AT523163B1 - Filter zur Sorption von gesundheitsschädlichen Tabakrauchanteilen - Google Patents

Abstract

Es wird ein Filter zur Sorption von gesundheitsschädlichen Tabakrauchanteilen mit zu einer porösen Struktur (12) gebundenen Keramikpartikeln beschrieben. Um auch bei einer nicht ordnungsgemäßen Entsorgung des Filters innerhalb kurzer Zeit eine Verschmutzung zu vermeiden, ohne dabei Einbußen hinsichtlich der Sorptionseigenschaft und des Rauchgefühls zu verursachen, wird vorgeschlagen, dass der Filter eine von einem tabakseitigen Abschnitt (1) zu einem gegenüberliegenden mundseitigen Abschnitt (2) abnehmende Wasserlöslichkeit aufweist.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Filter zur Sorption von gesundheitsschädlichen Tabakrauchanteilen mit zu einer porösen Struktur gebundenen Keramikpartikeln.

[0002] Zigarettenfilter werden zum Entfernen von gesundheitsschädlichen Stoffen aus Tabakrauch eingesetzt. Konventionelle Filter bestehen aus Celluloseacetat, einem schwer biologisch abbaubaren Kunststoff. Dies hat den Nachteil, dass nicht ordnungsgemäß entsorgte Zigarettenstummel eine beträchtliche Umweltverschmutzung verursachen und Tiere davon Schaden nehmen können, wenn diese den Zigarettenstummel aufnehmen.

[0003] Um diesen Umstand zu umgehen, wurden alternative Materialien für Filter entwickelt. Aus der US2996067 ist ein Filter zur Sorption von gesundheitsschädlichen Stoffen aus zu einer porösen Struktur gebundenen Keramikpartikeln bekannt. Keramikpartikel sind zwar im Wesentlichen in der Natur vorkommende anorganische Stoffe, die im Vergleich zu diversen Kunststoffarten unproblematisch sind, jedoch bleibt dennoch das Problem bestehen, dass solche Filter bei nicht ordnungsgemäßer Entsorgung zu einer Verschmutzung führen.

[0004] Aus der US2996067 sind daher Filter bekannt, welche aus Hanf und beispielsweise Baumwolle hergestellt sind. Zwar sind solche Filter biologisch abbaubar, jedoch benötigen solche biologische Abbauprozesse mehrere Tage zum vollständigen Abbau und ein entsprechendes Milieu für die für den Abbau zuständigen Mikroorganismen, das jedoch vor allem im urbanen Bereich nicht vorherrscht.

[0005] Weitere Filter, welche Keramikpartikel aufweisen, sind aus EP0539191A1, EP0766929A2, US3428054A und GB1243358A bekannt. In GB1005786A und EP0539191A1 werden Filter offenbart, welche zu einer porösen Struktur gebundene Keramikpartikel umfassen. EP1504682A1 und KR200476478Y1 zeigen Herstellungsverfahren von konventionellen Zigarettenfiltern.

[0006] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Filter des eingangs geschilderten Art vorzuschlagen, der auch bei einer nicht ordnungsgemäßen Entsorgung innerhalb kurzer Zeit eine Verschmutzung vermeidet, ohne dabei Einbußen hinsichtlich der Sorptionseigenschaft und des Rauchgefühls zu verursachen.

[0007] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Filter eine von einem tabakseitigen Abschnitt zu einem gegenüberliegenden mundseitigen Abschnitt abhehmende Wasserlöslichkeit aufweist. Zufolge dieser Maßnahme löst sich der Filter bei Kontakt mit größeren Wassermengen, beispielsweise mit Regen, auf. Ein unerwünschtes Auflösen des Filters bei Speichelkontakt während des Rauchens wird dadurch verhindert, dass die Wasserlöslichkeit zum mundseitigen Abschnitt des Filters abnimmt, wodurch der Filter während des Rauchens seine Sorptionsfähigkeit über die gesamte Filterlänge aufrechterhält. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der mundseitige Abschnitt nur schlecht oder nicht wasserlöslich ist. Die Anderung der Wasserlöslichkeit kann abschnittsweise oder kontinuierlich erfolgen. Der mundseitige kann Abschnitt dabei das Ende des Filters umfassen, das vom Mund eines Rauchers umschlossen wird. Der tabakseitige Abschnitt kann das Ende des Filters umfassen, das an den Tabak der Zigarette anschließt.

[0008] Um die geforderte Wasserlöslichkeit des Filters einstellen zu können, ohne einen aufwändigen Produktionsprozess zu bedingen, wird vorgeschlagen, dass die Keramikpartikel mit einem wasserlöslichen Bindemittel gebunden sind, dessen Massenanteil vom tabakseitigen Abschnitt zum gegenüberliegenden mundseitigen Abschnitt des Filters zunimmt. Bei Kontakt mit größeren Wassermengen geht das Bindemittel in Lösung und die unlöslichen Keramikpartikel werden als Schwebstoffe vom Wasser abtransportiert bzw. sedimentieren als ungiftige anorganische Stoffe. Grundsätzlich kann mit einer Erhöhung des Massenanteils des Bindemittels eine Erniedrigung der Wasserlöslichkeit erzielt werden, sodass bei Kontakt mit größeren Wassermengen zunächst der Abschnitt des Filters mit geringerem Massenanteil des Bindemittels in Lösung geht. Als wasserlösliches Bindemittel kann beispielsweise Stärke eingesetzt werden.

[0009] Besonders einfache Fertigungsbedingungen bei ausreichend differenzierter Wasserlös

lichkeit des Filters ergeben sich dabei, wenn der Filter wenigstens drei Abschnitte mit voneinander abweichendem und jeweils konstantem Bindemittelanteil umfasst. Dies bedeutet, dass innerhalb eines Abschnittes ein im Wesentlichen gleichbleibender Bindemittelanteil vorgesehen ist. Der mundseitige Abschnitt weist dabei den größten Bindemittelanteil und der tabakseitige Abschnitt den geringsten Bindemittelanteil auf. Der Bindemittelanteil des mittleren Abschnittes liegt zwischen den Bindemittelanteilen der beiden anderen Abschnitte.

[0010] Damit sich der Filter bei schwachen Regenschauern vollständig abbauen lässt und dennoch widerstandsfähig gegenüber großen Speichelmengen während dem Rauchen ist, kann der Bindemittelanteil im tabakseitigen Abschnitt in einem Bereich von 1-2 Gew%, im wenigstens einen mittleren Abschnitt in einem Bereich von 2 - 3 Gew% und im mundseitigen Abschnitt in einem Bereich von 3 - 4 Gew% liegen. Bei dieser Zusammensetzung löst sich der Filter auch bei besonders langem Rauchen nicht auf. Kommt er jedoch in Kontakt mit größeren Wassermengen, erfolgt eine rasche Auflösung des Bindemittels. Bei dieser Zusammensetzung benötigt ein erfindungsgemäßer Filter mit herkömmlichen Zigarettenfilterdimensionen etwa 20 Sekunden, um in einem mit Wasser befüllten Becher, der mit einem mit 150 Umdrehungen pro Minute versetzten Rührstab ausgestattet ist, vollständig aufgelöst zu werden.

[0011] Um eine sichere Bindung der toxischen Stoffe durch den Filter zu ermöglichen, ohne dabei die Abbaubarkeit des Filters und das Rauchgefühl auf negative Weise zu beeinflussen, wird vorgeschlagen, dass die Porosität des Filters vom tabakseitigen Abschnitt zum gegenüberliegenden mundseitigen Abschnitt zunimmt. Durch die geringere Porosität des Filters im tabakseitigen Abschnitt liegt dort eine größere effektive Oberfläche zum Binden der toxischen Stoffe vor. Je weiter der Tabakrauch in Richtung des mundseitigen Abschnittes strömt, desto weniger toxische Stoffe weist dieser aufgrund der Sorption im tabakseitigen Abschnitt auf, sodass die Porosität zugunsten eines widerstandsarmen Anziehens des Rauchers zunehmen bzw. die effektive Oberfläche abnehmen kann, ohne dem Raucher der Gefahr einer Überbelastung an toxischen Stoffen auszusetzen. Die größere Porosität und damit geringere Stabilität am mundseitigen Abschnitt des Filters, der Ja eine geringere Wasserlöslichkeit aufweist, hat zudem den positiven Effekt, dass er auf einfache Weise beispielsweise durch eine Druckbelastung pulverisiert werden kann, wodurch auch der schwerer wasserlösliche mundseitige Abschnitt rückstandslos aufgelöst werden kann. Aufgrund der porösen Struktur des Filters kann jedoch nicht nur eine gewünschte Bindung von gesundheitsschädlichen Stoffen erfolgen, sondern zudem das für den Abbau benötigte Wasser eindringen, wodurch der Abbauprozess beschleunigt wird. Unter Porosität wird das Verhältnis von Hohlraumvolumen zu Gesamtvolumen des Filters verstanden.

[0012] Damit die Porosität im selben Prozessschritt wie die Wasserlöslichkeit und mit gleicher Genauigkeit eingestellt werden kann, empfiehlt es sich in einer besonders einfach zu fertigenden Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dass der Filter wenigstens drei Abschnitte mit voneinander abweichender und jeweils konstanter Porosität aufweist. Der tabakseitige Abschnitt weist dabei die geringste Porosität und der mundseitige Abschnitt die größte Porosität auf. Die Porosität des mittleren Abschnittes liegt zwischen den Porositäten der beiden anderen Abschnitte.

[0013] Es hat sich herausgestellt, dass der erfindungsgemäße Filter ähnliche Eigenschaften hinsichtlich der Sorption gesundheitsschädlicher Stoffe aus dem Tabakrauch und hinsichtlich des Rauchgefühls erzielt, wenn die Porosität im tabakseitigen Abschnitt in einem Bereich von 35 - 50 %, im mittleren Abschnitt in einem Bereich von 50 - 65 % und im mundseitigen Abschnitt in einem Bereich von 65 - 80 % liegt. Die vorgeschlagene Porosität im tabakseitigen Abschnitt im Bereich von 35 - 50 % bietet genug effektive Oberfläche um auch die hohe Konzentration an gesundheitsschädlichen Stoffen im Filter zu Binden. Eine Porosität im Bereich von 65 - 80 % im mundseitigen Abschnitt verursacht einen geringeren Strömungswiderstand für den bereits nahezu vollständig entgifteten Tabakrauch und ermöglicht zudem ein einfaches Pulverisieren durch äußere Kräfte. Die Porosität im Bereich von 50 - 65 % im mittleren Abschnitt stellt einen Kompromiss zwischen effektiver Oberfläche und geringem Strömungswiderstand dar.

[0014] Der erfindungsgemäße Filter kann in einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt

werden, wobei nacheinander voneinander abweichende Mischungen umfassend Keramikpartikel, Platzhalterpartikel und wasserlösliches Bindemittel in eine Form verfüllt werden, wonach der Forminhalt gepresst und zur Zersetzung der Platzhalterpartikel und Ausbildung der porösen Struktur gebundener Keramikpartikel erhitzt wird. Die Mischungen können sich hinsichtlich des Bindemittelanteils voneinander unterscheiden, sodass die Mischung zur Ausbildung des mundseitigen Abschnitts des Filters einen größeren Bindemittelanteil als die Mischung zur Ausbildung des tabakseitigen Abschnitts des Filters aufweist. Die Mischungen können sich auch hinsichtlich der Platzhaltpartikelanteils bzw. der Platzhalterpartikelgrößenverteilung unterscheiden, sodass die Mischung zur Ausbildung des mundseitigen Abschnitts des Filters nach Zersetzung der Platzhalterpartikel eine größere Porosität als die Mischung zur Ausbildung des tabakseitigen Abschnitts des Filters nach Zersetzung der Platzhalterpartikel aufweist. Als Platzhalterpartikel kann beispielsweise NHA4HCO3 eingesetzt werden, das durch Wärmebehandlung in NHs, H2O und CO» zersetzt wird und unter Ausbildung der porösen Struktur ausgast.

[0015] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen [0016] Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Filter zur Sorption von Tabakrauch, [0017] Fig. 2 einen schematischen Schnitt entlang der Linie Il-II,

[0018] Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für das Verfüllen dreier Mischungen und

[0019] Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für das Pressen und Heizen.

[0020] Ein erfindungsgemäßer in der Fig. 1 dargestellter Filter zur Sorption von Tabakrauch weist einen tabakseitigen Abschnitt 1 und einen mundseitigen Abschnitt 2 auf. Damit der Filter von größeren Wassermengen, nicht aber vom Speichel eines Rauchers abgebaut werden kann, nimmt die Wasserlöslichkeit des Filters vom tabakseitigen Abschnitt 1 zum mundseitigen Abschnitt 2 ab.

[0021] Dies kann auf besonders einfache Art und Weise erzielt werden, wenn die Keramikpartikel mit einem wasserlöslichen Bindemittel 3 gebunden sind, dessen Massenanteil vom tabakseitigen Abschnitt 1 zum gegenüberliegenden mundseitigen Abschnitt des Filters 2 zunimmt.

[0022] Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, kann die Zunahme des Massenanteils des Bindemittels 3 abschnittsweise erfolgen, wobei der mundseitige Abschnitt 2 den größten Bindemittelanteil und der tabakseitige Abschnitt 1 den geringsten Bindemittelanteil aufweist. Der Bindemittelanteil des mittleren Abschnittes 4 liegt demzufolge zwischen dem Bindemittelanteil des tabakseitigen Abschnitts 1 und des mundseitigen Abschnitts 2. Der Bindemittelanteil innerhalb der jeweiligen Abschnitte 1, 2, 4 ist konstant.

[0023] Ein besonders gut abzubauernder Filter ergibt sich, wenn der Bindemittelanteil im tabakseitigen Abschnitt 1 in einem Bereich von 1 - 2 Gew%, im mittleren Abschnitt 4 in einem Bereich von 2 - 3 Gew% und im mundseitigen Abschnitt 2 in einem Bereich von 3 - 4 Gew% liegt.

[0024] Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, kann die Porosität vom tabakseitigen Abschnitt 1 zum mundseitigen Abschnitt 2 zunehmen. Die geringe Porosität des tabakseitigen Abschnittes 1 bedingt eine besonders große effektive Oberfläche, wodurch auch hohe Konzentrationen an gesundheitsschädlichen Stoffen aus dem Tabakrauch gebunden werden können. Die Konzentration der toxischen Stoffe nimmt demnach in Richtung des mundseitigen Abschnittes 2 ab, wodurch dort eine höhere Porosität zugunsten geringerer Strömungsverluste vorgesehen sein kann.

[0025] Auch die Zunahme der Porosität kann analog zum Bindemittelanteil abschnittsweise erfolgen. Der mundseitige Abschnitt 2 weist die größte Porosität und der tabakseitige Abschnitt 1 die geringste Porosität auf. Die Porosität des mittleren Abschnittes 4 liegt demzufolge zwischen der Porosität des tabakseitigen Abschnittes 1 und des mundseitigen Abschnittes 2. Die Porosität innerhalb der jeweiligen Abschnitte 1, 2, 4 ist konstant.

[0026] Eine effektive Bindung der toxischen Stoffe ohne dabei dem Raucher ein ungewohntes

Rauchgefühl zu geben, wird erreicht, wenn die Porosität im tabakseitigen Abschnitt 1 in einem Bereich von 35 - 50 %, im mittleren Abschnitt 4 in einem Bereich von 50 - 65 % und im mundseitigen Abschnitt 2 in einem Bereich von 65 - 80 % liegt.

[0027] Die Fig. 3 und 4 beziehen sich auf ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Filters. Wie in der Fig. 3 dargestellt ist, wird zunächst eine erste Mischung 5a in eine Form 6 verfüllt. Wonach eine zweite Mischung 5b und dritte Mischung 5c in die Form 6 verfüllt werden. Zwischen dem Verfüllen der unterschiedlichen Mischungen 5a, 5b, 5c kann ein etwaiger beim Einfüllen entstandener Schüttkegel 7 geebnet werden. Dies kann beispielsweise durch eine Rüttelplatte 8 erfolgen. Die Mischungen 5a, 5b, 5c umfassen Keramikpartikel, Platzhalterpartikel und wasserlösliches Bindemittel, wobei je Mischung 5a, 5b, 5c der Bindemittelanteil und/oder der Platzhaltpartikelanteil bzw. die Platzhalterpartikelgrößenverteilung variieren kann. Im in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Mischung 5a den größten Bindemittelanteil auf und zur Erzeugung einer großen Porosität Platzhalterpartikel mit der größten Partikelgrößenverteilung. Mischung 5a ist demnach zur Ausbildung des mundseitigen Abschnittes 2 vorgesehen. Mischung 5b weist sowohl einen geringeren Bindemittelanteil als auch Platzhalterpartikel mit geringerer Partikelgrößenverteilung als Mischung 5a auf und ist demnach für den mittleren Abschnitt 4 vorgesehen. Mischung 5c weist den geringsten Bindemittelanteil und Platzhalterpartikel mit der geringsten Partikelgrößenverteilung auf und ist zur Ausbildung des tabakseitigen Abschnittes 1 vorgesehen. Naturgemäß kann die Schichtung der Mischungen 5a, 5b, 5c auch in umgekehrter Reihenfolge erfolgen. Auch ein Verfahren mit mehr als drei Mischungen kann vorgesehen sein, wenn eine differenziertere Ausgestaltung der Porosität bzw. der Wasserlöslichkeit gewünscht ist. Die Partikelgrößenverteilung der Platzhalterpartikel können vorzugsweise im Bereich zwischen 15 bis 300 nm liegen. Eine Variation der Porosität kann jedoch auch durch Veränderung des Massenanteils der Platzhalterpartikel bei gleichbleibender Partikelgrößenverteilung erfolgen.

[0028] Nach dem Verfüllen werden, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, die geschichteten Mischungen 5a, 5b, 5c durch beispielsweise einen Stempel 9 miteinander verpresst und durch ein Heizaggregat 10 erhitzt. Aufgrund der einwirkenden Wärme werden die Platzhalterpartikel, beispielsweise NH4HCO>s, als NHs, H:O und CO2 in die Gasphase überführt und hinterlassen dadurch Lücken 11 in der porösen Struktur 12, wie dies in Fig. 2 offenbart wird.

Claims (8)

Patentansprüche

1. Filter zur Sorption von gesundheitsschädlichen Tabakrauchanteilen mit zu einer porösen Struktur (12) gebundenen Keramikpartikeln, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter eine von einem tabakseitigen Abschnitt (1) zu einem gegenüberliegenden mundseitigen Abschnitt (2) abnehmende Wasserlöslichkeit aufweist.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikpartikel mit einem wasserlöslichen Bindemittel (3) gebunden sind, dessen Massenanteil vom tabakseitigen Abschnitt (1) zum gegenüberliegenden mundseitigen Abschnitt (2) des Filters zunimmt.

3. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter wenigstens drei Abschnitte (1, 2, 4) mit voneinander abweichendem und jeweils konstantem Bindemittelanteil umfasst.

4. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bindemittelanteil im tabakseitigen Abschnitt (1) in einem Bereich von 1 - 2 Gew%, im wenigstens einen mittleren Abschnitt (4) in einem Bereich von 2 - 3 Gew% und im mundseitigen Abschnitt (2) in einem Bereich von 3 - 4 Gew% liegt.

5. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität des Filters vom tabakseitigen Abschnitt (1) zum gegenüberliegenden mundseitigen Abschnitt (2) zunimmt.

6. Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, der Filter wenigstens drei Abschnitte (1, 2, 4) mit voneinander abweichender und jeweils konstanter Porosität aufweist.

7. Filter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität im tabakseitigen Abschnitt (1) in einem Bereich von 35 - 50 %, im mittleren Abschnitt (4) in einem Bereich von 50 - 65 % und im mundseitigen Abschnitt (2) in einem Bereich von 65 - 80 % liegt.

8. Verfahren zur Herstellung eines Filters zur Sorption von Tabakrauch, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander voneinander abweichende Mischungen (5a, 5b, 5c) umfassend Keramikpartikel, Platzhalterpartikel und wasserlösliches Bindemittel (3) in eine Form (6) verfüllt werden, wonach der Forminhalt gepresst und zur Zersetzung der Platzhalterpartikel und Ausbildung der porösen Struktur (12) gebundener Keramikpartikel erhitzt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen