DE2321247C3

DE2321247C3 - Filters for tobacco smoke

Info

Publication number: DE2321247C3
Application number: DE19732321247
Authority: DE
Inventors: Warren Arthur Cooksville; Diianni Daniel Toronto; Ontario Brackmann (Kanada)
Original assignee: Rothmans of Pall Mall Canada Ltd
Current assignee: Rothmans Benson and Hedges Inc
Priority date: 1972-04-26
Filing date: 1973-04-26
Publication date: 1976-11-11

Description

Die Erfindung betrifft Filter für Tabakrauch, insbesondere Zigarettenfilter, welche vollständig aus Fasern aus thermoplastischem, poiymerem, nichtabsorbierendem Material bestehen.The invention relates to filters for tobacco smoke, in particular cigarette filters made entirely of fibers consist of thermoplastic, polymeric, non-absorbent material.

Tabakrauch besteht im wesentlichen aus einer Dispersion aus festen und flüssigen Partikeln in Luft, wobei diese Dispersion im folgenden als Aerosol bezeichnet wird. Dieses Aerosol ist außergewöhnlich Stabil auf Grund der geringen Größe der in Frage kommenden Partikeln; somit hat die Schwerkraft einen vernachlässigbaren Einfluß, verglichen mit dem Einfluß von Konvektionsströmen und der Braunschen Bewegung. Man nimmt an, daß Tabakrauch für die Gesundheit schädliche Bestandteile enthält; viele Vorschläge wurden bereits für Filter gemacht, um Bestandteile des Rauchs vor dem Eintritt in den Mund des Rauchers wenigsten? teilweise zu entfernen.Tobacco smoke essentially consists of a dispersion of solid and liquid particles in air, this dispersion being referred to below as an aerosol. This aerosol is extraordinary Stable due to the small size of the particles in question; thus gravity has one negligible influence compared to the influence of convection currents and Braun's motion. Tobacco smoke is believed to contain harmful components; lots Proposals have already been made for filters to remove constituents of smoke from entering the mouth of the smoker at least? to partially remove.

Teer- und Nikotinbestandteile des nach der Filtrierung in den Mund des Rauchers eintretenden Tabakrauchs werden von den staatlichen Institutionen als eine beachtenswerte Indikation für die Wirksamkeit des Filters zur Entfernung schädlicher Komponenten des Tabakrauchs angesehen. Während es möglich wird, sehr geringe Teer- und Nikotinwerte im Tabakrauch zu erreichen, erfolgt dies oft auf Kosten des Geschmacks und der Zufriedenheit des Rauchers. Beispielsweise kann das Filter keine adäquaten Rauchmengen für den (,₅ Durchgang durch das Filter zulassen, und somit kann der »Zug« der Zigarette für den Konsumenten nicht zufriedenstellend sein.Tar and nicotine components of tobacco smoke entering the smoker's mouth after filtration are considered by government institutions to be a notable indication of the effectiveness of the filter in removing harmful components of tobacco smoke. While it becomes possible to achieve very low tar and nicotine levels in tobacco smoke, it often does so at the expense of the smoker's taste and satisfaction. For example, the filter can not allow adequate amounts of smoke for the ₍₅ passes through the filter, and thus the "train may not be satisfactory," the cigarette for consumers.

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Die Ch-PS 3 83 239 beschreibt ein Zigarettenfilicr. das vollkommen aus willkürlich angeordneten und untereinander verbundenen Fasern aus thermoplastischem, poiymerem, nichtabsorbierendem Material besteht. Von diesen Fasern ist ein Teil parallel zur Filterstöpselachsc gerichtet und der Rest der Fasern willkürlich angeordnet. Für den einen Faserbestandteil soll ein stark saugfähiges Fasermaterial verwendet werden. Von diesem bekannten Filter unterscheidet sich das Filter gemäß der Erfindung insofern grundsätzlich, als die Fasern nicht gekräuselt sind, einen Durchmesser von weniger als 5 Mikron besitzen und quer zur Strömungsrichtung des Tabakrauchs angeordnet sind. Hierdurch wird eine bessere Filterwirkung auf den Tabakrauch erzielt.The Ch-PS 3 83 239 describes a cigarette filicr. this completely from arbitrarily arranged and interconnected fibers made of thermoplastic, polymeric, non-absorbent material. Some of these fibers are oriented parallel to the filter plug axis and the rest of the fibers randomly arranged. A highly absorbent fiber material should be used for one fiber component will. The filter according to the invention differs fundamentally from this known filter in that when the fibers are not crimped, less than 5 microns in diameter and across the Direction of flow of tobacco smoke are arranged. This will have a better filter effect on the Tobacco smoke achieved.

Weiterhin ist in der CH-PS 3 22 609 ein aus synthetischen Fasern hergestelltes Tabakfilter beschrieben, bei dem die Fasern aus einem Gemisch von Fasern mit einem geringen Durchmesser von 0,1 bis 2 Mikron und solchen mit einem wesentlich größeren Durchmesser bestehen. Demgegenüber kommt der Rauch bei dem Filter gemäß der Erfindung nur mit den quer gerichteten Fasern von geringem Durchmesser in Berührung, und es erfolgt auf diese Weise eine bessere Filtrierung des Rauchs.Furthermore, a tobacco filter made of synthetic fibers is described in CH-PS 3 22 609, in which the fibers consist of a mixture of fibers with a small diameter of 0.1 to 2 microns and those with a much larger diameter. In contrast, the smoke comes from that Filter according to the invention only with the transversely directed fibers of small diameter in contact, and it In this way, the smoke is better filtered.

Das Tabakrauchfilter nach der Dt-AS 1115 170 besteht aus thermoplastischen Fasern mit unterschiedlichen Durchmessern innerhalb des Bereiches von 10 bis 0,2 Mikron, die an ihren Enden verjüngt sind und etwa spitz auslaufen. Ein wesentliches Merkmal dieser Filter besteht darin, daß sie eine permanente elektrische Ladung tragen. Die spitz auslaufenden Faserenden können gesundheitliche Schädigungen in den Atmungswegen hervorrufen, und im übrigen ist das Aufbringen der elektrischen Ladung eine zusätzliche und umständliche Maßnahme bei der Herstellung der Filter.The tobacco smoke filter according to Dt-AS 1115 170 consists of thermoplastic fibers with different diameters within the range of 10 to 0.2 microns, which are tapered at their ends and taper to a point. A key feature of these filters is that they carry a permanent electrical charge. The pointed ends of the fibers can cause health damage in the respiratory tract, and otherwise the application is the electrical charge an additional and cumbersome measure in the manufacture of the filter.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Filter für Tabakrauch zu schaffen, wodurch einmal der Teer- und Nikotingehält im Rauch verringert wird und außerdem die Zugeigenschaften der Zigarette und der Geschmack des Tabakrauchs nicht beeinträchtigt werden. Darüber hinaus soll das Filter eine ausreichende Festigkeit besitzen und billig und einfach herzustellen sein.The object of the invention is to create a filter for tobacco smoke, whereby once the tar and nicotine content in the smoke is reduced and also the draw properties of the cigarette and the The taste of the tobacco smoke is not affected. In addition, the filter should be sufficient Have strength and be cheap and easy to manufacture.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die nichtgekräuselten Fasern einen Durchmesser von weniger als etwa 5 Mikron besitzen und quer zur Strömungsbahn des Tabakrauchs angeordnet sind.The object is achieved according to the invention in that the non-crimped fibers have a diameter of less than about 5 microns and positioned across the tobacco smoke flow path.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist an Hand eines Teilschnittes eines Zigarettenfilters mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.An example embodiment of the invention is based on a partial section of a cigarette filter explained in more detail with reference to the drawing.

E« wurden bereits in der US-PS 29 66 157 Tabakrauchfilter aus Polyolefinen vorgeschlagen. Die dieses bekannte Filtermedium bildenden Fasern besitzen jedoch einen Durchmessender erheblich über 5 Mikron liegt und sind gekräuselt. Wenn Fasern mit Durchmessern von mehr als 5 Mikron verwendet werden, so zeigt sich, daß die verbesserten Teer- und Nikotinbeseitigungswerte für die Filter nach der Erfindung aus den untengenannten Gründen nicht erreicht werden.E «were already in US-PS 29 66 157 tobacco smoke filters proposed from polyolefins. Have the fibers forming this known filter medium however, diameters well in excess of 5 microns and are curled. When fibers with diameters greater than 5 microns are used, the improved tar and Nicotine elimination values for the filters of the invention are not for the reasons given below can be achieved.

Im allgemeinen betrachtet man das Kräuseln des fadenförmigen Materials für Tabakrauchfilter gewöhnlich als notwendig, um Teile der Einzelfäden unter Winkeln zur Achse des Filterstrangs anzuordnen, so daß im Filter diese Teile de·· Fäden quer zur Strömungsbahn des Tabakrauchs angeordnet sind, um die aus dem Rauch zu filterndf.n Partikeln aufzuhalten. Die Opera-In general, curling of the filamentary material for tobacco smoke filters is commonly considered than necessary to arrange parts of the single threads at angles to the axis of the filter rod, so that in the filter these parts of the threads across the flow path of the tobacco smoke are arranged in order to stop the particles to be filtered out of the smoke. The Opera-

tionen des Krauseins und des Verhinderns der Ausrichtung beim Kräuseln sind besonders kritisch für die Herstellung von Mochqualitätscellulosocetatfäden und sind als notwendig für Polyolefinfasern angesehen worden, wie in der genannten US-PS 29 66 157 beschrieben ist. Solche Vorgänge erhöhen jedoch die Produktionskosten erheblich, und es ergeben rieh Produkte, die nicht gleichförmig sind. Es hat sich herausgestellt daß die Filter nach der Erfindung, bei denen mikrofeine Fasern verwendet werden, eine Kräuselung der Einzelfasern nicht erfordern, um gut wirksam zu sein.Functions of puckering and preventing alignment in puckering are particularly critical for the manufacture of high quality cellulose acetate threads and have been considered necessary for polyolefin fibers, as in the aforesaid US Pat. No. 2,966,157 is described. However, such operations significantly increase production costs and result in rieh Products that are not uniform. It has been found that the filter according to the invention at where microfine fibers are used that do not require crimping of the individual fibers in order to do well to be effective.

Die Masse der Fasern im Filterelement kann aus gemischten langen Fasern bestehen, die selbsttragend sein können, oder es kann sich um eine Matte kurzer Fasern handeln, die im allgemeinen von einer für Tabakrauch durchlässigen Unterlage getragen wird.The bulk of the fibers in the filter element can consist of mixed long fibers that are self-supporting may be, or it may be a mat of short fibers generally made by one for Tobacco smoke permeable pad is worn.

Bei einem bevorzugten Aufbau nach der Erfindung bildet das Filterelement ein Element eines Mehrfachfilters. Bei diesem bevorzugten Aufbau eines Filters nach der Erfindung ist ein Zigarettenfilterelement mit einer Außenhülle, wenigstens einem Paar von Stopfen aus Celluloseacetatfiltermaterial oder einem anderen üblicherweise verwendeten Filtermaterial vorgesehen, welches innerhalb der Hülle unter Längsabstand vorgesehen ist, sowie ein erfindungsgemäßes Filterelement vorgesehen, welches aus einer Masse thermoplastischer Fasern besteht, wobei jede der quer zur Strömungsbahn des Tabakrauchs liegenden Fasern einen Durchmesser von weniger als 5 Mikron aufweis! und /wischen den Stopfen angeordnet ist.In a preferred construction according to the invention, the filter element forms an element of a multiple filter. In this preferred structure of a filter according to the invention, a cigarette filter element is provided with a Outer shell, at least one pair of plugs made of cellulose acetate filter material or another commonly used filter material is provided, which is within the envelope at a longitudinal distance is provided, and a filter element according to the invention is provided, which consists of a mass of thermoplastic Consists of fibers, each of the fibers lying transversely to the flow path of the tobacco smoke have a diameter of less than 5 microns! and / wipe the plug is arranged.

Auf diese Weise wird ein Filterelement geschaffen, welches im wesentlichen die Festigkeit des üblichen Celluloseacetatfaserfiliers und die gesteigerlen tecr- und iiikotinreduzierenden Eigenschaften der mikrofeineu Polymerfasern aufweist.In this way, a filter element is created which essentially has the strength of the usual Cellulose acetate fiber filiers and the increased tecr- and iiicotine-reducing properties of the microfineu Has polymer fibers.

Ein Zigarettenfilter nach der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform umfaßt ein zylindrisches für eine Zigarette geeignetes Filter 10, das aus drei Elementen besteht. Eine Außenhülle 12 aus Korkpapier oder Kunststoff oder irgendeinem zweckmäßigen Material umgibt die Elemente. Zwei Elemente 14 und 16 bilden den größeren Teil der Länge des Filters und bestehen aus üblichem Filtermaterial, beispielsweise Celluloseacetatfasern. Die Elemente 14 und 16 sind in Längsrichtung mit geringem Abstand voneinander angeordnet, und im Spalt 18 befindet sich ein drittes Filterelement 20. Gewünschtenfalls können mehr als zwei solcher Filterelemente 14 und 16 vorgesehen sein. Das dritte Filterelement M besteht aus einer Scheibe einer Masse polymerer Fasern, von denen eine jede eine Faserabmessung von weniger als 5 Mikron aufweist. Vorzugsweise ist in der Scheibe 20 der größere Teil der Fasern so angeordnet, daß sie quer zur Tabakrauchströniung liegen. Der Spalt oder freie Raum 18 wird im wesentlichen durch das dritte Filterelement ausgefüllt.A cigarette filter according to the embodiment shown in the drawing comprises a cylindrical filter 10 suitable for a cigarette, which consists of three elements. An outer cover 12 made of cork paper or plastic or any suitable material surrounds the elements. Two elements 14 and 16 form the greater part of the length of the filter and consist of conventional filter material, for example cellulose acetate fibers. The elements 14 and 16 are arranged at a small distance from one another in the longitudinal direction, and a third filter element 20 is located in the gap 18. If desired, more than two such filter elements 14 and 16 can be provided. The third filter element M consists of a disk of a mass of polymeric fibers, each of which has a fiber dimension of less than 5 microns. Preferably, the greater part of the fibers in the disc 20 is arranged in such a way that they lie transversely to the tobacco smoke stream. The gap or free space 18 is essentially filled by the third filter element.

Die Filterscheibe 20 liegt gegen die Innenwand der Hülle 12 an und ist derart angeordnet, daß der durch das Filter 10 gehende Tabakrauch vollständig durch die Scheibe geht. Das Element 20 kann andere Formen r,₀ haben, beispielsweise die einer Kugel oder einer ähnlichen Masse von Fasern, welche im Spalt 18 angeordnet sind und gegen die Innenwandung der Hülle 12 anliegen. Damit eine wirksame Verringerung des Teer- und Nikotingehalts aus dem Rauch erreicht wird. (,5 ist es notwendig, daß das Element 20, welche Form es auch aufweisen mag, in der Bahn des Tabakrauchs angeordnet ist, so daß im wesentlichen der gesamte Rauch durch das Filter tritt.The filter disc 20 rests against the inner wall of the envelope 12 and is arranged such that the tobacco smoke passing through the filter 10 passes completely through the disc. The element 20 can have other shapes r, ₀ , for example that of a sphere or a similar mass of fibers which are arranged in the gap 18 and bear against the inner wall of the casing 12. So that an effective reduction in the tar and nicotine content of the smoke is achieved. It is necessary that the element 20, whatever shape, be positioned in the path of the tobacco smoke so that substantially all of the smoke passes through the filter.

Der genaue Mechanismus, durch den eine wirksame Filtrierung unter Verwendung der Filter nach dtr Erfindung erreicht wird, ist nicht völlig bekannt, jedoch wird die folgende Theorie angeboten: der Durchmesser der Teilchen des Rauchaerosols beträgt etwa 0,1 bis 0,6 Mikron. Auf Grund des kleinen Durchmessers der in den Filtern nach der Erfindung verwendeten Fasern stoßen die Teilchen mit den Fasern zusammen und werden aus dem Aerosol entfernt. Diese Wirkung steht im Gegensatz zu dem Fall, wenn die üblichen stärkeren Fasern verwendet werden, typischerweise in üblichen Celluloseacetatfiltern und in den Polyolefinfaserfiltern, wie sie in der US-PS 29 66 157 vorgeschlagen werden, bei denen die Teilchen durch die Luftströmungsleitlinien um das Filter verdrängt werden und daher nicht auf die Fasern auftreffen. Wenn daher Fasern üblicher Filterfaserstärke verwendet werden (typischerweise mit einem mittleren Durchmesser von 10 bis 25 Mikron), ist die Menge der aus dem Aerosol entfernten Teilchen beachtlich geringer als in dem Fall, in dem das Filter nach der Erfindung Verwendung findet.The exact mechanism by which effective filtration using the dtr Invention achieved is not fully understood, however the following theory is offered: the diameter the particle size of the smoke aerosol is about 0.1-0.6 microns. Due to the small diameter of the Fibers used in filters according to the invention, the particles collide with the fibers and are discharged removed from the aerosol. This effect is in contrast to the case when the usual stronger ones Fibers are used, typically in common cellulose acetate filters and in the polyolefin fiber filters, as proposed in US Pat. No. 2,966,157, in which the particles pass through the air flow guidelines are displaced around the filter and therefore do not hit the fibers. If therefore fibers of normal filter fiber strength (typically 10 to 25 microns mean diameter) the amount of particles removed from the aerosol is considerably less than in the case where the filter according to the invention is used.

Übliche Filtermaterialien, wie Celluloseacetat, absorbieren Materialien aus dem Aerosol, einschließlich Teer und Nikotin, und haben, wie oben erwähnt, Faserabmesiungen, die über 10 Mikron hinausgehen. Wenn daher ein Celkiloseaeetatzigaiettenfilter nach Gebrauch untersucht wird, stellt es sich als im wesentlichen trocken heraus, obwohl es verfärbt oder verfleckt ist. Dagegen sind die Filter nach der Erfindung aus nichtabsorbierenden, thermoplastischen Fasern hergestellt und haben Faserabmessungen von weniger als 5 Mikron. Das Filtermaterial nach der Erfindung ist nach dem Gebrauch naß, indem das auftreffende Material aus dem Aerosol entfernt worden ist.Common filter materials, such as cellulose acetate, absorb materials from the aerosol, including tar and nicotine, and as noted above, have fiber dimensions in excess of 10 microns. If therefore examined a Celkiloseaeetatzigaiettenfilter after use it is found to be essentially dry, although it is discolored or stained. On the other hand the filters according to the invention are made of non-absorbent, thermoplastic fibers and have Fiber dimensions less than 5 microns. The filter material according to the invention is after Use wet by removing the impacting material from the aerosol.

Die in den Filtern nach der Erfindung verwendeten polymeren Materialien können aus einem natürlichen oder synthetischen thermoplastischen Material bestehen, das in der Lage ist, sich zu einem Faserdurchmesser, der erfindungsgemäß erforderlich ist, formen zu lassen. Zusätzlich muß das Filtermaterial in der Lage sein, die Temperatur des Tabakrauchs ohne wesentliche Zersetzung auszuhallen und muß im wesentlichen inert gegen chemischen Angriff durch Tabakrauch sein. Typische Beispiele für zu verwendende Materialien für die Fasern sind Polyolefine, Polyester und Polyamide. Polyolefine, die verwendet werden können, sind Polyäthylen und Polypropylen oder polymere substituierte Polyolefine, wie Polytrifluorchloräthylen. Viele Polyester können verwendet werden, wie Polyethylenterephthalat.The polymeric materials used in the filters according to the invention can be made from a natural or synthetic thermoplastic material capable of expanding to a fiber diameter which is required according to the invention to be molded. In addition, the filter material must be able to To withstand temperature of tobacco smoke without substantial decomposition and must be essentially inert to chemical attack from tobacco smoke. Typical examples of materials to be used for the fibers are polyolefins, polyesters and polyamides. Polyolefins that can be used are polyethylene and Polypropylene or polymeric substituted polyolefins such as polytrifluorochloroethylene. Many polyesters can such as polyethylene terephthalate can be used.

Unter den zu verwendenden Polyamiden seien genannt: Nylon 6, Nylon 66 und Nylon 610. Andere thermoplastische Materialien können auch in den Filtern nach der Erfindung Verwendung finden, wie Polystyrol und Poly-(methylmethacrylat). Aus Mischpolymerisaten gebildete Fasern können auch verwendet werden.Among the polyamides to be used there may be mentioned: nylon 6, nylon 66 and nylon 610. Others thermoplastic materials can also be used in the filters according to the invention, such as Polystyrene and poly (methyl methacrylate). Fibers formed from copolymers can also be used will.

Während im allgemeinen das Filterelement aus einer Masse eines einzigen polymeren Materials besteht, ist es möglich, eine Masse aus Fasern zu verwenden, bei denen es sich um ein Gemisch aus Fasern aus zwei oder mehr polymeren Materialien handelt.While generally the filter element is comprised of a mass of a single polymeric material, it is possible to use a mass of fibers which are a mixture of fibers of two or more more polymeric materials.

example

Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung, ohne sie zu begrenzen.The following example explains the invention without limiting it.

Zigaretten wurden in einer Rauchvorrichtung untersucht, in der die gesamten aus Teer und NikotinCigarettes were examined in a smoking device in which the whole of tar and nicotine

bestehenden Feststoffteilchen gesammelt und gemessen wurden. Die untersuchten Zigaretten wurden bei gleichem Druckabfall über die Länge gemessen, und zwar eine Zigarette ohne Filter, eine Zigarette mit üblichem Celluloseacetatfilter und eine Zigarette mit einem Filter, einschließlich einer Scheibe aus Acryliifa-SLTM mit einem mittleren Durchmesser von etwa Mikron. Die erhaltenen Ergebnisse werden im folgenden wiedergegeben:existing solid particles were collected and measured. The cigarettes examined were at the same pressure drop measured over the length, namely a cigarette without a filter, a cigarette with a conventional cellulose acetate filter and a cigarette with a filter including a disc of Acryliifa-SLTM with a mean diameter of about microns. The results obtained are shown below reproduced:

Zigaretten mit Acrylitfaserfilter Zigaretten mit Celluloseacetatfilter Zigaretten ohne Filter Feststoffpartikcln insgesamtCigarettes with an acrylic fiber filter Cigarettes with a cellulose acetate filter Cigarettes without a filter, total solid particles

8,4 mg 16,5 mg 30,5 mg8.4 mg 16.5 mg 30.5 mg

Diese Ergebnisse zeigen die Wirksamkeit eines Zigaretten beschrieben; die durch die Erfindung erfindungsgemäßen Filters bei der Entfernung von Teer i₅ geschaffenen Filter lassen sich aber auch bei anderenThese results demonstrate the effectiveness of a cigarette described; the filters created by the invention for removing tar i ₅ can also be used with others

und Nikotin aus Zigarettenrauch, verglichen mit einem üblichen Filter und verglichen mit Zigaretten ohne Filter.
Die Erfindung wurde zwar mit besonderem Bezug auf Tabakrauchartikeln, wie Pfeifen und Zigaretten- und Zigarrcnhaltern (Zigaretten- bzw. Zigarrenspitzen) verwenden.and nicotine from cigarette smoke as compared to a conventional filter and compared to cigarettes without a filter.
The invention was used with particular reference to tobacco smoke articles such as pipes and cigarette and cigar holders (cigarette or cigar holders).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claims: 23

1. Filter for tobacco smoke, which is made entirely of fibers thermoplastic, polymeric, non-absorbent <, containing material, characterized in that that the non-crimped fibers are less than about 5 microns in diameter have and are arranged transversely to the flow path of the tobacco smoke.

2. Filter according to claim 1, characterized in that substantially all of the fibers have one Less than about 2 microns in diameter.

3. Filter according to claim 1, characterized in that the fibers have an average diameter of about 1 micron.

4. Filter for tobacco smoke, which is composed of several filter elements, characterized in that that at least one of the filter elements consists entirely of non-crimped thermoplastic fibers polymeric non-absorbent material that has a diameter of less than about 5 microns.

5. Use of a filter according to Claims 1 to 3 for a cigarette, characterized in that that the filter (20) on the inlet and outlet side of the filter filter plugs (14, 16) Connect cellulose acetate.

6. Use according to claim 5, characterized in that between the filter (20) and the filter plug (14, 16) on both sides of the filter (20) a free gap (18) is provided.