AT394928B

AT394928B - Ventiliertes zigarettenfilter und filterzigarette

Info

Publication number: AT394928B
Application number: AT0280786A
Authority: AT
Original assignee: Cigarette Components Ltd
Priority date: 1985-10-22
Filing date: 1986-10-22
Publication date: 1992-07-27
Also published as: CH669891A5; AU6419986A; ES2002879A6; SE8604480L; PT83595A; PT83595B; GB8625266D0; IT1225464B; US4807647A; GB2183137A; NO864175D0; SE8604480D0; AU603345B2; ATA280786A; JP2571220B2; BR8605283A; JPS62175162A; DE3635958A1; FR2588727A1; IT8622066A0

Description

AT 394 928 B

Die vorliegende Erfindung betrifft ventilierte Filter für Zigaretten und schafft ein solches Filter, welches in Längsrichtung fluchtende Kemkomponenten enthält, von denen eine erste luftdurchlässig ist und einen relativ hohen Druckabfall in Längsrichtung des Filters erzeugt, in Radialrichtung des Filters jedoch im wesentlichen luftundurchlässig ist, während eine zweite luftdurchlässig ist und in Längsrichtung des Filters einen relativ niedrigen Druckabfall erzeugt, und mit einer gemeinsamen, vollständigen oder teilweisen Umhüllung, die sich längs der Kemkomponenten und um oder teilweise um diese herum erstreckt sowie eine Ventilation des Filters in einem Bereich gewährleistet, der sich in Längsrichtung in einem Abstand von der ersten Kemkomponente befindet. Die erste und die zweite Kemkomponente können aneinander anstoßen oder in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordnet sein und die Ventilation kann z. B. radial in eine radial luftdurchlässige zweite Komponente und/oder in einen Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten Kemkomponente erfolgen. Die Umhüllung kann eine vollständige Umhüllung aus porösem oder perforiertem Material sein, die eine über ihre Länge im wesentlichen gleichmäßige Luftdurchlässigkeit aufweist. Sie kann stattdessen auch eine teilweise Umhüllung sein, welche einen oder mehrere Streifen enthält, die sich jeweils nur zum Teil um den Filterkem herum erstrecken und zwischen den longitudinalen Streifenrändem Zwischenräume frei lassen, die in Längsrichtung des Füters verlaufen und in die eine freie Ventilation stattfinden kann.

Die erste Kemkomponente ist vorzugsweise über ihren ganzen Querschnitt in Radialrichtung undurchlässig. Sie ist vorzugsweise ein einheitlicher Körper, mit Ausnahme ein» etwaigen äußeren Umhüllung, die einen Teil von ihr bilden kann. Sie ist vorzugsweise über ihren ganzen Querschnitt im wesentlichen gleichförmig. Sie nimmt vorzugsweise den ganzen Filterquerschnitt (mit Ausnahme des von der gemeinsamen oder teilweisen Umhüllung eingenommenen Teiles) voll und ununterbrochen ein. Die erste Kemkomponente enthält daher zweckmäßigerweise einen einstückigen, im wesentlichen gleichförmigen Stopfen kreisförmigen Querschnitts, der seine eigene Umhüllung enthalten kann.

In einer Filterzigarette ist das Filter gemäß der Erfindung normalerweise so angeordnet, daß die Kemkomponente hohen Druckabfalles zum Tabakstab hinweist und die Ventilation in das Filter stromabwärts von der Komponente hohen Druckabfalles zum Mundende hin stattfindet. Das Filter ist normalerweise in eine Filterzigarette mittels einer ventilierten Spitzenumhüllung eingefügt, welche gewöhnlich Ventilations-Perforationen stromabwärts der Kemkomponente hohen Druckabfalles aufweisen wird. Die ventilierte Spitzenumhüllung kann die oben erwähnte gemeinsame Umhüllung für die erste und die zweite Kemkomponente sein, häufiger werden diese Kemkomponenten jedoch mit der gemeinsamen Umhüllung zu einer Untereinheit vereinigt werden und diese Untereinheit wird dann später mittels der ventilierten Spitzenumhüllung in eine Filterzigarette eingefügt. Die Untereinheiten werden vorzugsweise in Form eines fortlaufenden Stabes hergestellt, der dann in Stücke vorgegebener Länge zerschnitten wird; diese vorgegebene Länge wird gewöhnlich ein Mehrfaches der Länge der letztlichen einzelnen Filter betragen; bei der Herstellung von Filterzigaretten wird normalerweise ein Stab mit doppelter Filterlänge in Längsrichtung fluchtend zwischen zwei Tabakstäbchen angeordnet und mit diesen durch eine Spitzenumhüllung doppelter Länge verbunden und die erhaltene Anordnung wird dann in der Mitte zerschnitten, wobei man zwei Filterzigaretten erhält. Für die Kemkomponente hohen Druckabfalls, d. h. hohen Strömungswiderstandes, sind die verschiedensten Strukturen und Materialien möglich. Es wird derzeit bevorzugt, eine Kunststoffolie zu verwenden, welche im wesentlichen ohne Faserung in Längsrichtung gewellt ist, so daß sie luftundurchlässig bleibt, und die in seitlicher Richtung unter Bildung eines Filterstopfens zusammengefaßt ist, der in Längsrichtung längs der Wellungen durchlässig, radial jedoch im wesentlichen undurchlässig ist. Die zusammengefaßte gewellte Folie kann mit sich selbst verbunden werden, um einen selbsttragenden und formstabilen Stab oder Stopfen zu bilden, es ist jedoch üblicher, sie durch eine Umhüllung in ihrer Stabform zu halten. Die Kunststoffolie kann zweckmäßigerweise aus Polyethylen bestehen.

Die Kemkomponente mit dem niedrigen Druckabfall, d. h. kleinen Strömungswiderstand, kann konventionell ausgebildet sein, z. B. aus einem zusammengefaßten Zelluloseacetatfaserkabel oder aus zusammengefaßtem porösem Kreppapier bestehen. Sie bildet vorzugsweise einen einheitlichen Körper. Sie kann in Radialrichtung luftdurchlässig sein. Sie ist vorzugsweise über ihren ganzen Querschnitt im wesentlichen gleichförmig. Sie kann den ganzen Querschnitt des Filters (mit Ausnahme des von einer etwaigen Umhüllung eingenommenen Teiles) voll und ununterbrochen einnehmen. Die zweite Kemkomponente enthält daher zweckmäßigerweise einen einheitlichen oder einstückigen, im wesentlichen gleichförmigen Stopfen kreisförmigen Querschnitts.

Sowohl die erste als auch die zweite Kemkomponente sowie das Filter als Ganzes weisen vorzugsweise eine von Natur aus niedrige mechanische Rückhaltung auf. Insbesondere ist bei den erfindungsgemäßen Filtern und Filterzigaretten die prozentuale Luftverdünnung über das Filter vorzugsweise größer als die prozentuale "nichtventilierte" oder "geschlossene" Teerrückhaltung des Filters, d. h. die, welche für ein äquivalentes Filter oder eine Filterzigarette bei Verhinderung der Luftverdünnung über das Füter gemessen wird. Die prozentuale Luftverdünnung bedeutet hier den prozentualen Anteil des Volumens der über das Filter zugeführten Ventilationsluft in der gesamten, vom Filter abgegebenen Mischung; eine 50 %ige Ventilation oder Luftverdünnung bedeutet daher, daß das Volumenverhältnis von zugesetzter Luft zum ursprünglichen Rauch in jedem Zug 50/50 beträgt und eine Luftverdünnung von 40 % bedeutet ein Verhältnis von 40/60 usw.

Die Erfindung basiert auf den Eigenschaften der ersten und der zweiten Kemkomponente in Bezug aufeinander (in Kombination mit dem Ausmaß und dem Ort der Ventilation) und nicht auf den Absolutwerten der -2-

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Eigenschaften jeder Komponente. Während es für ein erfindungsgemäß arbeitendes Filter zwar keineswegs notwendig ist, wird die erste Kemkomponente im allgemeinen einen geschlossenen oder inneren Druckabfall (d. h. einen bei unterbundener Ventilation gemessenen Druckabfall) von mehr als 490 kPa (50 mm Ws) und die zweite Kemkomponente wird einen inneren Druckabfall von weniger als 490 kPa (50 mm Ws) aufweisen. Für eine erste Kemkomponente vorgegebenen Typs (vorgegeben»- Zusammensetzung, Struktur, Packungsdichte usw.) wird der geschlossene Druckabfall proportional zur Länge sein, was auch für die zweite Kemkomponente gilt; die geschlossenen Druckabfälle der beiden Komponenten weiden sich im wesentlichen addieren, so daß sich ein gewünscht»* geschlossener Druckabfall für das Füt» leicht erhalten läßt. Für eine zweite Kemkomponente in Form eines konventionellen Filterstopfens (z. B. eines zusammengefaßten Zelluloseacetatkabels) ändert sich die geschlossene Teerrückhaltung gewöhnlich im wes»itlichen linear mit dem geschlossen»! Druckabfall, und zwar mit einem Verhältnis, das größer als 1 ist, und im allgemeinen wird eine geschlossene Teerrückhaltung von weniger als 30 % bevorzugt.

Bei der ersten Kemkomponente hängt die geschlossene Teerrückhaltung vorzugsweise wesentlich weniger vom geschlossen»! Druckabfall ab und gewöhnlich wird eine geschlossene Teeirückhaltung von weniger als 20 % bevorzugt Die geschlossene Teerrückhaltung des Filters ist vorzugsweise klein»- als 40 %.

Mit dem Filter gemäß der Erfindung lassen sich die gewöhnlich unvereinbaren Ziele erreichen, einerseits einen sehr hohen Grad an Luftverdünnung (z. B. 50 oder 60 % und mehr) zu gewährleist»!, so daß sich eine gute Herabsetzung des CO ergibt ohne daß andererseits der Geschmack und der Druckabfall der Filterzigarette auf unannehmbar niedrige Werte herabgesetzt wird. Dies ist auch schon bei verschiedenen bekannten Filterstrukturen angestrebt worden. Mit dem Filter gemäß der Erfindung lassen sich diese Ziele durch die Verwendung einer stromaufwärtigen Kemkomponente sehr hohen Druckabfalles und niedriger Rückhaltung in Kombination mit einer stromabwärtigen Kernkomponente niedrigen Druckabfalles und niedriger Rückhaltung mit hoher Luftverdünnung stromabwärts von der Komponente hohen Druckabfalles besser realisieren als bisher; das verbesserte Verhalten läßt sich mit einem Filter erreichen, das ein»! im wesentlichen gleichförmigen Querschnitt ohne Implantate oder Kapillarröhren usw. hat, die beim Stand der Technik für den angestrebten Zweck vorgeschlagen wurden und die zum Verstopfen neigen, wodurch dann das Verhalten leidet; der ganze Filterquerschnitt kann ausgenutzt werden und das Filter kann ein konventionelles Aussehen haben und sein Ende verfärbt sich während des Rauchens gleichmäßig; außerdem ist es im Hinblick auf den sehr hohen Druckabfall, der durch die erste (stromaufwärtige) Kemkomponente erzeugt wird, verhältnismäßig leicht, die gewünschten hohen Luftverdünnungsgrade ohne die Verwendung eines außergewöhnlich porösen Spitzenmaterials zu »reichen, da verhältnismäßig kleine Ventilationsperforation»! genügen; die Kombination von kleinen Ventilationslöchem mit einem hohen stromaufwärtigen Druckabfall kann das bei den bekannten ventilierten Filtern oft auftretende unerwünschte Austreten von Rauch durch die Ventilationslöcher zwischen den Zügen verhindern oder verringern.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Eigenschaften der ersten oder zweiten Kemkomponente für die Filter gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Längsschnittansicht eines in eine Filterzigarette eingefügten Filters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 3 eine Querschnittsansicht Längs der Linie (ΠΜΠ) in Fig. 2.

In der folgenden Tabelle 1 ist der geschlossene Druckabfall (PD) für eine Anzahl von ersten Kem-komponenten angegeben, die sich für das vorliegende, erfindungsgemäße Filter eignen, zusammen mit der geschlossenen Teerrückhaltung (TR) für diese Komponenten, wenn sie allein mit entsprechenden gleichen Kingsize-Tabakstäben gemäß UK-Norm verwendet werden. In jedem Fall besteht die betreffende erste Kemkomponente aus einem Stopfen aus longitudinal gewellt» und ungefaserter Polyethylenfolie, die mit einer äußeren Umhüllung in die Form eines Stabes zusammengefaßt ist; die verschiedenen Druckabfälle für Stopfen der gleichen Länge beruhen auf den von Stopfen zu Stopfen unterschiedlichen Packungsdichten der zusammengefaßten Folie.

Tabelle 1

1. Kemkomponente PD % TR Länge kPa (mm Ws) 6 mm 735 (75) 11,5 6 mm 922 (94) 12,5 8 mm 834 (85) 13,9 10 mm 1403 (143) 17,5 10 mm 1658 (169) 16,5 10 mm 2080 (212) 16,5 15 mm 2040 (208) 21,0 -3-

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In Fig. 1 der Zeichnungen ist die Abhängigkeit der geschlossenen Teerrückhaltung (TR) vom geschlossenen Druckabfall (PD) für eine erste und eine zweite Kemkomponente dargestellt, die sich für die Erfindung eignen.

Die Kurve (A) wurde dadurch erhalten, daß man die geschlossene Teerrückhaltung über dem geschlossenen Druckabfall für erste Kemkomponenten (des oben in Verbindung mit Tabelle 1 erläuterten Typs) auftrug, die verschiedene Längen haben, aber sonst gleich sind. Die Kurve (B) wurde in der gleichen Weise für unterschiedlich lange aber sonst gleiche zweite Kemkomponenten erhalten, die jeweils die Form eines Stopfens aus zusammengefaßtem und verbundenem 8-Denier-Zelluloseacetatkabel hatten. Die Länge der zweiten Kemkomponenten variierte von 10 bis 35 mm und die der ersten Kernkomponenten von 6 bis 15 mm. Es ist ersichtlich, daß die Teerrückhaltung der ersten Kemkomponenten relativ wenig vom Druckabfall abhängt; dadurch, daß man die erste und die zweite Kemkomponente geeignet wählt und einen gewünschten Grad von Ventilation stromabwärts von der ersten Komponente vorsieht läßt sich also ein vorgegebenes und verbessertes Filterverhalten, wie es oben diskutiert wurde, leicht erreichen.

Die Verhaltenscharakteristika von Filtern und Filterzigaretten gemäß der Erfindung sind aus den in den folgenden Tabellen 2 und 3 angegebenen Werten ersichtlich. In Tabelle 2 sind der geschlossene Druckabfall (in kPa und mmWs) der Filter sowie die geschlossene Teerrückhaltung von zwei Filtern gemäß der Erfindung angegeben, die eine Länge von 20 bzw. 25 mm und einen Umfang von etwa 25 mm haben, wenn die Filter jeweils in Verbindung mit einem Kingsize-Tabakstab gemäß der UK-Norm verwendet wurden; außerdem sind diese Werte für die einzelnen Kemkomponenten angegeben. In Tabelle 3 werden diese beiden Filter mit zwei im Handel erhältlichen Marken konventioneller "Monoacetaf-Filterzigaretten der gleichen Abmessungen verglichen. In allen Fällen war das Filter gemäß der Erfindung an einem Tabakstab angebracht, der identisch mit dem kommerziell erhältlichen Vergleichsprodukt war. In allen Fällen war das konventionelle "Monoacetat"-Filter ein zusammengefaßtes Bündel von Zelluloseacetatfaserkabel. Die Filter gemäß der Erfindung bestanden jeweils aus einem ersten, stromaufwärtigen Stopfen aus longitudinal gewellter und ungefaserter Polyethylenfolie, die mit einer äußeren Umhüllung in die Form eines Stabes zusammengefaßt war, einem angrenzenden unumhüllten ström abwärtigen Stopfen von zusammengefaßtem und verbundenem 80/40 Zelluloseacetatkabel (Faser-Denier 8, Gesamt-Denier 40 x 1000) und einer gemeinsamen luftdurchlässigen Stopfenumhüllung. In dem Füter gemäß der Erfindung, dessen Länge 25 mm betrug, war der stromaufwärtige Stopfen (aus gewellter Polyethylenfolie) 10 mm lang und der stromabwärtige Stopfen aus verbundenem Zelluloseacetatfaserkabel war 15 mm lang; in dem 20 mm langen Filter gemäß der Erfindung hatte der stromaufwärtige Stopfen aus gewellter Polyethylenfolie eine Länge von 6 mm, und der stromabwärtige Stopfen aus verbundenem Zelluloseacetatfaserkabel eine Länge von 14 mm. Die Filter waren an den Tabakstäben durch eine Spitzenumhüllung angebracht, die Ventilationsperforationen hatte, die in jedem Falle gleichartig angeordnet waren, in den Filtern gemäß der Erfindung über der zweiten Kemkomponente.

Soweit nicht anders angegeben, wurden alle hier angegebenen Meßwerte durch die anerkannten, durch CORESTA (Centre de Cooperation pour les Recherches Scientifiques Relatives au Tabac) empfohlenen Verfahren erhalten.

Mit den Filtern gemäß der Erfindung kann eine stärkere Verringerung nicht nur des CO, sondern auch anderer Dampfphasen-Komponenten wie HCN, Formaldehyd usw. erreicht werden, so daß sich ein besseres Dampfphasen-Teerverringerungsverhältnis ergibt als bei den bekannten Filtern.

Es ist bei den Filtern gemäß der Erfindung auch viel leichter, Adsorptionsmittel (z. B. Aktivkohle) zur weiteren Herabsetzung der Dampfphasenkomponenten einzufügen (z. B. zwischen die im Abstand voneinander angeordneten beiden Kemkomponenten) als bei den bekannten hochventilierten Filtern geringer Rückhaltung.

Tabelle 2

Filter 1. Kemkomponente 2. Kemkomponente Länge in mm 20 6 14 PDinkPa (mm Ws) 1158(118) 834(85) 324(33) Teerück- haltung % 34,5 12 27 Länge in mm 25 10 15 4-

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Tabelle 2 (Fortsetzung)

Filter 1. Kemkomponente 2. Kemkomponente PDinkPa (mm Ws) 1962(200) 1609(164) 353(36)

Teerrück- haltung % 37,5 16,5 29 Tabelle 3 Filterlänge in mm 25 25 20 20 Filter-Typ Mono acetat Erfindung Mono acetat . Erfindung Druckabfall (PD) an der Zigarette (Ventilation) offen) in kPa (mm Ws) 1628 (166) 118(114) 1148 (117) 824(84) Spitzen-Ventilation (%) 16 57 27 57 TPM (WNF)-Gehalt (mg) 9 8,8 9 8,8 Nikotin-Gehalt (mg) 0,9 1,12 0,9 1,02 CO-Gehalt(mg) 13 5,7 10 5 CO/Teer-Verhältnis 1,44 0,65 Ul 0,50 Nikotin-Teer- Verhältnis 0,10 0,13 0,10 0,12 Dampfphasen index* 26,7 11,2 23,3 12,8 * Der Dampfphasenindex ist ein willkürlicher Wert, der von den gesamten Spitzenhöhen von vier wichtigen, durch Gaschromatographie bestimmten Dampfphasenverbindungen gewonnen wird.

In den Figuren 2 und 3 der Zeichnungen ist das in den Tabellen 2 und 3 angegebene 20 mm lange Filter gemäß der Erfindung dargestellt. Dieses Filter enthält eine erste stromaufwärtige Kemkomponente (2) und eine an diese anstoßende stromabwärtige zweite Kemkomponente (4) in einer gemeinsamen luftdurchlässigen Stopfenumhüllung (6). Diese Untereinheit ist an einem umhüllten Tabakstab (8) durch eine äußere Spitzenumhüllung (10) angebracht, welche einen Ring von Ventilationsperforationen aufweist, die sich mit der -5-

Claims

AT 394 928 B Kemkomponente (4) decken. Wie Fig. 3 zeigt, ist die stromaufwärtige erste Kemkomponente (2) ein einheitlicher im wesentlichen gleichförmiger Stopfen (14) in einer Umhüllung (16), die sich voll und ununterbrochen (d. h. ohne periphere oder wesentliche interne Überbrückungskanäle) über den vollen Querschnitt des Filters innerhalb der gemeinsamen Umhüllung (6) erstrecken. Wie erwähnt, kann das Kemelement (4) auch S im Abstand stromabwärts vom Kemelement (2) angeordnet sein, wobei dann die Ventilationsperforationen sich vorzugsweise mit dem Hohlraum zwischen den beiden Kemkomponenten decken. 10 PATENTANSPRÜCHE 15 1. Ventiliertes Zigarettenfilter, gekennzeichnet durch in Längsrichtung fluchtende Kemkomponenten, von denen eine erste luftdurchlässig ist und einen verhältnismäßig großen Druckabfall in Längsrichtung des Filters erzeugt, in Radialrichtung des Filters jedoch im wesentlichen luftundurchlässig ist, während eine zweite Kemkomponente luftdurchlässig ist und in Längsrichtung des Filters einen relativ niedrigen Druckabfall erzeugt, und 20 mit einer gemeinsamen, vollständigen oder teilweisen Umhüllung, die sich längs der Kemkomponenten und um oder teilweise um diese herum erstreckt und eine Ventilation des Filters in einem Bereich gewährleistet, der sich in Längsrichtung im Abstand von der ersten Kemkomponente befindet
2. Zigarettenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die raste und die zweite Kemkomponente 25 aneinander anstoßen.
3. Zigarettenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die raste und die zweite Kemkomponente in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordnet sind.
4. Zigarettenfilter nach Ansprach 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kemkomponente in Radialrichtung des Filters luftdurchlässig ist.
5. Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kemkomponente über ihren ganzen Querschnitt in Radialrichtung undurchlässig ist 35
6. Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kemkomponente über ihren ganzen Querschnitt im wesentlichen gleichförmig ist
7. Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kem-40 komponente über ihren ganzen Querschnitt im wesentlichen gleichförmig ist
8. Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kemkomponente eine Kunststoffolie enthält, die im wesentlichen ohne Faserung in Längsrichtung gewellt und in seitlicher Richtung zu einem Stopfen zusammengefaßt ist, der in Längsrichtung luftdurchlässig, in Radial- 45 richtung jedoch im wesentlichen luftundurchlässig ist.
9. Filterzigarette mit einem Tabakstab und einem Zigaiettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die raste Kemkomponente zum Tabakstab hin gerichtet und die zweite Kemkomponente stromabwärts von der ersten zum Mundende des Filters hin angeordnet ist und eine Ventilation in das Filter stromabwärts von der 50 ersten Krankomponente vorgesehen ist 55 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen