Das Ziel des Rauchens besteht in einer dosierten Nikotinaufnahme, wobei dieser Wirkstoff die
Abhängigkeit begründet und durch den Abbrennvorgang durch viel zu viel Schadstoffe umgeben
ist, die kanzerogen oder andere Krankheitsbilder verursachen. Der Zigarettenfilter hat dafür
gesorgt, daß von 1955-1996 Teer und Nikotin halbiert werden konnte. Ab dem Jahre 2004 wird
durch weitere EU-Beschränkungen der Teergehalt von 12 auf 10 mg abgesenkt, Nikotin soll nur
noch 1 mg enthalten sein und das Kohlenmonoxid wird erstmalig auf 10 mg begrenzt. In der
Fachliteratur ist bekannt, daß der Zigarettenrauch selbst ein Aerosol ist, das aus einer Partikel -
und Gasphase besteht und wo die bekannten Filter auf Celluloseacetatbasis nur in der Lage sind,
den Partikelstrom zu reinigen, während die gasförmige Phase, die vorrangig durch
niedermolekulare Substanzen geprägt wird, ihn ungehindert passieren kann. Der Zigarettenfilter
muß nun entschieden verbessert werden - besonders in Anlehnung an das Auto muß er
Katalysatoreigenschaften aufweisen, um über das Niveau eines Partikelabscheiders
hinauszuwachsen. Es ist auch erwiesen, daß der weiterentwickelte Filter in der Lage ist, das
Schadstoffpotential deutlich abzusenken. Die Angst vor Haftungsklagen zwingt die
Tabakbranche, solchen Lösungswegen gezielt auszuweichen. Eigene schlechte Erfahrungen mit
dieser Branche haben mich zu einer Lösung gezwungen, die nicht in den hochautomatisierten
Fertigungsprozeß eingreift und dafür ein Zubehör anbietet, daß das Rauchen weniger
gesundheitsschädlicher macht.
Bei der Veredlung des Tabaks werden stickstoffzehrende Mikroorganismen eingesetzt, um die
Vorläufersubstanzen für die gefährlichen Nitrosamine Nitrat, Nitrit und andere stickstoffhaltige
Verbindungen zu reduzieren (2901310, 2816427) oder Tabakwaren werden 14 Stunden lang bei
20-40°C mikrobiell behandelt, um den Tabak nitrat- und nicotinärmer zu machen (2922283).
Eine andere Gruppe von Patenten beschäftigt sich mit einer chemischen Behandlung. Ein Zusatz
von Alkalicarbonaten soll die kondensierbaren Rauchbestandteile senken (2632693) oder der
Schadstoffgehalt wird durch Harnstoff oder Amide organischer Säuren reduziert (2942544). Ein
nichtkanzerogener Tabakrauch soll entstehen, wenn Saccharide zugesetzt werden (2719842)
oder wenn dem Celluloseacetat Stärke mit einem Plastifikator zugemischt werden (GB773701).
Nikotin und Teer wird auch durch vier Teilfilter beseitigt, wobei ein Diffusionseinsatz und ein
mit Fichtenharz getränktes Filternetz die Schadstoffe reduzieren (WO 0158290). Anders ist es in
der Patentschrift US 2002002978 und US 6273095 beschrieben. Toxische und kanzerogene
Stoffe werden durch einen Polyurethan-Schaumfilter von 2 cm3 einschließlich Blausäure
zurückgehalten, während das Nikotin passieren kann. Auch durch Zeolithe werden gefährliche
Substanzen beseitigt (US 2001045215). Ein wirksamer Filter (WO 0180973) reinigt den
Hauptstrom, indem Partikel von 1-50 µm durch eingelagerte Aktivkohle und oder Silikagel im
geformten Faserkörper beseitigt werden. Gemäß WO 0197640 werden keramikähnliche
Substanzen im Filter eingesetzt, indem Ton und Asche, Titandioxid, Eisenoxid und Phenolharz
vermischt und pulverisiert werden. Die Mischung absorbiert Teer aus dem Zigarettenrauch. Eine
weitere Erfindung (WO 0200044) reduziert die unerwünschten Substanzen, indem durch einen
Kanal der Tabakrauch in das Zigaretteninnneren gelenkt wird. Am Kanalende trifft er auf
ferromagnetisches Material und wird von einem Permanentmagneten dann angezogen. Eine
nikotinreduzierte Zigarette entsteht dann, wenn das basische Nikotin in ein Salz umgewandelt
wird. Salze werden weniger vom Raucher absorbiert (TW 431865). Auch Polypropylen mit
4-8,5% Absorber - in diesem Falle Zeolithe mit einem niedrigen Si/Al-Verhältnis von 2,5-10 oder
Molekularsiebe mit 40-200 werden zur Schadstoffreduzierung vorgeschlagen (CN 1296790).
Doppelfilter mit Aktivkohle und Celluloseacetat steigern die Kondensatretention (WO
9925210). Wenn ein Celluloseacetatfilter mit einem Extrakt aus Torf mit Natronlauge oder mit
Huminsäuren behandelt wird, wird der Zigarettenrauch unschädlicher (GB 1030052).
Sojabohnenextrakt, beim Fermentieren des Tabakes zugesetzt, reduziert die lungengefährlichen
Inhaltsstoffe (CN 1258463).
Einen reduzierten Sekundärrauchstrom und eine feste, nichtflockende Asche wird durch das
Beimischen von feinkörnigem Magnesiumhydroxid oder Magnesiumoxid erreicht (3247365),
wobei die Zigarettenhülse beschichtet wird. Imprägnierung des Zigarettenpapieres werden auch
benutzt, um sogenannte Sicherheitszigaretten herzustellen (4434477). Das Zigarettenpapier
brennt nicht mit ab, sondern bildet einen Schutzmantel um die Glut.
Um die gasförmigen Schadstoffe im Tabakrauch zu reduzieren, lag es auf der Hand, spezielle
Absorber einzusetzen. Im Filter einer Zigarette werden beispielsweise Polyarylenthioether
(4343920) oder Aktivkohle (3444991, 3133169) eingesetzt, um C-Nitrosoverbindungen zu
eliminieren, wobei das Absorbens sich in der Regel zwischen dem Zigarettenteil und dem Filter
befindet. Der integrierte Filter reduziert wohl Teer und Nikotin, aber es erhöhte sich der
Nitritgehalt einer Zigarette. Auch stickstoffhaltige Aktivkohlefasern, gewonnen aus ursprünglich
Polyacrylnitril, werden verwendet (2801239), um schädliche Tabakkomponenten zu reduzieren.
Zum Entfernen karzinogener Substanzen wird ein poröses Filtermaterial empfohlen, das Eisen-
III-salze und Protoporphyrine (3133169, CN 1252245) oder Verbindungen vom Typ H-S-X-
SO3H (X = C2-C6) und/oder Cysteine (3417586) enthält. Durch katalytische Effekte werden die
gefährlichen PAK umgewandelt (US 863.287). Ohne den Geschmack zu beeinträchtigen,
minimieren Calciumoxid und Eisenoxid die gefährlichen Verbindungen.
Auch die Reinigungskraft des Wassers wird zur Entgiftung genutzt. Eine Zigarettenpfeife mit
Wasserfilter soll den Rauch von Schadstoffen reinigen (3127428 und 3101937).
Auch der integrierte Filter war Gegenstand zahlreicher innovativer Lösungen. So wird er mit
Aromastoffen oder mit den für den Raucher wichtigen Vitaminlösungen präpariert (19527471)
oder es werden Reagenzien eingebracht, die mit ihren Doppelbindungen mit Aldehyden
reagieren. Der unangenehme Geruch von Rauchartikeln wird dadurch unterdrückt, indem im
Mundstück Menthol enthalten ist, das sich im Rauch verflüchtigt (3439861) oder es werden
andere Aromastoffe zugesetzt (2747775).
Auch der Einsatz von Katalysatoren, ähnlich der Autoabgasmodifizierung wird näher beleuchtet.
Eine Nachbrennkammer wird beispielsweise eingesetzt, um die nur unvollständig verbrannten
Kohlenwasserstoffe und das Kohlenmonoxid in unbedenkliche Komponenten umzuwandeln
(2808759). Der Zusatz katalytisch aktiver Metalle (oft gefährliche Schwermetalle) begünstigen
im Niedrigtemperaturbereich die Umwandlung des Kohlenmon- zu Kohlendioxid (2902126)
oder eine Mischung von Gold-III-oxid, Silbernitrat oder -sulfat, Cerverbindungen und
Platin(IV)-tetrachlorid (2919556) soll den Anteil des Rohkondensates, das Nikotin selbst und die
polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffe absenken. Ähnlich den Abgaskatalysatoren
soll auch zugesetztes Palladium mit einem Reduktionsmittel den Schadstoffgehalt mindern
(3021407, 3021408) oder es wird Ruthenium vom Perowskit-Typ zugesetzt. Gold- oder
Silberpartikel im Filter oder auf der Tabakpflanze in Verbindung mit Pfirsichblätter oder Teilen
der Glockenblume, die Tartar-oder Maleinsäuren enthalten, erzeugen einen nichttoxischen
Tabakrauch.
Eine letzte Gruppe von Patenten beschäftigt sich mit einer verbesserten Belüftung während des
Rauchens. Ein radial angebrachtes Zwischenstück am Filter (3638801) soll für einen
gleichbleibenden Geschmack sorgen. Eine bessere Belüftung durch eine Mikroperforation
verändert die schädliche Kohlenmonoxidbildung zum Nikotin um den Faktor 3, wobei die
Umgebungsluft durch einen porösen Filter (2828208, 3408415, 3416758) oder durch einen sich
verjüngenden Hohlraum vor dem Filter (3228940) eintreten kann. Auch voll perforiertes
Zigarettenpapier wird zu diesem Zweck empfohlen (3228940). Eine ventilierte und
laserperforierte Filterzigarette (43320114) soll schadstoffarm wirken, wenn der Tabak einen pH-
Wert von 6,5-7,5 aufweist und neben einem Nikotingehalt 1-2,5% tabakeigene Fruchtsäuren
(Apfelsäure) enthält. Auch Zigarettenpapier mit einem Glutstopper und einem verlängerten
Vorfilter (2906417) dient der Schadstoffreduzierung.
Zusammenfassend kann eingeschätzt werden, daß zur Vermeidung des Schadstoffgehaltes der
Zigarette mikrobiologische, chemische, physikalische und katalytische Methoden eingesetzt
werden oder die Luftzuführung wird so verändert, daß die Verbrennungsprozesse vollständig
ablaufen können. Viele der empfohlenen Methoden sind im Hinblick des Zigarettenpreises zu
teuer in der Fertigung und in den Materialpreisen, sie erhöhen selbst den Schadstoffgehalt
(schwermetallhaltige Katalysatoren) oder lassen Zweifel an ihrer Realisierbarkeit aufkommen.
Ziel der Erfindung
Aus dem Stand der Technik ist zu erkennen, wie viele erfinderische Lösungen existieren, um das
Gesundheitsrisiko beim Rauchen einzudämmen. Dennoch muß eingeschätzt werden, daß diese
Anregungen von der Zigarettenbranche ungenutzt geblieben sind und der klassische Filter auf
der Basis von Celluloseacetat sich knapp 50 Jahre ohne gravierende Veränderung halten konnte.
Geschuldet der Tatsache, daß Filterzigaretten heute auf Automaten hochproduktiv hergestellt
werden können, werden technische Neuerungen verantwortungslos abgelehnt, selbst wenn die
Gesundheitsrisiken unter den Druck der Öffentlichkeit zugegeben werden müssen. Damit diese
Erfindung nicht den Weg der übrigen teilt, war nach einer Möglichkeit zu suchen, diese
Innovation als ein Rauchutensil anzubieten, das nicht in der Einflußsphäre der Zigarettenbranche
steht und das verwirklicht, was die WHO und die Ärzte und Krankenkassen berechtigt
einfordern.
Wenn im Tabakrauch 40 Karzinogene und 4000 andere, zum Teil gesundheitsschädliche
Komponenten zugegen sind, dann ist es einleuchtend, entweder das Abrauchverhalten zu
modifizieren oder dem Zigarettenfilter eine höhere Reinigungsleistung zu verleihen, der auch die
gasförmige Phase erfaßt.
Erfindungsgemäß wird eine Mischung im Zigarettenfilter eingesetzt, die aus einem mit
Aktivkohle beladenen offenporigen Kunststoffschaum besteht und dessen große Hohlräume mit
Cyclodextrin aufgefüllt sind. Der Carbonschaumstoffilter hat eine große innere Oberfläche von
500-1400 m2/ g und die vorhandenen Mikro- Meso- und Makroporen bieten eine maximale
Absorptionsfläche bei gleichzeitig hoher Abriebfestigkeit. Gegebenfalls kann die normale
Aktivkohle mit Platin- oder mit Rhodium belegte Aktivkohle ergänzt werden, die 5-10% dieser
Edelmetalle enthält und als Hydrierkatalysatoren zur Reinigung der Autoabgase verwendet
werden. Die zweite Hauptkomponente ist Cyclodextrin - eine vielseitig wirkende Substanz mit
großer Perspektive. Sie besitzt eine hydrophobe Kavität und strukturbedingt hat dieses cyclische
Oligomer der Amylase eine hydrophile Außenoberfläche und einen hydrophoben Innenkern, der
in der Lage ist, sogenannte Gastmoleküle - in diesem Falle Tabakrauchbestandteile - einzufangen.
Damit wird offensichtlich, daß zwei hochaktive Absorber mit einer unvorstellbaren großen
inneren Oberfläche sich so ergänzen, daß innerhalb der kurzen Kontaktzeit von nur 0,04 sec sehr
viele Schadstoffe selektiv aus dem Inhalationsstrom beseitigt werden.
Die Absorbermischung ist folglich sehr raumintensiv und sie umfaßt bei 50-100 mg
Gesamtgewicht ganze 0,25 cm3 Volumen bei einer Austauschfläche von ca. 26 m2. Das ist auch
die Voraussetzung, daß die nachfolgend beschriebenen Effekte eintreten können. Dieser Einsatz
kann entweder in den vorhandenen Zigarettenfilter im letzten Viertel mundseitig des
Celluloseacetatfilters integriert werden oder er wird unabhängig von der Filterzigarette als
Zusatzfilter angeboten und auf den vorhandenen aufgeschoben. Zwei kleine Klebpunkte im
Inneren des Zusatzfilters sorgen für eine stabile Verbindung mit dem Erstfilter. Äußerlich
erscheint die zweite Variante nur als ein um 2,5 cm verlängerter Filter bei gleicher
Farbgestaltung.
Folgende überzeugende Ergebnisse konnten im Hauptstromrauch mit einer vereinfachten
Abrauchapparatur gewonnen werden:
Tabelle 1
Gasförmige schädliche Komponenten im Zigarettenrauch einer Markenzigarette
Von den sieben geprüften Schadstoffen werden durchschnittlich 74% eliminiert und der Filter
von Ross in der Wirkung deutlich übertroffen. Der Rossfilter verstärkt im Prinzip die weitere
Entfernung der partikulären Phase. Die Zielstellungen, Nikotin auf 1 mg und Kohlenmonoxid
auf 10 mg zu limitieren, sind damit erreichbar.
Neben den gasförmigen Schadstoffen beschäftigen sich zahlreiche Patente mit der Reduzierung
der gesundheitsschädlichen polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffe, die beim
Abbrennen des Tabaks entstehen. Das Benz-a-pyren ist davon der gefährlichste Vertreter.
Tabelle 2 enthält die Schadstoffbilanz:
Tabelle 2
Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe im Hauptstromrauch und im Filter
einer abgerauchten Zigarette (Angaben in ng)
Aus der Tabelle ist zu entnehmen, daß sich die stark reduzierten Schadstoffe im
Zigarettenrauch im Filter wiederfinden. Während im Hauptstromrauch mit der
Neuentwicklung nur 10% der PAK vorliegen, enthält der Filter knapp 250% mehr von
diesen Stoffen. Der Rossfilter ist auch wirkungsvoll, bleibt aber hinter den Werten
zurück.
Im Ergebnis entsteht ein offenporiger flexibler kreisrunder Formkörper von 0,25 cm3
Inhalt und einem Gewicht von 70-200 mg, der aus Aktivkohle und Cyclodextrin und
einem Polyurethanschaum bestehend, 74% gasförmigen Schadstoffe und 90% der PAK
eliminiert. Zusätzlich - doch mit weniger Wirkung - können platin oder rhodiumbeladene
Aktivkohlen zugemischt werden. Er ist wegen der Kleinheit in bestehende Zigarettenfilter
leicht zu integrieren, indem er die bekannten partikelreinigenden Celluloseacetatfilter als
Gasabsorptionsfilter ergänzt oder er wird als Cofilter auf den vorhandenen aufgesteckt,
wobei Klebepunkte im Inneren Filter und Cofilter verbinden.