EP1567025B1 - Filterelement - Google Patents

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EP1567025B1
EP1567025B1 EP03775194A EP03775194A EP1567025B1 EP 1567025 B1 EP1567025 B1 EP 1567025B1 EP 03775194 A EP03775194 A EP 03775194A EP 03775194 A EP03775194 A EP 03775194A EP 1567025 B1 EP1567025 B1 EP 1567025B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
filter
starch
filter element
filtering material
forming
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP03775194A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1567025A2 (de
Inventor
Harald Schmidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BioTec Biologische Naturverpackungen GmbH and Co KG
Original Assignee
BioTec Biologische Naturverpackungen GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by BioTec Biologische Naturverpackungen GmbH and Co KG filed Critical BioTec Biologische Naturverpackungen GmbH and Co KG
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Publication of EP1567025B1 publication Critical patent/EP1567025B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
    • A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter-tips, filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces for cigars or cigarettes
    • A24D3/06—Use of materials for tobacco smoke filters
    • A24D3/062—Use of materials for tobacco smoke filters characterised by structural features
    • A24D3/066—Use of materials for tobacco smoke filters characterised by structural features in the form of foam or having cellular structure
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
    • A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter-tips, filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces for cigars or cigarettes
    • A24D3/06—Use of materials for tobacco smoke filters
    • A24D3/08—Use of materials for tobacco smoke filters of organic materials as carrier or major constituent
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
    • A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter-tips, filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces for cigars or cigarettes
    • A24D3/06—Use of materials for tobacco smoke filters
    • A24D3/16—Use of materials for tobacco smoke filters of inorganic materials
    • A24D3/163—Carbon

Definitions

  • the invention relates to a filter element with a biodegradable filter material mainly from renewable raw materials for use in particular as a cylindrical tobacco smoke filter of cigarettes, cigars or pipes and a method for its production.
  • Cigarettes have a cylindrical shape in which the smokable tobacco material in shredded form is surrounded by a sheath of paper. Predominantly, these cigarettes have at one end a filter which is connected to the cigarette by a banderole. Filter elements and cigarette filters are extensively described in the literature as filter tow.
  • Filter elements and cigarette filters are extensively described in the literature as filter tow.
  • a fiber material made of the materials cellulose-acetate or polypropylene is usually used.
  • activated carbon is also known. According to known methods, cellulose acetate fiber material is produced essentially by the jet spinning method.
  • the filter tows are first prepared as filter rods by stretching the crimped ribbon, increasing in volume, and scaling to the desired dimension in a formulator and wrapped in paper.
  • the cellulose-2,5-acetate raw materials are usually compounded with glycerol acetate as a plasticizer, which is not easily contained in tobacco smoke.
  • EP 0 658 320 B1 The state of the art is further referred to EP 0 658 320 B1, EP 0 636 324 B1 and DE 33 11903 A1.
  • the object of the invention is to provide a filter tow or filter material for the production of filters for smokers, in which health risks resulting from the release of filter constituents and the external contamination of cigarettes with filter constituents are avoided or at least reduced.
  • the invention is based on the basic concept of producing a filter element made of a starch material and / or a polymer mixture based on starch and optionally activated carbon, pores and / or filter channels being provided in the filter element.
  • the filter element may contain a filter material made of starch foam, starch polymer fibers or biopolymer films and optionally stored activated carbon layers.
  • Such filter materials optionally adherent or Filter particles released during smoking can be dissolved in an environment with appropriate moisture content. They are not considered for the health-damaging effects discussed at the outset.
  • the activated carbon may be in the form of powder or granules and be present in various ways in the filter material of starch and / or a starch-based polymer mixture.
  • the starch may, for example, be foamed and form a carrier material for the activated carbon.
  • the activated carbon can be sprayed on a foamed filter material made of starch material or incorporated as an intermediate layer.
  • the starch material may be formed flat (eg as a foamed plate) or foamed into an endless round filter rod and cut into correspondingly shaped sections.
  • natural fibers such as cellulose fibers, hemp or cotton fibers may be incorporated in an amount of about 5% by volume.
  • an activated carbon layer is applied to cut starch foam sections, sprayed, for example as a powder, or placed in another way between starch foam sections or arranged thereon.
  • the layers of starch foam and activated carbon thus joined and bonded together are wrapped in a film or other suitable cover.
  • the round filter rod then has a stack, i. alternately arranged transversely to the gas flow disks or layers of starch foam and activated carbon.
  • filter channels can be introduced to z. B. to be able to influence the passage of the aromatragenden molecules of tobacco.
  • These filter channels can be formed for example by needles, water jets or laser at any time during the manufacture of the filter elements.
  • the arrangement and thickness of the layers of the Filter element is irrelevant. So z. B. starch foam sections stored and later, the intended use, if appropriate, combined with intermediate layers of activated carbon to filter elements and wrapped with foil.
  • the filter channels may extend or be oriented approximately in the direction of the gas flow, but deviations are possible.
  • the filter channels may also extend partially transverse to the direction of the tobacco gas stream.
  • filter elements designed as round filter rods can be wrapped with a corresponding air-permeable and / or perforated paper band or the filter channels are introduced into the finished filter rod wrapped in a band.
  • the filter channels may have a size or width of preferably 50 to 100 .mu.m, and extending into this up to a certain depth, for example, starting from one or both ends of the filter element or round filter rod.
  • the filter channels may also be oriented longitudinally and extend through the entire round filter rod. Due to the shape, size, number and arrangement of the filter channels, the filter effect can be influenced.
  • the activated carbon may be formed as granules.
  • the cohesion of the individual layers of the filter element may be substantially determined by the wrapping material, e.g. a shrink wrap, be guaranteed.
  • a filter element By incorporating activated carbon into a filter material or between layers of a starch-based filter material and / or a starch-based polymer mixture, a filter element is created in which the advantages of both materials are combined.
  • about 5% by volume of natural fibers may be similar to a wick in the filter element, or incorporated therein, and develop a wicking effect, thereby fostering additional filtering out of harmful components from the tobacco smoke.
  • Starch foam itself does not emit inhalable, volatile products and can adsorb the optionally released charcoal particles described above.
  • starch foam particles or starch fiber particles are harmless to health, since they are biodegradable.
  • the starch particles or fibers absorb or bind the moisture.
  • the parameters of the starch materials used can be adjusted during their preparation so that the moisture content of respiratory air in the lungs is sufficient to bind or release any starch particles or starch fibers, to which possibly activated carbon particles and toxins adhere, and to solve during exhalation To transport starch particles and fibers together with the breathing air back out of the lungs. Thus, accumulation in the lung upon inhalation of tobacco smoke can be prevented.
  • starch materials with thermoplastic properties are used for the production of a filter element, which allow processing after adjustment of the operating conditions, for example in the melt-blown process or spin-flow process.
  • Methods which are applicable to the present invention are explained in detail, for example, in EP 861 036.
  • high-precision fibers can be discharged as endless filaments by means of extrusion equipment and special nozzles, swirled through air and either drawn (to increase the strength) and then crimped (spin-flow method) or not drawn to form a to achieve a soft, fluffy structure with a large surface area (melt-blown process).
  • the extruded fibers are first spun and made into a Bundled fiber bundles and formed after drawing by compression rollers to form an endless filter.
  • a final shaping takes place in a configuration system, wherein the endless filter is optionally fed again to an upsetting, crimping machine and processed in a filter rod machine to form individual filter sections.
  • starch foam 20 from a starting mixture 2 of starch, preferably native potato starch, and plasticizing and film-forming additives by thermal and mechanical energy input compressed, optionally modified, plasticized and expanded by temperature and pressure drop and in compressed a compression step, wherein it is processed in a calender 22 to an endless filter 7.
  • a foamed round profile with a diameter of 10 mm is produced and calibrated in the formatting process to a diameter of 7.8 mm.
  • the specific density of the foam filter strand is z. B. about 12 kg / m 3 .
  • the extruded starch foam 20 is substantially open-pored so that the frothed destructured starch filter material having a crystalline content of less than 5% is capable of adsorbing the liquids and liquid contaminants contained in the tobacco smoke such as condensate and tar products Starch foam itself emits no inhalable, volatile products in the tobacco smoke.
  • the endless filter is cut into filter sections and into a filter element or cigarette filter with a stacked structure of starch-based filter sections optionally in alternation with activated carbon layers (as in US Pat Figure 3 shown) processed.
  • an extrudate is formed with air-permeable configuration, a large area is possible for the air permeability. So can the extrudate in the be formed substantially porous, so that a high air permeability is expected. Likewise, the extrudate can partially closed-pored and the air permeability be correspondingly low.
  • additional filter channels of appropriate number and size can be introduced
  • the filter channels can be introduced by needling, water jets or laser beam in a filter material made of a starch material.
  • a filter material made of a starch material In a layered filter element (round filter rod), the thickness of each filter layer of starch material and possibly activated carbon and the laser depth, which corresponds to the channel length, are matched.
  • a filter material made of a foamed starch material can be open-pored, additionally introduced filter channels can enhance the advantageous properties, such as the adhesion properties, of this filter material.
  • a filter material of starch polymer fibers has improved adhesion properties of the pollutant particles to be filtered in the tobacco smoke.
  • a filter material of a fibrous starch material can be cut into staple fibers, wherein the ends of the short fibers protrude, for example, in additionally introduced into the filter material filter channels and so the filter properties can be further improved.
  • 3 shows a longitudinal section of a cigarette 10 with a filter element 1, as it is produced according to a method shown in Figure 1, wherein a portion containing tobacco 11 and a section containing the filter element 1 are wrapped and connected with cigarette paper 12 and the filter element and the transition region to the tobacco 11 containing portion are wrapped with another band 13 for reinforcement.
  • the filter element 1 is constructed in the form of a stack (cf., FIG. 2), wherein layers of starch foam 20 and layers of activated carbon 21 are arranged alternately.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Cigarettes, Filters, And Manufacturing Of Filters (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Networks Using Active Elements (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Filterelement mit einem biologisch abbaubaren Filtermaterial vorwiegend aus nachwachsenden Rohstoffen zur Verwendung insbesondere als zylindrische Tabakrauchfilter von Zigaretten, Zigarren oder Pfeifen sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
  • Raucherartikel wie z. B. Zigaretten haben eine zylindrische Form, in der das rauchbare Tabakmaterial in geschredderter Form von einer Hülle aus Papier umgeben ist. Überwiegend besitzen diese Zigaretten an einem Ende einen Filter, der mit der Zigarette durch eine Banderole verbunden ist. Filterelemente und Zigarettenfilter sind in der Literatur umfangreich als Filtertow beschrieben. Für die Herstellung von Zigarettenfiltern wird üblicherweise ein Fasermaterial aus den Werkstoffen Cellulose-2,5-Acetat oder Polypropylen verwendet. Zur Entfernung von im Tabakrauch enthaltenen Toxinen ist ferner die Verwendung von Aktivkohle bekannt. Gemäß bekannten Verfahren wird Cellulose-Acetat-Fasermaterial im wesentlichen nach dem Düsenspinnverfahren hergestellt. Aus den Cellulose-Acetat-Filamenten und/oder aus Cellulose-Acetat-Spinnfasern, die gekräuselt bzw. stauchkammergekräuselt sind, werden die Filtertows zunächst als Filterstäbe hergestellt, indem das gekräuselte Band gestreckt, im Volumen vergrößert und in einer Formatiereinrichtung auf die gewünschte Dimension gebracht und mit Papier umwickelt wird. Die Cellulose-2,5-Acetat-Rohstoffe werden üblicherweise mit Glycerinacetat als Weichmacher kompoundiert, welches nicht unproblematisch im Tabakrauch enthalten ist.
  • Aus der DE 195 36 505 A1 und der entsprechenden EP 861 036 A ist ein Verfahren zur Herstellung von biologisch abbaubarem Filtermaterial aus nachwachsenden Rohstoffen zur Verwendung als Tabakrauchfilterelement von Zigaretten, Zigarren oder Pfeifen bekannt, wobei ein Filtertow bzw. Filtermaterial aus Fasern und Filamenten aus Biopolymeren auf Basis von thermoplastischer Stärke und deren Polymermischungen hergestellt wird. Filtermaterialien werden bestimmungsgemäß eingesetzt, um Toxine aus dem Tabakrauch zurückzuhalten. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass an der Schnittfläche der Filter von Zigaretten lose, mit bloßem Auge für den Verbraucher nicht ohne Weiteres erkennbare Bestandteile von Filtermaterialien auftreten. Hierbei handelt es sich um Fragmente der in den Zigarettenfiltern meist verwendeten Cellulose-Acetat-Fasern und bei Zigaretten mit Aktivkohlefiltern um Kohlepartikel. Anteile dieser losen Filterbestandteile werden beim Ziehen an den Zigaretten freigesetzt. Beispielsweise können beim Rauchen von Zigaretten, die aktivkohlehaltige Filter aufweisen, Kohlepartikel, die mit Tabakrauch-Toxinen befrachtet sein können, freigesetzt werden. Ferner können sich z. B. beim Zuschnitt der Filter Fasern oder Faserbestandteile lösen. Durch die beschriebenen Filterdefekte beim Zigarettenrauchen kann es zur Inhalation und zum Schlucken von Filterfasern und/oder - partikeln, die mit Toxinen aus dem Tabakrauch beschichtet sind, kommen. Es besteht deshalb zumindest der Verdacht, dass durch die Freisetzung von Filterbestandteilen ein zusätzliches gesundheitliches Risiko zu dem durch das Zigarettenrauchen an sich bereits bedingten beträchtlichen gesundheitlichen Risiko hinzukommt (vgl. "Freisetzung von Celluloseacetatfasern und Kohlepartikeln aus Zigarettenfiltern", Stellungnahme des Bundesministers für gesundheitlichen Verbraucherschutz und Veterinärmedizin vom 04. Juni 2002).
  • Zum Stand der Technik wird weiter verwiesen auf EP 0 658 320 B1, EP 0 636 324 B1 und die DE 33 11903 A1.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filtertow bzw. ein Filtermaterial zur Herstellung von Filtern für Raucherwaren bereitzustellen, bei dem gesundheitliche Risiken, die sich aus der Freisetzung von Filterbestandteilen und der äußeren Kontamination von Zigaretten mit Filterbestandteilen ergeben, vermieden oder zumindest verringert werden.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.
  • Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, ein Filterelement aus einem Stärkewerkstoff und/oder einer Polymermischung auf Stärkebasis sowie gegebenenfalls Aktivkohle herzustellen, wobei in dem Filterelement Poren und/oder Filterkanäle vorgesehen sind. Das Filterelement kann ein Filtermaterial aus Stärkeschaum, Stärkepolymerfasern oder aus biopolymeren Folien und gegebenenfalls eingelagerte Aktivkohleschichten enthalten. Derartigen Filtermaterialien gegebenenfalls anhaftende oder beim Rauchen freigesetzte Filterpartikel können in einer Umgebung mit entsprechendem Feuchtigkeitsgehalt gelöst werden. Sie kommen für die eingangs diskutierten gesundheitsschädigenden Wirkungen nicht in Betracht. Die Aktivkohle kann als Pulver oder Granulat vorliegen und auf verschiedene Art und Weise in dem Filtermaterial aus Stärke und/oder einer Polymermischung auf Stärkebasis vorliegen. Die Stärke kann beispielsweise aufgeschäumt sein und ein Trägermaterial für die Aktivkohle bilden. Die Aktivkohle kann auf einem aufgeschäumten Filtermaterial aus Stärkewerkstoff aufgesprüht oder als Zwischenschicht eingelagert sein. Der Stärkewerkstoff kann flächig ausgebildet sein (z.B. als geschäumte Platte) oder zu einem endlosen Rundfilterstab geschäumt sein und in entsprechend geformte Abschnitte zerschnitten sein. In das Filterelement können Naturfasern, wie Cellulosefasern, Hanf oder Baumwollfasern in einer Menge von ca. 5 Volumen- % eingelagert sein.
  • Zur Herstellung von erfindungsgemäßen Filterelementen, wie Rundfilterstäben wird auf zerschnittene Stärkeschaumabschnitte eine Aktivkohleschicht aufgetragen, zum Beispiel als Pulver aufgesprüht, oder auf andere Art und Weise zwischen Stärkeschaumabschnitte gebracht oder an diesen angeordnet. Die so zusammengefügten und miteinander verbundenen Schichten aus Stärkeschaumabschnitten und Aktivkohle werden mit einer Folie umhüllt oder einer anderen geeigneten Hülle versehen. Der Rundfilterstab weist dann stapelweise, d.h. wechselweise quer zum Gasstrom angeordnete Scheiben bzw. Schichten aus Stärkeschaum und Aktivkohle auf. Mit der Anordnung, Dicke, Porosität oder anderen Parametern der Schichten kann der Durchtritt der aromatragenden Moleküle des Tabakrauches durch das Filtermaterial beeinflusst werden. Dabei spielen gegebenenfalls auch die Tabaksorte und bestimmte gewollte Effekte bezüglich des Durchtritts aromatragender Moleküle (z.B. deren Anzahl) oder andere Parameter mit denen der Tabakgeschmack beeinflusst werden kann, eine Rolle.
  • In die einzelnen Schichten und/oder in das fertige Filterelement können zusätzliche Filterkanäle eingebracht werden, um z. B. den Durchtritt der aromatragenden Moleküle des Tabaks beeinflussen zu können. Diese Filterkanäle können z.B. durch Nadeln, Wasserstrahlen oder Laser zu einem beliebigen Zeitpunkt während der Herstellung der Filterelemente ausgebildet werden. Die Anordnung und Dicke der Schichten des Filterelementes ist dafür unerheblich. So können z. B. Stärkeschaumabschnitte zwischengelagert und später der vorgesehenen Verwendung entsprechend gegebenenfalls mit Zwischenschichten aus Aktivkohle zu Filterelementen zusammengefügt und mit Folie umhüllt werden. Die Filterkanäle können sich in etwa in der Richtung des Gasstromes erstrecken bzw. orientiert sein, wobei aber Abweichungen möglich sind. Die Filterkanäle können ferner zum Teil quer zur Richtung des Tabakgasstromes verlaufen. In diesem Fall können z.B. als Rundfilterstäbe ausgebildete Filterelemente mit einer entsprechenden luftdurchlässigen und/oder perforierten Papierbanderole umwickelt werden oder die Filterkanäle werden in den fertig ausgebildeten und mit einer Banderole umwickelten Rundfilterstab eingebracht. Die Filterkanäle können eine Größe bzw. Weite von vorzugsweise 50 bis 100 µm aufweisen, und sich bis zu einer bestimmten Tiefe, z.B. von einem oder beiden Enden des Filterelementes bzw. Rundfilterstabes ausgehend, in diesen hinein erstrecken. Die Filterkanäle können ferner in Längsrichtung orientiert sein und sich durch den gesamten Rundfilterstab hindurch erstrecken. Durch die Gestalt, Größe, Anzahl und Anordnung der Filterkanäle kann der Filtereffekt beeinflusst werden.
  • Bei einer stapelweisen Anordnung der Schichten aus Stärkeschaum und Aktivkohle kann die Aktivkohle als Granulat ausgebildet sein. Der Zusammenhalt der einzelnen Schichten des Filterelementes kann im Wesentlichen durch das Umhüllungsmaterial, z.B. eine Schrumpffolie, gewährleistet werden.
  • Durch die Einlagerung von Aktivkohle in ein Filtermaterial oder zwischen Schichten eines Filtermateriales aus Stärke und/oder einer Polymermischung auf Stärkebasis wird ein Filterelement geschaffen, in dem die Vorteile beider Materialien vereint sind.
  • Z. B. ca. 5 Vol.-% Naturfasern (z. B. Baumwollfasern, Cellolosefasern, Hanf) können ähnlich einem Docht im Filterelement angeordnet bzw. darin eingelagert sein und eine Saugwirkung entwickeln, wobei ein zusätzliches Herausfiltern schädlicher Bestandteile aus dem Tabakrauch begünstigt wird.
  • Stärkeschaum selbst emittiert keine inhalierbaren, flüchtigen Produkte und kann die oben beschriebenen gegebenenfalls freigesetzten Kohlepartikel adsorbieren. Beim Zuschnitt der Zigarettenfilter an den Schnittstellen anhaftende Stärkeschaumpartikel bzw. Stärkefaserpartikel sind gesundheitlich unbedenklich, da sie biologisch abbaubar sind. In einer Umgebung mit entsprechendem Feuchtigkeitsgehalt nehmen die Stärkepartikel oder - fasern die Feuchtigkeit auf bzw. binden diese. Die Parameter der verwendeten Stärkewerkstoffe können bei deren Herstellung so eingestellt werden, dass der Feuchtigkeitsgehalt von Atemluft in der Lunge ausreicht, um gegebenenfalls freigesetzte Stärkepartikel oder Stärkefasern, an denen ggf. Aktivkohlepartikel und Toxine haften, zu binden bzw. zu lösen und während des Ausatmens die Stärkepartikel und -fasern zusammen mit der Atemluft wieder aus der Lunge herauszubefördern. Somit kann eine Ansammlung in der Lunge bei der Inhalation von Tabakrauch verhindert werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
    • Figur 1:
    ein Verfahrensschema der Filterherstellung aus Stärkeschaum,
    Figur 2:
    Längsschnitte einzelner Filterelemente,
    Figur 3:
    einen Längsschnitt einer Zigarette mit einem erfindungsgemäßen Filterelement.
  • Gemäß vorliegender Erfindung werden zur Herstellung eines Filterelementes Stärkewerkstoffe mit thermoplastischen Eigenschaften verwendet, die eine Verarbeitung nach Anpassung der Betriebsbedingungen, beispielsweise im "Melt-blown"-Verfahren oder Spinnfließverfahren ermöglichen. Verfahren, die für die vorliegende Erfindung anwendbar sind, werden beispielsweise in der EP 861 036 ausführlich erläutert. In den dort vorgestellten Verfahren können mit Hilfe von Extrusionsanlagen und speziellen Düsen hochfeine Fasern als endlose Fäden (Filamente) ausgetragen, durch Luft verwirbelt und entweder verstreckt (um die Festigkeit zu erhöhen) und anschließend gekräuselt werden (Spinnfließverfahren) oder nicht verstreckt werden, um eine weiche, flauschige Struktur mit großer Oberfläche zu erzielen (Melt-blown-Verfahren).
  • Bei der Herstellung eines Filtermaterials für ein erfindungsgemäßes Filterelement nach dem Spinnfließverfahren werden zunächst die extrudierten Fasern versponnen und zu einem Faserbündel zusammengefasst und nach dem Ziehen durch Kompressionswalzen zu einem Endlosfilter ausgeformt. In einem Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Filterelemente aus Stärkepolymerfasern erfolgt eine abschließende Formgebung in einer Konfigurationsanlage, wobei der Endlosfilter gegebenenfalls nochmals einer Stauch-, Kräuselmaschine zugeführt und in einer Filterstabmaschine zu einzelnen Filterabschnitten verarbeitet wird.
  • Zur Herstellung von Stärkeschaum durch Extrusion wird die Stärke vorzugsweise in einem Zweiwellenextruder Continua 37® unter Druck und Temperatur gelatinisiert, destrukturiert und als Schaumstrang ausextrudiert. Wie in Figur 1 schematisch dargestellt, wird in einer Extrusionsanlage 3 Stärkeschaum 20 aus einem Ausgangsgemisch 2 von Stärke, vorzugsweise nativer Kartoffelstärke, und plastinfizierenden und filmbildenden Additiven durch thermische und mechanische Energieeinleitung verdichtet, gegebenenfalls modifiziert, plastifiziert und durch Temperatur- und Druckabfall expandiert und in einem Kompressionsschritt verdichtet, wobei er in einer Kalanderanlage 22 zu einem Endlosfilter 7 verarbeitet wird. Dabei wird ein aufgeschäumtes Rundprofil in einem Durchmesser von 10 mm hergestellt und im Formatierungsprozess auf einen Durchmesser von 7,8 mm kalibriert. Das spezifische Raumgewicht des Schaumfilterstranges beträgt z. B. ca. 12 kg/m3. Der extrudierte Stärkeschaum 20 ist im wesentlichen offenporig, so dass das aufgeschäumte Filtermaterial aus destrukturierter Stärke mit einem kristallinen Anteil von weniger als 5 % in der Lage ist, die im Tabakrauch enthaltenen Flüssigkeiten und flüssigen Schadstoffe, wie Kondensat und Teerprodukte, zu adsorbieren, wobei der Stärkeschaumstoff selbst keine inhalierbaren, flüchtigen Produkte in den Tabakrauch emittiert.
  • Die weitere Formgebung und Vereinzelung zu kurzen Filterstäben bzw. Filterabschnitten 1 erfolgt in einer Konfigurationsanlage 8. Nach der Erfindung wird der Endlosfilter zu Filterabschnitten zugeschnitten und zu einem Filterelement bzw. Zigarettenfilter mit einem stapelförmigen Aufbau von Filterabschnitten auf Stärkebasis gegebenenfalls im Wechsel mit Aktivkohleschichten (wie in Figur 3 dargestellt) verarbeitet.
  • Obwohl nach der Erfindung ein Extrudat mit luftdurchlässiger Konfiguration ausgebildet wird, ist für die Luftdurchlässigkeit ein großer Bereich möglich. So kann das Extrudat im wesentlichen offenporig ausgebildet sein, so dass eine hohe Luftdurchlässigkeit zu erwarten ist. Ebenso kann das Extrudat teilweise geschlossenporig ausgebildet und die Luftdurchlässigkeit entsprechend niedrig sein. Um das Filtermaterial für Tabakrauchfilter auf besstimmte Filtereigenschaften einzustellen, können zusätzliche Filterkanäle in geegneter Anzahl und Größe eingebracht werden
  • Nach der Erfindung können in ein Filtermaterial aus einem Stärkewerkstoff die Filterkanäle durch Nadeln, Wasserstrahlen oder mittels Laserstrahl eingebracht werden. In einem schichtweise aufgebauten Filterelement (Rundfilterstab) werden die Dicke jeder Filterschicht aus Stärkewerkstoff und gegebenenfalls Aktivkohle und die Lasertiefe, die der Kanallänge entspricht, aufeinander abgestimmt. Obwohl ein Filtermaterial aus einem geschäumten Stärkewerkstoff offenporig ausgebildet sein kann, können zusätzlich eingebrachte Filterkanäle die vorteilhaften Eigenschaften, wie die Adhäsionseigenschaften, dieses Filtermateriales verstärken. Ferner besitzt beispielsweise ein Filtermaterial aus Stärkepolymerfasern verbesserte Adhäsionseigenschaften der zu filternden Schadstoffteilchen im Tabakrauch. Ein Filtermaterial aus einem faserigen Stärkewerkstoff kann zu Stapelfasern zugeschnitten werden, wobei die Enden der kurzen Fasern beispielsweise in zusätzlich in das Filtermaterial eingebrachte Filterkanäle hineinragen und so die Filtereigenschaften weiter verbessert werden können. Die Figur 3 zeigt einen Längsschnitt einer Zigarette 10 mit einem Filterelement 1, wie es gemäß einem in Figur 1 dargestellten Verfahren hergestellt wird, wobei ein Tabak 11 enthaltender Abschnitt und ein das Filterelement 1 enthaltender Abschnitt mit Zigarettenpapier 12 umwickelt und verbunden sind sowie das Filterelement 1 und der Übergangsbereich zum den Tabak 11 enthaltenden Abschnitt mit einer weiteren Banderole 13 zur Verstärkung umhüllt sind. Das Filterelement 1 ist stapelförmig aufgebaut (vgl. Figur 2), wobei Schichten aus Stärkeschaum 20 und Schichten aus Aktivkohle 21 abwechselnd angeordnet sind.
  • Die Verfahrensbedingungen und Rezepturen zur einstufigen Verfahrensgestaltung und Herstellung eines im wesentlichen elastischen komprimierbaren Filtertows aus Stärkeschaum mit einer offenporigen Schaumstruktur, wie in der EP 861 036 vorgestellt, können für die Zwecke der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Claims (12)

  1. Filterelement zur Herstellung von Tabakrauchfiltern mit einem Filtermaterial, das im Wesentlichen Stärke und/oder eine Polymermischung auf Stärkebasis enthält und in Richtung des Gasstromes offene Poren und/oder Filterkanäle aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Filtermaterial in abwechselnd aufeinanderfolgenden Schichten aus Stärke und/oder einer Polymermischung auf Stärkebasis und aus Aktivkohle (21) angeordnet ist und die Schichten stapelweise quer zur Richtung des Gasstromes angeordnet sind.
  2. Filterelement nach Anspruch 1 mit vorzugsweise durchgehenden. Filterkanälen im wesentlichen in Richtung des Gasstroms, wobei der Durchmesser der Filterkanäle vorzugsweise im Bereich von 50 bis 100 µm liegt.
  3. Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stärke und/oder die Polymermischung ein Trägermaterial für Aktivkohle (21) bildet.
  4. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Filtermaterial aus Stärke und/oder einer Polymermischung auf Stärkebasis ein Schaumstoff (20) oder ein Faserstoff ist.
  5. Filterelement nach Anspruch 4, wobei der Schaumstoff (20) oder der Faserstoff ein Trägermaterial für ein Aktivkohlepulver (21) bildet
  6. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5 enthaltend Naturfasern, wie Cellulosefasern, Hanf oder Baumwollfasern, vorzugsweise in einer Menge von etwa 5 Vol.-%.
  7. Verfahren zut Herstellung eines Filterelements nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit den Schritten:
    a) kontinuierliches Zuführen einer dosierten Mischung aus Stärke und/oder einer Polymermischung auf Stärkebasis sowie weiteren Additiven in eine Extruderanlage,
    b) Erhitzen und Kneten der Mischung unter einem definierten Temperatur- und Druckregime zur Ausbildung einer Schmelze,
    c) Extrudieren der Schmelze durch eine Düse,
    d) Ausbilden eines Extrudates mit luflduschlässiger Konfiguration,
    e) Komprimieren des Extrudates und Ausbilden eines Filtermateriales als Endlosfilter (7),
    f) vereinzeln des exüudierten Filtermateriales zu Abschnitten und
    g) Ausbilden eines Filterelementes (1) aus mindestens einem Filtermaterialabschnitt.
  8. Verfatiren zur Herstellung eines Filterelements nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit den Schritten:
    a) kontinuierliches Zuführen einer dosierten Mischung aus Stärke und/oder einer Polymermischung auf Stärkebasis sowie weiteren Additiven in eine Extruderanlage,
    b) Erhitzen und Kneten der Mischung unter einem definierten Temperatur- und Drackregime zur Ausbildung einer Schmelze,
    c) Extrudieren der Schmelze durch eine Düse,
    d) Ausbilden eines Extrudates mit luftdurchlässiger Konfiguration,
    e) Komprimieren des Extrudates und Ausbilden eines Filtermateriales als Endlosfilter (7),
    f) Vereinzeln des extrudierten Filtermateriales zu Abschnitten und
    g) Ausbilden eines Filterelementes (1) aus zwei oder mehr Filtermaterialäbschnitten und mit jeweils einer Aktivkohleschicht (21) zwischen aufeinanderfolgenden Filtermaterialabschnitten.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei vor dem Ausbilden des Filterelements (1) Filterkanäle in die Filtermaterialabschnitte eingebracht werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Filterkanäle durch Wasserstrahlen, Nadeln oder mittels Laserstrahl ausgebildet werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das Filtermaterial ans Stärkeschaum, biopolymeren Folien oder Stärkepolymerfasern gebildet wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die weiteren Additive Polyvinylalkohol, Polyesteramid und/oder Polyesteruretan, Polymilchsäure (PLB), Polyhydroxibuttersäure (PHB), ein Fließhilfsmittel sowie gegebenenfalls ein Treibmittel sind.
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