DE2919842A1

DE2919842A1 - Filter fuer tabakrauch

Info

Publication number: DE2919842A1
Application number: DE19792919842
Authority: DE
Inventors: Henry George Horsewell; James William Percy Phelpstead
Original assignee: British American Tobacco Co Ltd
Current assignee: British American Tobacco Investments Ltd
Priority date: 1978-05-16
Filing date: 1979-05-16
Publication date: 1979-11-22
Also published as: FI65897B; DK199379A; ATA362879A; US4300577A; CA1106256A; BE876291A; NL7903773A; JPS54151200A; CH638961A5; DK152247C; FI791538A; DK152247B; DE2919842C2; NL190468B; BR7903061A; AT372248B; ZA792187B; FI65897C; NL190468C; JPH0142669B2

Description

HOFFMANN- EITL₁S & PARTNER 9 Q 1 Q R Λ

PATENTANWÄLTE ^" ' ^ DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . DIPL.-I NG. W.EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMAN N . D I PL.-ING. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERN HAUS) · D-8000 MO N CH EN 81 · TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATH E)

31 107 m/wa

BRITISH-AMERICAN TOCABBO COMPANY, LIMITED, LONDON

ENGLAND

Filter für Tabakrauch

Die Erfindung betrifft ein Filter für Tabakrauch, insbesondere ein verbessertes Filter für Tabakrauch, welches im wesentlichen, jedoch nicht ausschliesslich, für Zigaretten geeignet ist.

Bisher wurden in Filtern für Tabakrauch chemisch aktive Absorbentien zur Entfernung von Dampfphasenbestandteilen verwendet. Dabei stiess man jedoch auf das Problem, dass es

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schwierig ist, geeignete Bedingungen zu schaffen, damit die Reaktionen ausreichend schnell ablaufen, um eine wirksame Entfernung jener Bestandteile zu erreichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu vermeiden.

Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Filter zur Verfügung gestellt wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es im Gemisch oder"in inniger Dispersion eine erste Komponente, welche ein einsatzfähiges, jedoch schwaches oder schwach retentives Adsorbens für DampfPhasenbestandteile des Tabakrauchs, einschliesslich Aldehyden, aufweist, und eine zweite Komponente umfasst, welche Aminogruppen aufweist und in der Lage ist, sich chemisch mit den genannten Bestandteilen unter Bildung von im wesentlichen nicht-flüchtigen Reaktionsprodukten zu verbinden.

Insbesondere gewährleistet das erfindungsgemässe Filter, dass, wenn Tabakrauch in intermittierenden Zügen das Filter passiert, die genannten Bestandteile während den Zügen durch die erste Komponente absorbiert und während den Intervallen zwischen den Zügen von der ersten Komponente desorbiert und chemisch mit der zweiten Komponente unter Bildung von im wesentlichen nicht-flüchtigen Reaktionsprodukten chemisch gebunden werden. Bevorzugt sind mindestens 30 % der Aminogruppen der zweiten Komponente primäre Aminogruppen. Sofern dies gewünscht wird, können im wesentlichen alle Aminogruppen primäre Aminogruppen darstellen.

Es wurde gefunden, dass Filter gemäss der Erfindung in der

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Lage sind, aus dem Tabakrauch einen höheren Anteil an flüchtigen Aldehyden und Cyanwasserstoff zu entfernen, als dies aufgrund der individuellen Leistung der ersten und zweiten Komponente(n) erwartet würde. Es wird angenommen, dass der Mechanismus des Entfernens wie folgt abläuft: Während eines jeden Zuges nehmen sowohl die erste als auch die zweite Komponente Dampfphasenbestandteile aus dem Rauch auf; in den Zeiträumen zwischen den Zügen (inter-puff periods) desorbieren die Dampfphasenbestandteile, welche von der ersten Komponente aufgenommen worden waren, von derselben. Ein Anteil der desorbierten Dampfphasenbestandteile verbindet sich dann, im wesentlichen permanent, mit der chemisch aktiven zweiten Komponente. Da die Desorptionsrate von der ersten Komponente proportional zur Konzentration der Dampfphasenbestandteile in räumlicher Nachbarschaft zur ersten Komponente ist, schafft deren Entfernung von dieser Stelle durch im wesentlichen permanente Kombination bzw. Verbindung mit der chemisch aktiven zweiten Komponente einen Konzentrationsgradienten, der zu einer schnellen Verarmung der Menge an DampfPhasenbestandteilen, welche durch die erste Komponente gehalten werden, führt. Somit wird zu der Zeit, wenn der nächste Zug beginnt, die erste Komponente für eine weitere wirksame Adsorption von Dampfphasenbestandteilen zur Verfügung stehen. Es kann angenommen werden, dass der Mechanismus einen "Pump"-Effekt einschliesst.

Es wird angenommen, dass die Nachteile von bekannten Filtern für Tabakrauch dadurch vermieden werden, dass in dem vorstehend beschriebenen Mechanismus die erste Komponente oder das physikalische Adsorbens als vorübergehender "Lagerplatz" für die genannten Bestandteile dient.

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Die erste Komponente kann ζ.B* eines oder mehrere der folgenden Materialien darstellen: poröse Mineralerden, wie Magnesiumsilikat, in Form von Meerschaum oder Sepiolit, makroretikuläre Polymere, Silikagel und Tonerde. Zwei Formen von Silikagel haben sich als besonders geeignet erwiesen; sie sind im Handel unter der Bezeichnung "Sorbsil" U30 und "Sorbsil" ID Gel I durch Joseph Crosfield Ltd. erhältlich. Vorzugsweise ist die erste Komponente von poröser, granulierter Art. Wie vorstehend gezeigt wurde, muss das Material! bzw. die Materialien, welche als erste Komponente dienen, so ausgewählt werden, dass im Gemisch oder Dispersion mit der zweiten Komponente die Dampfphasenbestandteile von der ersten Komponente während der Züge adsorbiert werden und dass in den Zeiträumen während der Züge die absorbierten Bestandteile zur Kombination mit der zweiten Komponente abgegeben werden.

Kohle bzw. Kohlenstoff wird als verhältnismässig starkes Absorbens für Dampfphasenbestandteile im Tabakrauch angesehen und soll nicht als erste Komponente oder als ein Hauptbestandteil derselben verwendet werden.

Die zweite chemische Komponente kann z.B. ein Ionenaustauschharz, wie es unter der Bezeichnung "Duolite" A-2, A-7 (z.B. GPA 327) von Diamand Shamrock Chemical Company erhältlich ist, oder wie es unter der Bezeichnung "Lewatit" OC1O37 (z.B. "Lewatit" E372/74) von Bayer AG vertrieben wird, darstellen. Ein geeignetes Anionenaustauschharz vom Aminotyp stellt das Harz dar, welches in dem beanspruchten Filter der deutschen Patentanmeldung P 25 26 959.4 verwendet wird, dar. Andere Ionenaustauschharze, mit denen gute

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Ergebnisse erzielt werden konnten, sind im Handel unter dem Markennamen "Diaion" mit den Bezeichnungen CR 20 und WA von Mitsubishi Chemical Industries erhältlich. Alternativ kann die zweite Komponente Polyäthylenimin, welches auf einem Träger aus porösem teilchenförmigen Material imprägniert ist oder welches von einem faserigen Material, wie Papier oder Zelluloseacetat getragen wird, sein. Die zweite Komponente kann durch zwei oder mehrere Materialien gebildet werden. Es ist ein Merkmal der Substanzen, welche sich zur Verwendung als zweite Komponente eignen, dass sie ein Material mit hoher spezifischer Oberfläche umfassen, wobei das Material dazu dient, die aktive chemische Funktion dem Rauchstrom auszusetzen.

Nach einer besonderen Ausführungsform eines Filters für Tabakrauch gemäss der Erfindung kann die erste Komponente granulärer Natur und in der zweiten Komponente dispergiert sein, wobei die zweite Komponente ein faseriges oder fadenförmiges Material umfasst, oder ebenfalls umfasst, auf welchem z.B. eine Substanz der zweiten Komponente chemisch aufgepfropft ist. Wenn andererseits sowohl die erste Komponente als auch die zweite Komponente granulär sind, so kann ein Gemisch der beiden in einem faserigen oder fadenförmigen Material, wie Zelluloseacetat, dispergiert werden oder es kann zwischen ersten und zweiten Stopfen bzw. Pfropfen eines Materials unter Bildung eines sogenannten Dreifachfilters angeordnet bzw. aufgeteilt sind. Alternativ kann das Gemisch gebunden sein, jedoch nicht durch ein Bindemittel, welches die Granalien so umgibt, dass es den Prozess der Adsorption-Desorptionchemischen Reaktion des Filters beeinträchtigt.

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Beispiel

Die Filtrationseffizienz für gesamte flüchtige Aldehyde und für'HCN wurden für Zigarettenrauch-Filter bestimmt, wobei jedes derselben aus einem Gemisch poröser Magnesiumsilikatgranalien (in Form von Meerschaum) und Lewatit E372/74 Ionenaustauschharz in verschiedenen Anteilen bestand. Die theoretische Filtrationseffizienz wurde ebenfalls für jedes Filter berechnet, wobei dazu folgende Beziehung zugrundegelegt wurde:

0 = 1- 10"^KW

0 die Filtrationseffizienz als Bruch — für den Rauchbestandteil bedeutet,

K die konstante Charakteristik für das Absorbens und den adsorbierten Rauchbestandteil darstellt, und

W das Gewicht des Adsorbens in Gramm bedeutet.

Für ein Gemisch aus zwei Adsorbentien gilt die Beziehung

0=1- 1CT^K1 ^W1 -^K2 ^W2

worin K.. und K~ jeweils die konstanten Charakteristiken und W.J und W₂ die jeweiligen Gewichte darstellen.

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- ίο -

Die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst.

Tabelle I

Zusammensetzung (%)	MgSiOo	Filtrationseffizienz (S	theoretisch	s)	theoretisch
Lewatit		gesamte flüchtige Aldehyde	28	Cyanwasserstoff	38
	100	gefunden	37	gefunden	47
0	80	28	43	38	56
20	60	46	51	69	62
40	40	55	56	62	68
60	20	59	51	67	73
80	0	64	71
100	61	73

Mit sämtlichen Lewatit/MgSiO^-Gemischen, ohne Rücksicht auf deren Zusammensetzung, waren die gemessenen Filtrationseffizienzen grosser als die theoretischen Effizienzen, und zwar sowohl für die gesamten flüchtigen Aldehyde als auch für Cyanwasserstoff. Es zeigte sich ein bedeutender synergistischer Effekt. Ausserdem wurde ein synergistischer Effekt festgestellt, wenn Gemische aus Duolite GPA 327 und MgSiOo auf die gleiche Weise untersucht wurden.

In Tabelle II sind die Filtrationseffizienzen aufgeführt,

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die für die gesamten Aldehyde unter Verwendung von Gemischen aus Lewatit E 372/74 und Sorbsil ID Gel I in verschiedenen Anteilen erhalten wurden:

Tabelle II

Zusammensetzung (%)	Sorbsil	Filtereffizienzen (%)	theoretisch
Lewatit	100	gefunden	22
0	80	22	32
20	60	42	41
40	40	54	49
60	20	55	55
80	0	61	. :. 6.1. .. : .
100	61 ..

In gleicher Weise sind in Tabelle III die Effizienzen zusammengestellt, die mit Gemischen aus Diaion CR 20 und Sepiolit in verschiedenen Proportionen erhalten wurden.

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Tabelle III

Zusammensetzung (%)	Sepiolit	Filtereffizienzen (%)	theoretisch
Diaion	100	gefunden	28
0	80	28	37
20	60	53	47
40	40	60	58
60	2O	61	66
80	0	69	75
100	75

Die in den Tabellen II und III aufgeführten Ergebnisse zeigen wiederum, dass die bestimmten Effizienzen grosser sind als die berechneten theoretischen Effizienzen.

Es wurden weitere Vergleichsversuche durchgeführt, wobei Polyäthylenimin und Sepiolit als jeweils erste und zweite Komponenten verwendet wurden:

Im ersten Test wurden 75 Gew.% Polyäthylenimin gleichmässig in einem Filterpapier verteilt. Die Filtrationseffizienz für die gesamten flüchtigen Aldehyde wurde bestimmt, wobei sich ein Wert von 11 % ergab.

In einem zweiten Test wurde ein Filter vom gleichen Papiertyp (ohne Polyäthylenimin) verwendet, wobei dieses Filterpapier eine Ausbuchtung bzw. einen Hohlraum aufwies, welcher 36 mg granulären Sepiolit enthielt. Die Effizienz

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für die gesamten flüchtigen Aldehyde wurde zu 8 % bestimmt.

In einem weiteren Versuch wurden 36 mg Sepiolit gleichmassig in einem Filterpapier verteilt, in welchem, wie im ersten Test, 7 Gew.% Polyäthylenimin verteilt worden waren. Die Effizienz wurde zu 30 % bestimmt. Die auf die vorstehend angegebene Weise berechnete theoretische Effizienz würde 18 % betragen.

Somit zeigte sich auch in diesem Falle deutlich ein synergistischer Effekt.

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Claims

HOFFMANN'- 3SlTiE Oc i'Äßl'NER ? Q 1 q R Λ PATENTANWÄLTE £ 3- I O O H DR. ING. E. HOFFMANN (1930-Wi) . DIPL.-I NG. W.EITLE . DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · Dl PL.-I NG. W. LEHN DIPL.-ING. K. FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-8000 MO NCH EN 81 ■ TELEFON (08?) 911087 . TELEX 05-2?ί19 (PATHE) 32 107 m/wa BRITISH-AMERICAN TOBACCO COMPANY LIMITED, LONDON ENGLAND Filter für Tabakrauch PATENTANSPRÜCHE

1. Filter für Tabakrauch, dadurch gekennzeichnet, dass es im Gemisch oder in inniger Dispersion eine erste Komponente, welche ein einsatzfähiges, jedoch schwaches oder schwach retentives Adsorbens für Dampfphasenbestandteile des Tabakrauchs, einschliesslich Aldehyden, aufweist,, und eine zweite Komponente umfasst, welche Aminogruppen aufweist und in der Lage ist, sich chemisch mit den genannten Bestandteilen unter Bildung von im. wesentlichen nicht—flüchtigen Reaktionsprodukten zu verbinden.

2. Filter gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 30 % der Aminogruppen der zweiten

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Komponente primäre Aminogruppen sind.

3. " Filter gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Komponente eine poröse Mineralerde umfasst.

4. Filter gemäss Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Komponente Magnesiumsilikat in poröser granulärer Form, insbesondere
Sepiolit und/oder Meerschaum umfasst.

5. Filter gemäss Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Komponente Silikagel in poröser granulärer - Form umfasst.

6. Filter gemäss Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass die zweite Komponente ein Ionenaustauschharz umfasst.

7. Filter gemäss Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , dass die zweite Komponente Polyäthylenimin umfasst.

8. Filter gemäss Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , dass die zweite Komponente auf
einem porösen teilchenförmigen Material getragen wird.

9. Filter gemäss Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , dass die zweite Komponente auf einem
faserartigen Material aufgebracht oder auf diesem aufgepfropft ist.

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10. Filter gemäss Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , dass sowohl die erste als auch die zweite Komponente granuliert vorliegen und ein Gemisch derselben in einem faserigen oder fadenförmigen Material dispergiert ist.

11. Filter gemäss Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente granuliert bzw. gekörnt und in einem faserigen Material dispergiert ist, welches das zweite Material in dispergiertem Zustand trägt.

12. Filter gemäss Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , dass sowohl die erste als auch die zweite Komponente gekörnt bzw. granuliert ist und ein Gemisch der beiden zwischen ersten und zweiten Stopfen bzw. Pfropfen (plugs) eines faserigen oder fadenförmigen Materials verteilt bzw. angeordnet sind.

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