DE2136109A1 - Tabakrauchfilter - Google Patents

Description

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_; NDES oRmTHELD 7 STUTTGART-N, LANGE STRASSE 5°

F. J. Burrus &. Cie. , CH-2926 Boncourt, Schweiz

Tabakrauchfilter

Die Erfindung betrifft ein Tabakrauchfilter mit verbesserter Filtrierwirkung gegenüber bisher bekannten Filtern. Mit dem verbesserten Filter wird eine harmonischere Filtration der verschiedenen, im Tabakrauch enthaltenen Bestandteile dadurch erreicht, dass mindestens drei, vorzugsweise aber vier oder mehr verschiedenartig wirkende Filtermittel in geeigneter Kombination zusammenwirken.

Der Tabakrauch besteht aus weit über tausend in Form von Gasen, Dämpfen und feinsten Tröpfchen vorliegenden Stoffen. Das Hauptproblem der Filtration besteht darin, dass die unerwünschten Stoffe wie Acrolein, Cyanwasserstoff, Phenole, u.a.m. mit den für den Rauchgenuss erwünschten Aroma- und Geschmackskomponenten völlig vermischt sind. Die vollständige Zusammensetzung des Rauches ist noch nicht bekannt, und insbesondere weiss man über das Zusammenwirken der einzelnen Stoffe beim Zustandekommen des Gesamtarornas nur wenig.

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Es ist bekannt, dass sich der Anteil der schwerflüchtigen Komponenten der Partikelphase des Tabakrauches durch Filter aus Celluloseacetat, Papier und dergleichen durch Aufprallwirkung beträchtlich vermindern lässt. Ferner ist bekannt, dass durch Zusatz von Aktivkohle mit hoher Adsorptionsfähig— keit auch viele leichtflüchtige Stoffe der Gasphase des Tabakrauches wirksam daraus entfernt werden können. Ausserdem wurde als geeignetes Adsoptionsmittel ein hochporöses Magnesiumsilikat mit spezifischen, selektiven Adsorptionseigenschaften vorgeschlagen, das bevorzugt polare, gasförmige Rauchbestandteile adsorbiert.

Jedes der erwähnten Filtermittel besitzt also sein ihm eigenes charakteristisches Mirkungsspektrum. Aus diesem Grunde werden seit einiger Zeit Kombinationen verschiedener Filtermittel benützt, z.B. Doppelfilter, bestehend aus einem Celluloseacetat und einem Kreppapier-Pfropfen, oder solche bestehend aus einem Celluloseacetat-Pfropfen und einem Pfropfen mit in Celluloseacetat oder Kreppapier eingestreuter Aktivkohle, oder Dreifachfilter, bei denen der Raum zwischen zwei Celluloseacetat- bzw. Kreppapier-Pfropfen Aktivkohle oder andere Adsorbentien enthält. Die Adsorbentien können auch mittels eines Bindemittels zu einem festen Strang geformt werden, anstatt dass sie in körniger Form in einem Hohlraum bzw. in Cellulose oder Papier eingestreut vorliegen.

Aufgrund vieler Untersuchungen des Tabakrauches, verbunden mit Geschmacksprüfungen, wurde nun gefunden, dass für eine harmonische, den erwünschten Geschmack wahrende Filtrierung die richtige Kombination der Filtermittel von ausschlaggebender Bedeutung ist.

Einerseits ist es notwendig, mindestens drei, vorzugsweise vier oder mehr verschiedenartige Filtermittel - wovon jedes sein spezifisches Wirkungsspektrum hat — zu verwenden, anderseits ist es wesentlich, diese verschiedenen Filtermittel in einem ganz bestimmten Verhältnis zueinander und zur Tabakmenge sowie in geeigneter Anordnung zusammenzufügen.

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Fig. 2 zeigt einen 5-teiligen Filter, bei dem die

Adsorptionsmittel 4 und 5 durch einen Teil B voneinander getrennt sind. Fig. 3 zeigt einen 3-teiligen Filter, bei dem sich die Adsorptionsmittel 4 und 5 in Schüttung ohne Einbettung im Teil 2 befinden, und Fig. 4 einen Ausschnitt einer besonderen Ausführungsfarm des zweiten Filterteils von Fig. 3 in grösserem Masstab-,, bei der die Adsorptionsinittelkörner 4 und 5 an den gegenseitigen Berührungsstellen mit einem.Bindemittel 9 zusammengehalten werden.

Es ist auch möglich, die beiden Adsorbentien entweder einzeln oder als Gemisch mit Hilfe eines Bindemittels zu zusammenhängenden Pfropfen zu verarbeiten. Solche Pfropfen können direkt als zweiter Abschnitt verwendet werden, so dass keine Einbettung in Fasern nötig ist.

Durch die Adsorbentien im zweiten Filterteil werden dem durchströmenden Rauch vorwiegend gasförmige, chemisch polare Bestandteile, also solche, deren Teilchendurchmesser unter 0,1 Mikron liegt, entzogen. Es ist bekannt, dass gewisse Adsorbentien anders wirken als Aktivkohle, indem sie eine selektive Wirkung für polare Gase wie Acrolein zeigen. In Versuchen wurde nun festgestellt, dass zum Entfernen unerwünschter Reizstoffe einerseits und Erzielen eines ausgeglichenen und harmonischen Geschmackes anderseits das beste Ergebnis erreicht wird, wenn mindestens zwei Adsorbentien mit unterschiedlichem Wirkungsmechanismus bzw. VJirkungsspektrum für die Herstellung des Filters verwendet werden. Eine besonders gute Entfernung der gasförmigen Rauchbestandteile kann erreicht werden, indem man als Adsorbentien gekörnte Aktivkohle mit einer Korngrösse zwischen 0,1-2 mm und poröses Magnesiumsilikat ebenfalls mit einer Korngrösse zwischen 0,1 - 2 mm verwendet, wobei der Volumenanteil bei jedem der beiden Adsorbentien nicht weniger als 20/ά vom Gemisch betragen soll. Vorteilhaft ist ein Gemisch von 1 MüLumenteil Aktivkohle au'f 1 Volumonteil Magnesiumsilikat. Bezogen auf die im Tabakprodukt enthaltene Tabakmenge zeigt sich schon eine deutliche Wirkung, wenn von jedem der beiden Adsorbentien mindestens 3^c,a, bezogen auf das Tabakgewicht, im Filter vorhanden sind. Vorteilhaft ist ein Anteil von je 5 - 10 %.

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Das erfindungsgemässe Tabakrauchfilter ist nun dadurch gekennzeichnet, dass es aus mindestens drei verschiedenartigen Filtermitteln zusammengesetzt ist, von denen mindestens eines zur Entfernung von vorwiegend Rauchbestandteilen über 0,1 Mikron Teilchendurchmesser und mindestens ein weiteres zur Entfernung von chemisch polaren Rauchbestandteilen von unter 0,1 Mikron Teilchendurchmesser vorgesehen sind.

Im folgenden sind anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1, 2 und 3 das Filterende einer Zigarette längs geschnitten.

Ein dem Tabakteil 7 anliegender erster Filterteil 1 besteht aus Celluloseacetatfasern mit einem Fasertiter von 1-10 Denier oder Kreppapier. In diesem Teil werden dem Rauch vorwiegend Bestandteile mit einem Teilchendurchmesser von über 0,1 Mikron entzogen.

Ein zweiter, daran anschliessender Teil 2 des Filters besteht aus einem Trägergerüst 6 aus Celluloseacetatfasern oder Kreppapier, in welchem ein Gemisch von mindestens zwei verschiedenartig wirkenden Adsorbentien 4,5 gleichmässig verteilt ist. Durch das Trägergerüst werden die Adsorbentien gleichmässig" über den ganzen Filterquerschnitt verteilt festgehalten und können so ihre Wirkung optimal entfalten.

Ein dritter Filterteil 3, der dem Mund des Rauchers am nächsten ist und beim Rauchzug die Lippen des Rauchers berührt, besteht vorteilhaft aus. Celluloseacetatfasern mit einem Fasertiter zwischen 1-10 Denier. Da die durch Adsorbentien aus dem Rauch zurückgehaltenen Bestandteile einen unangenehmen Geruch und Geschmack aufweisen, ist es wichtig, dass der Teil 3 des Filters keine Adsorbentien enthält. Vielmehr soll dieser Teil vorwiegend Rauchbestandteile von über 0,1 Mikron Teilchengrösse zurückhalten, die gasförmigen Bestandteile aber nicht wesentlich adsorbieren.

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Beispiel 1

Bei einem Zigarettenfilter, das aus vier verschiedenartigen Filtermaterialien zusammengesetzt und in der Längsachse aus drei Abschnitten besteht, setzt sich der an den Tabakteil der Zigarette grenzende Abschnitt aus feinem Kreppapier oder Cellulosefasern mit 1-10 Denier zusammen, der daran anschliessende Teil besteht aus Celluloseacetatfasern mit einem Fasertiter von 3-6 Denier, in welchen Aktivkühleteilchen von 0,1-2,0 mm Grosse und Magnesiumsilikat von 0,1-2,0 mm Teilchengrösse gleichmässig eingestreut sind, der dritte Filterteil bildet das Mundstückende der Zigarette und besteht aus Celluloseacetatfasern mit einem Fasertiter von 3-6 Denier. Die Gewichtsanteile der einzelnen Komponenten betragen: Kreppapier 5-8 %, Acetatfasern im Mittelteil 6-9 %_t Aktivkohle 4-6 %, Magnesiumsilikat 6-9 % und Acetatfasern irn letzten Teil (Endstück) 3-5 %, alles bezogen auf das in der Zigarette enthaltene Tabakgewicht, das schwanken kann.

Der Zugwiderstand dieses Filters beträgt - bei einem Durchmesser von B mm, einer Filterlänge von 25 mm und einem Luftdurchsatz von 17,5 ml/sec. durch das Filter - 70-90 mm Wassersäule.

Die vorteilhafte Wirkung dieses Filters ist aus folgenden Untersuchungsergebnissen ersichtlich.

Filterlose Zigaretten von 60 mm Länge und B mm Durchmesser, enthalten 600-900 mg Tabak wurden mit verschiedenen Filtern versehen und nach allgemein üblichen Normen (C.0.R.E.5.T.A.-Vorschriften) bis auf 8 mm Tabakstummellänge maschinell abgeraucht. Die kondensierte Partikaiphase des Rauches wurde in einem Gasfaserfiltor (Cambridge-Filter) aufgefangen und darin das Nikotin sowie der wasserfreie Rest bestimmt. Der vom Filter zurückgehaltene Anteil der kondensierten Partikelphase (ohne Nikotin und VJasser) betrug:

a) Bei einorn handelsüblichen Doppelfilter

mit Aktivkohle : 45-50 Gew.vi

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b) Bei einem handelsüblichen Dreifachfilter, dessen als Hohlraum ausgebildeter Mittelteil mit Adsorbens-

Granulat gefüllt ist : 50-60 Gew. %

c) Beim Vefsuchsfilter gemäss Erfindung: 60 - 65 Gew. /5

Dank dieser hohen Filtrierwirkung beträgt die im filtrierten Rauch der Versuchszigarette gemessene Menge Kondensat ("Teer") - ohne Nikotin und Wasser - nur noch 12 - 13 mg, verglichen mit 15 - 30 mg bei den allgemein heute im Handel erhältlichen Zigaretten. Die im filtrierten Rauch anfallende Nikotinmenge konnte mit dem vorgeschlagenen Filter ebenfalls auf 0.8 mg pro Zigarette reduziert werden, während sie bei den zurzeit ^ handelsüblichen Zigaretten normalerweise zwischen 1 und 2 mg liegen.

Eingehende Untersuchungen an der Gasphase zeigen ferner, dass die unerwünschten Gasphasenbestandteile wie Acrolein, Cyanwasserstoff u.a.m. im mittleren Abschnitt des vorgeschlagenen Filters zu 60 ~ 90 % zurückgehalten werden.

Trotz dieser sehr wirksamen Milderung des Rauches haben Degustationsversuche gezeigt, dass bei der vorgeschlagenen Auswahl und Anordnung der Filtermittel der damit filtrierte Rauch einen angenehmen und ausgeglichenen Geschmack aufweist.

Insbesondere ist die im Mittelteil des vorgeschlagenen Filters verwendete Mischung von Aktivkohle mit dem polar wirkenden Adsorptionsmittel (poröses Magnesiumsilikat) für den har- - monisch abgerundeten Geschmackseindruck wesentlich. Analytisch lässt sich dies wie folgt nachweisen:

Beispiel 2

Zigaretten aus der gleichen Tabakmischung wurden mit Filtern versehen, welche bis auf abgesehen von den im Mittelteil enthaltenen Adsorbentien gleich zusammengesetzt waren.

Im Mittelteil wurde als Filtcrrnittelgemisch A ausschliesslich Aktivkohle als Adsorbens verwendet, als Gemisch B

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ausschliesslich poröses Magnesiumsilikat; das Gemisch C hingegen enthielt beide Adsorbentien zu gleichen Volumenteilen (die Gewichtsanteile sind wegen der ungleichen Schüttgewichte verschieden) .

Filtermittel A
Filtermittel B
Filtermittel C

90 mg Aktivkohle
120 mg poröses Magnesiumsilikat 45 mg Aktivkohle + 60 mg poröses Magnesiumsilikat

(Als Magnesiumsilikat wurde eine breccienartige Qualität mit sepiolithischer Komponente (Struktur) und innerer Oberfläche über 100 m^/g, bestimmt.nach Brunauer, Emmet und Teller, verwendet).

Die Retention einiger typischer Gasphasenbestandteile ist nachfolgend tabellarisch aufgeführt. Diejenige für die Partikelphase ist bei allen drei geprüften Filtern die gleiche und liegt bei 60 - 65

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Retention typischer Gasphasebestandteile (in So der im unfiltrierten Rauch vorliegenden Menge)

Filter	Acrolein	Dimethylfuran	Cyanwasserstoff
A B C	90 69 B2	96 ■ 23 75	80 20 71

Es zeigt sich eindeutig, dass Filter A zwar alle erwähnten Substanzen stark zurückhält, dass aber die Retention von Dimcthylfuran höher ist als diejenige von Acrolein. Während man Acrolein als stark polaren und sehr unangenehm riechenden Reizstoff möglichst vollständig entfernen will,soll ein gewisser Teil des Dimethylfurans wie auch anderer schwach polarer StoffG im

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Rauch, die für das Zustandekommen eines abgerundeten Geschmackes verantwortlich sind, darin verbleiben. Es ist also nicht erwünscht, solche unpolaren Stoffe in höherem Masse zu entfernen als polare Stoffe wie Acrolein.

Bei Filter B beobachtet man eine deutliche Verschiebung: Acrolein wird wesentlich stärker adsorbiert als Dinethylfuran. Dieses Filter besitzt für polare Stoffe eine sogenannte Selektivwirkung. Dennoch befriedigt seine Leistung nicht vollumfänglich, weil es eine nur schwache Wirkung für Cyanwasserstoff aufweist.

Die Nachteile von A und B werden durch das erfindungsgemässe Filter C offensichtlich behoben. Dieser Filter weist eine Gesamtretention auf, die jener von A sehr nahe kommt, wobei aber gleichzeitig die erwünschte Selektivwirkung von B zutage tritt.

Weitere Versuche haben gezeigt, dass die Wirkung optimal ist bei gleichen Volumenanteilen von Aktivkohle und polarem Adsorptionsmittel oder, bezogen auf das Tabakgewicht, ca. 6 fa Aktivkohle und B % porösem Magnesiumsilikat. Je mehr das Verhältnis der beiden Adsorbentien von diesem optimalen Wert abweicht, umso stärker gleicht sich der Viiirkungsmechanismus jenem der vorherrschenden Komponente an.

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Claims (7)

1. Patentansprüche

   / 1 ./ Tabakrauchfilter, dadurch gekennzeichnet, dass es aus

   ^-rrfindestens drei verschiedenartigen Filtermitteln zusammengesetzt ist, von denen mindestens eines zur Entfernung von vorwiegend Rauchbestandteilen über 0,1 Mikron Teilchendurchmesser und mindestens ein weiteres zur Entfernung von chemisch polaren Rauchbestandteilen von unter 0,1 Mikron Teilchendurchmesser vorgesehen sind.
2. 2. Tabakrauchfilter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Unterteilung in der Längsachse in mindestens drei Abschnitte, bestehend aus folgenden Filterrnaterialien in Gewichtsprozent bezogen auf das Gewicht der Tabakmenge, für ciis der Filter vorgesehen ist: einem ersten, vom Rauch zuerst zu durchströmenden Abschnitt aus 3 bis 10 % Celluloseacetatfasern mit einem Titer von 1 bis 10 Denier oder 3 bis 15 % Krepp-Papier, einem zweiten Abschnitt aus 3 bis 15 % Celluloseacetatfasern mit einem Titer von 2 bis 8 Denier oder 4 bis 25 $ Krepp-Papier, sowie 3 bis 15 %

   Aktivkohleteilchen von 0,1 bis 2 mm Korngrösse und 3 bis 15% polarem Adsorptionsmittel mit 0,1 bis 2 mm Korngrösse und einem dritten, dem Mund des Rauchers am nächsten liegenden Abschnitt aus 2 bis 10 % Celluloseacetatfasern mit einem Titer von 1 bis 10 Denier.
3. 3. Tabakrauchfilter nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen vorzugsweise quer- oder längsgeteilten zweiten Abschnitt, der die Filtermittel mindestens teilweise gesondert enthält.
4. 4. Tabakrauchfilter nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen zweiten Abschnitt in dem mindestens eines der körnigen Filtermittel mit dem faserigen Filtermittel gemischt, insbesondere darin eingebettet ist.
5. 5. Tabakrauchfilter nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen zweiton Abschnitt, in den sich das körnige Filtermittel ohne Einbettung in ein faseriges Element geschüttet oder mit Bindemittel gebunden vorliegt.

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6. 6. Tabakrauchfilter nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch ein breccienartiges poröses Magnesiunrsilikat mit sepiolitischer Komponente (Struktur) und einer Oberfläche von über 1QQ m /g, bestimmt nach Brunauer, Emmet und Teller, als polares Adsorptionsmittel.
7. 7. Verwendung des Tabakrauchfilters nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einem Raucherartikel, gekennzeichnet durch ein Verhältnis des Zugwiderstandes des Filters zu demjenigen des Raucherartikels von 1 : 1,2 bis 1 : 2,0, gemessen bei einer durchströmenden Luftmenge von 17,5 ml/Sek.

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