der Zellwand des Schaumes einnehmen.

Bei einem Vergleichsversuch wurde die Werkzeug-Temperatur über einen Bereich von 128 bis 133° C variiert Bei der unteren Temperatur wurde die Extrusion unstabil mit größeren Abweichungen hinsichtlich eines reduzierten Produktdurchmessers und eines Anstiegs in der Dichte, wohingegen bei der höheren Temperatur der Produktdurchmesser drastisch erniedrigt und ΔΡ\ο stark erhöht wurde.

Bei einem anderen Vergleichsversuch wurde der Anteil an injiziertem Isobutylen zwischen den Grenzen von 0,054 und 0,22 Mol pro 100 g an ext-udiertem Endprodukt variiert, während die anderen Extrusionsbedingungen konstant gehalten wurden. Die Härte des Produktes nahm mit dem Anstieg der Isobutylen-Konzentrationen zu, und obwohl ΔΡ\ο über den Bereich von 0,054 bis 0,19 Mol Isobutylen pro 100 g extrudiertem Endprodukt einen Wert von weniger als 15 cm

Wassersäule beibehielt, trat ein plötzlicher und steiler Anstieg von ΔΡιο oberhalb einer Isobutylen-Konzentration von 0,16 Mol pro 100 g auf und bei 0,22 Mol pro 100 g hatte Δ P_w einen Wert von höher als 25 cm Wassersäule.

Beispiel 2

Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung einer Reihe von erfindungsgemäßen Zigarettenfiltern und demonstriert die Variation in den Eigenschaften, wie sie durch Regelung des Extrusionsverfahrens erhalten werden.

Hochdichtes Polyäthylen mit einer Dichte von 0,965 g/cm³, einem kristallinen Schmelzpunkt von 135° C und einem Schmelzindex von 4,5 g pro 10 Minuten (bei 230° C unter einer Belastung von 2,16 kg) wurde mit 1 Gew.-% Polyäthylenglykol vom Molekulargewicht 400 und mit 20% Talk als kernbildendem Mittel und Füllstoff gemischt. Die Mischung wurde einem Extruder zugeführt und das Werkzeug gemäß Beispiel 1 verwendet. Die Schneckengeschwindigkeit betrug 21 Umdrehungen pro Minute, der Durchsatz war 50 g pro Minute und es wurde Isobutylen als Treibmittel mit Geschwindigkeiten eingespritzt, wie sie in der nachstehenden Tabelle gezeigt werden. Die Temperatur in der Plastifikationszone des Extruders, d. h. der Teil stromaufwärts der Injektionsstelle, war 180° C, jedoch wurde stromabwärts eier Injektionszone gekühlt und so unmittelbar hinter dem Werkzeug eine Schmelz-Temperatur von 142°C erhalten, die unter Verwendung eines feinen Thermoelements, -wie oben beschrieben, gemessen wurde.

Tabelle 1

Isobutylen	Dichte
(Mol/100 g)
Endprodukt	(g/cm3)
0,068	0,104
0,085	0,082
0,090	0,066
0,107	0,058

TST₁₅

Struktur

cm H₂O

0,052

1,8	26
3,2	40
4,8	43
9,0	60

14,7

64

netzartig; überbrückende Fasern netzartig; verzweigte überbrückende Fasern

netzartig; mehr hoch verzweigte Fasern netzartig; feine, überbrückende faserartige Gewebe

netzartig; verworrene sehr feine Gewebe

Die wie oben beschrieben gemessene Werkzeug-Temperatur war 133°C. Diese Bedingungen ergaben eine stabile Extrusion eines geschäumten Polyäthylenstabes. Der Stab wurde nach Führen durch eine Luftstrecke von 20 cm in ein Kalibrier- und Kühlsystem wie in Beispiel 1 eingezogen. Der Stab hatte einen Umfang von 24,5 mm mit einer Standardabweichung von 0,05 mm. Beim Schneiden in 90-mnt-Längenstücke und anschließend in 15-mm-Zigarettenfilter wurden die in der vorstehenden Tabelle niedergelegten Eigenschaften gemessen.

Beispiel 3

Dieses Beispiel beschreibt erfindungsgemäße Zigarettenfilter aus Polypropylen und deren Herstellung durch ein Verfahren gemäß Erfindung.

Polypropylen mit einem kristallinen Schmelzpunkt von etwa 170° C und einem Schmelzindex von 1,5 g pro

10 Minuten (bei 230° C unter einer Belastung von 2,16 kg) wurde mit 0,1 Gew.-% Polyäthylenglykol vom Molekulargewicht 400 und 1 Gew.-% Talk als kernbildendes Mittel gemischt. Die Mischung wurde einem Extruder zugeführt und das im Beispiel 1 beschriebene Werkzeug verwendet, die Schneckengeschwindigkeit betrug 22 Umdrehungen pro Minute und der Durchsatz 53 g pro Minute, und es wurde Isobutylen mit einer Geschwindigkeit entsprechend 0,142 Mol pro 100 g des extrudierten Endproduktes injiziert

Die Temperatur in dem Plastifikationsteil des Extruders war 200° C, die Schmelz-Temperatur hinter dem Werkzeug 170°C und die Werkzeug-Temperatur 162° C.

Diese Bedingungen ergaben eine stabile Extrusion eines offenzelligen, geschäumten Polypropylenstabes mit einer glatten Außenhaut. Das Innere des Stabes bestand aus offenen Zellen, welche durch Faserelemen-

te überbrückt waren. Der Stab wurde in geeignete Längenstücke zerschnitten, welche ausgezeichnete Zigarettenfilter ergaben.

Beispiel 4

Dieses Beispiel beschreibt zwei weitere Zigarettenfilter gemäß Erfindung.

Die Extrusion wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt mit der Ausnahme, daß für Calciumpropionat Calciumacetat eingesetzt wurde, 0,139 Mol Isobutylen pro 100 g extrudiertem Endprodukt angewandt wurden, die Schmelz-Temperatur 137⁰C und die Werkzeug-Temperatur 132°C war. Der extrudierte Stab hat eine MikroStruktur und eine Oberflächenhaut ähnlich derjenigen des Produktes von Beispiel !, einen Umfang von

21 mm, eine Dichte von 0,047 g/cm³ und ein Δ Pj₀ von

3.3 cm Wassersäule. Nach Schneiden in geeignete Längenstücke erhielt man ausgezeichnete Zigarettenfilter.

Bei einem weiteren Versuch unter Verwendung des gleichen Polyäthylens und kernbildendem Mittel unter den gleichen Bedingungen, wobei jedoch lediglich 0,110 Mol Isobutylen pro 100 g an extrudiertem Endprodukt eingespritzt wurden, hatte der extrudierte Stab eine leicht erhöhte offene Struktur mit einer ähnlichen Oberflächenhaut und ΔΡ\₀ war 2,2 cm Wassersäule. Der Umfang betrug 20,4 mm und die Dichte 0,057 g/cm³. Dieses Produkt ergab ebenfalls ausgezeichnete Zigarettenfilter.

Beispiel 5

Dieses Beispiel beschreibt weitere Zigarettenfilter gemäß Erfindung aus hoch-dichtem Polyäthylen. In diesem Fall wurde kein kernbildendes Mittel verwendet.

Hoch-dichtes Polyäthylen einer Dichte von 0,965 g/ cm³, einem kristallinen Schmelzpunkt von 135° C und einem Schmelzindex von 4,5 g pro 10 Minuten (bei 190⁰C unter einer Belastung von 2,16 kg) wurde in einen Extruder gemäß Beispiel 1 eingeführt, der jedoch mit einer Ringdüse mit einem Durchmesser von 1,58 mm und einem Führungskanal von 0,2 mm versehen war. Die Schneckengeschwindigkeit betrug 21 Umdrehungen pro Minute, der Durchsatz war 67 g pro Minute und es wurde Isobutylen mit einer Geschwindigkeit, entsprechend 0,17 Mol pro 100 g Polyäthylen, injiziert. Die Schmelz-Temperatur war 137° C und die Werkzeug-Temperatur 126° C. Das Extrudat bestand aus einem geschäumten Polyäthylen mit feinen, offenen Zellen, mit einer glatten Haut und einem Umfang von

22 mm. Seine Dichte betrug 0,069 g/cm³ und ΔΡ_]0 war

4.4 cm Wassersäule. Nach Schneiden in 15 mm Längenstücke erhielt man ausgezeichnete Zigarettenfilter. Ein Versuch unter Verwendung des gleichen Polyäthylens unter den gleichen Bedingungen, jedoch mit einem Werkzeug des gleichen Durchmessers und einem Führungskanal von 3,18 mm lieferte eine Schaumzellstruktur, die nicht so fein wie bei Verwendung eines Werkzeugs mit kurzem Führungskanal war.

Beispiel 6

Dieses Beispiel beschreibt ein offenzelliges, geschäumtes Polyäthylen-Harz gemäß Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung desselben nach einer bevorzugten Methode und seine Verwendung als Filtermundstück für eine Zigarette.

Eine trockene Mischung von 100 Gew.-Teilen hoch-dichtem Polyäthylen mit einer Dichte von 036 g/cm³ und einem Schmelzindex von 0,9 Decigramm

Plastifikationszone	174 bis 211
Injektionszone	152,5° C
Kühlzone	157,0° C
Werkzeughalter-Zone	123,5°C
Werkzeug	137,5° C.

pro Minute und 0,1 Gew.-Teil Polyäthylenglykol mil einem Molekulargewicht von etwa 400 wurde zuerst ir einem Banbury-Mischer hergestellt Dann wurden 1,C Gew.-Teile Talk als kernbildendes Mittel zugegeber und das Mischen so lange fortgesetzt, bis das Polyäthylenglykol und der Talk innerhalb der ganzer Mischung sorgfältigt verteilt waren.

Die Mischung wurde in den Einfülltrichter eines Extruders von 3,81 cm Durchmesser mit einer Zweistufen-Schnecke, aufgegeben. Es wurden 0,16 Mol Isobutylen als Treibmittel pro 100 g an extrudiertem Endprodukt in die Injektionszone des Extruders injiziert und die durch die Wärme erweichte Zubereitung durch ein Ringdüsen-Werkzeug (Durchmesser 1,58 mm) mil einem Durchsatz von 44 g pro Minute extrudiert, wobei die verschiedenen Teile des Extruders bei folgender Temperaturen gehalten wurden (die Schmelz-Temperatur betrug etwa 138° C):

Auf diese Weise wurde ein zylindrischer Stab aus Polyäthylen-Schaum von etwa 8,4 mm Durchmesser mil einer Dichte von 0,038 g/cm³ hergestellt Es wurde durch Überprüfung mittels Abtast-Elektronenmikroskopie beobachtet, daß der geschäumte Strang eine undurch-

jo lässige, weiße Außenhaut ähnlich derjenigen, wie sie ir Fig.5 gezeigt wird, und eine offenzellige Struktui besitzt, von welcher ein Teil in F i g. 4 der anliegender Fotografien erläutert wird.

Es wurden Proben des Schaumes mittels dei Abtast-Elektronenmikroskopie überprüft und hierbe gefunden, daß mehr als die Hälfte der Zellen eine odei mehrere Wände mit Perforationen enthielt, welche durch Faserelemente überbrückt waren. Mehr als 85°/< der Zellen enthielten eine oder mehrere Zellwandungen welche in der beschriebenen Weise perforiert warei und es wurde beobachtet, daß im allgemeinen dei Hauptanteil der einzelnen Wände dieser Zeller perforiert waren. Diejenigen Zellwände, welche Perfo rationen aufwiesen, enthielten relativ wenig Perforatio nen, beispielsweise zwischen 1 und 4 Perforationen, unc diese Perforationen nahmen den Hauptanteil dei Gesamtoberfläche einer jeden Zellwand ein. Irgendwel ehe der, die Perforationen überbrückenden Faserele mente waren voneinander getrennt, wohingegen anden

so in einer zweidimensionalen Anordnung oder einen Netzwerk miteinander verbunden waren, und wobei de Hauptanteil der Perforationen durch ein Fasernetzwerl überbrückt war. Der durchschnittliche Durchmesser de Zellen des Schaumes betrug annähernd 0,03 or.

Irgendwelche andere Eigenschaften des geschäumte] Stabes sind in der nachstehenden Tabelle II wiedergege ben.

Der Stab wurde in Stücke von etwa 1,5 cm Längi zerschnitten und diese Stücke wurden als Filtermund stücke für Zigaretten eingesetzt Beim Rauchen de Zigarette wurde festgestellt, daß die Mundstücke eini angenehme Rückprallelastizität ohne irgendeine nach teilige Einwirkung auf den Geschmack oder einei spürbaren Widerstand auf den Durchfluß des Rauche aufwiesen. Das Zigarettenmundstück hatte ein ausge zeichnetes Gesamtaussehen, fühlte sich glatt an um wies eine feine Zellenstruktur auf. Beim späterei Aufschneiden der Mundstücke zeigte sich, daß sie eini

beträchtliche Teermenge aus dem Rauch entfernt hatten.

Beispiel 7

Dieses Beispiel beschreibt ein offenzellig geschäumtes Polyäthylen-Harz gemäß Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Harzes durch ein bevorzugtes Verfahren und seine Anwendung als Filtermundstück für eine Zigarette.

Eine Mischung von 100 Gew.-Teilen eines hoch-dichten Polyäthylens mit einer Dichte von 0,958 g/cm³ und einem Schmelzindex von 4,5 Decigramm pro Minute und 0,1 Gew.-Teil Polyäthylenglykol mit einem Molekulargewicht von etwa 400, wurde zunächst in einem Banbury-Mischer hergestellt. Dann wurden 1,0 Gew.-Teile Talk als kernbildendes Mittel zugegeben und das Mischen so lange fortgesetzt, bis das Polyäthylenglykol und der Talk gleichmäßig über die ganze Mischung verteilt waren.

Die Mischung wurde in den Einfülltrichter eines Extruders von 3,81 cm Durchmesser, und der mit einer Zweistufen-Schnecke versehen war, aufgegeben. Es wurden 0,141 Mol Isobutylen als Treibmittel pro 100 g an extrudiertem Endprodukt in die Injektionszone des Extruders injiziert und die durch die Wärme erweichte Zubereitung wurde durch ein Ringdüsen-Werkzeug (Durchmesser 1,58 mm) bei einem Durchsatz von 42 g/Minute extrudiert, wobei die verschiedenen Teile des Extruders auf den nachfolgenden Temperaturen gehalten wurden:

Plastifikationszone	169 bis 210,5° C
Injektionszone	160° C
Kühizone	137° C
Werkzeughalter-Zone	ure
Werkzeug	122,5° C.

Es wurde ein zylindrischer, geschäumter Polyäthylen-Stab mit einem Durchmesser von 7,9 mm und einer Dichte von 0,048 g/cm³ hergestellt. Bei der Überprüfung des geschäumten Stranges wurde beobachtet, daß er eine undurchlässige, weiße Außenhaut ähnlich derjenigen, wie sie in F i g. 5 gezeigt wird, und eine offenzellige Struktur besaß, von der Teile in F i g. 2 und F i g. 3 der anliegenden Fotografien näher erläutert werden.

Proben des Schaumes wurden mittels der Abtast-Elektronenmikroskopie untersucht und es wurde festgestellt, daß mehr als die Hälfte der Zellen eine oder mehrere Wände mit Perforationen, die durch Faserelemente überbrückt waren, besaßen. Mehr als 85% der Zellen enthielten ein oder mehrere Zellwände, die in der vorbeschriebenen Weise perforiert waren und es wurde ferner festgestellt, daß der Hauptanteil der Wände dieser Zellen perforiert war. Diejenigen Zellwände, welche Perforationen aufwiesen, enthielten relativ wenig Perforationen, beispielsweise von 1 bis 4 Perforationen, und diese Perforationen nahmen den größten Tei! der Gesamtoberfläche einer jeden Zellwand ein. Irgendwelche der die Perforationen überbrückenden Faserelemente waren voneinander getrennt, wohingegen andere in einer zweidimensionalen Anordnung oder Netzwerk miteinander verbunden waren, wobei der Hauptanteil der Perforationen durch Fasernetzwerk überbrückt war. Der durchschnittliche Durchmesser der Zellen des Schaumes betrug annähernd 0,03 cm. Irgendwelche andere Eigenschaften des geschäumten Stabes sind in der nachstehenden Tabelle II wiedergegeben.

Der Stab wurde in Stücke von etwa 13 cm Länge geschnitten und diese Stücke wurden als Filtermundstücke für Zigaretten eingesetzt. Beim Rauchen der Zigarette wurde gefunden, daß die Mundstücke eine^f angenehme Rückprallelastizität ohne irgendwelchen nachteiligen Effekt auf Geschmack oder einen spürbaren Widerstand auf die Strömung des Rauches aufwiesen. Das Gesamtaussehen des Filtermundstückes war ausgezeichnet. Es hatte eine glatte Außenhaut und eine feine Zellstruktur. Beim späteren Aufschneiden der

in Mundstücke wurde gefunden, daß sie eine beträchtliche Menge von Teer aus dem Rauch entfernt hatten.

Beispiel 8

Dieses Beispiel beschreibt ein offenzelliges geschäumtes Polyäthylen-Harz gemäß der Erfindung und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Harzes unter Verwendung eines hohen Anteils an kernbildendem Mittel, um so ein Filtermundstück für eine Zigarette mit speziellen Eigenschaften zu erhalten.

Eine trockene Mischung von 100 Gew.-Teilen eines hoch-dichten Polyäthylens mit einer Dichte von 0,965 g/cm³ und einem Schmelzindex von 4,5 Decigramm pro Minute, und ein Gew.-Teil Polyäthylenglykol, mit einem Molekulargewicht von etwa 400, wurde zunächst in einem Banbury-Mischer hergestellt. Dann wurden 20,0 Gew.-Teile Talk als kernbildendes Mittel zugegeben und das Mischen so lange fortgesetzt, bis das Polyäthylenglykol und der Talk gut über die gesamte Mischung verteilt war.

Die Mischung wurde in den Einfülltrichter eines Extruders von 3,81 cm Durchmesser, der mit einer Zweistufen-Schnecke ausgerüstet war, eingefüllt. 0,062 Mol Isobutylen pro 100 g an extrudiertem Endprodukt wurden als Treibmittel in die Injektionszone des Extruders extrudiert und die durch die Wärme weichgemachte Zubereitung durch ein Ringdüsen-Werkzeug (Durchmesser 1,98 mm) bei einem Durchsatz von 49,1 g pro Minute extrudiert, wobei die verschiedenen Teile des Extruders auf den nachfolgenden Temperaturen gehalten wurden (die Schmelz-Temperatur betrug etwa 14O⁰C):

Plastifikationszone	185bis210°C
Injektionszone	1820C
Kühizone	142,5° C
Werkzeughalter-Zone	118°C
Werkzeug	130° C.

Ein geschäumter, zylindrischer Polyäthylen-Stab von

so 8,8 mm Durchmesser wurde mit einer Dichte von 0,069 g/cm³ hergestellt Bei der Oberprüfung des geschäumten Stranges wurde beobachtet, daß er eine sehr glatte, undurchlässige, weiße Außenhaut ähnlich derjenigen, wie sie in Fig.5 gezeigt wird, und eine offenzellige Struktur ähnlich derjenigen, wie sie in den F i g. 2 bis Fig.4 der anliegenden Zeichnungen gezeigt wird, aufwies.

Proben des Schaumes wurden mittels der Abtast-Elektronenmikroskopie untersucht und es wurde gefunden, daß mehr als die Hälfte der Zellen eine oder mehrere Wände besaßen, welche Perforationen aufwiesen, die durch Faserelemente überbrückt waren.

Mehr als 85% der Zellen enthielten eine oder mehrere Zellwände, die in der beschriebenen Weise perforiert waren und es wurde festgestellt, daß im allgemeinen der Hauptanteil der einzelnen Zellwände von diesen Zellen perforiert war. Diejenigen Zellwände, die Perforationen aufwiesen, enthielten relativ wenige

Perforationen, ζ. B. von 1 bis 4 Perforationen und diese Perforationen nahmen den Hauptanteil der gesamten Oberfläche einer jeden Zellwand ein. Irgendwelche der die Perforationen überbrückenden Faserelemente waren voneinander getrennt, wohingegen andere in einer zweidimensionalen Anordnung oder einem Netzwerk

miteinander verbunden waren, wobei der Hauptanteil der Perforationen durch Fasernetzwerke überbrückt war. Der durchschnittliche Durchmesser der Zellen des Schaumes betrug annähernd 0,03 cm. Andere Eigenschaften des geschäumten Stabes sind in der nachstehenden Tabelle II wiedergegeben.

Tabelle Il

Eigenschaften eines 15 mm langen Filtermundstücks einer Zigarette

Beispiel 6 Beispiel 7 Beispiel 8

Gewicht (mg)

Dichte (g/cm³)

Teeraufnahme pro Mundstück (mg)*)

Teeraufnahme als Prozentsatz des Filtergewichtes (% vom ursprünglichen Gewicht)*)
Ungefährer Druckabfall P\_S (cm Wassersäule) Härte (%)
Oberfläche (m²/g)

*) Die Werte für die Teeraufnahme sind nicht die gleichen wie die »TST-Filtrationswirksamkeit«. Sie wurde erhalten durch Abwiegen eines Filtermundstückes vor dem Einsetzen in eine Zigarette und nach dem Aufrauchen der Zigarette und Subtrahieren des ersten Wertes von dem zweiten Wert. Der ungefähre Druckabfall AP_i5 ist annähernd das Einundeinhalbfache AP_W.

33,8	34,8	48,0
0,038	0,048	0,069
23,0	23,2	12,0
68,1	66,7	25,0
17	7	4,0
90,2	81,0	97,7
130,4	25,2	15,6

Der Stab wurde in Stücke von etwa 1,5 cm Länge geschnitten und diese als Filtermundstücke für Zigaretten eingesetzt. Beim Rauchen der Zigarette wurde gefunden, daß die Mundstücke eine spezielle gute. Rückprallelastizität und eine Härte ohne irgendwelche nachteilige Einwirkung auf den Geschmack oder einen spürbaren Widerstand auf den Rauchdurchfluß aufwiesen. Das Zigarettenmundstück hatte ein ausgezeichnetes gutes Gesamtaussehen, einen besonders glatten Griff und eine feine Zellstruktur. Beim späteren Aufschneiden dieser Mundstücke wurde festgestellt, daß sie eine beträchtliche Menge von Teer aus dem Rauch entfernt hatten.

Beispiel 9

Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eines Zigarettenfilters gemäß Erfindung unter Verwendung von Kreide als kernbildendem Mittel.

Einhundert Gew.-Teile eines hoch-dichten Polyäthylens mit einer Dichte von 0,965 g/cm³, einem kristallinen Schmelzpunkt von 135° C und einem Schmelzindex von 4,5 g/10 Min. (bii 230⁰C unter einer Belastung von 2,16 kg) wurden mit 3 Gew.-Teilen Polyäthylenglykol vom Molekulargewicht 400 und 30 Gew.-Teilen Kreide als kernbildendem Mittel gemischt, wobei die Kreide eine maximale Teilchengröße von 10 Mikron und eine durchschnittliche Teilchengröße von 2,5 Mikron aufweist, und mit Stearinsäure oberflächenbehandelt ist, um sie gegenüber organischen Flüssigkeiten benetzbar zu machen.

Die Mischung wurde in den Extruder und das Werkzeug, wie es in Beispiel 1 verwendet wurde, eingespeist Die Schneckengeschwindigkeit war 20 Umdrehungen/Min, der Durchsatz betrug 59 g/Min, und es wurde als Treibmittel Isobutylen mit einer Geschwindigkeit entsprechend 0,097 MoI pro 100 g an extrudiertem Endprodukt eingespritzt Die Temperatur in der Plastifikationszone des Extruders, d. h. der Teil stromaufwärts des Injektionspunktes, betrug 180° C, jedoch wurde stromabwärts der Injektionszone gekühlt und als Ergebnis eine Schmelz-Temperatur unmittelbar hinter dem Werkzeug von 138" C erhalten, gemessen

j5 unter Verwendung eines feinen Thermoelements wie oben beschrieben. Die Werkzeug-Temperatur, gemessen wie oben beschrieben, betrug 134° C. Die Drücke innerhalb des Extruderzylinders waren 10,5 kg/cm² in der Nach-Injektionszone, 14,1 kg/cm² in der Kühlzone und 49,2 kg/cm² unmittelbar hinter dem Werkzeug. Diese Bedingungen ergaben eine stabile Extrusion zu einem geschäumten Polyäthylen-Stab. Nach Durchleiten durch eine Luftstrecke von 20 cm wurde der Stab in ein Kalibrier- und Kühlsystem eingezogen, wie dies in Beispiel 1 beschrieben wurde. Der Stab hatte eine glatte Außenhaut und eine feine einheitliche Zellstruktur, und er hatte einen Umfang von 24,5 mm mit einer Standard-Abweichung von 0,1 mm. Beim Schneiden des Stabes in 90-mm-Längenstücke und anschließend in 15-mm-Zigarettenfilter wurden die folgenden Eigenschaften gemessen:

Dichte	0,065 g/cm3
APW	2,8 cm Wassersäule
TST	29,7%
Härte	92%.

55 Bei der Überprüfung im Abtast-Elektronenmikroskop war zu sehen, daß die Schaumstruktur sich aus einem netzartigen Skelett zusammensetzte, in welchem eine Vielzahl der Zellwände jeweils eine große Perforation aufwies, die sich nahezu über die gesamte Fläche der Wand erstreckte und die durch eine Anzahl von feinen Faserelementen überbrückt wurde.

Die Zigarettenfilter konnten in Zigaretten mittels einer Hochgeschwindigkeits-Betriebsanlage eingesetzt werden und die erhaltenen Zigaretten ließen beim Rauchen keinen nachteiligen Geschmack oder eine sonstige unangenehme Begleiterscheinung erkennen.

Beispiel 10

Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eines Zigarettenfilters gemäß Erfindung unter Verwendung von gemahlenem Calcit als kernbildendem Mittel.

100 Gew.-Teile eines hoch-dichten Polyäthylens mit einer Dichte von 0,965 g/cm³, einem kristallinen Schmelzpunkt von 135° C und einem Schmelzindex von 4,5 g/10 Min. (bei 230°C unter einer Belastung von 2,16 kg) wurden mit 2 Gew.-Teilen Polyäthylenglykol vom Molekulargewicht 400 und 20 Gew.-Teile gemahlenem Calcit mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 5 Mikron, das als kernbildendes Mittel wirkte, gemischt. Die Mischung wurde in den Extruder und das Werkzeug eingeführt, wie sie im Beispiel 1 verwendet worden waren. Die Schneckengeschwindigkeit betrug 16 Umdrehungen pro Minute, der Durchsatz war 57 g/Min, und es wurde Isobutylen als Treibmittel mit einer Geschwindigkeit, entsprechend 0,1 Mol pro 100 g an extrudiertem Produkt injiziert Die Temperatur in der Plastifikationszone des Extruders, d.h. der Teil stromaufwärts des Injektionspunktes, betrug 180°C, jedoch wurde stromabwärts der Injektionszone gekühlt und als Ergebnis unmittelbar hinter dem Werkzeug eine Temperatur von 138,5° C erhalten, die unter Verwendung eines feinen Thermoelements, wie oben beschrieben, gemessen wurde. Die Werkzeug-Temperatur, gemessen wie oben beschrieben, betrug 134°G Die Drücke innerhalb des Extruderzylinders waren 14,3 kg/cm² in der Nach-Injektionszone, 17,6 kg/cm² in der Kühlzone und 70,3 kg/cm² unmittelbar hinter dem Werkzeug. Diese Bedingungen

ergaben eine stabile Extrusion zu einem geschäumten Polyäthylen-Stab. Nach Durchleiten durch eine Luftstrecke von 20 cm wurde der Stab in ein Kalibrier- und Kühlsystem wie in Beispiel 1 beschrieben, eingezogen. Der Stab hatte einen Umfang von 24,7 mm mit einer Standard-Abweichung von 0,1 mm. Beim Schneiden in 90-mm-Längeneinheiten und anschließend von 15-mm-Zigarettenfilter wurden die folgenden Eigenschaften gemessen:

Dichte 0,055 g/cm³

ΔΡιο 8,9 cm Wassersäule

Härte 92%

Bei Oberprüfung im Abtast-Elektronenmikroskop zeigte sich eine ähnliche Schaumstruktur, wie sie das geschäumte Harz des vorherigen Bc-ispiels hatte, obwohl die Zellen kleiner und die Faserelemente feiner waren.

Die Zigarettenfilter konnten mittels einer Hochgeschwindigkeits-Betriebsanlage auf Zigaretten aufgesetzt werden und sie gaben beim Rauchen keinen nachteiligen Geschmack oder zeigten eine sonstige nachteilige Eigenschaft.

Beispiele 11 bis 19

Diese Beispiele beschreiben die Herstellung einer Reihe verschiedenartiger Zigarettenfilter gemäß der vorliegenden Erfindung; es werden eine Anzahl von kernbildenden Mitteln und verschiedenen Extrusionsbedingungen angewandt, welche Filter mit differierenden Eigenschaften liefern.

Tabelle	III	Schnek- kenge- schwin- digkeit	Durch satz	Temp, d. Schmelze	Temp, d. Werk zeuges	Isobu tylen	TST	Λ Ρίο	Härte	Dichte
Bei spiel Nr.	!Cernbildendes Mittel*)	UpM	g/Min.	C	C	Mol/100 g	%	cm ■ H2O	%	g/cm'
	% Harz	21	48	138	130	0,121	49	4,6	91	0,055
11	1,9% CaAc] 1,9% CaPr J	21	47	132	130	0,136	34	3,8	89	0,05
12	5% CaPr	20	56,5	136	133	0,143	41	4,9	92	0,07
13	10% Kreide	21	45	141	133	0,102	60	5,0	68	0,047
14	2,5 CaAc\ 2,5 CaPr J	21	45	142	133	0,118	53	6.3	88	0,064
15	5% CaAc H2O	20	38	137	128	0,125	45	6.2	88	N/A
16	10% Kreide 0,5 Wasser	20	48	137	134	0,107	50,5	3,1	93	N/A
17	1% Kreide 1% Na2Co3	20	59	138	134	0,107	52,4	3,6	92	0,07
18	30% Kreide	20	59	138	134	0,089	40	3,0	89,5	0,07
19	30% Kreide				= Calciumacetat. = CalciumpropionaL = Calciumacetat-MonohydraL = Kreide, wie in Beispiel 9 beschrieben.
*) Fußnoten: (a) CaAc (b)CaPr (c) CaAc - H2O (d) Kreide

Es wurden eine Reihe von Versuchen durchgeführt, 65 in der Tabelle III angegebenen waren und daß die in

wobei das in Beispiel 9 beschriebene Verfahren jedem Versuch angegebene Menge an Polyäthylengly-

angewandt wurde, mit der Ausnahme, daß das kol 10 Gew.-% des in dem jeweiligen Versuch

kernbildende Mittel und die Extrusionsbedingungen die angewandten kernbildenden Mittels betrug. Tabelle III

zeigt ebenso die Eigenschaften der erhaltenen Zigarettenfilter. Die Zellstruktur des Filters gemäß Beispiel 18 wird in F i g. 6 erläutert

Beispiel 20

Dieses Beispiel beschreibt drei verschiedene Zigarettenfilter gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welchen das Harz Polypropylen ist

Das verwendete Polypropylen hatte einen kristallinen Schmelzpunkt von etwa 170⁰C und einen Schmelzindex von 1,5 g pro 10 Minuten (bei 230° C unter einer Belastung von 2,16 kg). Es wurden nach dem in Beispiel 9 beschriebenen Verfahren drei Versuchsreihen durchgeführt; bei allen drei Versuchsreihen betrug die Schneckengeschwindigkeit des Extruders 20 Umdrehungen pro Minute und der Durchsatz war 48 g pro Minute. In den ersten beiden Versuchsreihen war der Schmelzpunkt 170° C und die Werkzeug-Temperatur 162° C, und in der dritten Versuchsreihe war die Schmelz-Temperatur 168⁰C und die Werkzeug-Temperatur 162° C.

In der ersten Versuchsreihe war das kernbildende Mittel Talk, das in einer Menge von 2%, bezogen auf das Gewicht des Polypropylens, zugegen war, und es wurden 10 Gew.-% Polyäthylenglykol vom Molekulargewicht 400, bezogen auf das Gewicht des Talks, als Adhäsivmittel verwendet. Das Treibmittel war Isobutylen in einer Menge, entsprechend 0,15 Mol pro 100 g an extrudiertem Endprodukt.

In den zweiten und dritten Versuchsreihen war das kernbildende Mittel 1 Gew.-% Talk, bezogen auf das Polypropylengewicht und das Adhäsiv-Mittel war 10 Gew.-% Polyäthylenglykol, bezogen auf das Gewicht des Talks. Das Treibmittel war Isobutylen, in Mengen, entsprechend 0,15 bzw. 0,19 Mo! pro 100 g an extrudiertem Endprodukt.

Jede Versuchsreihe lieferte einen feinzelligen, geschäumten Polypropylen-Stab von 1,1 cm Durchmesser, der die nachfolgenden Eigenschaften aufwies:

Versuchsreihe

Nr. 1 Nr. 2

Nr. 3

^P₁₀(Cm · H₂O)
Härte (%)
Dichte (g/cm³)

2,5
84
0,039

1,8
78
0,036

3,5
74
0,025

Die Überprüfung mittels Abtast-Elektronenmikroskopie zeigte, daß die geschäumten Elemente aus einer netzartigen Struktur, welche durch Netze von Faserelementen überbrückt wird, bestehen, ähnlich denjenigen, die in F i g. 6 gezeigt werden.

Wenn diese Stäbe in geeignete Längenstücke geschnitten wurden, waren sie für eine Verwendung als Zigarettenfilter geeignet, obwohl sie etwas dicker als gewöhnlich waren. Wenn die Filter in handgefertigte Zigaretten von geeignetem Durchmesser eingearbeitet upd die Zigaretten geraucht wurden, zeigte sich nichtdestoweniger, daß ein hoher Anteil an Tabakteer aus dem Rauch entfernt wurde. Dünnere Stäbe können nach Wunsch hergestellt werden, indem man ein Werkzeug von geringerem Durchmesser verwendet: diese haben dann etwas höhere Werte für APw und etwas niedrigere Werte für die Härte.

Bei einem Vergleichsversuch, der unter ähnlicher Bedingungen wie die Versuche der zweiten und dritter Versuchsreihe durchgeführt wurde, wobei jedoch 0,25 Mol Isobutylen pro 100 g an extrudiertem Endprodukt verwendet wurde, war der Wert für APw des Produktes unannehmbar hoch für eine Verwendung als Zigarettenfilter.

Beispiel 21

Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung von hoch-dichten Polyäthylen-Zigarettenfiltern gemäß der vorliegenden Erfindung durch Extrusion unter Verwendung von Dicuiordifluormethan als Treibmittel.

Das Verfahren war ähnlich demjenigen von Beispiel 9, wobei Dichlordifluormethan als Treibmittel verwendet wurde und die Extrusionsbedingungen waren wie folgt:

Kernbildendes
Mittel:

Adhäsiv-Mittel:

10 Gew.-% Britomya BSH, bezoger

auf das Polyäthylen.

5 Gew.-% Polyäthylenglykol (MG

400), bezogen auf das kernbildende

Mittel.

20 Umdrehungen pro Minute.
53 g pro Minute.

138° C.
134° C.

0,091 Mol pro 100 g an extrudierten Endprodukt

Die hergestellten Zigarettenfilter hatten einen AP_W Wert von 2,2 cm Wassersäule und eine Härte von 78°/( und sie nahmen einen guten Anteil an Teerstoffteilcher in dem Rauch beim Rauchen der Zigaretten heraus. Di« Zellstruktur war sehr fein und ähnlich derjenigen dei Filter gemäß Beispiel 9.

Versuche unter Verwendung von Propylen ah Treibmittel ergaben im wesentlichen die gleicher Ergebnisse wie die unter Verwendung von Isobutylen.

Extrudergeschwindigkeit:
Durchsatz:
Schmelz-Temperatur:
Werkzeug-Temperatur:
Treibmittel-Menge:

Hierzu 4 BUiU Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Zigarettenfilter aus geschäumtem thermoplastischem Polypropylen oder thermoplastischem Polyäthylen hoher Dichte mit im wesentlichen offenzelliger, faserhaltiger Struktur und perforierten Zellwänden, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als die Hälfte der Zellen des Schaums Zellwände mit einer oder mehreren Perforationen aufweisen, die ι ο durch einen oder mehrere Faserelemcnte aus dem gleichen Material überbrückt sind, und daß' es eine Härte von mehr als 50%, einen 4P₎₀-Wert von weniger als !5 cm Wassersäule und eine TST-Filterwirkung von mehr als 20% besitzt

2. Zigarettenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Dichte im Bereich von 0,015 bis 0,1 g/cm³ aufweist.

3. Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Oberfläche des Schaums im Bereich von 10 bis 80 m²/g liegt

4. Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Perforationen in den Zellwänden des Schaums eine solche Größe besitzen, daß der offenzellige Schaum eine dreidimensionale Netzstruktur besitzt

5. Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptanteil der Zellwände des Schaums jeweils eine Perforation enthält, welche zumindest den größten Teil der Zellwand einnimmt, wodurch eine netzartige Struktur durch die Grenzen zwischen den verbleibenden Teilen der Zellwände gebildet wird.

6. Zigarettenfilter nach einem der vorhergehen- i^r> den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 100 oder mehr Faserelemente jede Perforation überbrücken.

7. Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die M) Perforation überbrückenden Faserelemente unter Ausbildung eines sich quer über die Perforation erstreckenden zweidimensionalen Netzes verzweigt sind.

8. Verfahren zur Herstellung des Zigarettenfilters 4^r> gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man thermoplastischem Polyäthylen hoher Dichte bzw. Polypropylen ein Treibmittel in einer Menge von weniger als 0,2 Mol pro 100 g des extrudieren Endprodukts zugibt und das Material w gleichzeitig oder anschließend bei einer Temperatur der Schmelze von 130 bis 150° C bzw. 160 bis 180° C und einer Werkzeugtemperatur zwischen 120 bis 136° C bzw. 155 bis 165⁰C extrudiert und verschäumt. Vi

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als Treibmittel einen niederen aliphatischen Kohlenwasserstoff verwendet und diesen direkt während des Extrusionsverfahrens in das Polyäthylen hoher Dichte bzw. das Polypropylen bo einspritzt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Polyäthylen oder dem Polypropylen ein kernbildendes Mittel, wie beispielsweise fein verteiltes Calciumcarbonat, bi zusetzt.

Die Erfindung betrifft ein Zigarettenfilter aus geschäumtem thermoplastischem Polypropylen oder thermoplastischem Polyäthylen hoher Dichte mit im wesentlichen offenzelliger, faserhaltiger Struktur und perforierten Zellwänden sowie ein Verfahren zu stiner Herstellung.

Der steigende Gebrauch von Zigarettenfiltern, die nicht nur dazu dienen, Teer und andere unerwünschte Substanzen aus dem Tabakrauch zu entfernen, sondern auch dazu, die Kosten für den Tabak, der sonst in Form des Stummel-Endes weggeworfen wird, zu ersparen, hat zu Untersuchungen und zur Entwicklung von vielen Filterarten geführt

So wurden beispielsweise Zigarettenfilter aus gekrepptem Papier oder Celluloseacetat-Werg mit kommerziellem Erfolg hergestellt, obwohl diese die Verwendung einer relativ komplexen Betriebsanlage zur Bearbeitung des losen Ausgangsmaterials mit sich bringen, das in Papier gerollt oder auf andere Weise zur gewünschten Filterform verbunden werden muß, bevor es mit der Zigarette vereinigt wird. Diese besonderen Filter-Typen können außerdem verhältnismäßig schwer sein. Es wurden viele andere Filter-Typen untersucht, darunter auch gewisse Arten von Filtern aus geschäumten Kunststoffen. Hier besteht ein Problem darin, daß sie dazu neigen, dem Tabakrauch durch das Filter einen freien Durchfluß zu gestatten, wobei jedoch eine unzulängliche Absorption der Substanz, welche man zu entfernen wünscht, auftritt.

Die besten Arten von Zigarettenfiltern sollten auf den Lippen ein angenehmes Gefühl geben, und einer Beschädigung auf einer Zigarettenherstellungs-Betriebsanlage von hoher Geschwindigkeit widerstehen, sie sollten dem Durchgang des Rauches beim Rauchvorgang nur unterhalb eines gewissen Ausmaßes ein Hindernis bieten und sie sollten dennoch die unerwünschten Substanzen in ausreichendem Umfang entfernen.

Derartige Qualitäten sind nicht leicht zu erhalten. Es ist beispielsweise möglich, durch Verschäumen von Harzen wie Polypropylen geschäumte Produkte zu erzielen, die manchmal eine Wirkung als Zigarettenfilter aufweisen. Nichtsdestoweniger sind nicht alle diese Schäume geeignet; manche sind völlig unbrauchbar und andere sind überhaupt unwirksam. Beispielsweise ist es einleuchtend, daß in jedem Fall eine offenzellige Struktur erforderlich ist, weil sonst kein wirksamer Durchgang des Tabakrauchs durch das Filter insgesamt stattfindet. In manchen Fällen eines offenzelligen Schaums geht der Tabakrauch jedoch durch das Filter beinahe ungehindert hindurch, wobei eine geringe oder überhaupt keine Beseitigung der in dem Rauch vorhandenen, unerwünschten Substanzen stattfindet. So wurden Filter aus geschäumtem Polyäthylen oder geschäumtem Polypropylen von verschiedenem Typ vorgeschlagen, jedoch wurde bisher noch nicht nahegelegt, daß es durch Ausbilden einer MikroStruktur, wie sie in dieser Beschreibung später beschrieben wird, möglich ist, ein Filter zu erhalten, welches die weiter unten beschriebenen Eigenschaften aufweist, noch wurde bisher irgendein Verfahren zur Herstellung von Zigarettenfiltern beschrieben, welches die Lehre erteilt, wie man eine derartige MikroStruktur erhalten kann.

Aus der DE-AS 11 94 304 ist ein Verfahren zur Herstellung von Filterelementen aus faserhaltigem Kunstharzschaumstoff für Zigarettenfilter beschrieben, das darin besteht, daß man an einem auf bekannte Weise durch Verschäumen eines mit dem Faserzusatz versehe-