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Verfahren zur Herstellung eines Tabakrauchfilters
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Tabakrauchfilters, welches insbesondere aber nicht ausschliesslich als Zigarettenfilter oder als Filter in einem Zigarettenhalter verwendet werden kann.
Es ist bekannt, dass der Tabakrauch sehr komplex ist und nicht nur Gase, sondern auch einen wesentlichen Anteil an Feststoffen enthält. Der Feststoffgehalt, welcher Teer, Kohlenstoff und andere,
Nikotin enthaltende Substanzen umfasst, wird üblicherweise als"Gesamtfeststoff"bezeichnet. Es wird angenommen, dass diese Substanzen die hauptsächliche Ursache für Gesundheitsschädigungen des
Rauchers sind.
Die Gase im Tabakrauch enthalten als hauptsächlichen Bestandteil die üblichen
Verbrennungsprodukte, nämlich Kohlendioxyd und Wasserdampf, sie enthalten aber auch giftige Gase, saure Gase, Schwefelwasserstoff und Ammoniak und manchmal Blausäure und Kohlenmonoxyd,
Verbindungen, die für schädlich gehalten werden. Diese schädlichen Gase liegen in unterschiedlichen Mengen vor, abhängig von der Art und Qualität des Tabaks, und sie geben dem Tabakrauch saure Eigenschaften, weil Ammoniak als einzige Base in sehr kleinen Mengen vorliegt. Tatsächlich zeichnet sich Tabakrauch durch saure Reaktion aus.
Die franz. Patentschrift Nr. 1. 492. 613 beschreibt ein Filter, das zur Entfernung von Blausäure aus dem Tabakrauch entwickelt wurde. Nach dieser Patentschrift wird Blausäure entfernt, indem zwischen die den wesentlichen Anteil des Filters darstellenden Fasern Materialien eingebettet werden, die mit Blausäure Koordinationskomplexe zu bilden imstande sind. Oxyde und Hydroxyde von Eisen und Zink werden als spezielle Beispiele für die Bildung solcher Koordinationskomplexe erwähnt. Das Filter nach der franz. Patentschrift enthält organische Fasern, auf welchen die Oxyde und Hydroxyde von Eisen und Zink abgelagert sind.
Die brit. Patentschrift Nr. 1. 121. 474 beschreibt ebenfalls ein Filter auf Basis einer Mischung aus Fasern oder Fäden und Teilchen eines Filterzusatzes. In dieser brit. Patentschrift ist der Filterzusatz durch ein thermoplastisches Bindematerial an die Fasern oder Fäden geheftet. Insbesondere wird ausgeführt, dass eine Matrix gebildet wird, die die Fasern oder Fäden, den Filterzusatz und das thermoplastische Bindematerial enthalten muss.
Die brit. Patentschrift Nr. 1. 085. 582 und die entsprechende franz. Patentschrift Nr. 1. 465. 842 betreffen ein Tabakfilter aus im wesentlichen faserigem Material, wobei jedoch in dem organischen Ausgangsstoff, aus welchem die Fasern oder Fäden gesponnen sind, ein wasserlösliches anorganisches Salz eingeschlossen ist, welches mit Cyanwasserstoff reagieren kann, um das Cyanidion zu binden. Die für diesen Zweck vorgeschlagenen Salze sind bestimmte Natrium- und Kaliumsalze.
Die brit. Patentschrift Nr. 1. 059. 421 beschreibt ein Filter, welches im wesentlichen Körnchen von Aktivkohle, mit einem thermoplastischen Bindemittel verbunden, enthält. Diese Materialien sind nicht imstande, mit sauren Gasen zu reagieren. Im Filter kann zusammen mit den Kohlekörnern und dem thermoplastischen Binder körniges Magnesiumoxyd oder ein Karbonat eines Alkali- oder Erdalkalimetalls vorliegen.
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Die USA-Patentschrift Nr. 3, 366, 582 betrifft bestimmte poröse Zelluloseprodukte, die als Filter für Tabakrauch verwendbar sind.
Viele Versuche wurden mit dem Ziel unternommen, den Tabakrauch ohne Beeinträchtigung des
Geschmacks und Aromas zu reinigen und insbesondere den Gesamtfeststoffgehalt zu entfernen. Diese
Versuche beruhen auf dem Prinzip einer physikalischen Filtration des Tabakrauches ; sie waren jedoch nur teilweise erfolgreich.
Die Erfindung liefert ein neuartiges Filter, welches wesentlich wirksamer als die bisher verwendeten Filter ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass Kalziumhydroxydteilchen hergestellt und durch Erhitzen für einen längeren Zeitraum, vorzugsweise etwa eine Stunde bei einer Temperatur im
Bereich von 140 C, gründlich getrocknet werden, worauf Kalziumhydroxydteilchen mit einer Grösse von 0, 18 bis 0, 25 mm ausgewählt und zu einer Teilchenmasse, welche das Filtermaterial darstellt, vereinigt werden. Die im Filter enthaltenen Feststoffe sind imstande, mit sauren Bestandteilen des
Rauches unter Bildung von Wasser zu reagieren, wodurch die Filtration des Tabakrauches weiter erleichtert wird, indem der Rauch durch das im Filter enthaltene Wasser strömt.
Die Filterwirkung des erfindungsgemäss erhaltenen Filters ist im Prinzip auf eine chemische
Umsetzung zurückzuführen, die während des Durchganges des Tabakrauches durch das Filter stattfindet.
Ferner hat das erfindungsgemässe Filter physikalische Wirkung. Die chemische Reaktion mit den Säuren des Tabakrauchs ist selbst wirksam zur Entfernung schädlicher Bestandteile des Rauchs, und die physikalische Filtration durch das in der chemischen Reaktion gebildete Wasser verstärkt die
Filterwirkung, unabhängig davon, ob die üblicherweise verwendeten physikalischen Filter auch vorliegen.
Mit Vorteil werden die Kalziumhydroxydteilchen für das erfindungsgemäss hergestellte Filter zwischen die üblichen Filterbestandteile eingebettet, sodass die verbesserte Filtration im Zusammenhang mit der Erfindung zusätzlich zu der üblichen Filtration wirksam wird.
Kalziumhydroxyd der oben genannten Korngrösse wird aus reinem weissem Marmor gewonnen, welcher eine reine kristalline kompakte Form von Kalziumkarbonat ist und in der Natur vorkommt.
Durch allmähliches Erhitzen im Verlauf von 4 oder 5 Stunden von Zimmertemperatur auf etwa
1000 C, bei welcher Temperatur die Substanz 1 Stunde lang gehalten wird, erhält man Kalziumoxyd.
Vorzugsweise wird das Erhitzen in einem elektrischen Ofen durchgeführt. Das reine Kalziumoxyd wird auf Raumtemperatur in einem Trockenschrank abgekühlt und dann mit einer kleinen Menge Wasser vermischt, welche genügt, um daraus eine Paste zu bereiten, die dann etwa eine Stunde lang bei 140 C getrocknet wird. Das nach dem Trocknen der Paste erhaltene Material ist eine spezielle Form gelöschten
Kalziumhydroxyds, und dieses Material, welches als weisses amorphes Pulver vorliegt, wird durch Siebe geschickt, um jene Teilchen zu isolieren, die innerhalb des Korngrössenbereiches von 0, 18 bis 0, 25 mm liegen.
Die Menge an speziell behandeltem gelöschtem Kalziumhydroxyd, die in das Filter eingebaut wird, hängt von dem Tabak der Zigarette ab. Die Wirkungsweise des Filters wird nachfolgend beschrieben, wobei auf die vorzugsweise vorliegenden üblichen Filtermaterialen nicht näher eingegangen wird.
Der Tabakrauch, welcher durch das Filter gezogen wird, enthält wegen der Geschwindigkeit des Gases in Abhängigkeit vom Saugeffekt, der durch den Raucher ausgeübt wird, und wegen der Gesamtdichte des Rauches, die es ermöglicht, dass Feststoffe in dem Tabakrauch suspendiert werden und durch ihn weitergetragen werden, einen Gehalt an teilchenförmigen Feststoffen. Wenn der Durchgang des Rauches durch das Filter durch das gelöschte Kalziumhydroxyd gehemmt wird, sinkt die Geschwindigkeit des Rauchs und eine erste Ablagerung von Feststoffen tritt auf.
Der Tabakrauch enthält Wasserdampf, und in Gegenwart dieses Wasserdampfes reagieren die Kalziumhydroxydteilchen des Filters mit den sauren Gasen des Rauches. Die Reaktion entspricht der Standardreaktion einer Säure mit einer Base und ergibt das Kalziumsalz der Säure und Wasser.
Das in der chemischen Reaktion gebildete Wasser sammelt sich im Filter als Flüssigkeitsschicht auf den Kalziumhydoxydteilchen selbst, und als Folge davon muss der Tabakrauch durch diese Flüssigkeitsschicht strömen.
Es wurde gefunden, dass Tabakrauch, der durch diese flüssige Wasserschicht gegangen ist und vom Raucher inhaliert wird, mild, frisch und angenehm ist.
Während des Durchganges des Tabakrauchs durch die Wasserschicht auf den Kalziumhydroxydteilchen des Filters werden Verbindungen wie Ammoniak und Nikotin teilweise im Wasser gelöst. Die vorliegende Wassermenge ist vergleichsweise klein, und daher sind auch die darin gelösten Mengen an
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Nikotin und Ammoniak klein ; diese Verbindungen bilden jedoch nur einen kleinen Anteil am
Gesamtgehalt des Tabakrauchs, sodass eine wirkungsvolle Entfernung dieser Verbindungen durch Lösen im Wasser, das sich auf chemische Weise im Filter gebildet hat, möglich ist.
Es ist daher verständlich, dass die sauren Gase, nämlich Essigsäure, Schwefelwasserstoff usw., durch chemische Reaktion in dem erfindungsgemässen Filter aus dem Rauch entfernt werden,
Ammoniak wird dagegen durch Lösen entfernt.
Neben der chemischen Reaktion hat die Wirkung der Wasserschicht im Filter einen physikalischen
Filtrationseffekt auf den Gesamtfeststoffgehalt. Es besteht eine Art Oberflächenhaftung infolge des durch die chemische Reaktion gebildeten Wassers, die ein Zurückhalten von Feststoffen auf den
Kalziumhydroxydteilchen bewirkt.
Es wurde gefunden, dass ein Kalziumhydroxyd enthaltendes Filter, hergestellt wie oben beschrieben, einen hohen Prozentsatz (in manchen Fällen bis zu 90%) des Gesamtgehaltes an
Feststoffen, an schädlichen Gasen und an Nikotin aus dem Tabakrauch entfernt, ohne den Geschmack und das Aroma des Rauchs zu beeinträchtigen. Es wurde ferner gefunden, dass Tabakrauch, der durch ein erfindungsgemäss hergestelltes Filter gegangen ist, eine wesentlich verminderte Acidität aufweist, wie durch Versuche mit verschiedenen Indikatoren, wie Methylrot, Methylorange usw., gezeigt wurde, woraus hervorgeht, dass die sauren Bestandteile des ursprünglichen Rauches weitgehend entfernt wurden.
Versuche haben gezeigt, dass bei Verwendung von Kalziumhydroxydteilchen mit Korngrössen unter dem bevorzugten Bereich von 0, 18 bis 0, 25 mm in den erfindungsgemäss erhaltenen Filtern die Wirksamkeit dieser Filter sinkt. Wenn die Korngrössen des Kalziumhydroxyds so weit gesenkt werden, dass auch Teilchen mit Grössen unter 0, 018 mm vorliegen, hat das Filter die Tendenz zusammenzuballen und ist weit weniger zufriedenstellen. Von J. Kolb (Comptes Rendus, Band 64 (1867), S. 861-863 wurde festgestellt, dass beim Zusammenbringen von bei 120 C getrocknetem Kalziumhydroxyd-Monohydrat, welches nur mehr chemisch gebundenes Wasser enthält, d. h. Ca (OH) 2 ist, mit trockenem Kohlensäuregas für ein Monat keinerlei Kombination stattfindet. Zwischen Kalziumhydroxyd und Kohlendioxyd tritt also keine Reaktion auf, wenn nicht gleichzeitig auch Wasser vorliegt.
Während der Lagerung einer Anzahl von Filterzigaretten liegen diese (meist zwanzig Stück) in einer dicht verschlossenen Packung vor. Die Zigaretten sind dicht aneinandergepackt, und es bleibt nur ein kleiner Luftraum innerhalb der verschlossenen Packung. In der Atmosphäre liegt CO2 in einer Menge von 0, 03 Vol.-%, vor, die in der verschlossenen Packung eingeschlossene Kohlendioxydmenge ist daher praktisch vernachlässigbar, und selbst wenn Feuchtigkeit vorliegt, die eine Reaktion zwischen dem gesamten vorliegenden Kohlendioxyd und den Kalziumhydroxydteilchen ermöglicht, ist die Menge des gebildeten Kalziumcarbonates, welches dann im erfindungsgemässen Filter vorliegt, vernachlässigbar.
In andern Worten, das Filter würde noch immer im wesentlichen aus Kalziumhydroxydteilchen bestehen.
Auch die Menge an Feuchtigkeit, die innerhalb einer verschlossenen Zigarettenpackung vorliegt, ist sehr klein. Diese Feuchtigkeit liegt im Tabak selbst vor. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Kalziumhydroxydteilchen zwischen zwei üblichen Filterabschnitten angeordnet, die beiderseits der Masse aus Kalziumhydroxydteilchen in Längsrichtung der Zigarette vorliegen.
Zwischen den Kalziumhydroxydteilchen und dem Tabak besteht also ein Abschnitt aus üblichem Filter, der die im Tabak enthaltene Feuchtigkeit vom Kalziumhydroxyd trennt.
Unter diesen Umständen wird die begrenzte Feuchtigkeitsmenge, die vorliegt, von einem direkten Kontakt mit den Kalziumhydroxydteilchen gehindert, so dass eine Katalyse der möglichen Reaktion zwischen Kalziumhydroxyd und den sehr kleinen Mengen an Kohlendioxyd kaum möglich ist.
Während das erfindungsgemäss hergestellte Filter vorzugsweise in einen Zigarettenhalter eingebaut wird, kann es ebenso als Teil einer Filterzigarette verwendet werden.