DE2338545A1 - Mentholisierter zigarettenfilter - Google Patents

Description

Mentholzigaretten, insbesondere Filtersorten, erfreuen sich steigender Beliebtheit. Ihr derzeitiger Anteil am Gesamtmarkt in den V.St.A. beträgt über 20 $ einschließlich der unterschiedlichen Prozentanteile, welche in auswärtige Absatzgebiete gelangen. Das , Menthol wird zumeist in Form eines konzentrierten Menthol/Äthanol- -Sprays auf den Tabak aufgesprüht und verdampft beim Verrauchen der Zigarette. In einigen Ländern, in welchen Tabak nach Gewicht versteuert wird, wird das Menthol auf das die Zigarettenpackung bildende Papier aufgebracht. Es dringt sodann während der Lagerung zum Tabak vor. Beide vorgenannten Methoden, bei welchen das Menthol auf den Tabak aufgebracht wird, weisen mehrere Nachteile auf. Einer dieser Nachteile besteht darin, daß beim Verrauchen der Zigarette etwa drei Viertel des am Tabak befindlichen Menthols mit dem "Nebenstromrauch" verloren gehen und somit für den Raucher nichts zum Geschmackseffekt beitragen können. Ein zweiter Nachteil beruht darauf, daß der Tabak während der Lagerung und des Vertriebs der Zigaretten bis über die Einzelverkaufsstellen unterschiedliche Mentholmengen durch die Packung hindurch einbüßt. Die meisten Zi-

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garetten sind 6 Wochen bis 4 Monate alt, wenn sie verraucht werden. Sie sind zuvor unterschiedlichen, von der Jahreszeit und anderen Faktoren abhängigen Lagerungsbedingungen unterworfen. Die Eigenschaften von Mentholzigaretten sind daher wesentlich weniger einheitlich, als dies erwünscht wäre.

Aktivkohle ist bekanntlich ein Zxgarettenfiltermaterial mit hoher Wirksamkeit, insbesondere gegenüber bestimmten als toxisch erkannten gasförmigen Rauchbestandteilen. Dennoch hat die Verwendung von Aktivkohle für Mentholzigaretten keine ausgeprägte wirtschaftIiehe Bedeutung erlangt, da die Aktivkohle u.a. den Großteil des Menthols adsorbiert, bevor dieses von seinem ursprünglichen Platz am Tabak zum Raucher gelangen kann. Durch die Mentholadsorption leidet außerdem die Befähigung der Kohle zur Adsorption der unerwünschten Rauchbestandteile.

Die Verwendung von Aktivkohle als Übertrager für Menthol zu dessen Einführung in den Rauchstrom ist beispielsweise in der USA-Patentschrift 3 236 244 beschrieben. Dieser Filtertyp gibt - selbst während des Rauchens — einen Großteil des Menthols überhaupt nicht ab. Das Menthol haftet vielmehr fest an der Kohle, verstopft die Poren und bewirkt, daß die den Rauchstrom bestimmende Filterleistung stark herabgesetzt wird. Nur etwa ein Fünftel des Menthols erreicht den Raucher. Da die Kohle derart stark mit Menthol beladen ist, geht auch während der Lagerung eine beträchtliche Mentholmenge verloren. Das Filter nach der vorgenannten USA-Patentschrift gibt ferner bei den ersten Zügen relativ mehr Menthol ab als beim letzten Zug. Ein weiterer Gesichtspunkt besteht darin, daß gemäß der USA-Patentschrift 3 236 244 am besten mit ziemlich feinem Kohlegranulat gearbeitet wird. Dieses Granulat läßt sich jedoch, wenn es in bedeutender Menge eingesetzt wird, bei der Filterherstellung nur schwierig handhaben, begrenzt ferner die anwendbaren Filterabmessungen und kann-zu einem unerwünschten Druckabfall führen. Eine Ausführungsform des in der vorgenannten USA-Patentschrift beschriebenen Filters war etwa 6 Jahre lang im Handel, wurde jedoch, sodann aus dem Verkehr gezogen.

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Es ist auch bekannt, außer Menthol andere Geschmackszutaten für Zigaretten - entweder als FiIterbestandteile oder als Zusätze zum Tabak vor dem Filter - beizugeben. Die USA-Patentschrift 3 144 erläutert beispielsweise die Verwendung von verschiedenen den Geschmack bzw. das Aroma verbessernden Mitteln (flavoring agents; nachstehend als "Geschmacksstoffe" bezeichnet), z.B. von Zuckerarten, für Zigaretten, die hauptsächlich Filter auf Cellulosebasis aufweisen, für die jedoch auch Kohlefilter (Charcoal-Filter) in Frage kommen. Die vorgenannte Literaturstelle enthält jedoch keinen Hinweis darauf, daß irgendein Vorteil bei einer bestimmten kombinierten Anwendung von Zuckerarten und Menthol - entweder im Filter oder auf Aktivkohle - erzielt werden könnte. Anders ausgedrückt, der Zucker ist in diesem Falle als Geschmacksstoff anzusehen. Wie nachstehend näher erläutert wird, wird erfindungsgemäß dagegen Zucker, welcher ein praktisches, relativ billiges und in Nahrungsmittelqualität brauchbares Material darstellt, grundsätzlich zur Modifizierung der Porenstruktur von Aktivkohle eingesetzt.

Es wurde gefunden, daß die wirksame Porenstruktur von bestimmten Aktivkohlearten derart modifiziert bzw. verändert werden kann, daß anschließend aufimprägniertes Menthol zunächst während der Lagerung weitgehend an der Kohle zurückgehalten und sodann während des Rauchprozesses in wirksamer und gleichmäßiger Weise abgegeben wird. Das Modifizierungsmittel wird erfindungsgemäß nicht, wie es gemäß der USA-Patentschrift 3 144 024 der Fall ist, als Geschmacksstoff freigesetzt.

Im Rahmen der Erfindung können mit Rücksicht auf den jeweiligen Endverbrauchszweck verschiedene Kohlearten verwendet werden. Das Gesamtgewicht des Rauchs, welcher mentholisiert werden soll, ist beispielsweise bei einer Zigarette wesentlich geringer als bei mentholisiert en Zigarren des kürzlich in den Handel gebrachten Typs. Die für ein Zigarettenfilter ausgewählten Kohlearten benötigen dementsprechend zur Aufnahme der erforderlichen Mentholmenge ein relativ geringes Porenvolumen. Für Zigarren sind dagegen vermutlich Kohlearten mit größerem mentholführendem Porenvolumen (nach Zugabe der porenmodifizierenden Substanz) vorzuziehen, da-

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mit das für die Aufnahme notwendige Kohlevolumen möglichst gering gehalten wird. Die bevorzugten Kohlearten besitzen vor der Zuckerzugabe nachstehende Eigenschaften:

CCl,-Aktivität, Gew.-^ 10 - 90

Jodzahl, mg/g 400 - I4OO Schüttdichte, g/cnr 0,3 - 0,8

Korngröße . nach Wunsch

Auf eine solche Kohle kann eine Lösung von Rohrzucker, einer anderen Zuckerart oder eines anderen Porenmodifizierungsmittels aufgebracht werden, indem man die Kohle mit dieser Lösung besprüht oder in diese Lösung eintaucht. Die Kohle wird anschließend getrocknet, was gewöhnlich durch Erhitzen auf 80 bis 100⁰C erfolgt. Bei höherer Temperatur soll die Trocknung nicht vorgenommen werden,- damit eine Karamellsierung oder ein sonstiger Abbau des Zukkers vermieden wird. Es wird angenommen, daß die kleineren, eine hohe Adsorptionsenergie aufweisenden Poren der Kohle bei dieser Methode wirksam verschlossen werden. Als Zuckerarten eignen sich beliebige Hexosen odör Pentosen.

Das Menthol kann auf die modifizierte Kohle in verschiedener Weise aufgebracht werden; ohne Rücksicht auf die jeweils angewendete Methode besitzt das Endprodukt stets ungefähr die gleichen Eigen^- schaften. Man kann das Menthol durch Erhitzen über seinen Schmelzpunkt (der Schmelzpunkt schwankt in Abhängigkeit von der Qualität des Menthols zwischen 32 und 45⁰C) verflüssigen und direkt auf die Kohle aufsprühen. Analog kann eine konzentrierte Lösung des Menthols, wobei Äthanol das bevorzugte Lösungsmittel darstellt, auf die Kohle aufgesprüht werden. Dabei läßt man das jeweilige Lösungsmittel bevorzugt abdampfen, wobei man sich dessen niedrigeren Siedepunkt zunutze macht. Eine dritte und bevorzugte Methode besteht darin, daß man Mentholkristalle oder flüssiges Menthol in abgemessenen Mengen in die mit Zucker imprägnierte Kohle eingibt, ohne dabei unbedingt die Sprühmethode anzuwenden oder auf andere Weise eine starke Durchmischung anzustreben; anschließend nutzt man unter Anwendung eines geschlossenen Behälters den darin herrschenden

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Mentholdampfdruck dazu aus, das Menthol im Endeffekt gleichmäßig über die Kohle zu verteilen. Dieses Verfahren kann in der Praxis recht rasch an der unmittelbar nach der Eintrocknung der Rohrzukkerlösung erhaltenen warmen Kohle durchgeführt werden.

Nach der Zuckerzugabe soll die Kohle die nachstehenden Eigenschaften besitzen:

CCl^-Aktivität, Gew.-^ 1 - 40

Jodzahl, mg/g 100 - 800

Schüttdichte, g/cm^ 0,4 - 0,9

Korngröße nach Wunsch

Um die gewünschte Modifizierung der Kohle zu erreichen, kann man für die Imprägnierung eine 2- bis 80gewichtsprozentige Zuckerlösung verwenden. Man kann die Lösung auf die Kohle aufsprühen oder die Kohle in die Lösung eintauchen. Bei Anwendung der Tauchmethode soll man eine mindestens einstündige Einwirkung gewährleisten, bevor man die Kohle von der Flüssigkeit befreit und trocknet.

Beispiele für weitere geeignete Porenmodifizierungsmittel sind NaCl (Speisesalz), Traubenzucker und Dextrine, Alkali- und Erdalkali carbonate, Silikonöle sowie jede beliebige andere Substanz, die durch die Kohle im Vergleich zu Menthol bevorzugt adsorbiert und zurückgehalten werden kann und auch toxikologisch annehmbar ist. Im Falle von Rohrzucker werden unter Anwendung des vorstehend erwähnten bevorzugten Konzentrationsbereichs etwa 80 fo des Porenvolumens eingenommen und etwa 95 f<> der Oberfläche bedeckt. Unabhängig davon, welches Porenmodifizierungsmittel verwendet wird, soll dieses mindestens 50 $ des Porenvolumens und mindestens 60 $ der Oberfläche der Kohle besetzen, bevor das Menthol oder ein anderer Geschmacksstoff eingeführt wird. In Gewichtsanteilen ausgedrückt, soll das Porenmodifizierungsmittel in Mengen von etwa 1 bis etwa 40 Gew.-$ der Kohle eingesetzt werden.

Der Anteil des der Kohle zugesetzten Menthols soll etwa 0,2 bis etwa 20 $ des ursprünglichen Gewichts der Kohle vor der Zuckerzugabe ausmachen. - 5 -

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Die vorstehenden allgemeinen Ausführungen sollen durch einen praktischen Versuch, dessen Ergebnisse Beispiel 1 wiedergibt, näher erläutert werden.

Beispiel 1

Zwei Proben von Aktivkohle AFC2204, einer Kohle mit einer Korngröße von 0,42 χ 1,41 mm (H x 40 mesh) sowie einem ursprünglichen Tetrachlorkohlenstoff-Adsorptionswert von 22,5 % und einer Jodzahl von 610, werden nach der vorstehend beschriebenen Methode durch Eintauchen imprägniert. Man verwendet zu diesem Zweck gleiche Volumteile von 5prozentiger bzw. 3prozentiger Rohrzuckerlösung. Die von der Flüssigkeit befreiten und getrockneten Kohleproben zeigen eine Erhöhung der Schüttdichte von etwa 10 bzw. 6 fo. Die CCl.-Werte der rohrzuckerimprägnierten Materialien betragen 4,3 bzw. 6,7 fo. Anschließend wird Menthol durch Gleichgewichtseinstellung in einen Exslkkator bei 100⁰C zugegeben; die aufgenommenen Mentholmengen werden später mit etwa 5 bzw. 6 Gew.-$ (bezogen auf das vereinigte Gewicht der Kohle und des Zuckers) berechnet.

Nach I8tägiger Lagerung werden Zigaretten, die mit die Versuchskohle enthaltenden Filtern ausgestattet wurden, in einer Testvorrichtung verraucht. Die abgegebene Mentholmenge wird bestimmt. Gemäß Standard-Testmethoden wird lediglich etwa ein Viertel des i gesamten erzeugten Rauchs "inhaliert"; dieser Anteil wird auf seinen Mentholgehalt analysiert. Die Proben werden in zwei Teile geteilt, von denen einer ,nach Entfernung des zuvor vorhandenen Filters verraucht wird. Die Mentholabgabe entspricht in diesem Falle Jener Mentholmenge, welche während der Lagerungsperiode zum Tabak vorgedrungen war. Die Mentholabgabe bei den mit angebrachtem Filter getesteten Proben gibt dann jenen Anteil des Menthols wieder, welcher entweder durch den Filter hindurchgegangen ist (nachdem er zuvor zum Tabak hingewandert war), plus jenem Anteil, welcher während des Tests vom Filter desorbiert wurde. Die Mentholabgaben werden in mg/Zigarette (8 Züge, 35 cnr/Zug, 1 Zug/min) angegeben. Es werden folgende Ergebnisse erzielts

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Kohle präpariert mit mix PiIber ohne Filter 5prozentiger Rohrzuckerlösung 0,39 0,46 3prozentiger Rohrzuckerlösung 0,42 0,55

Für diese spezielle Zigarette werden für die Abgaben ohne bzw. mit Filter Idealwerte von 0,25 bzw. 0,50 festgesetzt. Man erkennt, daß die unter Verwendung von 3prozentiger Rohrzuckerlösung präparierte Probe in beiden Fällen geringfügig höhere Abgaben als die Idealwerte aufweist. Ein entsprechender ohne Verwendung von Rohrzucker mit AFC2204 durchgeführter Test ergibt, daß nahezu kein Menthol abgegeben wird. Weitere Tests mit rohrzuckerimprägnierter AFC2204 zeigen mit Rücksicht auf das Verhältnis abgegebenes Menthol/zugesetztes Menthol, daß die nach der beschriebenen Methode vorgenommene Mentholzugabe eine um mindestens 35 $ bessere Wirkung als die Zugabe von Menthol zum Tabak sowie eine weitaus bessere Wirkung als die Mentholzugabe zu einer nicht-modifizierten Kohle besitzt.

Man kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch andere Gesehmacksstoffe als Menthol verwenden. Diese Geschmacks stoffe können auch in Kombination mit Menthol eingesetzt werden. In jedem Falle soll das Menthol jedoch auf die Kohle aufgebracht werden, welche zuvor mit einer Rohrzuckerlösung oder einem anderen Porenmodifizierungsmittel imprägniert wurde. Beispiele für weitere ge,-eignete Geschmacksstoffe sind verschiedene aromatische Öle, die für den Geschmack bei den Minzenarten verantwortlich sind, ferner Gecchmacksstoffe von Zitrusfrucht en und anderen Früchten, Eukalyptusöl und andere Öle sowie Spuren von Materialien, welche in höherer Konzentration unerwünscht wären, da sie den Geschmack z.B. beißend bzw. stechend machen und adstringierend wirken. Wie im Falle von Menthol beträgt der bevorzugte Anteil des Geschmacksstoffes 0,2 bis 20 Gew.-^ der Kohle. Man kann jede beliebige Filterart unter Verwendung der in der vorstehend beschriebenen Weise erzeugten Aktivkohle herstellen. Die Kohle kann in einer vorwiegend aus einem Filtermaterial auf Cellulosebasis bestehenden Grundsubstanz dispergiert werden. Man kann Kohle auch in die Form eines Filters bringen und dergestalt mit Hilfe einer geringen

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Menge eines Klebstoffs oder eines hitzehärtenden oder thermoplastischen Harzes abbinden.

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Claims (8)

C-IO4O 30. Juli 1973 »J Patent ansprüche

1. Aktivkohlegranulat-Zigarettenfilter, enthaltend ein mit einem Rauchgeschmacksstoff imprägniertes Aktivkahlegranulat, dadurch gekennzeichnet, daß mindοst cms etwa 50 ^cß> des Porenvolumens sowie 60 $, der Oberfläche des Aktivkohlegranulats vor der Imprägnierung mit einem Rauchgeschrnacksstoff durch Imprägnierung mit einem nicht-toxischen Porenmodifizierungsmittel blockiert wurden.

2. Zigarettenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht-toxische Porenmodifizierungsmittel ein Zucker ist.

3. Zigarettenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht—toxische Porenmodifizierungsmittel Rohrzucker ist.

4. Zigarettenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauchgeschmacksstoff Menthol ist.

5. Zigarettenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Rauchgeschmacksstoffes etwa 0,2 bis etwa 20 Gew.-$, bezogen auf das Gewicht des Aktivkohlegranulats, beträgt.

6. Zigarettenfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht-toxische Porenmodifizierungsmittel Rohrzucker ist.

7. Zigarettenfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauchgeschmacksstoff Menthol ist.

8. Aktivkohlegranulatfilter für eine Mentholzigarette, enthaltend ein Aktivkohlegranulat, welches mit etwa 0,2 bis etwa 20 Gew.-?6 (bezogen auf das Aktivkohlegranulat) Menthol imprägniert isb, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens etwa 50 $> des Porenvolumens sowie 60 <fo der Oberfläche des Aktivkohle granulate vor der Imprägnierung mit dem Menthol durch Imprägnierung mit Rohrzucker blockiert wurden.

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