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Tabakrauchfilter Die Erfindung betrifft Tabakrauchfilter, insbesondere
ein Zigarettenfilter. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Tabakrauchfilters
aus einem Material, das die Absorptionsleitung des Filters in neuartiger Weise verbessert
und ein extrem hohes Aufnahmevermögen für Tabakrauchkondensat besitzt, um dadurch
Ei definierter "freier Durchgangsfläche" die Wirksamkeit eines solchen Uabakrauchfilters
gegenüber herkömmlichen, aus fädigem Material, wie z. B. Celluloseacetat bestehenden
Tabakrauchfiltern, um ca. 45 % zu verbessern.
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Es sind bereits eine Reihe von Verfahren zur Herstellung von Tabakrauchfiltern
bekannt. Für die zigarettenherstellende Industrie haben jedoch nur solche Verfahren
Bedeutung erlangt, die die Filterstäbe aus endlosen FaserbUndeln aus synthetischen
Materialien vornehmlich Celluloseaoetat bilden oder solche, die endlose gekreppte
Papierbahnen mit und ohne Vliesauflage als Ausgangsmaterial zur Filterstabbildung
benutzen.
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Zur Verbesserung der Absorptionsleistung von Zigarettenfiltern wurden
u. a. Prallkörper im Filter vorgesehen.
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Diese sollen die nichtgasförmigen Tabakrauchbestandteile bremsen oder
zur Bildung von größeren Agglomeraten veranlassen. Man hat auch bereits in die Filter
Stoffe mit großer innerher Oberfläche wie Aktivkohle, Kieselgele sowie natürliche
oder auch künstiliche Ionenaustauscher eingelagert. Diese Stoffe entfalten jedoch
nur hinsichtlich der Gasphase des Tabakrauches die ihnen eigene Wirkung. Dadurch,
daß ihre äußere Oberfläche zumindesten partiell während des Hindurchströmens von
Tabakrauch sehr schnell von niedergeschlagenen, nichtgasförmigen Rauchanteilen bedeckt
wird, verliert die innere Oberfläche solcher Stoffe jedoch sehr rasch ihre Wirksamkeit.
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Außerdem sind solche oberflächenaktiven Stoffe weitgehend durch die
Fixiermittel, die sie im Faserbündel oder Vlies des Tabakrauchfilters festhalten
sollen, blockiert, so daß sie von vornherein selbst für die Gasphase des Tabakrauches
nur bedingt wirksam sein können.
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Man hat ferner bereits sehr feine Fasermaterialien, wie Asbestfasern
oder solche tierischer Herkunft, wie Kollagenfasern, als Tabakrauchfiltermáterial
verwendet, weil sioh Tabakrauchpartikel nur an solchen Kdpern wirksam niederschigen,
die ihnen in den äußeren Dimensionen entsprechen. Bei faserigem Material müssen
also die Durchmesser der Einzelfasern größenordnungsmäßig denen der Tabakrauchpartikeln
entsprechen.
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Abgesehen davon, daß sich tierische Fasern, wie Kollagenfasern, aus
geschmacklichen und werbepsychologischen Gründen für die Herstellung von Zigarettenfiltern
verbieten, sind sie aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften zur Verarbeitung zu
Zigarettenfiltrn ungeeignet,
obwohl sie für die zu lösende Aufgabe
die richtigen Einzelfaserdurchmesser besitzen. Anorganisches Fasermaterial geeigneter
Stärke hat sich seiner geringen mechanischen Belastbarkeit wegen nicht als Filtermaterial~bewährt.
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Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe, die Adsorptionsleistung
von Zigarettenfiltern zu erhöhen dadurch, daß in ein Vlies aus künstlichen oder
natürlichen Fasern mit möglichst geringem, jedoch für die Verwendung als Tabakrauchfiltermaterial
noch eine ausreichende Festigkeit aufweisenden Einzeltiter, zermahlene Schaumstoffpartikeln
eingelagert und mit Hilfe von, erst im Vlies zur Polymerisation zu bringenden Kunststoffen
dort in ihrer Lage sofixiert werden, daß ein Herausfallen oder Heraus stäuben während
der Lagerung oder des Konsums des mit dem so gefertigten Filter versehenen Tabakwarenartikels
unmöglich ist.
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Die zermahlenen Schaumstoffteilchen haben vorzugsweise Muschelform
mit so geringen Wandstärken, daß sich an den Bruchkanten in bevorzugtem Maße Rauchpartikeln
niederschlagen, die dann vom lockeren aber ausreichend saugfähigen Trägervlies aufgenommen
werden.
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Das Filtermaterial wird z. B. mit einer Schar von Rundmessern in gleichmäßige
Streifen zerschnitten, die naturgemäß rechteckigen Querschnitt haben, und zu einem
endlosen Filterstab zusammengefaßt sind. Für den Tabakauchstrom stellen diese parallel
zueinander liegenden Streifen eine dichte Masse dar, so daß er ausschließlich durch
den nicht von diesen Streifen verfüllten Filterraum hindurchströmt. Die Summe der
Querschnittfläche dieser nicht verfüllten Räume ergibt die "freie Durçchgangsfläche",
die
bei einem gewählten Zugwiderstand des Filterstopfens so einzustelin ist, daß die
Strömungsgeschwindigkeit des Rauchstromes zur optimalen Niederschlagung ausreichend
groß ist. Diese 'freie Burchgangsfläche" ist für jede Filteraufgabe unter Berücksichtigung
der Filterlänge, der jeweiligen Tabakmischung, des für den günstigsten Geschmackseindruck
noch zulässigen Zugwiderstandes der Gesamtzigarette etc. empirisch von Fall zu Fall
neu festzulegen. Die in die Räume zwischen den Filtermaterialstreifen hineinkragenden,
zermahlenen Schaumstoffteilchen bilden dabei eine Vielzahl von Turbulenzzentren,
die die Voraussetzung für die gegenüber herkömmlichen Zigarettenfilgern verbesserte
Adsorptionsleistung der erfindungsgemäßen Tabakrauchfilter bilden.
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Vorzugsweise wird dabei die mittlere Teilchengröße der Schaumstoffpartikeln
kleiner als der mittlere Porendurchmesser des den Partikeln zugrundeliegenden Schaumstoffes
gewählt.
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Als Trägervliesfasern können beliebige faserige Materialien verwendet
werden, wie Asbest, Cellulose, Celluloseacetat, Regeneratcellulose, Glasfasern,
Linters etc. Als Verbindungen, die im Vlies zur Polymerisation gebracht werden,
haben sich vornehmlich Styrole bewährt, aber auch Acryl- oder Methacrylsäureester,
Vinylacetat, Vinylchlorid, Vinyläther, und Isobutylen.
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Das Vlies mit den lose eingelagerten Schaumstoffpartikeln wird mit
Lösungen oder Emulsionen der monomeren oder auch partiell polymerisierten, noch
polymerisationsfähigen Verbindungen beansprucht, oder in sie getaucht, und durch
beliebige Wärme- oder LIchtbehandlung, wShrend der die Slymerisation abläuft oder
zu Ende verläuft, mit den eingelagerten Schaumstoffpartikeln zu einer nicht mehr
zu lösenden, 1ockeren- Einheit verbunden.
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Bei langsam verlaufenden Reaktionen ist die zusätzliche Verwendung
von Polymerisations-Katalysatoren zweckmäßig. Als solche haben sich Kobalt- oder
Mangansalze alizyklischer Karbonsäuren in Mengen unter 1 1bezogen auf die polymerisationsfähige
Verbindung), vornehmlich 0,02 - 0,2 % als günstig erwiesen.
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Das erfindungsgeinäße Tabakrauchfilter läßt sich noch verbessern,
wenn den verwendeten polymerisationsfähigen Verbindungen Blähmittel zugesetzt werden,
die im Vlies eine zumindest partielle Verschäumung des Kunststoffes möglich machen.
Auch dir Zusatz von an sich schäumbaren Kunststoffen hat sich zur weiteren Verbesserung
der erfindungsgemäßen Tabakrauchfilter bewährt Das Vlies wird auf diese Weise noch
aufnahmefähiger für die siQh an den eingelagerten, zermahlenen Schaumstoffpartikeln
niederschlagenden Tabakrauchkondensate.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert,und
die gegenüber herkömmlichen Filtermaterialien erreichbare Verbesserung aufgezeigt.
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Beispiel 1 Polyurethanschaum mit einem mittleren Porendurchmesser
von 1,2 mm wurde zerrieben und nach Teilchengröße fraktioniert.
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Für die aufgeführten Beispiele wurde eine Fraktion von 0,25 bis 0,7
mm verwendet. Die Partikel haben in diesen Korngrößenbereich unter der Voraussetzung
einer Porengröße von 0,8 - 1,5 mm die Form flacher Schalen oder größerer Bruchstücke
davon.
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30 g dieser Schaumstoffpartikel wurden zu 200 g in Wasser aufgeschlagenem
Zelluloseazetatfasermaterial von 1,6 Den.
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und einer Faserlänge von 2,0 - 4,0 mm gegeben, das Ganze kräftig aufgerührt
und über Siebe abgesaugt. Dabei wurden die Siebflächen so gewählt, daß die entstandenen
Blätter nach dem Trocknen (ohne Druck) ein lockeres Vlies mit einer Stärke von ca,
0,5 mm bildeten.
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Die getrockneten Blätter wurden darauf durch eine 20 ziege äthanolische
Styrollösung geführt, getrocknet und durch Erwärmung auf 1400 C gehärtet. Danach
wurden sie in 0,5 mm breite Streifen von annähernd quadratischem Querschnitt geschnitten.
Diese Streifen wurden in einer solchen Anzahl zu Filterstäben von 8,25 mm Durchmesser
zusammengefaßt und mit einer Papierumhüllung versehen, daß aus diesen Filterstäben
geschnittene, 17 mm lange Filterstopfen einen Zugwiderstand von 60 t 5 mm Wassersäule
bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 17,5 ml/sec. besaßen. In den Filterstäben
und Filterstopfen lagen die einzelnen Streifen Filtermaterial annähernd parallel
zueinander und begrenzten Rauchstromkanäle von gleichem Querschnitt und gleicher
Anzahl über die gesamte Filterstablänge, so daß in jedem aus dem in diesem von Hand
gefertigten Beispiel zwar endlichen, sonst aber endlosen Filterstrang geschnittenen
Filterstopfen die gleiche "freie Durchgangsfläche" gesichert ist.
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Die aus den Stäben geschnittenen Filterstopfen wurden an Zigarettentabakstränge
gesetzt und die so entstandenen Filterzigaretten entsprechend dem DIN-Entwurf Nr.
10.240 (siehe auch Beiträge zur Tabakforschung" 1 S. 32 (1961), 1 S. 307 (1962))
verraucht und der Hauptstromrauch sowie das Filter analytisch untersucht. Als Vergleich
dienten 17 mm lange Filter aus Zelluloseazetattow mit einem Einzeltiter von 5 Den.
und einem Gesamttiter von 78.000 Den. unter
Verwendung von 9 % Triacetin
als Härter, die im gleichen Zugwiderstandsbereich wie die erfindungsgemäßen Filter
lagen und wie diese an die gleichen Zigarettentabakstränge gesetzt worden waren.
Die nachfolgende Tabelle 1 gibt Aufschluß über die Überlegenheit des neuen Filters
gegenüber dem herkömmlichen. Der direkte Adsorptionsgrad des Filters für Nikotin
ist beschrieben durch den Quotienten: Direkter Adsorptionsgrad - Nikotin im Filter
(mg) 100 für Nikotin Nikotin im ~ Nikotin im Rauch + Filter(mg) Tabelle 1
| Filterzigaretten Flterzigaretten |
| 17 mm Zellose- 17 mm Filter |
| acetatfilter Beisiel 1 |
| labakgewicht ver- 810 802 |
| abakgewicht ver- 810 802 - |
| raucht mg |
| durchschnittl. Zug- 9,6 9,5 |
| zahl |
| Gesamtkondensat feucht mg 24,4 9,1 |
| 0 |
| trocken mg 24,2 8,1 |
| Nikotin mg -- 1,31 0,57 |
| h Nikotin mg 0,67 ; 1,41 |
| 0> |
| Dir. Adsorptionsgrad |
| für Nikotin 33,8 71,2 |
Beispiel 2 30 g Schaumstoffpartikel (aus Beispiel 1) wurden zu
200 g Linters gegeben, die in Wasser aufgeschlagen worden waren.
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Die Linters hatten eine mittlere Faserlänge von 2,5 mm.
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Sonst wurde wie in Beispiel 1 verfahren. Die Rauchergebnisse sind
in Tabelle 2 aufgeführt.
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Beispiel 3 200 entklumpte Linters und 20 g zermahlener Polystyrolschaum
wurden in einer Luftwirbelkammer innig untereinander vermischt und in einen Riittelsiebkasten
gegeben, an den gegenüber einem unter der Siebfläche entlanggeführten endlosen Stahlband
eine elektrische Spannung von +18.GOO Volt gelegt worden war. Die Linterfasern und
die Schaumpartikeln wanderten im elektrischen Feld entsprechend ihrer elektrischen
Ladung auf das geerdete Stahlband, wo sie mit 6 % ihres Gewichtes an Vinylacetat
besprüht wurden. Dem Sprühmittelwar kurz vor dem Verarbeiten 0,1 % seines Gewichtes
an Kobaltnaphthenat zugesetzt worden.
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Nach einer Belichtungsstrecke wurde der Bandauftrag, nachdem die Auflage
zusammen mit dem Trägerband eine Walze passiert hatte, als lockeres, zusammenhängendes
Vlies abgenommen, das nach einer Lagerzeit von 10 Stunden wie in Beispiel 1 zu Streifen
zerschnitten und wie dort zu endlosen Filterstäben -und Filterstopfen weiterverarbeitet
wurde. Die Rauchergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
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Beispiel 4 200 g Zelluloseacetat von 1,6 Den. und einer Faserlänge
von 2,5 - 4,0 xm wurden in Wasser aufgeschlagen und mit 20 g zerriebenem Polyurethanschaum
zu Blättern wie in Beispiel 1 verarbeitet, wobei jedoch kurz vor dem Tro.ckensaugen
so viel
Polystyrol P in einer Körnung von 0,2 - 0,3 mm auf die
flüssige Phase gegeben wurde, daß nach dem Trockensaugen in der Vliesoberfläche
bezogen auf das Zelluloseacetat 10 % an Polystyrol P lose eingelagert war. Nach
dem Tramen wurde mit 6 % Vinylacetat bespruht, dem 0,1 % seines Gewichtes an Kobaltnaphthenai
zugesetzt worden war und erwärmt, wobei das Polystyrol geschäumt wurde. Während
dieser Fertigungsphase wurde das Vlies zwischen Walzen geführt, deren Abstand voneinander
auf 0,5 mm eingestellt worden war, Damit war die Schichtdicke des fertigen Bogens
festgelegt, der beim Hindurchführen durch eine Rundmesserschar zu einem endlosen
Bündel 0,5 mm breiter Streifen zerschnitten wurde. Wie im Beispiel 1 wurde dieses
Streifenbündel zum endlosen Filterstrang zusammengefaßt und wie dort hinsichtlich
seiner Adsorptionseigenschaften für den Tabakrauch untersucht. Die Rauchergebnisse
sind in Tabelle 2 aufgeführt.
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Tabelle 2 Filterzigaretten 17 mm Filter Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel
4 Vergleich
| Tabakgewi cht |
| verraucht mg 815 800 826 815 |
| durchschnittl. 9,6 9,5 9,6 9,5 |
| Z ugzahl |
| Gesamtkonden- |
| sat feucht mg 9,3 8,9 9,4 25,8 |
| S Gesamtkonden- |
| 0 |
| ß sat trocken mg 8,5 8,1 ,6 24,5 |
| Nikotin mg 0,60 0,71 0,53 134 |
| 'I mg . 1,42 1,32 1,40 o,68 |
| k 1 |
| Dir. Adsorptions- |
| H |
| grad f. Nikotin 70,4 65,1 72,6 33,7 |