DE2828208C2

DE2828208C2 - Belüftete Filterzigarette

Info

Publication number: DE2828208C2
Application number: DE2828208A
Authority: DE
Inventors: Richard Hugo Martin; William Fred Pisgah Forest N.C. Owens jun.
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1977-06-29
Filing date: 1978-06-27
Publication date: 1986-11-27
Also published as: AU3524278A; BR7803393A; GB1554998A; JPS5538108B2; CH631607A5; ZA782116B; DK291078A; FR2395716B1; NL171856B; NL171856C; FR2395716A1; CA1074657A; AU513096B2; DE2828208A1; DK150632B; DK150632C; FI781259A7; BE868500A; FI64737C; PH16396A

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine belüftete Filterzigarette gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Es sind belüftete Zigaretten bekannt, bei denen eine Vielzahl von Perforationen in dem Belagpapier, das den Filter oder einen Teil der Zigarette selbst umgibt, vorgesehen ist. Die Perforationen dienen als Mittel zum Verdünnen des durch die Zigarette gezogenen Rauchs mit Umgebungsluft, was zu einer kühleren, weniger scharf schmeckenden Zigarette führt. Ferner ist bekannt, daß die Luftverdünnung die Abgabe teilchenförmiger Stoffe insgesamt und von in der Gasphase vorliegenden Bestandteilen des Rauchs verringert.

Die Verdünnung mit Luft oder Abschwächung des Hauptstromrauchs der Zigarette durch den Filter ist die am weitesten verbreitete und am meisten benutzte Maßnahme zum Vermindern der Rauchabgabebestandteile von Zigaretten. Bei Filterzigaretten mit perforiertem Mundstück ist es üblich, die Perforationen in einer Umfangslinie oder in Umfangslinien um das Mundstück herum so anzuordnen, daß die Löcher entweder direkt über dem Filter oder an der Verbindungsstelle zwischen dem Filter und dem Tabakstrang oder Tabakstock liegen. Wenn die Perforationen über dem Filter angeordnet sind, ist der Filterstopfen selbst von einem porösen, luftdurchlässigen Umhüllungsmaterial umgeben, so daß Luft durch die Mundstückperforationen und die poröse Umhüllung in den Filter eintreten kann, wo sie sich mit dem Rauch vermischt. In diesen Fällen haften Belagpapier und Umhüllung außer in der perforierten Zone in Bereichen ihrer aneinanderliegenden Oberflächen aneinander. Die perforierte Zone ist leimfrei gehalten, um ein Blockieren der Mundstückperforationen und der porösen Umhüllung zu verhindern. Auf herkömmliche Weise wird der Effekt der Luftverdünnung bei perforiertem Mundstückbelag durch die Benutzung eines Mundstücks mit Makroperforationen erreicht, welches deutlich sichtbare,

so verhältnismäßig große Löcher enthält Diese Löcher werden üblicherweise durch mechanisches Perforieren des Mundstückpapiers vor dem Herstellen der Zigarette ausgestanzt. Mechanisch perforierte Mundstückpapiere haben einen Streifen aus einer oder mehreren Linien einzelner Perforationen oder Löcher, die mit bloßem Auge deutlich sichtbar sind.

Es ist auch bekannt (US-PS 38 05 800), einen gleichmäßig porösen Mundstückbelag zu verwenden, welcher einer porösen Filterumhüllung überlagert ist, um eine Belüftung des Hauptstromrauchs aus Zigaretten zu erreichen. Bei dieser Anordnung ist der poröse Mundstückbelag mit der Filterumhüllung in Bereichen der aneinanderliegenden Oberflächen verklebt, wobei mindestens eine Ventilationszone leimfrei gehalten ist, um einen porösen Bereich zu bilden, durch den Luft in den Hauptstromrauch in der Zigarette eindringen kann, damit die gewünschte Belüftung erreicht wird.

Bei bekannten belüfteten Zigaretten der erörterten Art ist zwar die Abgabe teilchenförmiger Stoffe insgesamt und von in der Gasphase vorliegenden Bestandteilen im Zigarettenrauch verringert; diese Zigaretten bieten aber nicht den gewünschten Grad an selektiver Verringerung einiger der weniger erwünschten Bestandteile im Zigarettenrauch wie Kohlendioxid. Ferner besteht bei diesen Zigaretten die Tendenz, daß der Nikotinanfall in ähnlichem Ausmaß verringert wird wie der anderer Bestandteile, so daß bei den maximal erzielbaren Gesamtreduktionen der Nikotinpegel im Rauch drastisch herabgesetzt wird. Durch die zunehmende Besorgnis der Öffentlichkeit wegen der im Zigarettenrauch enthaltenen Menge an Kohlenmonoxid ist dieser Bestandteil für die Industrie zunehmend wichtiger geworden.

Eine Selektivität von Kohlenmonoxid im Verhältnis zu Nikotin ist schon bei einem Filter in der DE-OS

25 09 608 beschrieben; im selektiv wirksamen Teil des Filters ist jedoch nur eine einfache Umhüllung aus einem speziellen Diffusionspapier vorgesehen.

Die Erfindung geht von der Bauart einer Filterzigarette aus, die in der DE-OS 25 31 285 beschrieben ist; bei de,- bekannten Filterzigarette dieser Bauart sind die Mikroperforationen elektrostatisch hergestellte Perforationen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Filterzigarette dieser Bauart eine ausgeprägte Selektivität von Kohlenstoff im Verhältnis zu Nikotin zu erreichen.

Diese Aufgabe wird bei einer Filterzigarette mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale dessen charakteristischen Teils erreicht

Die erfindungsgemäße Filterzigarette zeigt bei konventionellem Grundaufbau eine überraschend gute Selektivität νοϊ; Kohlenmonoxid in Verhältnis zu Nikotin. Belagmaterial und Umhüllungsmaterial können dabei konventionell mittels eines Klebstoffs in Bereichen ihrer aneinanderliegenden Oberflächen außer in der Zone der Mikroperforationen im Belagmaterial aneinanderhaften. Die erfindungsgemäße Filterzigarette weist zwei Elemente von entscheidender Bedeutung auf, deren Kombination die außerordentlichen Ergebnisse hervorruft, die im Anfall der Bestandteile im Hauptrauchstrom angetroffen werden. Zunächst einmal muß die Größe der Mikroperforationen im Belagmaterial so gewählt sein, daß jedes Loch einen Öffnungsbereich von weniger als 0,01 mm² hat Zweitens muß die Porosität des gleichmäßig luftdurchlässigen Umhüllungsmaterials mindestens 300 und höchstens 4000 Filtrona-Luftdurchlässigkeitseinheiten entsprechen. Überraschenderweise hat sich herausgestellt daß bei Berücksichtigung dieser beiden Elemente in der Struktur einer Filterzigarette sehr selektive Verringerungen des Anfalls an Kohlenmonoxid im Verhältnis zu anderen Bestandteilen im Hauptstromrauch erzielt werden, ohne daß damit eine entsprechende Reduzierung der Nikotinausbeute einhergeht

Durch die Beziehung zwischen der Porosität des Umhüllungsmaterials kombiniert mit der Größe der Mikroperforationen im Belagmaterial werden Zigaretten mit maximalen selektiven Verringerungen des Kohlenmonoxidanfalls und nur geringfügigen Verringerungen des Nikotinanfalls im Vergleich zu den bisher im Rauch von vergleichbaren Filterzigaretten mit Klimazone erhaltenen Ausbeuten der verschiedenen Bestandteile geschaffen. Der hier verwendete Ausdruck "Filtrona-Luftdurchlässigkeit" bezieht sich auf das Luftvolumen, welches pro Zeiteinheit bei einem konstanten Druckabfall durch eine bestimmte Fläche Papier fließt und nach folgender Gleichung berechnet wird:
Filtrona-Luftdurchlässigkeit = cm³ Luft/min/cm² Papier/10 cm Wassersäule.

Eine Filtrona-Luftdurchlässigkeit von 3000 bedeutet also, daß 3000 Kubikzentimeter Luft in einer Minute bei einem Gegendruck von 10 Zentimeter Wassersäule durch einen Papierbereich fließen, der einen Quadratzentimeter groß ist

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Filterzigarette perspektivisch dargestellt.

Die Zeichnung zeigt eine Filterzigarette 10 mit einem Tabakstrang oder Tabakstock 11, der von herkömmliehern Zigarettenpapier 12 umgeben ist. Ans Ende des Tabakstocks 11 schließt ein Filter 13 an, der beliebige der üblicherweise verwendeten Zigarettenfiltermittel, wie Celluloseacetatfaser, Papier, synthetische Polymerisatschaumstoffe usw., aufweisen kann. Der Filter 13 ist in eine gleichmäßig poröse Umhüllung 14 gewickelt und dann von einem Bundstückbelag 15 bzw. einer Belaglage umgeben. Ein kurzer Bereich des Belagmaterials überlappt das Zigarettenpapier 12, um den Filterabschnitt an dem den Tabakstock umgebenden Zigarettenpapier zu befestigen. Das Belagmaterial 15 enthält eine Vielzahl kleinster Perforationen, sogenannter Mikroperforationen 16, in mindestens einer Zone oder einem Streifen aus Linien oder Reihen, die in Umfangsrichtung um das Zigarettenende verlaufen. Die durchschnittliche Größe jeder Mikroperforation 16 hat einen Öffnungsbereich von weniger als 0,01 mm². In der Zeichnung sind die Mikroperforationen aus Gründen der Illustration zwar als Punkte zu erkennen; aber Löcher dieser minimalen Größe sind mit bloßem Auge nicht sichtbar. Perforierte Beläge mit Löchern so kleiner und exakter Größe sind erst seit kurzem durch Anwendung von Perforationstechniken mit elektrischer Funkenentladung herstellbar.

Das andere entscheidende Merkmal der Zigarettenstruktur gemäß der Erfindung besteht in der Luftdurchlässigkeit des Materials der gleichmäßig porösen Umhüllung, die in einem Größenordnungsbereich von ca. 300 bis 4000 Filtrona-Luftdurchlässigkeitseinheiten liegen sollte. Durch die Kombination des porösen Umhüllungsmaterials, welches eine solche Luftdurchlässigkeit aufweist, mit dem Belagmaterial mit Mikroperforationen werden die überraschenden maximalen selektiven Verringerungen des Kohlenmonoxidanfalls in den hergestellten Filterzigaretten erreicht. Bisher war zwar schon bekannt, daß mit Luft abgeschwächte oder ventilierte Systeme dazu neigen, gewisse Bestandteile des Zigarettenrauchs stärker zu verringern als andere; aber es war nicht bekannt, daß das Verhältnis zwischen der Lociigröße der Perforationen im Belag und der Luftdurchlässigkeit des Umhüllungsmaterials gemeinsam für die maximale Selektivität von entscheidender Bedeutung sind. Auch war nicht bekannt, daß durch eine solche Kombination bisher unerreichbare selektive Verringerungen des Anfalls an Kohlenmonoxid bei nur minimaler Verringerung des Anfalls an Nikotin ermöglicht würden. Die Anwendung der entscheidenden Kombination zwischen Belag und Umhüllung führt zu Kohlenmonoxidverringerungen, die mindestens dreimal größer sind als die Herabsetzung des Nikotingehalts. Eine solche relative Verringerung an Kohlenmonoxid im Vergleich zu Nikotin wird als Auswahlverhältnis bzw. Selektivitätsverhältnis bezeichnet und hier durch die prozentuale Verringerung an Kohlenmonoxid geteilt durch die prozentuale Verringerung an Nikotin ausgedrückt. Das Auswahlverhältnis sollte mindestens 3, vorzugsweise aber 5 oder mehr, betragen. Es wurden auch Auswahlverhältnisse bis zu ca. 12 erreicht.

Beispiele
Tabakstöcke eines handelsüblichen Tabakgemisches, umhüllt von herkömmlichem Zigarettenpapier, wurden

auf Längen von 7 mm geschnitten und nach Gewicht auf ±2% des durchschnittlichen Gewichts der Partie sortiert. An die Tabakstöcke wurden 25 mm lange Filter aus Celluloseacetat-Tow angesetzt, welches getrennt von gleichmäßig porösen Umhüllungen umgeben war, die die verschiedenen handelsüblichen Filtrona-Luftdurchlässigkeitswerte darstellten. Jeder mit Umhüllung versehene Filter wurde mittels eines Belagmaterials mit Mikroperforationen an einem Tabakstock angebracht und die mit Filter versehenen Zigaretten bei 22,2°C (72° F) und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 62% vor dem Rauchen konditioniert. Das verwendete perforierte Belagmaterial wurde mit einer elektrostatischen Perforationsvorrichtung hergestellt, die das Papier mit einer Hochspannungsentladung locht. Die Perforationen waren in einem einzigen Streifen einzelner Reihen oder Linien angeordnet, wobei einander benachbarte Reihen ca. 1 mm voneinander entfernt innerhalb des Streifens zentriert und um den Umfang des Filterendes herum angeordnet waren. Der Belag war 30 mm breit und der Perforationsstreifen etwa 10 mm von dem dem Tabakstock zugewandten Rand des Belagpapiers entfernt angeordnet. Es wurden zwei Serien perforierter Beläge in Kombination mit den verschiedenen porösen Umhüllungen ausgewertet, von denen eine Serie 4 Perforationsreihen pro Streifen und die andere 10 Perforationsreihen pro Streifen enthielt. Der durchschnittliche Öffnungsbereich jeder einzelnen Perforation in beiden Serien betrug weniger als 0,01 mm². Der gelochte Bereich in all diesen Belagpapieren hat typischerweise eine Porosität von 1000 bis 1400 Filtrona-Luftdurchlässigkeitseinheiten. Der mit Mikroperforationen versehene Belag und die Umhüllung des Filters wurden in Bereichen ihrer aneinanderliegenden Oberflächen außer in der perforierten Zone, die leimfrei blieb, miteinander verklebt. Die Breite des leimfreien Bereichs ging um 1 mm über den Perforationsstreifen hinaus. Unter Anwendung der gleichen Tabakstöcke und der gleichen Celluloseacetatfilterstoffe wurden identische Kontrollzigaretten hergestellt. Nur wurde bei ihnen der Filterstopfen von einem nicht porösen Umhüllungsmaterial umgeben und durch ein nicht perforiertes, nicht poröses Belagmaterial mit dem Tabakstock vereinigt, wobei Klebstoff über den gesamten Bereich ihrer aneinanderliegenden Oberflächen aufgetragen wurde.

Mit einer automatischen Rauchmaschine wurden Probezigaretten aus jeder Serie und die Kontrollzigaretten gemäß FTC-Vorschriften geraucht.

Der bei jedem Zug erhaltene Rauch wurde gesammelt und der Anfall der verschiedenen Rauchbestandteile nach herkömmlichen Verfahren bestimmt. Die Verringerungen verschiedener Bestandteile wurden im Verhältnis zu den von den Kontrollzigaretten erhaltenen Ausbeuten bestimmt, die keine meßbaren Erscheinungen an Luftverdünnung oder Abschwächung zeigten. Die Ergebnisse gehen aus den beiden folgenden Tabellen hervor:

Tabelle I

Perforations	Filtrona-Luft-	Max. Verringerung in %	Teer	Teer	Nikotin	Auswahl
reihen	durchlässigkeit		25		5	verhältnis
35 (Belag)	(Umhüllung)	CO	24		8	CO/Nikotin
4	340	40	30	6	8,00
4	1 000	51	61	41	6,38
4	3 000	71	62	33	11,83
40 4	21 500	85	Tabelle II		2,07
4	40 000	92	Max. Verringerung in %		2,79

45 Perforations	Fütrona-Luft-	CO	Nikotin	Auswahl
reihen	durchlässigkeit		verhältnis
(Belag)	(Umhüllung)	CO/Nikotin

10	340	63	28	7	9,00
10	1 000	66	43	10	6,60
10	3000	90	46	17	5,29
10	21 500	91	64	39	2,33
10	40 000	95	63	45	2,11

Aus den Tabellen geht hervor, daß die Verringerungen im Gehalt an Kohlenmonoxid, trockenem Teer und Nikotin bei beiden Serien mit 4 Perforationsreihen pro Streifen und mit 10 Perforationsreihen pro Streifen bedeutend ansteigen, wenn die Luftdurchlässigkeit des porösen Umhüllungsmaterials zunimmt Allerdings zeigen beide Serien bemerkenswerte selektive Verringerungen an Kohlenmonoxid und nominale Verringerungen an Nikotin bei niedrigeren Luftdurchlässigkeitswerten der porösen Umhüllung. So wird in der ersten Serie bei einer Luftdurchlässigkeit der Umhüllung von 3000 das Kohlenmonoxid um 71 % verringert, während Nikotin nur um 6% herabgesetzt wird, was ein Auswahlverhältnis von 11,83 ergibt Ähnlich wird in der zweiten Serie bei einer Luftdurchlässigkeit der Umhüllung von 3000 der Gehalt an Kohlenmonoxid um 90% und der an Nikotin nur um 17% reduziert, was ein Auswahlverhältnis von 5,29 ergibt Wenn die Luftdurchlässigkeit der Umhüllung 21 500 oder mehr beträgt, erfolgt zwar noch eine gewisse zusätzliche Verringerung an Kohlenmonoxid, aber die Verringerungen an Nikotin nehmen bedeutend zu, und das Auswahlverhältnis sinkt auf ca. 2,00. Beide Filterserien zeigen also eine dramatische und abrupte Änderung der Kohlenmonoxidselektivität zwischen Luftdurchlässigkeitswerten der Umhüllung von 3000 bis 21 500. Ferner zeigt sich, daß bei einer Luftdurchlässigkeit der Umhüllung von ca. 4000 der Maximalwert erreicht ist, um ein Auswahlverhältnis von mehr als 3 zu erreichen.

Unvermutet wurde festgestellt, daß bei Verwendung eines Belags mit Mikroperforationen gemeinsam mit einer
porösen Umhüllung mit niedrigen und mittleren Luftdurchlässigkeitswerten die maximale Kohlenmonoxidselektivität bei nur mäßigen Nikotinverringerungen erzielt wird. Poröse Umhüllungen mit hoher Luftdurchlässigkeit
hingegen bieten geringe Selektivität aber maximale Verringerungen der gesamten Bestandteile.

Bedeutende spezifische Verringerungen des Kohlenmonoxidgehalts im Zigarettenrauch lassen sich also durch 5 ein Luftverdünnungs-Filtersystem erzielen, welches aus den verschiedenen Kombinationen aus porösem Umhüllungsmaterial und elektrostatisch mit Mikroperforationen versehenem Belagmaterial gemäß der Erfindung
hergestellt ist. Mit Mikroperforationen versehenes Belagmaterial bietet kombiniert mit porösem Umhüllungsmaterial von mittlerer bis geringer Luftdurchlässigkeit bei guter Präzision stark selektive Verringerungen der
Rauchbestandteile, was bisher nicht möglich war. ι ο

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche

1. Belüftete Filterzigarette

— mit einem Filter (13),

—der von einer gleichmäßig porösen Umhüllung (14) umgeben ist,

— die ihrerseits von einer Belagschicht (15) umgeben ist

— welche mindestens eine mit Mikroperforationen (16) versehene Zone aufweist und

— außerhalb der jeweils mit den Mikroperforationen (16) versehenen Zone mit der Umhüllung (14) so verbunden ist, daß angesaugte Umgebungsluft durch die mit den Mikroperforationen (16)

ίο versehene Zone fließt,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Filtrona-Luftdurchlässigkeit der Umhüllung (14) im Bereich von 300 bis 4000 Einheiten und die Größe der Mikroperforationen (16) unter jeweils 0,01 mm² Querschnittsfläche liegen,
und daß die Luftdurchlässigkeit der Umhüllung (14) und die Größe der Mikroperforationen (16) so aufeinander abgestimmt sind, daß das Selektivitätsverhältnis von Kohlenmonoxid zu Nikotin 3 oder höher ist

2. Filterzigarette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtrona-Luftdurchlässigkeit der Umhüllung (14) etwa 3000 Einheiten beträgt.

3. Filterzigarette nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Selektivitätsverhältnis von Kohlenmonoxid zu Nikotin 5 oder hoher ist

4. Filterzigarette nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die mit Mikroperforationen (16) versehene Zone zwischen den Rändern der Belagschicht (15) rings um den Filter (13) verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroperforationen (16) einen Streifen aus einander benachbart umlaufenden Reihen einzelner Mikroperforationen (16) bilden.

5. Filterzigarette nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen 4 bis 10 Reihen aufweist und eine Filtrona-Luftdurchlässigkeit im Bereich von 1000 bis 1400 Einheiten hat

6. Filterzigarette nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet daß ein leimfrei gelassener Bereich der aneinanderliegenden Oberflächen zwischen der Umhüllung (14) und der Belagschicht (15) die Breite des Streifens um mindestens 1 mm übersteigt.