DE1913096C3

DE1913096C3 - Verwendung eines Kunstharzschaummaterials aus untereinander verbundenen Aggregaten als Filtermittel für Tabakrauch

Info

Publication number: DE1913096C3
Application number: DE1913096A
Authority: DE
Inventors: William R. Johnson; Jerome S. Osmalov; Richard N. Thomson
Original assignee: Philip Morris USA Inc
Current assignee: Philip Morris USA Inc
Priority date: 1968-03-21
Filing date: 1969-03-14
Publication date: 1975-11-06
Also published as: DE1913096B2; ES364742A1; CH540655A; GB1259498A; NL6904313A; DOP1969001568A; US3528433A; DE1913096A1; FI52013C; NO131154C; NO131154B; AT291077B; IL31840A; BE729469A; IL31840A0; JPS4815640B1; BR6907364D0; FI52013B; LU58191A1; FR2004361A1

Description

Zum Filtern von Tabakrauch sind schon viele Stoffe vorgeschlagen worden. Bekannt ist die Verwendung von Holzkohle, gegebenenfalls in Kombination mit Papier, Fasern und anderen bekannten Filtermaterialien. Aus der CH-PS 3 19 926 ist es bekannt, ils Filtermassen für Zigaretten Kunstharzschäume zu verwenden, die Harnstoff in feiner Verteilung enthalten. In der IT-PS 5 74 416 werden Harnstoff-Formaldehydharze, bei denen zusätzlich noch SiIicagele verwendet werden, als Filter verwendet. Gemäß IT-PS 5 73 502 werden als Filter für Zigaretten Schwämme oder Schäume aus Di- oder Polyisocyanaten verwendet. Diese bekannten Schaumstoffe lind Weichschäume, d. h., sie sind elastisch und stellen nicht starre Gebilde dar. Voraussetzung für einen hohen Filterwirkungsgrad ist unter anderem, daß die verwendeten Schaumstoffe offenzellig und mikroporös sind. Schäume auf Basis von Formaldehyd sind immer geschlossenzellig. Solche Schäume sind aber nicht geeignet, um gleichzeitig eine gute Filterwirkung und einen möglichst geringen Zugwiderstand zu ermöglichen. Außerdem haftet Harnstoff-Formaldehydharzen immer ein unangenehmer Geruch an, der auch nicht vollständig, etwa durch überschüssigen Harnstoff, entfernt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filter für Tabakrauch aus Kunstharzschaummaterial zu stellen, das eine hohe Filterwirksamkeit und gleichzeitig einen niedrigen Zugwiderstand ergibt.

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines Kunstbarzschaummaterials aus untereinander verbundenen Aggregaten eines thermoplastischen Kunstharzes aus der Gruppe Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyäthylen, Polyvinylbutyral, Mischpolymeren von Vinylchlorid und alkylsubstituierten Maleaten, Mischpolymeren von Vinylchlorid und Vinylacetat und Mischungen derselben und Mischpolymeren von Vinylchlorid und Estern der Acryl- und Methacrylsäure mit einem sich von Oberfläche zu Oberfläche der Struktur erstreckenden, netzartigen Kapillarporensystem und einem durchschnittlichen Porendurchmesser von 2 bis 25 Mikron als Filtermittel für Tabakrauch. ^ei5

Das erfindungsgemäß verwendete Kunstharzschaummaterial kann nach dem Verfahren der US-PS 27 77 824 und US-PS 30 55 297 hergestellt werden.

Die thermoplastischen Kunstharze können auch Weichmacher enthalten. Hierfür sind die aus dem Stand der Technik bekannten Weichmacher geeignet. Im allgemeinen beträgt der Weichmachergehalt 40 bis 160% vom Gewicht des Kunstharzes.

Der durchschnittliche Porendurchmesser im Kapillarporensystem beträgt 2 bis 25 Mikron. Besonders bevorzuei wird ein durchschnittlicher Porendurchmesser von 4 bis 20 Mikron, wobei in besonders bevorzugter Weise die Porengrößenverteilung dem Vorliegen von nicht mehr als 15% Poren mit einem Durchmesser von unter 3,5 Mikron entspricht.

Es ist vorteilhaft, wenn die Kunstharzschaumteilchen eine Größe von 0,42 bis 0,17 mm aufweisen.

Das mikroporöse Kunstharzschaummaterial soll in dem Filter vorzugsweise nicht in Form einer so dichten Packung angeordnet werden, daß keine Durchlässe mehr für das Hindurchpassieren des Rauches vorliegen. Vorzugsweise sind die Tabakrauchfilter so aufgebaut, daß der Rauch durch und um die Teilchen aus Kunstharzschaummaterial passieren kann.

Der Zugwiderstand ist wie folgt definiert: Ein Vakuumsystem wird auf die zugweise Vorlage eines Luftstroms von 1050cm³/Min. eingestellt, indem man das verjüngte Ende eines Kapillarstandardrohrs durch den Zahndamm des Zigarettenhaiters einsetzt und die Anzeige des Wassermanometers auf den korrekten Zugwidevstand einstellt, wobei man vor dem Einsetzen der Standardkapillare den Manometerwasserstand auf Null einstellt.

Dann wird das Mundstückende einer Zigarette oder eines Pfropfens auf eine Tiefe von 5 mm in den Zahndamm des Zigarettenhalters eingesetzt. Dei· Druckabfall hinter dieser Zigarette beim Hindurchströmen von Luft mit 1050cm³/Min. wird an dem geneigten Wassermanometer direkt als Zugwiderstand (Einheit cm · 2,54 Wassersäule) abgelesen.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1
A. Herstellung des Kunstharzschaumes

1 Teil Polyvinylchlorid wurde zu einem homogenen Plastisol mit 1 Teil D-(2-äthylhexyl)-phthalat gemischt. 0,1 Teile dreibasisches Bleisulfat und 4 Teile Dekahydronaphthalin wurden zugemischt. Die Emulsion wurde in ein Glasrohr gegossen, dieses dann in festes Kohlendioxid getaucht, der freie Raum mit trockenem Stickstoff gespült und das Rohr verschlossen.

Im Ofen wurde nach Wiedererreichen einer Ofentemperatur von 176⁰C 45 Min. erhitzt; Maximaltemperatur 183⁰C. Das nach dem Abkühlen und öffnen des Rohrs als fester, jedoch elastischer Stab entnommene Produkt wurde in Scheiben von 3,2 bis 1,6 mm Dicke geschnitten und 4 Std. der Atmosphäre über siedendem Äthanol ausgesetzt.

Das Produkt wurde im Vakuumofen 4 Std. bei etwa 10 mm Druck und 5O⁰C getrocknet. Die mikroskopische Untersuchung ergab eine gleichmäßige Verteilung der Poren durch die gesamte Masse und einen Porendurchmesser in einem sehr engen Bereich von 4 bis 15 Mikron, im Durchschnitt von 5 Mikron. Das spröde Produkt ließ sich in feine Teilchen aufbrech:n, welche die poröse Struktur behielten.

Das Produkt wurde durch Behandlung auf einem Waring-Mischer zerkleinert und auf eine Teilchengröße von 0,42 bis 0,17 mm gesichtet.

B. Verwendung gemäß der Erfindung

Abgewogene Mengen des unter A. erhaltenen Produktes wurden in einen an den 65-mm-Tabakstrang einer Zigarette angrenzenden Raum eingebracht, worauf ein entsprechend 85 mm Gesamtlänge zurechtgeschnittenes 5-den/68 000- Celluloseacetat-Stützfilter angesetzt wurde, um das Polymere an seinem Ort zu halten. Die Zigaretten wurden maschinell abgeraucht; Ergebnisse:

Tabelle I

Mikronetzartiges Polyvinylchlorid im Zigarettenfilter

Polyvinyl	Zugwider	Gesamt-	:1 2	Filter-
chlorid	tand der Zigarette	schwebestoffe	wirkungsgrac
mg	cm · 2,54	mg	%
100	5,0	15,5	63
100	7,0	10,1	75
150	9,0	8,6	84
150	11,0	3,5	92
Ohne Filter	2,4	41.2
(Kontroll
versuch)
	B e i s ρ i e

Ein in ähnlicher Weise wie im Beispiel 1 A erhaltenes poröses Polyvinylchlorid mit einer sehr gleichmäßigen Porengrößenverteilung, wobei die Durchmesser von 5 bis 80 Mikron reichten und im Durchschnitt 15 Mikron betrugen, wurde in einen an den 65-mm-Tabakstrang einer Handelszigarette angrenzenden Raum eingebracht, worauf ein entsprechend 85 mm Gesamtlänge zurechtgeschnittenes 5-den/ 68000-Celluloseacetat-Stutzfilter angesetzt wurde, um das Polymere an seinem Ort zu halten.

Die Zigaretten wurden maschinell abgeraucht; Ergebnisse:

Tabelle Il

Mikronetzartiges Polyvinylchlorid
im Zigarettenfilter

Polyvinyl chlorid mg	Zugwider stand der Zigarette cm · 2,54	Gesamt schwebestoffe mg	Filter wirkungsgrad 7.
60 150 Kein Filter	6,4 10,0 2,4	13,9 6,6 40	65 83

In den in Tabelle III gezeigten Versuchen 1 bis 6 werden verschiedene harte und weiche Polyurethanschäume geprüft. Die Versuche 7 bis 10 sind mit erfindungsgemäßen Filterzigaretten durchgeführt worden. Dabei waren bei den Versuchen 1 bis 5 und 7 bis 10 die Filtermaterialien in granulärer Form und im Versuch 6 in Form von gerollten Blättern angeordnet.

Die Versuche 1 bis 6 entsprechen dem Stand der Technik, wie er aus der IT-PS 5 73 502 ersichtlich ist. Alle verwendeten Schaumstoffe, die des Standes der Technik, wie die erfindungsgemäßen, haben offene Zellen. Während die Filterwirksamkeit bei den Versuchen 1, 3, 5 und 6 befriedigend ist, genügt sie nicht bei den Versuchen 2 und 4. Neben der Filterwirksamkeit spielt aber der Zugwiderstand der Zigarette eine erhebliche Rolle. Der Zugwiderstand ist bei den Zigaretten der Versuche 1 bis 3 und 5 und 6 zu hoch. Beim Versuch 4 ist der Zugwiderstand gut, aber die Filterwirkung ist zu gering, und umgekehrt ist beim Versuch 6 die Filterwirkung sehr gut, aber der Zugwiderstand zu hoch. Die erfindungsgemäßen Filter gemäß den Versuchen 7 bis 10 zeigen einen geringen Zugwiderstand des Filters und in der Zigarette und gleichzeitig einen hohen Filterwirkungsgrad.

Bei den Versuchen 1 bis 6 wurden Polyurethanschäume verschiedener Hersteller geprüft. Die Porengröße bei den Versuchen 1 bis 4 ist nicht bekannt, beim Versuch 5 wird sie vom Hersteller mit 40 Poren/ cm angegeben.

Soweit die erfindungsgemäß einzusetzenden Filtermaterialien auf Grund der Verordnung über Tabak und Tabakerzeugnisse (Tabakverordnung) vom 10. Febiuar 1972 (Bundesgesetzblatt, 1972, Teil I, S. 182) zur Zeit für Filter von Tabakwaren nicht zugelassen sind, dürfen diese nur für solche Tabakwaren verwendet werden, die für Lieferungen außerhalb des Geltungsbereiches des Lebensmittelgesetzes bestimmt sind.

Tabelle III

Vergleich von Filterzigaretten

Filtermaterial (granular) außer Nr. S	Menge des Schaum stoffes im Filter	Teilchen größe	Zugwider stand des Filters	1 Tabak füllung	Zugwider stand der Zigarette	Gjsamt- schwebe- stoffe Abgabe	Filter wirkungs grad	14,3	60	Guter Wirkungsgrad,	9,3	72
	mg	mm	cm · 2,54	mm	cm ■ 2,54	mg	o/ /O			aber Zugwiderstand ist zu hoch
1. Harter Polyurethan								9,5	72
schaum, offene
Zellen A	75	<0,42	7 0	65	9,0	14,2	61
2. Harter Polyurethan
schaum, offene								5,0	10,8	68
Zellen B	75	<0,42	6,0	65	8,0	17,4	52
3. Weicher Poly
urethanschaum,
offene Zellen C ...	75	<0,42	6,0	65	8,0	12,4	67
4. Weicher Poly
urethanschaum,								5,0	11,3	68
offene Zellen D ...	75	0,41	2,5	65	4,5	21,1	42
		bis			Guter Zugwiderstand,
		0,17			aber Wirkungsgrad ist schlecht
5. Weicher Poly
urethanschaum
40 Poren/cm (Blatt						5,0	8,5	76
material) E	245		6,0	65	8_;0
6. Polyurethanschaum,
offene Zellen F ...	40	<0,42	6,0	65	8,0


7. Schaum aus Vinyl-						5,0
chlorid/Vinylacetat-
Mischpolymerisat
90/10
Porengröße 8 μ ...	75	0,42	3,0	65
		bis 0,17
8. Schaum aus Vinyl-
chlorid/Vinylacetat-
Mischpolymerisat
90/10
PorengröBe 8 μ ...	75	0,42	3,0	65
		bis 0,17
9. Schaum aus Vinyl-
chlorid/Vinylacetat-
Mischpolymerisat
90/10
Pörengröße 15 μ ..	75	0,42	3,0	65
		bis 0,17
10. Schaum aus Vinyl-
chlorid/Vinylacetat-
Mischpolymerisat
90/10
Porengröße 8 μ ...	75	0,42	3,0	65
		bis 0,17

Claims

Patentanspruch:

Verwendung eines Ki nstharzschaummaterials aus untereinander verbundenen Aggregaten eines thermoplastischen Kunstharzes aus der Gruppe Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyäthylen, Polyvinylbutyrat, Mischpolymeren von Vinylchlorid und alkylsubstituierten Maleaten, Mischpolymeren von Vinylchlorid und Vinylacetat und Mischungen derselben und Mischpolymeren von Vinylchlorid und Estern der Acryl- und Methacrylsäure mit einem sich von Oberfläche zu Oberfläche der Struktur erstreckenden, netzartigen Kapillarporensystem und einem durchschnittlichen Porendurchmesser von 2 bis 25 Mikron als Filtermittel für Tabakrauch.