DE1632186A1

DE1632186A1 - Tabakrauchfilterelement

Info

Publication number: DE1632186A1
Application number: DE19671632186
Authority: DE
Inventors: Meyer Jun Max Frederick; Combs Robert Leonard; Coover Jun Harry Wesley
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1966-03-16
Filing date: 1967-03-15
Publication date: 1970-11-05
Also published as: AT286648B; BE695430A; NL6703963A; CH478182A; GR33448B; DE1694038A1; AT283978B; AT295165B; ES338051A1; GB1172317A; DK120871B; JPS4812998B1

Description

Eastman Kodak Company, 3^3 State Street, Rochester, Staat New York, Vereinigte Staaten von Amerika

Tabakrauchfilterelement

Die Erfindung bezieht sich auf ein Tabakraüchfiltereleittent zur Entfernung schädlicher Bestandteile des Tabakrauches.

Es ist bekannt, daß viele flüchtig« Bestandteile des Tabakrauches auf den Raucher sohädlich* physiologische Wirkungen ausüben und daß Tabakrauch verschiedene feste Bestandteile und ge^uiidheitssc^filiQhi fi^cljtigi itstandteile des Nikotinreihe enthält. -C^W

Es hat daher nicht an ^erauehen ,gefehlt_s die schädlichen Bestandteile des Tabakrsüehes durch Verwendung von Tabakrauehfilterelementen aus d<sm i'abakrauch au sliminieren..'-

984S/ M4S

In der Praxis durchgesetzt haben sich insbesondere Papierfilter und solche Tabakrauchfilter, welche aus·elfter "-VIeJrsahl Einzelfäden - bestehen» Die Wirksamkeit derartiger " Filter wurde in den Ietaten Jahren ständig verbessert» Als-besonders vorteilhaft-haben sich Tabakrauchfilter aus Celluloseacetat fäden erwiesen. Da die Fäden-^;der Tabak* rauchfilter -selbst jedoch gasförmige Bestandteile der Nikotinreihe rilcht zu entfernen vermögen, sind Filterelemente bekannt geworden, welche' gasabsorbierende Zu- " sätze enthalten, die' zwischen den einzelnen Fäden der" Tabakrauchfilter verteiltsind. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei die Verwendung von Kohle- und Silicagelpartikeln erwiesen.

Obgleich derartige Filterzusätze gewisse Bestandteile des Tabakrauches wirksam zu adsorbieren vermögen, hat sich doch gezeigt, daÄ die Zusätze aus dem Tabakrauch nicht' alle Bestandteile wirksam zu adsorbieren vermögen.

Dies gilt unter anderem auch für Cyanwassersjbof.f.

Es ist des weiteren bereits vorgeschlagen worden (deutsche Patentanmeidung'k 30 819 lVa/f ?ö' und' E *^ϊ *iii4 "iVa/79c ^der ' Anmelderin), 'Tabakrauchrilt'erelemen'te zur Entfernung'von

|IateC±iims ode^ ,Kaifirnis

2uverleiben.

u 0098

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Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man zu Tafaakrauchfilterelementen hervorragender Wirksamkeit dann gelangt, wenn man als Filtermedium in besonderer Weise hergestellte Polymerpartikel verwendet.

Demzufolge bezieht sich die Erfindung auf ein Tabakrauchfilterelement zur Entfernung schädlicher Bestandteile des Tabakrauches mit einemFiltermedium, das Polymerpartikel . großer Oberfläche "enthält oder aus solchen besteht, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Polymerpartikel einen Tellchendurchmesser von 0,1 bis 900 Mikron und eine Oberfläche von mindestens 5 m/g besitzen und dadurch hergestellt sind, daß man ,

1. ein Polymer, gegebenenfalls gemeinsam mit Zusätzen, einem SeasekQefäß mit einem Lösungsmittel in Kontakt bringt, da£- man'-■";.

2. die erhaltene Mischung unter Druck auf eine zur Lösung ...jj des Polymeren ausreichende Temperatur erhitzt, daß man

3. die Lösung des Polymers bis zu einer Temperatur abkühlt, bei welcher das Polymer aus der Lösung ausfällt, ·

daß man -■-" . " ' ·

M. während des Abkühlvorgänge· den Im »MMkCvf·* herrschenden Druck »ufreeht erhllt, und daA

5. die ausgefallenen, fein verteilten Polymerteilchen

vom Lösungsmittel abtrennt und gegeienenfalla anwesendt

Die erfindungsgemäßen Filter haben Stich als außerordent-' lieh wirksam erwiesen* Es hat sich gezeigt, daß die zur Herstellung der Filterelemente der Erfindung verwendeten Partikel bedeutend wirksamer sind, als vergleichbare nach bisher bekannten Verfahren herstellbare Partikel.

Zur Herstellung von Polymerteilchen mit grosser Oberfläche " sind an sich die verschiedensten Verfahren bekannt* So

ist es beispielsweise bekannt, ein Polymer bei hohen Temperaturen in einem Lösungsmittel zu lösen und anschließend durch Abkühlen der Lösung die Polymerteilchen auszufällen* Ein weiteres bekanntes Verfahren besteht darin, ein Polymer in einem geeigneten Mahlwerk zu vermählen* Das Vermählen des Polymers kann bei erhöhten Temperaturen oder bei niedrigen Temperaturen durchgeführt werden, wobei im letzteren jalle wirksame Kühlvorrichtungen erforderlich t- sind. "

f ■ · -

Auch das sogenannte "Breiphasen^-Verfahren bei der Niederdruckpolymerisation von Olefinen wurde bereits zur direkten Herstellung pulverförmiger Polyolefine verwendet. Bei diesem Verfahren liegt das Polymer zwar nicht in Lösung vor, es bildet sich vielmehr als fester Niederschlag um den beim Verfahren verwendeten Katalysator,

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Dienach den bekannten Verfahren^ herstellbaren Polyaerteilchen besitzen in der Regel eine Teilchengröße von 900 Mikron oder größer.

Obwohl auch bereits Teilchen einerTeilchengröße von weniger/als 900 Mikron bekannt waren, War es bisher nicht möglich!derartigeTeilchen mit einer besonders größen Oberfläche, wie sie für Tabakrauchfilter erwünscht sind, herzustellen· ^

Die:■-; zur Herstellung der Tabakrauchfilterelemente der Erfindung verwendeten Partikel werden somit dadurch erhalten, daß man zunächst ein Polymer, beispielsweise ein Polyolefin, in einem geeigneten Lösungsmittel> beispielsweise einem flüchtigen Kohlenwasserstoff in einem geschlossenen Re- \ aktionsgefäß bei erhöhter Temperaturunter Drück löst. Während der Druck im Reaktionsgefäß aufrecht erhalten wird, ( wird die erhaltene Lösung abgekühlt, y?obei das Polymer ausfällt. Nachdem die Lösung abgekühlt ist, kann das Druck« gefäß entlüftet werden, wobei das Lösungsmittel entweder verdampfi; öder auf andere Weist abgetrennt werden kann. " j Das Polyker bleibt in Pona klmrerr trockener Teilchen oder Partikel zurück und bildet ein Pulver, daß sich hervorragend als Absorptionsinedium

0-0 3 8-4.B

Es können auch Mischungen aus verschiedenen Polymerteil-■ ehen sowie gegebenenfalls verschiedenen Zusätzen hergestellt werden, wobei letztere' im Ausgangspolymer vorhanden sein können oder dem Lösungsmittel zugesetzt werden können.

Sie können zur Herstellung besonders vorteilhafter Partikel

• extrahiert werden»

_; Zur Herstellung der Polymerteilchen geeignete Polymere sind beispielsweise Polyolefine aus Äthylen, Propylen,

Buten-1, li-Methyl-l-penten, 3-Methyl-i-buten, 4--_A 4-Dimethyl- ; l-penten, 3-Methyl-penten-l, 4-Methyl-hexen-l, 5-Äthyl-I hexen-1, 6-Methyl-hepten-l, Hexen-1, Hepten-1, Octen-1, I Nonen-1, Decen-i oder anderen Monomeren mit vorzugsweise : 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, wobei die Polyolefine in

Form von Homo- oder Mischpolymerisaten vorliegen können.

Die Molekulargewichte der Polyolefine sind nicht kritisch.

Sie können z. B. zwischen 1000 und mehreren Millionen liegen.

Besonders geeignete Partikel bestehen aus Polymeren mit Schmelzpunkten von 50 bis 25O°C, verzugsweise von 80 bis 175 C. Ejie Polymeren können kristallin oder amorph sein.

Zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Lösungsmittel sind Kohlenwasserstoffe und chlorierte Kohlenwasserstoffe sowie aromatische Verbindungen mit Siedepunkten von 009845/0449

16321Μ

-■ΙΟΊ tote 10O⁰C. Geeignet Sind sowohl gesättigte als aueh ungesättigte Kohlenwasserstoffe mit insbesondere 1 bis 12, vorzugsweise 2 bis 5 Kohlenstoffatomen« Genannt seien beispielsweisei Äthan, Äthylen, Propan» Propylen, Butanι Buten» Pentan* Penten^ Hexan* Hexen,Heptan, Hepten und deren Isomere. Besonders vorteilhafteLösungsmittel sind Pentan, Butan und Propan*

Besonders geeignete halogenierte Köhlenwasserstoffer und aromatische Verbindungen sind beispielsweise: Methylchlorid, Methylbromid, Methyliodlci_f Xthylfluorid, Äthylchlorid, Äthylbromid, Äthyljodid, N-Propylflüorid, Νί-Propylchlorid, Isopropylchlorid, N-Propylbromid, Isöpropylbromid, N-Propyl-Jodid, Isöpropyljodid, N-Butylchloridi Pluörtrlchlörmethän, Fluordichlorinethan, Benzol und Pluorbenzol«

Die meisten sauerstoffhaltigen Verbindungen_# wie z« B. Aldehyde, Ketone, Alkohole und Säuren, haben sich weniger gut bewährt.

Das im Einzelfalle günstigste Lösungsmittel hängt vom verwendeten Polymer ab. So kann es gelegentlich vorteilhaft sein, ein spezielles Lösungsmittel, wie beispielsweise Cyclohexanon, zu verwenden, z. B, bei Verwendung von Polymeren, wie beispielsweise Viny!polymerisaten, Polyamiden, Polyestern und.Mischpolymerisaten aus Äthylen

und Vinyl- und Acrylmonomere^ 0098A5/OU9

ι» der Polymere in den neigestelltefi eh kanil s€hp verschieden sein* Ils hat sieh ^eöoeih. geneigt■(■ etaß fee'i Polymeriieoftzentrat ionen Von über die Polymei*teSiehen gelegentlich zusammenballen und

größere fölymerklumpen. entstehen. Weiterhin erhält man bei niederen Polymerkonzentrationen in der Lösung (Von 1 bis $%J die kleinsten Pölymerteilche^!n_# Während bei höheren Konzentrationen größere Teilchen erhalten werden* Vorzugsweise wird beim Verfahren der Erfindung somit mit Polymerkonzentrationen von 1 bis^; 20 GeW.-Sf gearbeitet.

Die bei der Durchführung des Verfahrens anzuwendende Temperatur muß lediglich so hoch sein, daß eine Lösung des Polymeren im Lösungsmittel unter Druck erreicht wird.

Der anzuwendende Druck kann sehr verschieden sein« Als

zweckmäßig hut es sich erwiesen* bei Drücken von Über 2*

7#0 kg/cm zu arbeiten. Der im Einzelfalle günstigste Druck hängt von der Temperatur, dem Lösungsmittel, dem Volumen des Reaktionsgefäßes sowie anderen Variablen ab. Selbstverständlich müssen hochflüchtige Stoffe unter höherem Druck gehalten werdep; um sicher zu gehen, daß eine zur Lösung des Polymeren ausreichende Menge Lösungsmittel im Reaktionsgefäß verbleibt* Daher erfordert ein bei Raumtemperatur gasförmiges Lösungsmittel einen hohen

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Druck, damit es im Drucktopf in höheren Kongentrationen anwesend ist und zur Lösung des Polymeren zur Verfügung steht· Normalerweise soll die Dichte der Gasphase in etwa genau so groß sfeün wie die Dichte der flussigen Phase, de h. die Dichte des Gases^:soll größer als 0,2 s ein. " ■ ■

'Es ist^nlteht notwendig^ daß die Mischung oder Lösung bei der Durchführung des Verfahrens bewegt wird_a Bei höherer! Polymerkonzentrationen hat es sieh jedoch als vorteilhaft erwfesenj die- Lösung zu bewegen»,

Nachdem das Polymer im Lösungsmittel gelöst ist, wird die erhaltene Lösung abkühlen gelassen* Das Abkühlen der Lösung soll zweckmäßig innerhalb des engen Tempera-.: turberelches, welcher ali"-¹¹FaIl-* oder' "Trübungspünkt" bekannt ist und gewöhnlich hui» einige wenige Grade beträgt, möglichst langsam vor sich gehen. Innerhalb dieses engen Temperaturbereiahes bzw» am "Fällpunkt" scheidet sich das gelöste Myrner aus. Dieser "Pällpunkt" tritt auf, bevor das geschlossene Reaktionsgefaß Raumtemperatur erreicht hat und solange es noch.-unter Druck steht« ' „■ '-_"_.._

BAU

009845/0A49 '

- ίο - ■

Nach' vollständiger Ausfällung des Polymeren, die beim Durchschreiten des "Fällpunktes" oder "Trübungspunktes" erfolgt, und nach genügender Abkühlung der Lösung, um während der.anschließenden Belüftung ein Zusammenbacken der Teilchen' zu' verhindern,-'-wird der Autoklav oder das ' zur Durchführung des Verfahrens verwendete geschlossene

_k Reaktionsgefäß belüftet. Hierbei kann sich das LÖsungs-

mittel verflüchtigen, wobei eine relativ trockene Schicht gleichmäßiger₉ feiner, vielzelliger Teilchen eines Teil» chendurchme'ssers von etwa 0,1 bis etwa 900 Mikron zurück-, bleibt, Wird ein langsam verdampfendes Lösungsmittel verwendet, kann dieses durch Erhitzen oder AbsMien im Vakuum entfernt werden, um die Trocknungsgeschwindigkeit des Niederschlags zu erhöhen.

Qanz besonders wirksame Partikel zur Herstellung der Tabakrauchfilterelemente der Erfindung erhält man, wenn man aus den anfallenden Partikeln in diesen enthaltene Additive extrahiert. Auf diese Weise erhält man Partikel mit einer o.ff einzeiligen Struktur mit besonders großer Oberfläche» Zu diesen, aus den aussgefällten Polymerpartikeln leicht zu extrahierenden Additiven gehören beispielsweise *fein verteilte'Stoffe, wie Reis-., Mais- und Kartoffelstärke. Weitere geeignete Zusätze sind z. B. Natriumchlorid, Calciumcarbonat, Magnesiumsulfat und Natriumsulfib.

JAHiCtRD GM

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1§31118

geeignete IfSIiI der- Giföße und AM deö ÄädifciYS oder Additive,, die ift das miigefäilte Folymer' ein^sehlossen'

ist es ffiSglich* besiitfimte ZeI!strukturen ku&zustellen« So hat tyeigpielsweise Reisstärke eine dörcii* s-ciinittiiclie Teilcnengrößf von etwa 5^ Mikron» Maifstferke eine solche von etwa 15 Mikron' und Kart öf f eist ärke eine Solche yon etwa fö Mikron*

Im Falle eineö StärkeZusatzes beispifelsweisei kann die Stärke-durch Einträgen der Partikel in Siedendes Wasser üiid arisehlieiäendes Extrahieren mit einer verdünnten Satire₈ wie beispielsweise HCl extrahiert werden. Ändere Zusätze dieser Art können ebenso durch (Heraus)—Lösen oder durch— ■Zersetzung entfernt; werden.

Die ausgefällten, vielzelligen Teilchensind dadurch ge* kenßzeiefrnet, daß sie eine ungev^öhnlich große Oberfläche und eine sehr geringe Teilchengröße besitzen.

Gegebenerifalls können die Partikel auch ohne Extraktion des Zusatzes oder des - Additivs verwendet werden«

Ein bisher als vorteilhaft angesehenes bekanntes
zur.Herstellung poröser oder ein Additiv enthaltender Partikel bestand darin_f daß man. Stärke einem --Äthylen— polymeren r.ittels heißer Walzen einverleibte. Die in

ⁿ *■_■-"■-ν BADORiGiNAt

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das Polyäthylen eingebrachte Stärke konnte anschließend gegebenenfalls zur Herstellung eines porösen Materials extrahiert werden. Ein weiteres bekanntes Verfahren bestand darin, Additive und Monomere, wie beispielsweise Styrol, miteinander zu vermischen und die erhaltene Mischung in eine feste,Form zu gießen» AnsZehließend wurde das Additiv ausgelaugt, worauf eine poröse Masse zurückblieb«

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Herstellung mikroporöser Stoffe besteht darin:, einen porenbildenden Stoff, beispielsweise Stärke, einer Mischung von pulverförmigen Polyvinylchlorid_:und einem temporären Plastifizierungsmittel einzuverleiben, wobei der porenbildende Stoff entweder mit dem Polymer oder mit dem Plastifizierungsmittel unverträglich sein muß. Nachdem die Mischung, beispielsweise durch Extrusion, zu einer Folie verformt worden war„ wurde *r porenbildende Stoff aus der Masse entfernt, wobei eine große Zahl gleichmäßig großer Poren oder Mikroporen, deren Größe von der ursprünglichen Größe der Stärke abhing, gebildet wurde.

Zur Herstellung zelliger, polymerer Körper war es ferner bekannt, dem polymeren Material unter Druck ein normalerweise gasförmiges Expansionsmittel einzuverleiben und daraufhin eine Druckentspannung herbeizuführen.

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Bei den bekannten Verfahren werden jedoch stets poröse · Stoffe erzeugt, welche ungleichmäßige, uneinheitlich grosse und. Willkür 11 eh "verteilte Poren mit ungleichmäßigen PiItereigensehaften besitzen. Weiterhin sind die bekannten Verfahren in der Regel ziemlich teuer. Auch fallen oftmals Produkte* an, Vielehe nicht ohne eine zusätzliche Bearbeitung verwendet werden können*

Die Partikel können In einer sie umgebenden Hülle bei- "

spielsweise durch Einwirkung von Wärme und/oder eines Bindemittels festgehalten werden und/oder durch die Enden des Pllterelementes abdichtende Stopfen, die belsplelsweise aus Celluloseesterfasern. Insbesondere Celluloseaeetatfasernbestehen können»

Des weiteren können die Partikel als Additive In Tabakrauchfllterelemente eingebracht werden, die In bekannter Welse z. B» aus endlosen Fllterkabeln oder Strängen aus j endlosen Päden hergestellt werden, B. h., die Partikel können ζ» B, als Additive C&lluloseesterfädenfllterelementen oder Paplerfllterelementen zugesetzt werden.

In der Zeichnung Ist eine Zigarette mit einem Filterelement nach der Erfindung dargestellt, DIs Zigarette besteht aus dem Tabakteil 1 und dem Filterteil 2, Der FLIterteil 2 besteht bei der dargasteilten Ausführungsform aus den In einer Pllterhülle 3 eingeschlosBenen Partikeln ¹I und den Stopfe'n^^tiftd 5a. Tabakteil 1 und Filterteil 2 sind von der Hülle 6 umgeben. QQ 9 BÄ 6/0 44$

Das folgende Beispiel soll die Erfindung näher veranschaulichen: -

200 ml Lösungsmittel, in der Regel Pentan, und insgesamt 20 g Polymer und Additiv (falls ein solches verwendet wurde) wurden in einem Autoklaven eines Inhaltes von 310 ml miteinander vermischt. Die jeweils erhaltene Mischung wurde 4 Stunden lang unter Schütteln des Autoklaven unter dem Eigendruck, der durch die von den Bestandteilen Im Drucktopf abgegebenen Gase entstand, auf 150 C erhitzt» Anschließend wurde der Autoklav langsam auf Raumtemperatur abgekühlt und geöffnet, Das eingesetzte Polymer-Additivgem.Lsch lag in Form fein verteilter Polymerteilchen vor» Das restliche Lösungsmittel wurde abgetrennt» Die erhaltenen Partikel wurden gesiebt, um den Teilchengrößenbereich, von 300 bis 400 Mikron zu Isolieren. Das Verhältnis Additiv zu Polymer wurde verändert, Die Menge des verwendeten Lösungsmittels wurde konstant gehalten.

B)-Hers te llung der FLltereleniente

Aus den hergestellten Partikeln wurden Filtereinheiten hergestellt, indem die losen Teilchen in eine Hülle ein gebracht wurden. Diese Filtereinheiten wurden

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nach Ihrer Bildung zu 17 ram langen Elementen eines Umfanges von 24,5 mm zerschnitten. Die Enden der Elemente wurden unter Verwendung von Stopfen aus Celluloseacetat-. fasern verschlossen, um das Herausfallen der Partikel aus der Hülle zu verhindern. Die erhaltenen Filterelemente wurden anschließend in bekannter Weise befestigt. Eine der erhaltenen FIIterzigarfetten ist in- der Zeichnung dargestellt. Die Filterzigaretten wurden dann nach dem von McConnel in der Zeitschrift "Tobacco Science lt^tf _t Seiten 55 - 61, 19(>Q »beschriebenen Verfahren -auf Ihre Teer- und Feststoffentfernungsetgenschaften untersucht*

Aus der folgenden Tabelle ergibt sich die verbesserte Wirksamkeit von Tabakrauchfilterelementen nach der Erfindung, wobei zur Herstellung der Filterelemente Partikel verwendet wurden, die einer ode.r keiner Extraktion unterworfen wurden.Zu Verelelchszwecken wurden einige Filterelemente unter Verwendung von Partikeln hergestellt, die, nach dem sogenannten "Heiß-Wal sen-" Verfahr en, wie es in der USA-Patentschrift 2 6?6 929beschrieben wird, hergestellt wurden«

In allen Fällen wurden Partikel mit einer Größe von 300 bis Ί00 Mikron verwendet_t und zwar gleichgültig, ob sie extrahiert wurden oder nichtc

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TABELLE 1

Oberfläche¹

Filter Verwendeter
Nr. Zusatz

5
6

σ
S 7

οι 9

ο 10

Sn

<° 12

13

Reisstärke Reisstärke Reisstärke

Reisstärke Reisstärke Reisstärke Reisstärke Reisstärke Reisstärke· Reisstärke Reisstärke

Calciumcarbon at mit einer Teilchengröße von 4 Mikron

Tricalciumphosphat mit einer Teil·? chengröße von 4 Mikron

%	Zusatz	Verwendetes	Misch	Filter	%■ entfernte	hierten	I	•S'-ΐ'
Zusatz	extrahiert	Polymer....	verfahren	Ge««ln,ms;	Teerstoffe	Partikel·	I ■MW
						m²/g
O		Polypropylen	Fällung .	_!k 106	38	'4M
50	Ja	Polypropylen	Fällung	68	62
70 ·	ja	Polypropylen	Fällung	52	72
80	ja	Polypropylen	heiße Walzen	70	60
80	ja	Polypropylen	Fällung	44	η	11 rf .
80	nein	Polypropylen	heiße Walzen	179	39
80	nein	Polypropylen	Fällung	144	55
80	Ja	Polyäthylen	heiße Walzen	loo	40
80	ja	Polyäthylen	Fällung	57	63
80	ja	Polystyrol	Fällung	58	66
60	Ja	Polycärbofiät	Fällung,	' 60.	70
80	, ja	Polyester	Fällung	51 ' .	68

ja

Polypropylen Fällung

70

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■- 17 -

DasZigarettenfilterslement Nr» 1 der Tabelle I wurde als Bezugs- oder Vergleichstliter unter Verwendung von reinen, ausgefällten Polypropylenbeilchen hergestellt» Filter Nr* besitzt verbesserte FiItereigenschaften durch Zusatz von 50% Reisstärke-Additiv. Filter Nr. 3 zeigt ebenfalls verbesserte Ergebnisse durch Zusatz von JQ% Additiv,

Die Ergebnisse mit den Filtereleminten Nr. ^]l und 5 verarischaulichen: den Unterschied in der Filterwlrksamkelt bsi Verwendung, von Partikeln., die einmal nach ,dem Eällungsverfahren und das andere Mal nach dem Mischverfähren auf. heißen Walzen hergestellt wurden» -In beiden Fällen wurde das aus Stärke bestehende Additiv extrahiert, bevor das; gefällte Material zu Zigarettenfiltern verarbeitet wurde. Aus dem .Vergleich der Filterelemente Nf» 6 und 7 ergibt sich der Untersehiedj wenn die Stärke nicht extrah.iert wird* Es zeigte sieh, daß das nicht extrahierte,"ausge« fällte, vielzellige, aur Herstellung des Filterelernents Nr. 7 verwendete Material praktisch ebenso gute Ergebnisse liefert, wie das beste durch Mischen auf heißen Walzen und anschließende Extraktion erhaltene Material.

Die Filter Nr · 8 und 9 ve ran schaulichen^ wiederuia die unterschiedHche'Wirksainkeit von Polyäthylanpartlkeln, _; die nach den beiden verschiedenen Verfahren hergestellt

wurden«

> . BAD OR)GINAIi

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Die Filterelemente Nr.. 10-, 11 und 12 zeigen die Verwendbarkeit von Partikeln ₉ die aus anderen Polymeren als Polyolefinen bestehen» Dar zur Herstellung des Filters Nr. 12 verwendete Polyester bestand aus Polyathylenterephthalat$ als Lösungsmittel wurde anstelle von Pentan Butyrolacton verwendet» Dieser Austausch des Lösungsmittel war notwendig, da Polyester und Polyamide ein sehr polares Lösungsmittel erfordern und sich hierin von den Polyolefinen unterscheiden»

Die Filterelemente Nr₄, 13 und Ii* veranschaulichen weiterhin dia vielseitige Anwendbarkelt des Verfahrens der Erfindung» Bei der Herstellung der Filter v/urden den Polymer·« teilchen von Stärke verschiedene extrahierbare Additive zugesetzt.

Vergleicht man 125-fach -vergrößerte Mikrophotographien von FLlterquerschnitten eines der bekannten mikroporös en Polyäthylenfilters und eines Filters nach der Erfindung, so läßt sich deutlich feststellen, daß sieh die Struktur des ausgefällten vielzelligen Materials von der Struktur des mikroporösen Polyäthylenfilters stark unterscheidet. Das Tabäkrauchfilterelement mit dem ausgefällten, vielzelligen Polyäthylen gemäß der Erfindung besitzt wesentlich kleinere Poren und besteht aus kleineren Teilchen. Bei der 500-fachen Vergrößerung eines Tabakrauchfllterölements mit dem ausgefällten, vielzelligen polymeren

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Material, das nach dem verfahren der Erfindung würde_t erkennt man leicht» daß dieses eine von dem mikroporösen Material völlig versehledene physikalische Struktur besitzt, da es aus einer Vielzahl sehr kleiner kugelförmiger Teilchen besteht, die so angeordnet sind, daß sie zusammen größere Teilchen oder Stränge bilden, in den bekannten ■mikroporösen Filtern liegen dagegenglatte zusammenhangende Stäbe vor« ;. . - - - . : "' ™

Zusammenfassend läßt sich über die Tabakrauchfilterelemente der Erfindung folgendes sagen:

1« Sie sind hochviirksain und zwar gleichgültig, ob das Additiv extrahiert oder nieht extrahiert wurde,

2. sie besitzen ein geringes Gewicht,

3. sie besitzen eine sehr hohe Oberfläche und

Μ, sie zeigen, verglichen mit durch Verwalzen hergestelltem Filtermaterial, eine unterschiedliche, auf Mikrophotographien zu erkennende Struktur.

Im folgenden wird die Herstellung weiterer zur^ Herstellung der Filterelemente geeigneter Partikel beschriebenr

00 9 8 45/0Λ A 9

A)

20 g eines kristallinen Polypropylens mit einer Eigenviskosität ρ bestimmt aus der Gleichung! j_Nj = In Nr

- 0

worin bedeuten! Nr das Verhältnis der Viskosität einer

verdünnten Lösung des Polymeren und

C - die Konzentration des Polymeren in ψ 100 cm^ Lösungf ·

von 1,53 wurden in einen 110 ml fassenden Autoklaven eingefüllte Nun wurde soviel Äthylen in den Autoklaven einge~ blasen, daß in diesem nach Erhitzen auf 14O°C ein Innendruck von 1MO6 kg/cm (20 000 psi) herrschte» Anschließend wurde der Autoklav luftdicht verschlossen und schrittweise auf 14O°C erhitzt. Die Temperatur von IiJO⁰C und der Innen» druck von"1^06 kg/cm (20 000 psi) wurden unter Bewegen der Mischung bzw* Lösung 8 Stunden lang aufrecht erhalten, um f sicher su stellen_t daß das Polypropylen von dem Äthylen gelöst wurde. Nach 8 Stunden wurde der Autoklav auf Raumtemperatur abgeküEiltc Ale die Lösung den bei etwa 80°C auftretenden ^ftFäll->" oder Trübungspunkt" durchschritt _p fiel das Polypropylen aus der Lösung aus. Sobald der Autoklav Raumtemperatur erreichte, wurde er belüftet, wobei das Äthylenlösungsmittel abdampfen konnte. Das ausgefallene Propylenpolymer fiel in Form eines Pulvers an.

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Die Mehrzahl der unter diesen vorausberechneten Bedingungen hergestellten Teilchen besaß einen Durchmesser von 300 bis 800 Mikron und eine Oberfläche von mindestens 43 m /g für die Teilchen der unteren Größengrenze und 18 m /g für die Teilchen der oberen Größengrenze» Verglichen damit, besaßen Teilchen derselben Teilchengröße, welche nach dem bisher günstigsten bekannten Verfahren hergestellt wurden/ eine maximale Oberfläche von I₈7 m 7g, Es zeigte sich ferner, daß die Oberfläche von anderen:_t nach anderen be-

kannten Verfahren hergestellten Teilchen weniger als 1 ra /g betrug.

B) - Vergleichsversuch r.

Das unter A beschriebene Verfahren wurde wiederholt, Jedoch mit der Ausnahme, daß der Autoklav belüftet wurde» bevor die Polymerlösung ihren "Fällungspunkt" durchschritten habte und bevor der Autoklav vollständig auf Raumtemperatur, (etwa 25⁰C) abgekühlt war» Hierbei fiel das Polymer Lm Autoklaven lra kompakter Weiss und nicht in"Form feiner Partikel aus»

Dieses Ergebnis zeigt deutlich-, ■ wie "wi-chtlg as ist₃ den. Druck in dem gesöhlosaeij^n Realctionsgefäi aufp^öht suer-- halten, bis die Polymerlösung ihren "Mlluiigapurikt¹' durehhat» Hierbei kann das Polymer langaam aus d*m

BAD OBIGlNAL

iösungsmit teT'^aua fallen»

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20 g eines kristallinen Polypropylens mit einer Eigenvlskositätj gemessen bsi 1^5⁰C₉ von 1,96 und 6ö ml Pentan wurden in einen 110 ml fassenden Autoklaven eingefüllt» Der Autoklav wurde 8 Stunden lang auf 150°c erhitzt und anschließend abgekühlt» Mach beendeter Kühlung ximrde der Autoklav belüftet. Ein beträchtlicher Teil des ausgefällten Polymeren lag in Form eines fein verteilten gleichmäßigen Pulvers mit einer Teilchengröße von 500 bis 900 Mikron und einer durchschnittlichen Oberfläche

2
von etwa 35 m /g vor*

D) - Vargleichsversuch -

Das unter C beschriebene Verfahren wurde wiederholt, mit dar Ausnahme, daß anstelle von 20 g Polypropylen 100 g Polypropylen verwendet wurden»-Das-nach Durchführung des Verfahrens erhaltene Polymer fiel in Form von 10 bis 12 großen Polymerstücken und nicht in der gewünschten Pulverform an. ■

Dieses Ergebnis zeigt,-daß es bei überschreiten einer Polymerkonaentratlon in der Lösung von etwa 50% zu einem Zusammenbauen .und zum Auftreten fester großer Polyraarklumpen icoinnien kann,

^ , BAD

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20°g" Polyäthylen.vin niedriger Dichte und 60 ml ^:2ent an

wurden in einen 110 ml fassenden Autoklaven 'eingefüllt«

Nachdem dieser auf 150°G erhitzt worden war_f wurde er

8 Stunden bei dieser Temperatur und unter dem Eigendruck

des erhitzten Pentans gehalten. Anschließend wurde der Autoklav auf Raumtemperatur abgekühlt und belüftet*

Der größte YeIl des ausgefallenen Polyäthylens lag in . ™

Form eines fein verteilten gleichmäßigen Pulvers mit einem Tellchendurchniesser von 500 bis 8OO Mikron und

einer durchschnittlichen Oberfläche von 30 m 7g vor*

10 g eines niedrig vls.kosen_r kristallinen Polypropylenwachses mit einer Eigenyiskosität_E gemessen bei 145°C_C von 0,36 und 190 ml Pentan "wurden In einen 300 ml fassenden Autoklaven...eingefüllt und H Stünden lang auf 150⁰C erhitzt* Nachdem der Autoklav auf Raumtemperatur abgekühlt wo^rden wai*! wurde er belüftet« Das erhaltene Poly propylen fiel in -Form eines Pulvers mit einem durchschnittlichen Teil-» chendurchnsesser von etwa 10 Mikron an. Diese besonders

kleinen Teilchen besaßen eine exJreni hohe Oberfläche von 41 m²/g* . ■■.":-■-■ ■■■-·'·.

BADORiGlNAL

0O9845/04Ä9-

Aus den Teilehen ließen sich stabile Emulsionen-herstellen. Es zeigte sich, daß sich die Teilchen leicht in Wasser dispergieren ließen, wenn sie in bekannter Weise gemeinsam mit oberflächenaktiven Mitteln verwendet wurden.

Erfolgte die Fällung des Polymeren in Gegenwart von Zusätzen, die in dem verwendeten Lösungsmittel unlöslich waren, so wurden diese gleichmäßig in dem Polymer dispergiert und zwar bis zu einem Gewichtsverhältnis von Additiv zu Polymer von 19si.

G) "■..■■■'-■

ti g Polyäthylen von niedriger Dichte und 16 g Reisstärke wurden mit 200 ml Pentan in einen 300 ml fassenden Autoklaven eingefüllt. Der Autoklav wurde *l Stunden lang auf 150⁰C erhitzt und anschließend abgekühlt, wobei der Autoklaveninhalt unter Druck stand· Nachdem das Pentan abgedampft war, lagen Polymer und Stärke in Form einer einheitlichen Mischung von Teilchen mit,einem Teilchendurchmesser von 300 bis 400 Mikron und einer durchschnittliehen Oberfläche von 5,2 mg/g vor. Die relativ geringe Oberfläche der Teilchen war darauf zurückzuführen, daß die Additivteilchen in der Struktur der Polyäthylenteilchen eingebaut wurden· .

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H-) ■ .;■ ■ .

i| g eines kristallinen Polypropylens und 16 g Reisstärke wurden in der unter G beschriebenen Weise verarbeitet. Die erhaltene einheitliche Mischung bestand aus Teilchen mit einem Durchmesser von 300 bis 400 Mikron und einer durchschnittlichen Oberfläche von 6,9 m /g, ,

4.g Polyäthylen und 16 g. Ruß wurden in der unter G beschriebjfienen V/eise verarbeitet. Ruß besitzt bekanntlich eine relativ große Oberfläche. Das erhaltene Pulver bestand aus Teilchen einer sehr gleichmäßigen Teilchengröße von 300bis 400 Mikron, Die Teilchen besaßen ein© relativ

■ - ρ große Oberfläche von 60,0 m /g,

5 g hochkristallines Polypropylen und 190 ml Pentan wurden In einen"'Autoklaven eingefüllt und auf 150⁰C"erhitzt.. Der Autoklav wurde 8 Stunden lang auf dieser Temperatur und unter dem Eigendruck des erhitzten Pentans gehalten, Anschließend wurde der Autoklav auf Raumtemperatur abgekühlt und belüftet. Das ausgefällte Polymer fiel in Form gleichmäßiger Partikel mit einer Teilchengröße von'l bis 5 Mikron und einer durchschnittlichen Oberfläche von ^2^5 m²/g an.

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Ί g Polypropylen und 16 g Polymethylmethacrylat wurden in der unter G beschriebenen Weise verarbeitet. Die Polymerpartikel fielen in Form einer homogenen Pulvermlschung an.

k g einer 50-50 gew.-^igen Mischung aus Polyäthylen und Polypropylen wurden in der unter G beschriebenen Weise verarbeitet» Es wurde ein homogenes Pulver aus Polyäthylen-Polypropylenpartikeln und gleichmäßig darin verteilter f£Ls.-stärke erhalten.

II) - Vergleichs ve rs uch - ■

Es wurde ein polykristallines Polypropylen nach dem üblichen Breipliasenverfahren hergestellt· Die erhaltenen Partikel besaßen eine Teilchengröße von 1 bis 5 Mikron

ρ und eine durchschnittliche Oberfläche von 1,5 m /g.

Das beim Breiphasenverfahren anfallende Polymer wird in Form eines Pulvers erhalten, ohne daß Irgend ein Tragermedlum₉ wie beispielsweise eine Flüssigkeit/ vorhanden ist« Das Polyolefinpulver₉ das nach dem Breiphasenverfahren herstellbar Istj enthält-jedoch keine teilchen mit einer großen Oberfläche. Solche Teilchen eignen sich nicht besonders als Absorptionsmitteis

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Claims

1. Tabakrauchfilterelemeht zur Entfernung schädlicher Bestandteile des Tabakrauches mit einem Filtermedium, das Polymerpartikel großer Oberfläche enthält oder aus solchen besteht» dadurch gekennzeichnet, daß die Polymer- '

partikel einen Teilchendurchmesser von 0,1 bis 900 Mikron

und eine Oberfläche von mindestens 5 m /g besitzen und . dadurch hergestellt sind, daß man

1. ein Polymer, gegebenenfalls gemeinsam mit Zusätzen, in einem Swsekflefäß mit einem Lösungsmittel in Kontakt bringt, daß man

2. die erhaltene Mischung unter Druck auf eine zur Lösunf; des Polymeren ausreichende Temperatur erhitzt, daß man (

3. die Lösung des Polymeren bis zu einer Temperatur abkühlt, bei welcher das Polymer aus der Lösung ausfällt, daß man ;

4 _e, .wählend des Abkühl Vorganges den im herrschenden Druck aufrecht erhält und daß man

5. die ausgefallenen, fein verteilten Polymerteilchen vom Lösungsmittel abtrennt und gegebenenfalls anwesende Zusätze extrahiert.

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2. Tabakrauehfilterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerpartikel aus Polyolefinen bestehen.

3· Tabakrauchfilterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerpartikel aus Polyestern bestehen. *

■α ■ .

4. Tabakrauchfilterelement nach Ansprüchen 1 bis 3, bestehend aus einer Vielzahl In einer röhrch^nförmigen Hülle angeordneten Partikeln und zwei die offenen Enden der Hülle abschließenden Stopfen aus Gelluloseesterfasern.