DE1692903A1

DE1692903A1 - Filter fuer den Tabakrauch

Info

Publication number: DE1692903A1
Application number: DE19681692903
Authority: DE
Inventors: Vit Nadvornik; Jiri Dr-Ing Pliml; Jan Simonides
Original assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Current assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Priority date: 1967-03-01
Filing date: 1968-02-29
Publication date: 1971-10-21
Also published as: FR1577326A; BE711169A; CH506958A; ES350994A1; AT286853B; NL6802879A; GB1188874A

Description

si)κ. C-bechcied tJCcWisiecLt 1

PATENTANWALT I

8. Juli 1970 Anw.-Akte: 75.73

PATENTANMELDUNG

Aktenzeichen: P 16 92 903. 6-41

Anmelder: Ceskoslovenska akademie ved., Praha 1, Narodni tr. ¹¹ Filter für den Tabakrauch "

Die Erfindung betrifft einen Filter für den Rauch von Tabak.

Es ist bekannt, Filter für Zigaretten-, Zigarren- und Pfeifentabakrauch überwiegend aus Papier, Zellulose oder ihren Azetaten, eventuell aus den gekreppten Adjustagen herzustellen.

Im Zuge einer weiteren Vervollkommnung sind Filter bekannt, bei denen dem Filtermaterial Silikagel oder Aktivkohle zugefügt werden. Eine weitere bekannte Variante dieser Filter sind solche, die aus drei Kammern bestehen, wobei in der mittleren Kammer sich das granulierte Adsorbens, d. h. aktive Kohle oder Silikagel befinden, und bei denen die Seitenkammern mit Papier-Zellulose oder Azetatzellulosestäbchen ausgefüllt sind.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß keiner von den bis jetzt bekannten Tabakrauch-Filtern eine optimale Filtrierungs-Wirksamkeit erreicht. Diese zu erreichen ist die Aufgabe der Erfindung.

109843/1366 -2-

(Art 7 11 Abs. 2 Nr. 1 Satz 3 dee AväanmQasm-«· 4~a.W4T

Die Erfindung besteht darin, daß als Adsorbent Silikagel mit eingebauter Aktivkohle angewendet wird, wobei die Körnung des Adsorbens in den Grenzen von 10 bis 30 υ für das Einkammer- und von 0,2 bis 0,5 mm für das Dreikammer-Filter liegt. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Adsorbens 5 bis 15 %, am besten 10 % Aktivkohle und 8 - 12 %, am besten 10 % Wasser enthalte

Durch Benutzung der Filterfüllung aus Silikagel mit eingebauter Aktivkohle, welche am günstigsten nach dem tschechoslowakischen Patent Nr. (PV 647.67) hergestellt wird, erhöht sich die Wirkung des Filters beträchtlich, und zwar durch die Verbindung der beiden Filter-Komponenten d. h. des Silikugels und der Aktivkohle. Dabei ist dieser Filter vollkommen homogen.

Die überraschenden Vorteile des nach der Erfindung hergestellten Filters sind aus den folgenden zwei Tabellen ersichtlich. In der Tabelle 1 werden verglichen: die Adsorption des Masserauszuges vom Tabakrauch aus der Zigarette ohne Filter, weiter die Adsorption des Wasserauszuges vom Tabakrauch, welcher durch Zellulosefilter durchgegangen ist und schließlich die Adsorption des durch ein Zigarettenfilter durchgeführten Rauches bei dessen Herstellung Silikagel mit eingebauter Aktivkohle verwendet wurde.

In der Tabelle 2 wird dann analog die Filterwirkung des Silikagels, der Aktivkohle und die Wirkung des Silikagels mit eingebauter Aktivkohle gegenübergestellt.

109843/1368

Zu dem Versuchs-Rauchen der Zigaretten wurde der Apparat nach J. Traube (USA Patent No 1 826 331) benutzt. Der Zigarettenrauch aus 5 Zigaretten wurde mit der Geschwindigkeit von 120 Blasen in einer Minute durch 20 ml Wasser durchgesaugt, wobei eine Zigarette 8 Minuten "geraucht" wurde. Die gewonnene Wasserlösung wurde in Verhältnis 1 : 100 (Tabelle l) oder 1: 10 (Tabelle 2) mit Wasser verdünnt und die Absorption der durchgeleiteten Produkte Produkte des Rauches bei bestimmten Wellenlängen ( ^. , nm) gemessen. Zum Rauchen wurden verschieden zubereiteten Hülsen verwendet. Die Gesamtlänge der Zigarette war 7 cm, davon die Länge des Mundstückes 3 cm und die Länge der Tabaksäule 4 cm. Als Tabak wurde der bulgarische Zigarettentabak (Norm. No. 569550) verwendet. Bei den Versuchen mit den Adsorbenten wurde der 14 mm lange Hülsentampon halbiert und zwischen die beiden Hälften des Adsorbens in einer Menge von 0,21 bis 0, 23 g eingesetzt. Man verwendete Silikagel in einer Körnung von 0,2 bis 0,5 mm, Aktivkohle granuliert in Korngröße von 0,5 mm und Silikagel mit eingebauter Aktivkohle in einer Körnung von 0,2 bis 0,5 mm. Vom Tabak wurden 0,45 bis 0,58 g gebraucht. Aus den Experimenten ergibt es sich, daß der Zellulose-Filter allein nicht genügt, alle im Wasser unlöslichen Produkte aufzufangen, so daß die Flüssigkeit nach dem Durchperlen des Rauches gelblich und trüb ist. Dagegen gewinnt man bei der Anwendung der Kombination des Zellulose-Filters mit den Adsorbenten eine klare Flüssigkeit, die leicht gelblich oder farblos ist. Die niedrigsten Werte der Adsorption, d. h. der niedrigste Gehalt an den im Wasser löslichen schädlichen Stoffen wurde jedoch nur bei Benutzung des Silikägels «it eingebauter Aktivkohle festgestellt. Zwecks Vergleich sind Werte angeführt, welche bei dem Gebrauch der Zigarette ohne Filter und mit Filter (Tabelle 1) und bei der Anwendung vom Silikagel allein und Aktivkohle allein (Tabelle 2) gewonnen wurden.

109843/1366

Tabelle 1

Die Adsorption des wässerigen Auszuges von Tabakrauch nach Durchgang durch Zellulose-Filter und durch Filter nach der Erfindung.

Zu dem Experiment wurden je 5 Zigaretten verwendet, und zwar

a) ohne Filter

b) mit Zellulose-Filter,

c) mit Dieikammer-Filter, wobei die Randkammern aus Zellulose hergestellt wurden und die mittlere Kammer durch Silikagel (98 %) mit eingebauter Aktivkohle (2 %) gefüllt wurde. Der Wassergesamtinhalt des Füllkörpers betrug 10 %.

λ (nm)	Die Absorption des wässeringen Auszuges der durchge gangenen Rauchprodukten. Die Verdünnung der Lösung 1 : 100	Zigarette	0,326	mit Filter
	Zigaretten	ohne Filter , _% a) ' aus Zellulose	0,297	c) gemäß der Erfindung
	0,705	0,264	0,083
215	0,670	0,235	0,075
220	0,554	0,214	0,062
225	0,489	0,201	0,055
230	0,439	0,195	0,048
235	0,411	0,193	0,046
240	0,398	0,187	0,043
245	0,395	0,160	0,041
250	0,386	0,135	0,037
260	0,340	0,031
270	0,283	0,028
280

109843/1366

Der Rauch wurde durch 20 ml Wasser durchgeperlt und die gewonnene Lösung ad α und b mußte mittels der Filtrierung von den unlöslichen Unreinigkeiten befreit werden, im Falle c wurde ohne Filtration eine klare Lösung gewonnen. Die Adsorption wurde nach der Verdünnung der Lösungen im Verhälnis 1 : 100 gemessen.

Aus der Tabelle 1 geht hervor, daß der Filter bei der Anwendung des Silikagels mit eingebauter Aktivkohle (Kolonnen c) bedeutend wirksamer ist als der Zellulose-Filter (Kolonne b).

Tabelle 2

Die Absorption des Wasserauszuges von Tabakrauch nach den Durchgang durch Silikagel, durch Aktivkohle und durch Silikagel mit eingebauter Aktivkohle.

Zum Versuch wurden je 5 Zigaretten mit Dreikammer-Filter verwendet, wobei die Randkammer die Zellulosefüllung hatten. Die mittlere Kammer hatte die Füllung von Silikagel für chromatographische Zwecke, Wassergehalt in der Füllung 10 % (Kolonne d ).

Die Füllung von granulierter Aktivkohle ohne Wasser (Kolonne c) und schließlich die Füllung von Silikagel mit 10 % eingebauter Aktivkohle, Wassergehalt in der Füllung 10 % Kolonne f).

109843/1366

Die Absorption des Wasserauszuges der durch den Filter durchgegangenen Produkte des Rauches der verdünnten Lösung 1 : 10

λ :.

(nm) Zigarette mit Filter

d) a) f)

AUS Silikagel aus Aktivkohle gemäß der Erfindung

215	0,380	0,282	0,153
220	0,372	0,258	0,131
225	0,329	0,238	0,119
230	0,285	0,220	0,108
235	0,255	0,210	0,105
240	0,230	0,200	0,099
250	0,211	0,182	0,090
260	0,197	0,163	0,082
270	0,165	0,128	0,063
280	0,138	0,106	0,056

Der Rauch wurde durch 20 ml Wasser durchgeperlt. Die Absorption wurde nach der Verdünnung der Lösung i« Verhältnis 1 : 10 gemessen.

Aus der Tabelle 2 geht hervor, daß der Filter bei der Verwendung von Silikagel mit der eingebauten Aktivkohle gemäß der Erfindung die Mindestmenge der durch Filter durchgehenden und im Wasser absorbierten Produkte aufweist.

- 7

109843/1366

Aus den durchgeführten Experimenten geht hervor, daß bei den nach dieser Erfindung hergestellten Filtern, d. h. solchen, bei welchen Silikagel mit eingebauter Aktivkohle verwendet wurden, im Vergleich mit den bis jetzt gebräuchlichen Filtern eine Herabsetzung der schädlichen Stoffe in dem eingeatmeten Tabakrauch bewiesen wurde. Dabei bleibt das Aroma des Tabakrauches und seine Stimulationswirkung erhalten.

Bei fortgesetzter Forschung wurde festgestellt, daß die Wirkung des Filters gegen Tabakrauch dadurch beträchtlich erhöht werden kann, daß in dem Filter nach der Erfindung, wobei Silikagel mit eingebauter Aktivkohle als Adsorbent verwendet wird, das Silikagel, welches 0, 2 bis 80 % Aktivkohle enthält und 10 ti bis 3 mm Körnung aufweist, zwecks Erhöhung der spezifischen Wirksamkeit in einem oder in beiden Komponenten imprägniert wird, insbesondere die Aktivkohle. Die Imprägnierung erfolgt durch Eisen oder Zinkoxyd in einer Menge von 1 bis 25 % pro verwendetes Adsorbens.

Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß Silikagel mit einer Mischung der unprägnierten und imprägnierten Aktivkohle verwendet wird.

Schließlich ist als Kennzeichen der Erfindung zu erwähnen, daß in Silikagel neben der Aktivkohle weitere Stoffe mit Absorption oder Adsorptionseigenschaften eingefügt werden, z. B, Aluminiumoxyd oder Ionenaustauscher auf der Basis der synthetischen Harze in einer Menge von 1 bis 25 % pro verwendetes Adsorbens.

108843/1366

Ein größerer Gehalt an Aktivkohle und ihre eventuelle Imprägnierung bringen, im Vergleich mit der ursprunglichen Art, eine ganze Reihe von beträchtlichen Verbesserungen der Absorptionseigenschaften mit sich.

Der Filter, welcher eine größere Menge von der im Silikagel eingebauten Aktivkohle einschließt, hält mehr von den unerwünschten im Tabakrauch enthaltenden Stoffen auf als andere Filter. Zum Beispiel von den im Wasser löslichen Stoffen fängt der Filter, welcher 53 % eingebauter Aktivkohle enthält, sogar um 20 % mehr der unerwünschten Stoffe auf, als der Filter mit dem Inhalt von 15 % Aktivkohle.

Bei höherem oder niedrigerem Aktivkohlegehalt im Silikagel erreicht das Adsorbens, was die Kapazität anbelangt, das Maximun seiner Wirksamkeit nicht. Dessen ungeachtet sind seine Funktionseigenschaften immer beträchtlich besser als die Absorptionswirkung der Aktivkohle oder des Silikagels allein.

Die Menge der im Silikagel eingebauten Aktivkohle kann bei diversen Tabaksorten und bei Einhaltung der hohen Absorption von schädlichen Stoffen auf verschiedene Weise gUnstig die Geschmackeigenschaften des einzunehmenden Rauches beeiflussen.

Bei der Herstellung der Filter wird das Adsorbens direkt in die Masse des passenden Trägers zugesetzt, z. B. bei der Herstellung des zur Filtererzeugung bestimmten Papiers, oder es wird mit ihm der geeignete Träger gleichmäßig belegt, z. B. die faserige Zellulose.

109843/1366

Diese Bearbeitungsarten haben gewisse Vorteile. In erster Linie werden kleinere Ansprüche hinsichtlich der Festigkeit des Adsorbens gestellt. Weiter entfällt die Notwendigkeit der Benutzung des Bindemittels bei dem Auftragen des Adsorbens auf einen passenden Träger.

Den Tabakrauchfilter kann man dadurch vervollkommnen, daß er aus zwei oder auch aus mehreren Bestandteilen zusammengestellt wird. Der Filter besteht dann aus zwei oder mehreren Teilen von verschiedenem Material«

Für den Filter in Form von austauschbaren Einlagen hat sich als Füllung das grobkörnige Absorbens mit der Korngröße von 0,5 bis 3 mm und mit 0,2 bis 20 % eingebauter Aktivkohle bewährt. Das Adsorbens von dieser Korngröße wird durch einen kleinen Widerstand gekennzeichnet und ist demzufolge für die Füllung in die Zigaretten- und Zigarrenspitze geeignet.

Das Adsorbens von 1 bis 3 mm Korngröße und mit 3 % Aktivkohle und 17 % feinpulverigen Aluminiumoxyd-Gehalt hat sehr große Adsorptionseigenschaften. Seine Farbe ist hellgrau. Es ist deshalb visuell möglich, die fortschreitende Front des dunkleren Adsorbens, verfärbt durch aufgefangene schäiliche Stoffe aus dem Tabakrauch, zu verfolgen« Es ist möglich, den Moment abzuschätzen, wann die durchsichtige Einlage mit der Filtrationsfüllung auszutauschen ist»

In einigen Fällen kann man eine weitere Besserung der Eigenschaften de» filtrierten Tabakrauches durch die Verwendung der Pulveraktivkohle von Korngröße bis 0,2 mm erzielen, wenn diese mit possenden

- 10 109843/1366

Stoffen, ζ. B. mit Eisen- oder Zinkoxyden, imprägniert werden, welche zur Erhöhung der spezifischen Wirksamkeit des Absorbens dienen. Die Menge des Imprägnationsstoffes ist in den Grenzen von 1 bis 15 % am wirksamsten.

Gunstige Absorptionseigenschaften werden durch Mischung von imprägnierter und unimprägnierter Aktivkohle, welche zusammen in das SiIikagel eingebaut wird, erzielt. Diese Mischung der Aktivkohle im Verhältnis 1:1 setzt das Vorhandensein der Zyan— und Schwefelverbindungen in dem filtrierten Tabakrauch beträchtlich herab_o

Mit Vorteil kann man bei der Fällung des Kieselsäure-Sols, welches auf ionenaustauschende Art hergestellt wurde, zu der Aktivkohle beim Rühren geeignete pulverige, unlösliche Stoffe mit chemischen oder katalytischen Wirkungen beimischen, und zwar in der Menge von 1 bis 25 %. Einen günstigen Einfluß auf die Zusammensetzung des Tabakrauches hat die Mischung der Aktivkohle mit 3 % des Pulver-Aluminiumoxyds oder mit den Ionenaustauschern auf Basis der synthetischen Harze. In beiden Fällen werden die Geschmack—Eigenschaften des filtrierten Tabakrauches verbessert.

Folgende Beispiele dienen zur Illustration des Erfindungsgegenstandes ohne ihn jedoch einzuschränken»

Beispiel 1

Das PapiermundstUck wird an der Tabaksäule mit einem 7 hur hohen Zellulosetampon verschlossen· In den Hohlrau, wird dann das SiIikagel mit 10 % eingebauter Aktivkohle mit einem Wassergehalt von 10 % und in einer Körnung 0,2 bis 0,5 n» in einer Menge vor 0,21

- 11 -109843/1366

bis 0,22 g eingeschüttet. Die Hülse wird schließlich mit einem zweiten, gleichfalls 7 mm hohen Zellulose-Tampon verschlossen, wodurch ein hochwirksames Dreikamm*Tilter entsteht.

Beispiel 2

Auf den Filterpapierbogen wird eine dUnne Schicht der wässrigen Suspension von Silikagel mit 10 % eingebauter Aktivkohle von 10 bis 30 li Körnung und des geeigneten Bindemittels aufgetragen· Das Papier mit der aufgetragenen dünnen Schicht wird getrocknet bei 120 C. Die Stärke der endgültigen Adsorbens-Schicht soll 0,1 mm ausmachen. Aus dem mit der Adsorbens-Scbicht versehenen Papier werden dann in Üblicher Weise Stäbchen gefownt, welche in das Papiermundstück der Hülse eingelegt werden. Dadurch entstehen hochwirksame Einkammerfilter.

Beispiel 3

In die für Zigarrettenfilter geeignete Papiermasse werden im Laufe des Herstellungsprozesses 10 % von Adsorbens zugegeben, wobei die Größe der Körnung des Adsorbens 10 bis 100 u beträgt. Das Adsorbens enthält 45 % der Aktivkohle.

Beispiel 4

In die Papiermasse für die Tabakrauchfilter werden 35 % des Adsorbens zugegeben, Korngröße 10 bis 150 u. Das Adsorbens enthält 22% der Aktivkohle.

- 12 -

109843/1366

Beispiel 5

Vor der endgültigen Verarbeitung zu den Filtern wird zu der Viskose 5 % Adsorbens zugegeben und gleichmäßig verteilt. Die Körnung des Adsorbens liegt in den Grenzen von 10 bis 50 u. Das Adsorbens enthält 26 % der Aktivkohle.

Beispiel 6

In 10 Liter Sole der Kieselsäure, welche auf Ionenaustauscher-Art hergestellt wurde, werden beim intensiven Mischen 30 g mit Eisen- und Zinkoxyden imprägniert und 40 g unimprägnierte Aktivkohle zugegeben. Zur Gelbildung wird 1 Liter der 10 % Lösung des anorganischen Salzes, z. B. des Eisensulfats verwendet. Weiter wird in üblicher Weise vorgegangen.

Beispiel 7

In das Sol der Kieselsäure, welche vor der Fällung in der im Beispiel 6 beschriebenen Art hergestellt wurde, wird beim Mischen 15 der Aktivkohle und 3 % des Zinkoxyds zugegeben.

Beispiel 8

In das Sol der Kieselsäure, welche vor der Fällung in der im Beispiel 6 beschriebenen Art hergestellt wurde, wird beim Mischen 30 % der Aktivkohle und 5 % des pulverigen Polyamid-Ionenaustauschers zugegeben.

- 13 -

10^843/1366

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Tabakrauchfilter mit Silikagel-Adsorbens, dadurch gekennzeichnet, daß in das Silikagel Aktivkohle in einer Menge von 10 bis 15 % mit einem Wassergehalt von 8 bis 12 % eingebracht ist.

2. Tabakrauchfilter mit Silikagel-Adsorbens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge 10 % und der Wassergehalt "\0 % beträgt.

3. Tabakrauchfilter mit Silikagel-Adsorbens nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß fUr ein Einkammerfilter die Körnungsgröße zwischen 10 und 30 υ aufweist und für ein Dreikammerfilter die Körnung 0,2 bis 0,5 mm beträgt.

4. Tabakrauchfilter mit Silikagel-Adsorbens nach Anspruch 1 und/oder einem der folgenden, dadurch gekennzeich net, daß das Silikagel, das 0, 2 bis 80 % Aktivkohle enthält und eine Körnung zwischen 10 u bis 3 mm aufweist, imprägniert ist_o

5. Tabakrauchfilter mit Silikagel-Adsorbens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Imprägnierung bei einem oder bei beiden Stoffen vorgenommen ist.

- 14 -

Νβυθ Unterlagen {Art 7 § I Abs, 2 Nr. 1 Sau 3 des Ängerun(j9oet. v. 4,». ti»

109843/1366

-H-

6. Tabakrauchfilger mit Silikagel-Adsorbens nach Anspruch 4 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohle mit Eisen- und/oder Zinkoxyden imprägniert ist.

7. Tabakrauchfilter mit Silikagel-Adsorbens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Imprägnierungsmittels 1 bis 25 % des Adsorbens beträgt.

8. Tabakrauchfilter mit Silikagel-Adsorbens nach Anspruch 1 und/oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Adsorbens Silikagel mit einer eingelagerten Mischung von unimprägnierter und imprägnierter Aktivkohle Verwendung findet.

9. Tabakrauchfilter mit Silikagel-Adsorbens nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in das Silikagel neben der Aktivkohle weitere Adsorbentien oder Stoffe mit Adsorbtions-Eigenschaften eingebaut sind, beispielsweise Aluminiumoxyd oder Ionenaustauscher auf synthetischer Harzbasis, in einer Menge von 1 bis 25 % des Adsorbens.

PATENTANWALT

109843/13S6