DE102010052608A1

DE102010052608A1 - Verwendung von aktivierten Zeolithen zur optimalen Absorption von Zigarettenschadstoffen

Info

Publication number: DE102010052608A1
Application number: DE201010052608
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: ZEOVITA GmbH
Current assignee: ZEOVITA GmbH
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2012-05-03

Abstract

Die Erfindung betrifft die optimale Bindung von Rauchschadstoffen, sowohl durch Mischen des Zigarettentabaks mit mikronisierten aktiviertem Zeolithmaterial, als auch durch Verwendung eines neuartigen Zigarettenfilters, dessen Konstruktion und Anwendung beschrieben wird. Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Genussmittelindustrie, insbesondere die Zigarettenindustrie. In dem erfindungsgemäße Filter zur Absorption von Zigarettenschadstoffen, befindet sich im mittleren Abschnitt des Filters eine Kammer, die das Absorptionsmaterial enthält und an beiden Enden mit einem Zelluloseacetatfilter verschlossen ist.

Description

Gegenstand der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Verwendung von aktivierten Zeolithen zur optimalen Absorption von Zigarettenschadstoffen entweder unmittelbar durch Vermischen mit Tabak und/oder mittelbar in neuartigen Filtern.
Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Genussmittelindustrie, insbesondere die Zigarettenindustrie.
Stand der Technik
Die gesundheitsschädliche Wirkung von Tabakrauch auf den menschlichen Organismus ist aus zahlreichen Publikationen bekannt. Im Zigarettenrauch befinden sich neben dem Suchtstoff Nikotin rund 4800 chemische Substanzen. Mehr als 70 dieser Substanzen sind Krebs erregend oder stehen im Verdacht, es zu sein. Daher sind bereits zahlreiche Versuche unternommen worden, die schädigenden Auswirkungen des Zigarettenkonsums zu mindern.
So beschreibt Tihomir Lelas¹⁾ in dem Patent EP 1317886 die Absorption der Zigarettenschadstoffe an tribodynamisch aktivierten Zeolithen.
In EP 2007/056958 und DE 10 2006 020 294 A beschreibt Gerd Thöne²⁾ ein Verfahren zur Speicherung von Zigarettenschadstoffen im Rauchwarenfilter, wobei als Speichermaterial natürliche Zeolithe mit einer Korngröße von 1–6 mm verwendet werden, die mit Polydimetylosolixan als hydrophob wirkendem Mittel beschichtet sind.
In einem weiteren Patent EP 1029461 offenbaren Dieter Meyer und Hans Dieter Braun³⁾ Filtermaterial zur Reduzierung von Schadstoffen in Tabakrauch. Dort wird als Filtermaterial eine Mischung von 20–45% Marmor, 35–60% Aktivkohle, 2–25% Ton und/oder 10–35% unaktivierten Zeolithen mit einer Korngröße von 0,1–2 mm eingesetzt.
Die Mischung wird als Granulat bzw. als Staub verwendet und auf Zelluloseacetatfasern aufgebracht bzw. in Kanäle und/oder in den Hohlräumen zwischen den Fasern angeordnet.
Weiter beschreibt Walter M. Meier⁴⁾ natürliche Zeolithe als Katalysatoren zur Spaltung entstehender Nitrosamine und polyzyklischer Aromaten. Dabei werden die Zeolithe dem Tabak beigemischt, an der Brennstelle der Zigarette bei etwa 800°C werden die Verbindungen, die in den Poren der Zeolithe absorbiert sind, wieder desorbiert und gespalten.
Keiner der Lösungsvorschläge des Standes der Technik hat jedoch bisher zu einem ausreichend befriedigenden Ergebnis geführt.
So werden beispielsweise in EP 1317886 die mikronisierten Zeolithe direkt auf die Zelluloseacetat-Faser des Filters oder das Papier bzw. Crest aufgebracht.
Die Vermischung des Tabaks, bzw. des Papiers mit Zeolithen, führt zwar zur teilweisen Absorption der Schadstoffe, bei deren Verglühen aber zur Inhalierung der Sublimationsverbindungen der darin enthaltenden giftigen Schwermetalle (z. B. Quecksilber, Arsen u. a.). Auch wenn die Konzentration solcher Schwermetalle gering ist, so dass deren Aufnahme durch den Verdauungstrakt unbedenklich erscheint, kumulieren sich diese mit fortschreitendem Rauchen über Jahre in der Lunge, so dass eine Langzeitschädigung nicht ausgeschlossen werden kann.
Weiter findet bei tribodynamisch mikronisierten Zeolithen die chemische Absorption nicht nur im Innern ihres Gitters, sondern auch eine Adsorption an deren aktivierter, Oberfläche statt. Diese Prozesse werden von temperaturabhängigen thermodynamischen Gleichgewichten kontrolliert, die das Verhältnis Absorption (bzw. Adsorption)/Desorption regeln. Für die Vielzahl der in Frage kommenden Verbindungen sind diese Gleichgewichte weder bei Zimmertemperatur und erst recht nicht bei höheren Temperaturen bis zur Verglühtemperatur bekannt. Allgemein bekannt ist jedoch, dass die Gleichgewichte mit höheren Temperaturen in Richtung Desorption verschoben werden. Dies gilt auch für die Langmuir'schen Isothermen, nach denen sich für jede Temperatur ein konstantes Gleichgewichtsverhältnis der Adsorption/Desorption experimentell ermitteln lässt. Es ist also zu erwarten, dass bei der hohen Temperatur des Verglühens, bzw. kurz davor, die absorbierten (bzw. adsorbierten) Verbindungen wieder desorbiert werden. Beim Vermischen des Tabaks, bzw. des Papiers mit Zeolithen, werden die desorbierten Verbindungen sich in und an den Zeolithen oberhalb der Glühstelle der Zigarette entsprechend den dort herrschenden Temperaturen wieder, aber zunehmend weniger, anreichern, was zu gradueller Überschreitung der Anreicherungskapazität führen kann. Die Aufbringung der Zeolithe auf Zelluloseacetat-Filter kann wiederum nur in kleinen begrenzten Mengen erfolgen, die durchaus keine optimale Absorption/Adsorbtion gewährleisten.
Die Anbringung der Zeolithe im „Crest” der Zigarette (zwischen Filter und Tabak) führt bei deren Verglühen bzw. bei deren Überhitzung, wenn die Zigarette vollständig aufgeraucht wird, zu den gleichen Nachteilen.
Bei Verfahren auf der Basis natürlicher Zeolithe als Spaltkatalysator ist wiederum nachteilig, dass damit nur ein Teil der Schadstoffe gespalten werden kann.
Die Erfindung hat das Ziel, Rauchschadstoffe optimal zu binden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, entweder durch Vermischen des Tabaks mit einem Adsorptionsmaterial und/oder auch durch Anwendung eines neuartigen Filters, die Zigarettenschadstoffe sowie die beim Verglühen entstehenden Sublimationsverbindungen giftiger Schwermetalle, optimal zu absorbieren.
Die Aufgabe wird durch die Ansprüche 1 und 3 gelöst, die Unteransprüche sind Vorzugsvarianten.
Beschreibung des Patentgegenstandes
Erfindungsgemäß werden die Zigarettenschadstoffe durch Mischen des Tabaks mit mikronisiertem tribodynamisch aktiviertem Zeolithmaterial absorbiert bzw werden Zigaretten mit einem neuartig konstruierten Filter auf Zeolithbasis versehen (bzw. Durchführung beider Maßnahmen).
Die vorgeschlagene Konstruktion des Filters besteht aus Einteilung der Länge des Gesamtfilters der Zigarette in drei Bereiche, wobei sich das tribodynamisch aktivierte Zeolithpulver in der Mitte zwischen zwei Filterstücken der Länge B und C vorzugsweise aus Zelluloseacetatfasern befindet. Für die Anordnung des Zeolithpulvers in einem Teil der Länge = A₁ dient ein Rohr, vorzugsweise aus Kunststoff, dessen Außendurchmesser Φ_a = Durchmesser der Zigarette Φ_z und dessen Gesamtlänge = L ist. Wahlweise, je nach einfacheren Herstellungsverfahren, kann die Länge des Rohres so gewählt werden, dass L = A₁ ist (Variante 1), wobei das Rohr nur das Zeolithpulver aufnimmt und mit den beiden angrenzenden Zelluloseacetatfilterstücken B und C verschlossen wird. L kann auch = A₁ + C sein (Variante 2), wobei das Filterstück C mit einem Φ = dem Innendurchmesser des Rohrs Φ_i, in dem Rohr steckt, oder L = A + B + C (Variante 3), wobei beide Filterstücke mit Φ_i darin stecken. Die Konstruktion dieser Varianten ist in Details in der gezeigt.
Detaillierte Beschreibung
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass bei Zeolithmaterial, welches sich in einer separater Kammer in der Mitte des Filters befindet, die Einstellung des thermodynamischen Gleichgewichts stark in Richtung Absorption (bzw. Adsorption) verschoben ist. Weiter wurde festgestellt, dass das Verschließen der Kammer mit vorzugsweise einem Zelluloseacetatfilter das Verglühen des Zeoliths und damit die Inhalierung von dessen Sublimationsprodukte ausschließt.
Gegenstand der Erfindung ist daher, den Tabak einer Zigarette mit Zeolithmaterial mit einer Korngröße von vorzugsweise 0,5–10 μ und mit einer Menge von vorzugsweise 70 mg Zeolith zu vermischen. Es ist gleichermaßen möglich einen Filter zur Absorption der' Zigarettenschadstoffe sowie der bei der Verbrennung des Zeolith/Tabak-Gemisches entstehenden giftigen Sublimationsverbindungen, zu verwenden. Die Konstruktion des Filters ist dadurch gekennzeichnet, dass im mittleren Abschnitt des Filters eine Kammer angebracht ist, die das Absorptionsmaterial enthält und die an beiden Enden mit einem Zelluloseacetatfilter verschlossen ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung befindet sich das Absorptionsmaterial in einem Rohr, welches vorzugsweise aus Kunststoff besteht.
In weiteren verschiedenen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes kann das Rohr entweder nur das Absorptionsmaterial, aber zugleich auch das untere und gegebenenfalls ebenfalls zugleich auch das obere Ende aus Zelluloseacetatfaser umschließen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das im Mund des Rauchers befindliche Zelluloseacetat – Filterstück nicht vom Rohr umschlossen. Damit wird ein mögliches subjektives Empfinden des Rauchers, durch die Härte des Kunststoffrohrs gestört zu sein, ausgeschlossen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht das Absorptionsmaterial in der Kammer aus tribodynamisch aktiviertem Zeolith, wobei eine Korngröße von 0,5–10 μ besonders bevorzugt ist. Der eingesetzte Zeolith wird aus natürlichem Zeolith durch Vermahlen gewonnen.
Eine vorteilhafte Anordnung besteht darin, das Absorptionsmaterial von der Verbrennungszone zu trennen, so dass keine schädlichen Sublimationsverbindungen dieses Materials inhaliert werden können. Ferner sorgt die niedrige Temperatur im Filterbereich für eine thermodynamisch maximale Bindung der Schadstoffe.
In einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Filters wird die Menge des Absorptionsmaterials zwecks Optimierung variiert.
Ferner ist bevorzugt, das an beiden Enden des Filters angeordnete Zelluloseacetat mit Absorptionsmaterialien, vorzugsweise mit Zeolith bzw. Zeolith/Aktivkohle-Mischung zu behandeln.
In einer weiteren positiven Ausgestaltung des Filters können zum Absorptionsmaterial Radikalfänger-Substanzen in geeigneter Konzentration zugesetzt werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Filters zur Absorption von Zigarettenschadstoffen.
Mit dem erfindungsgemäßen Zigarettenfilter kann erstmals eine optimale Reduktion von Zigarettenschadstoffen realisiert werden, ohne den Raucher durch weitere Stoffe (Sublimationsstoffe) zu schädigen. Die Konstruktion des erfindungsgemäßen Filters lässt sich zudem einfach und kostengünstig verwirklichen.
Dadurch, dass das Zeolithmaterial im Bereich niedrigerer Temperatur in einer separater Kammer, die beidseitig (zum Tabak als auch zum Mund des Rauchers hin) mit Zellulose-Acetat verschlossen ist, ist das Verglühen des Zeoliths und damit die Inhalierung dessen Sublimationsprodukte ausgeschlossen. Die niedrige Temperatur im Filter gewährleistet eine Einstellung der thermodynamischen Gleichgewichte, die stark in Richtung Absorption (bzw. Adsorption) verschoben sind.
Somit kann die Kammer mit der für die Absorption der Schadstoffe optimalen Menge des tribodynamisch hoch aktiven Zeolithpulvers beschickt werden und die an beiden Enden des Filters, die Pulverkammer verschließenden Zellulose-Acetat-Filter, können unabhängig vom Zeolithpulver in der Kammer mit Aktivkohle oder auch Aktivkohle/Zeolith-Mischung behandelt werden, so dass eine zusätzliche Absorptionswirkung erzielt werden kann.
Ausführungsbeispiel 1
Zigarettenfilter in drei Konstruktionsvarianten. In sind der Querschnitt von Filter und Zigarette in 3 Konstruktionsvarianten dargestellt.
Legende zur Abbildung:
. Querschnitt von Filter und Zigarette in 3 Konstruktionsvarianten:
Variante 1: Das Kunststoffrohr umschließt lediglich das Absorptionsmaterial (L = A₁) und ist beiderseitig mit den Zellulose-Acetat-Filter-Stücken verschlossen.
Variante 2: Das Kunststoffrohr umschließt das Absorptionsmaterial und das untere Stück des Zellulose-Acetat-Filter (L = A₁ + C).
Variante 3: Das Kunststoffrohr umschließt das Absorptionsmaterial und die beiden Zellulose-Acetat-Filter-Stücke (L = A₁ + C + B).
Literatur:

1) Tihomir Lelas, EP 1317886
2) Gerd Thöne, EP 2007/056958 , DE 10 2006 020 294 A1
3) Dieter Meyer und Hans-Dieter Braun, EP 1029461
4) Walter M. Meier, http://web.ethlife.ethz.ch/articles/tages/Raucherkat.html

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1317886 [0004, 0010]
EP 2007/056958 [0005]
DE 102006020294 A [0005]
EP 1029461 [0006]

Claims

Verwendung von aktivierten Zeolithen zur Absorption von Zigarettenschadstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass – entweder Zigarettentabak mit mikronisiertem tribodynamisch aktiviertem Zeolithmaterial vermischt wird und/oder – der Tabakrauch mit neuartigen Filtern auf Zeolithbasis entgiftet wird.
Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Zeolithmaterial mit einer Korngröße von vorzugsweise 0,5–10 μ in einer Menge von vorzugsweise von 70 mg/Tabakmenge einer Zigarette vermischt wird.
Filter zur Absorption von Zigarettenschadstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass im mittleren Abschnitt des Filters eine Kammer angebracht ist, die das Absorptionsmaterial enthält und an beiden Enden mit einem Zelluloseacetatfilter verschlossen ist.
Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Absorptionsmaterial in einem Rohr, vorzugsweise aus Kunststoff, befindet.
Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr nur das Absorptionsmaterial umschließt.
Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr das Absorptionsmaterial und das untere Ende aus Zelluloseacetatfaser umschließt.
Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr das Absorptionsmaterial und beide Enden aus Zelluloseacetatfaser umschließt.
Filter nach einem der Ansprüche 3–7, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionsmaterial in der Kammer aus tribodynamisch aktiviertem Zeolith besteht.
Filter nach Anspruch 3–7, dadurch gekennzeichnet, dass der tribodynamisch aktivierte Zeolith eine Korngröße von vorzugsweise 0,5–10 μ hat.
Filter nach einem der Ansprüche 3–9, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionsmaterial von der Verbrennungszone getrennt ist.
Filter nach einem der Ansprüche 3–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Absorptionsmaterials zwecks Optimierung variierbar ist.
Filter nach einem der Ansprüche 3–11, dadurch gekennzeichnet, dass die an beiden Enden der Absorptionskammer angebrachten Zelluloseacetatfilter mit Absorptionsmaterialien, vorzugsweise mit Zeolith bzw. Zeolith/Aktivkohle-Mischung behandelt sind.
Filter nach einem der Ansprüche 3–12, dadurch gekennzeichnet, dass zum Absorptionsmaterial Radikalfänger-Substanzen in geeigneter Konzentration zugesetzt werden.