DE2745028A1

DE2745028A1 - Filter fuer tabakrauchwaren

Info

Publication number: DE2745028A1
Application number: DE19772745028
Authority: DE
Inventors: @@ Candlish Stanley Maiden; John David Green; Henry George Horsewell; John Anthony Luke
Original assignee: British American Tobacco Co Ltd
Current assignee: British American Tobacco Investments Ltd
Priority date: 1976-10-06
Filing date: 1977-10-06
Publication date: 1978-04-13
Also published as: JPS5394098A; FI61617C; CH616321A5; FI772910A; DK153356C; MY8200285A; CA1091123A; DK441077A; HK15582A; FI61617B; US4219033A; DE2745028C2; CY1141A; AU2923877A; ZA775860B; GB1592549A; NL7710724A; JPS5932112B2; DK153356B; NL186738C

Description

HOFFMANN · ΙίΙΤΙ,Κ Λ PAKTNKR λ 1 Λ k () Ί Q PATENTANWÄLTE " " DR. ING. E. HOFFMANN (1V30-1976) . D I PL.-I NG. W. E ITlE · 0 «. R E R. N AT. K. H O F FM A N N · D I PL.-I NG. W. LE H N

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABtLlASTRASSE 4 (STERNHAUS) ■ D-BOOO MO N C H E N 61 · TE t E FO N (08?) 911087 ■ 1 E IE X 05-2961» (PATH E)

29 793/4 q/wa

BRITISH-AMERICAN TOBACCO COMPANY LIMITED, LONDON/ENGLAND

Filter für Tabakrauchwaren

Die Erfindung bezieht sich auf Filter für Tabakrauchwaren und insbesondere, wenn auch nicht ausschliesslich, auf Zigarettenfilter. Dabei sollen solche Filter geschaffen werden, die sowohl eine gute Filtrationswirksamkeit für die gesamte teilchenförmige Materie als auch einen annehmbaren Druckabfall haben. Insbesondere soll dieses Ergebnis über den gesamten Verbrauchsbereich von beispielsweise einer Zigarette erzielt werden.

Bei einem Zigarettenfilter mit einem Pfropfen aus faserigem Material ist es bekannt, eine Scheibe aus rauchundurchlässigem Material, z.B. einem Kunststoffmaterial, vorzusehen, in

80981 5/0755

2 7 4 b ü 2 8

der eine Rauchbeschleunigungsöffnung ausgebildet ist. Bekannt ist weiter ein Filterpfropfen, der auf unterschiedliche Dichtungsgrade verdichtet ist, so dass Bereiche mit unterschiedlicher Porosität längs der Pfropfenlänge vorliegen. Die unterschiedliche Porosität des letztgenannten Pfropfens lässt sich durch Wärmebehandlung von einem oder beiden Enden des Pfropfens erhalten.

Der erfindungsgemässe Filter für Tabakrauchwaren mit einem Pfropfen aus einem Filtermaterial zeichnet sich durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 aufgeführten Merkmale aus.

Gemäss einer im Unteranspruch 2 aufgeführten Weiterbildung der Erfindung kann die Querschnittsstelle des Pfropfens durch Vorsehen von einer Zwischenwand oder Schicht aus einem Dichtungsmaterial undurchlässig sein, die eine Ringnut im Pfropfen ausfUllt oder bedeckt. Alternativ oder zusätzlich kann die Querschnittsstelle durch Verschliessen der Poren im Filtermaterial, z.B. der Poren oder Zwischenräume zwischen Zelluloseacetatfasern, durch lokale Wärmezufuhr undurchlässig werden, während der kleinere Teil der Fläche rauchdurchlässig verbleibt. Mit dem Begriff kleinerer Teil sind in diesem Zusammenhang nicht mehr als 30 % der besagten Fläche, und vorzugsweise nicht mehr als 20 % gemeint. Eine einzelne öffnung kann aus praktischen GrUnden einen Durchmesser im Bereich von 1 bis 3,5 mm haben. Mehr als eine Rauchbeschleunigungsöffnung kann vorgesehen werden und in diesem Fall ist der Durchmesser von jeder öffnung vorteilhafterweise kleiner als der Durchmesser von einer einzelnen öffnungen.

Besagte Querschnittsstelle kann an einer Zwischenstelle längs

809815/0755

2 7 A b C) 2 8

-CiPfropfenlänge angeordnet sein, wobei die Umhüllung abstromseitig der Querschnittsstelle luftdurchlässig und aufstromseitig luftundurchlässig ist. Eine solche Querschnittsstelle kann am Raucheintrittsende des Pfropfens angeordnet werden. In jedem Fall befindet sich Filtermaterial an der und/oder unmittelbar abstromseitig von der öffnung, so dass es von dem beschleunigten Rauch unter Bedingungen beaufschlagt wird, die für die Trennung und Zurückhaltung von teilchenförmiger Materie günstig sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, längsgeschnittene Ansicht durch ein Ausführungsbeispiel von einem an der Tabaksäule einer Zigarette befestigten Filter,

Fig. 2 eine ähnliche Ansicht von einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 eine ähnliche Ansicht von einem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 eine grafische, vergleichende Ansicht bezüglich des Filtrationsverhaltens von Filtern nach Fig. 1 bis 3 und einem Filter konventioneller Bauart,

Fig. 5 eine grafische, ebenfalls Vergleichszwecken dienende Ansicht bezüglich des Ausstosses von gesamter teilchenförmiger Materie von einer anderen Bauart eines konventionellen Filters, und

80981 5/0755

274S028

Fig. 6 eine grafische, vergleichende Ansicht bezüglich des Druckabfalls von einem Filter nach Fig. 1 und einem konventionell aufgebauten Filter, dessen Arbeitsweise in Fig. 5 wiedergegeben ist.

Der Zigarettenfilterpfropfen 1 nach Fig. 1, der aus einem selbstgebundenen (nicht gewickelten) faserigen Zelluloseacetat besteht, hat in nahem Abstand von einem Ende eine tiefe Ringnut 2 mit im wesentlichen parallelen Seiten. Die Ringnut 2 wird durch Drehen des Pfropfens gegen eine Klinge gebildet, die sich bei einer Temperatur befindet, welche zum Aufschmelzen des Zelluloseacetats ausreicht. Die Basis und die Seiten der Nut 2 werden durch die heisse Klinge in einen glatten Zustand gebracht und für Tabakrauch ganz oder teilweise undurchlässig. Insbesondere für den letzten Fall wird ein Dichtungsmaterial 3,geeigneterweise ein heisschmelzender Klebstoff aus Polyäthylen, in die Nut 2 eingeführt, um die Abdichtung von Basis und Seiten der Nut zu vervollständigen. Das Material kann in geschäumter Form, vorausgesetzt, dass es undurchlässig ist, vorliegen. Eine leichte auswärts gerichtete Divergenz der Nutseiten erleichtert die Eingabe des Dichtungsmittels in die Nut. Das Dichtungsmittel kann alternativ so aufgegeben werden, dass es längs der Basis und Seiten der Nut 2 einen Film bildet. In jedem Fall bildet der abgedichtete Bereich eine ringförmige rauchundurchlässige Zwischenwand 4, um eine zentrale kreisförmige Engstelle 5 aus rauchdurchlässigem Zelluloseacetat auszubilden. Diese Engstelle 5 stellt effektiv eine öffnung für die Durchströmung des Rauches bei im Einsatz befindlichem Filter dar.

Für die Verwendung in Verbindung mit der in Zigarettenpapier 7 eingeschlagene Tabaksäule 6 einer Zigarette wird der Pfropfen

- 8 809815/0755

27Λ hi) ^

in ein Mundstück T eingehüllt, dessen Teil 8 an dem abstromseitigen Ende der Zwischenwand 4 luftdurchlässig, während der verbleibende Teil 9, der sich über eine kurze Länge über das Zigarettenpapier 7 erstreckt, luftundurchlässig ist. Das Mundstück 7¹ kann aus einem nichtporösen oder im wesentlichen nichtporösen Material, vorzugsweise Papier, bestehen, das hinsichtlich des Teiles 8 elektrostatisch oder mechanisch in bekannter Weise perforiert wurde, um eine bestimmte Luftdurchlässigkeit zu erhalten. Das Mundstück T kann alternativ aus einem porösen Papier bestehen, wobei in diesem Fall der Teil 9 durch Behandlung mit einem Dichtungsmittel undurchlässig gemacht wird. Zum Beispiel kann das Mundstück mit einem Dichtungsmittel oder mit einem undurchlässigen Klebstoff beschichtet werden, der an der Oberfläche des Pfropfens angehaftet wird. Um sicherzustellen, dass kein Teil der Rauchströmung die Engstelle 5 umgeht, kann das Mundstück T am Pfropfen 1 durch nichtgezeigte umfängliche Klebstoffwülste, einer an jedem Rand der Nut 2, verklebt werden. Oder es wird von einem Mundstückpapier Gebrauch gemacht, das mit einem heissschmelzenden Klebstoff beschichtet ist, durch den das Mundstückpapier am Pfropfen längs seines Umfangs verklebt wird.

Beim Rauchen einer Zigarette mit einem Filter vorbeschriebener Art wird der aus der Tabaksäule 6 durch die volle Querschnittsstelle des Pfropfens 1 eindringende Rauchstrom verengt und zum Durchtritt durch die schmale Engstelle 5 gebracht, die so wie eine Rauchbeschleunigungsöffnung wirkt. Unmittelbar angrenzend an die Engstelle 5 befinden sich Zelluloseacetatfasern ,auf die die beschleunigten Rauchpartikel auftreffen und an denen sie gesammelt werden. An dem abstromseitigen Ende der Zwischenwand 4 wird Luft durch das Mundstück T eingesogen und vermischt sich mit dem Rauch. Dies

80981 5/0755

27ASP28

hat zur Folge, dass trotz der Engstelle 5 ein akzeptabler Zugwiderstand oder Druckverlust vorliegt und auch andere günstige Wirkungen, die mit der sogenannten Ventilation im allgemeinen verbunden sind, erhalten werden.

Die Rauchstoss auf Rauchstoss erfolgende Abgabe von gesamter teilchenformiger Materie (T.P.M) aus dem in Fig. 1 gezeigten Filter mit einer Öffnungsengstelle 5 mit einem Durchmesser von 2,5 mm und einem Abstand von 5 mm von dem Tabakende eines 20 nun langen Pfropfens 1 wurde in Verbindung mit einem konventionell aufgebauten Filterpfropfen mit ähnlichem Druckabfall untersucht. Der konventionelle Pfropfen hatte einen identischen Aufbau wie der Pfropfen nach Fig. 1 mit der Ausnahme jedoch, dass keine Zwischenwand vorlag. Die Versuchsergebnisse sind in Fig. 4 wiedergegeben, wobei die Abgabe D an T.P.M. in Milligramm über der Anzahl N an Rauchausstössen bei einer Rauchlänge von einer Zigarette unter Normalbedingungen aufgetragen ist. Die Kurve a gibt die Ergebnisse hinsichtlich der T.P.M.-Abgabe von einem Filter nach Fig. 1 und die Kurve b von dem konventionellen Filter wieder. Wie zu sehen ist, wird mit erstgenanntem Filter nicht nur eine geringere Gesamtabgabe, d.h. höhere Filtrationswirksamkeit, sondern auch eine gleichmässigere gleichbleibend niedrige T.P.M.-Abgabe erhalten. Fig. 4 zeigt weiter anhand der Kurve c die Abgabe an Nikotin in mg bei den einzelnen Rauchstössen von einem Filter nach Fig. 1. Eine akzeptable Nikotinabgabe, die über die gesamte Anzahl an Rauchstössen im wesentlichen gleichmässig ist, wird erhalten. Gleichzeitig kann ein wünschenswert niedriges Verhältnis der T.P.M.-Abgabe zur Nikotinabgabe erzielt werden.

Fig. 2 zeigt eine Modifikation des Filters nach Fig. 1. Hierbei

809815/0755

-1O-

ist ein Ring mit kleinen Löchern 10 in dem ansonsten undurchlässigen Teil 9 des Mundstücks T vorgesehen, so dass aufstromseitig der Zwischenwand 4 auch der Eintritt von Ventilationsluft möglich ist. Wenn das Mundstück 7' durch einen Klebstoff am Pfropfen 1 befestigt wird, kann ein klebstoffreies Band 10' an der Stelle freigelassen werden, wo der Lochring angeordnet wird. Die Kurve d in Fig. 4 zeigt den Verlauf der erhaltenen T.P.M.-Abgabe. Die Abgabe ist noch niedriger als bei der Kurve a und wieder über den gesamten Rauchausstossbereich relativ gleichmässig.

Vergleichsversuche wurden auch zwischen einem ersten Filter, der eine Rauchbeschleunigungsöffnung in Form der Engstelle 5 hatte und ansonsten ähnlich wie der Filter nach Fig. 1, mit der Ausnahme jedoch aufgebaut war, dass die gesamte Länge des Pfropfens in einer undurchlässigen Hülle eingewickelt war, und einem zweiten konventionell aufgebauten Filter ohne Engstelle durchgeführt, dessen gesamte Länge ebenfalls in einer undurchlässigen Hülle eingewickelt war.

In Fig. 5 ist die T.P.M.-Abgabe für den ersten Filter durch die Kurve e und für den Filter durch die Kurve f wiedergegeben. Danach ergibt der erste Filter mit der Engstelle 5 eine insgesamt niedrigere Abgabe an T.P.M., jedoch war die Abgabe pro Rauchstoss ungleichmässiger als bei den Kurven a und d in Fig. 4.Nach Rauchstoß sechs steigt die Abgabe an T.P.M. rasch an, was unerwünscht ist und von Rauchern vermutlich nicht angenommen wird.

Vergleichsversuche bezüglich des Filterdruckverlustes wurden für den Filter nach Fig. 1 und dem ersten vorbeschriebenen Filter durchgeführt, der sich darin unterschied, dass er über

- 11 -

80981 5/0755

seine gesamte Länge eine undurchlässige Hülle hatte. Die Ergebnisse sind in Fig. 6 wiedergegeben, bei der der Druckabfall pd in cm Wassersäule über die Anzahl N an Zügen aufgetragen ist. Die Kurve a¹ gibt den Verlauf des Druckabfalls für den Filter nach Fig. 1 und die Kurve e¹ für den Filter mit der undurchlässigen Hülle wieder. Die Kurve a¹ zeigt einen Druckabfall, der über den gesamten Bereich an Zügen annehmbar verbleibt, während die Kurve e¹ einen so rasch anwachsenden Druckabfall zeigt, dass er selbst nach wenigen Zügen nicht mehr akzeptabel ist.

Der Pfropfen nach Fig. 3 unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 darin, dass die Rauchbeschleunigungsöffnung 5 oder Engstelle am aufstromseitigen Ende des Zelluloseacetatpfropfens 1 und nicht an einer zwischenliegenden Stelle längs seiner Länge vorgesehen ist. Die Öffnung 5 ist dadurch gebildet, dass die gesamte Endfläche 11 des Pfropfens mit Ausnahme eines kleinen zentralen Bereichs von zweckmässigerweise 1,5 mm Durchmesser, undurchlässig gemacht wird, so dass dieser zentrale Bereich als durchlässige Engstelle, die sich zur Tabaksäule 6 erstreckt, frei bleibt. Die Endfläche 11 kann durch einen Prägevorgang oder ein Glasieren bzw. Satinieren mittels eines Presswerkzeugs undurchlässig gemacht werden,das mit einer zentralen Bohrung, deren Innendurchmesser gleich dem Durchmesser der Öffnung 5 ist, versehen ist. Das auf eine zum Glasieren des Zelluloseacetats geeignete Temperatur erwärmte Presswerkzeug wird in Axialrichtung des Pfropfens bewegt, um dessen Endfläche gegen die Fläche 11 des Pfropfens zu pressen.

Die T.P.M.-Abgabe des in Fig. 3 gezeigten Filters ist durch die Kurve g in Fig. 4 wiedergegeben. Die Abgabe ist niedrig

- 12 -

809815/0755

und annehmbar gleichmässig über den Rauchbereich.

Ein Pfropfen ähnlich dem nach Fig. 3 lässt sich unter Verwendung eines Presswerkzeugs erhalten, das ähnlich dem vorbeschriebenen ist, jedoch keine zentrale Bohrung hat, so dass die gesamte Endfläche des Pfropfens rauchundurchlässig glasiert wird. Die Rauchbeschleunigungsöffnung wird dann mittels Durchstossen des glasierten Endes mit einem Stift ausgebildet. Der Stift kann auf eine Temperatur erwärmt werden, so dass lokal die Zelluloseacetatfasern aufschmelzen. Alternativ kann ein Werkzeug mit einer flachen glasierenden Stirnfläche verwendet werden, von der ein Dorn absteht. Das Ende des Pfropfens wird mit Ausnahme der durch den Dorn gebildeten öffnung, rauchundurchlässig glasiert.

Schliesslich kann ein Pfropfen ähnlich dem nach Fig. 3 dadurch erzeugt werden, indem der Pfropfen mit einem dichtenden Material über seine gesamte Oberfläche, mit Ausnahme eines kleinen zentralen Bereichs, beschichtet wird, der die Rauchbeschleunigungsöffnung schafft.

Bei einem ansonsten dem in Fig. 3 gezeigten ähnlichen Pfropfen, kann die glasierte oder versiegelte Endfläche anstelle der flachen Ausbildung, z.B. bei Betrachtung in Längerichtung des Pfropfens, schalenförmig sein. Bei der Oberfläche kann es sich um die einer Ausnehmung handeln, die sich nach innen vom Ende des Pfropfens erstreckt.

Bei irgendeinem der Filter nach Fig. 1 bis 3 kann die Ventilation abstromseitig der Engstelle 5 durch Vorsehen von einem oder mehreren Lochringen, wie beispielsweise dem Lochring 10 am Filter nach Fig. 2, im Teil 8 des Mundstücks 7', erhalten werden.

809815/0755

- 13 -

Bel einem Filter können mehr als eine Rauchbeschleunigungsöffnung in einer Zwischenwand vorliegen. Zum Beispiel kann eine Zwischenwand mit mehr als einem nicht glasierten oder unbeschichteten Bereich in einer ansonsten glasierten oder beschichteten Oberfläch vorgesehen werden. Desweiteren kann ein Filter mit mehr als einer Zwischenwand,jeweils eine Rauchbeschleunigungsöffnung aufweisend, versehen sein, wobei die Zwischenwände längs des Filters in Abstand voneinander stehen, so dass die öffnungen in Reihe wirken.

Die Rauchbeschleunigungsöffnung kann am oder nahe bei dem Ende des Pfropfens angeordnet sein, das von der Tabaksäule abgewandt ist. Jedoch werden höhere Filtrationswirkungen erhalten, wenn die Öffnung am oder nahe beim Tabakende des Pfropfens liegt.

Was das Filtermaterial für den Pfropfen anbetrifft, so ist dieses nicht auf faserige Materialien, wie Zelluloseacetat, beschränkt. Gebundene, granulatförmige Filtermaterialien, z.B. Kohlenstoff, können ebenfalls verwendet werden. Ferner kann der Filterpfropfen aus einer Materialmischung, z.B. einer Mischung aus Polypropylenfasern und Zelluloseacetatfasern oder einer Mischung aus Zelluloseacetatfasern und Kohlenstoff granulat, bestehen.

Die Erfindung kann auch in Verbindung mit Pfropfen aus nichtgebundenem Filtermaterial angewendet werden. In diesem Fall muss das oder die Umwicklungsmaterialien die erfindungsgemässen Erfordernisse erfüllen, als auch die Aufgabe übernehmen, das nichtgebundene Material in wirksamer Weise zusammenzuhalten.

809815/0755

Claims

HOFFMAKN · KITJJTC Λ: PAKTNKR

PAT K N TAN WALTE

DR. ING. E. HOFFMANN (19301971) ■ DIPL.-ING. W. E ITlE · DR. REH. NAT. K. HOFFMAN N ■ Dl PL.-1 NG. W. IE H N

DIPl.-ING. K. FOCHSlE ■ DR. RER. NAT. B. HANSEN ARAiEIlASTRASSE 4 (STERNHAUS) ■ D-IOOO MO NC H EN 81 · TELE FON (089) »11087 ■ TE IE X 05-29619 (PATH E)

29 793/4 q/wa

BRITISH-AMERICAN TOBACCO COMPANY LIMITED, LONDON/ENGLAND

Filter für Tabakrauchwaren

PATENTANSPRÜCHE

Filter für Tabakrauchwaren mit einem Pfropfen aus Filtermaterial, dadurch gekennzeichnet , dass eine Querschnittsstelle des Pfropfens (1) mit Ausnahme eines kleineren Flächenbereichs der Querschnittsstelle für den Durchgang von Rauch undurchlässig ist, wobei der kleinere Flächenbereich eine Rauchbeschleunigungsöffnung (5) bildet,und dass der Pfropfen von einer Hülle (7¹) umgeben ist, die einen Zutritt von Luft in einen abstromseitig der öffnung befindlichen Pfropfenbereich (8) erlaubt.

!. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsstelle durch Vorsehen von einer sperrenden Zwischenwand (4) oder einer Lage aus undurchlässigem Material undurchlässig ist.

809815/0755

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass eine Ringnut (2) im Pfropfen (1) an der Querschnittsstelle vorgesehen ist, wobei die Ringnut mit einem undurchlässigen Material ausgefüllt oder an ihren Wänden beschichtet ist.

4. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Querschnittsstelle durch Verschliessen der Zwischenräume oder Poren im Filtermaterial mittels lokaler Wärmezufuhr undurchlässig ist, während der kleinere Flächenbereich rauchdurchlässig gelassen wird.

5. Filter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Querschnittsstelle an einer zwischenliegenden Stelle längs der Länge des Pfropfens (1) angeordnet ist und die Hülle (7¹) abstromseitig der Querschnittsstelle luftdurchlässig ist.

6. Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (7') aufstromseitig der Querschnittsstelle luftundurchlässig ist.

7. Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (7¹) aufstromseitig der Querschnittsstelle mit Ventilationsbohrungen (10) versehen ist.

8. Filter nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , dass die Querschnittsstelle am Raucheintrittsende des Pfropfens (1) angeordnet ist.

809815/0755

9. Filter nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , dass mehr als eine undurchlässige Querschnittsstelle vorgesehen ist, so dass deren öffnungen (5) in Reihe zueinander liegen.

809815/0755