DE2919842C2

DE2919842C2 -

Info

Publication number: DE2919842C2
Application number: DE2919842A
Authority: DE
Inventors: Henry George Totton Hampshire Gb Horsewell; James William Percy Hedge End Southampton Gb 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: 1992-01-30
Also published as: ATA362879A; ZA792187B; BE876291A; FI791538A; US4300577A; AT372248B; NL190468C; DK199379A; DE2919842A1; FI65897C; BR7903061A; DK152247B; DK152247C; JPS54151200A; FI65897B; JPH0142669B2; CH638961A5; CA1106256A; NL190468B; NL7903773A

Description

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 Adsorbentien zur Entfernung von Dampfphasenbestandteilen verwendet.

GB-PS 15 09 197 offenbart Tabakrauchfilter, die eine erste Komponente, nämlich Kohlenstoff, und eine zweite aminogruppenhaltige Komponente umfassen.

In US-PS 27 39 598 werden in Tabakrauchfiltern Silicagel oder Alumogel neben Ionenaustauschern eingesetzt.

DE-AS 17 67 024 schließlich beschreibt die Verwendung eines speziell beschichteten, porösen Magnesiumsilika hydrates als Filtermittel für Tabakrauch.

Das Problem, das sich mit den bekannten Systemen ver bindet, liegt darin, daß es schwierig ist, geeignete Bedingungen zu schaffen, damit die Reaktionen ausreichend schnell ablaufen, um eine wirksame Entfernung der Dampfphasenbestandteile zu erreichen.

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

Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Filter zur Verfügung gestellt wird, das ein Gemisch oder eine innige Dispersion von zwei Komponenten enthält, wobei die erste Komponente eine poröse Mineralerde ist, die Dampfphasenbestandteile, einschl. Aldehyde, des Tabakrauchs schwach adsorbiert und zurück hält, und die zweite Komponente ein Aminogruppen auf weisendes Ionenaustauscherharz oder Polyethylenimin ist 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 adsorbiert 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 Lage sind, aus dem Tabakrauch einen höhere 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 Dampfphasenbestand teile verbindet sich dann, im wesentlichen permanent, mit der chemisch aktiven zweiten Komponente. Da die Desorp tionsrate von der ersten Komponente proportional zur Konzentration der Dampfphasenbestandteile in räumlicher Nach barschaft 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 ange nommen 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 "Lager platz" für die genannten Bestandteile dient.

Die erste Komponente kann z. B. eines oder mehrere der folgenden Materialien darstellen: Magnesiumsilikat, in Form von Meerschaum oder Sepiolit, Silikagel und Ton erde. 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 Dampf phasenbestandteile von der ersten Komponente während der Züge adsorbiert werden und daß in den Zeiträumen während der Züge die adsorbierten Bestandteile zur Kombination mit der zweiten Komponente abgegeben werden.

Kohle bzw. Kohlenstoff wird als verhältnismäßig starkes Adsorbens für Dampfphasenbestandteile im Tabakrauch angesehen und ist deshalb nicht als erste Komponente oder als ein Hauptbestandteil derselben geeignet.

Die zweite chemische Komponente kann ein Ionenaustauscher harz sein. Ein geeignetes Anionenaustauscherharz vom Aminotyp stellt das Harz, welches in dem beanspruchten Filter der deutschen Patentanmeldung P 25 26 959.4 verwendet wird, dar. 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 Tabak rauch 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 aufgepropft 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 Zellulose acetat, 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-Desorption- chemischen Reaktion des Filters beeinträchtigt.

Beispiel

Die Filtrationseffizienz für gesamte flüchtige Aldehyde und für HCN wurden für Zigarettenrauch-Filter bestimmt, wobei jedes derselben aus einem Gemisch poröser Magnesiumsilikat granalien (in Form von Meerschaum) und im Handel erhältlichem Ionenaustauscherharz I in verschiedenen Anteilen bestand. Die theoretische Filtrationseffizienz wurde ebenfalls für jedes Filter berechnet, wobei dazu folgende Beziehung zugrundegelegt wurde:

Φ = 1-10^-KW

worin:Φ die Filtrationseffizienz als Bruch für den Rauch bestandteil bedeutet,
K die konstante Charakteristik für das Adsorbens und den adsorbierten Rauchbestandteil darstellt, und
W das Gewicht des Adsorbens in Gramm bedeutet.

Für ein Gemisch aus zwei Adsorbentien gilt die Beziehung

Φ = 1-10^-K₁ ^W₁-^K₂ ^W₂

worin K₁ und K₂ jeweils die konstanten Charakteristiken und W₁ und W₂ die jeweiligen Gewichte darstellen.

Die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt.

Tabelle I

Mit sämtlichen Ionenaustauscherharz I/MgSiO₃-Gemischen, ohne Rücksicht auf deren Zusammensetzung, waren die gemessenen Filtrationseffizienzen größer als die theore tischen Effizienzen, und zwar sowohl für die gesamten flüchtigen Aldehyde als auch für Cyanwasserstoff. Es zeigte sich ein bedeutender synergistischer Effekt.

In Tabelle II sind die Filtrationseffizienzen aufgeführt, die für die gesamten Aldehyde unter Verwendung von Gemischen aus käuflichen Ionenaustauscherharz I und käuflichem Silikagel in verschiedenen Anteilen erhalten werden:

Tabelle II

In gleicher Weise sind in Tabelle III die Effizienzen zusammengestellt, die mit Gemischen aus jeweils im Handel erhältlichen Ionenaustauscherharz II und Sepiolit in verschiedenen Proportionen erhalten wurden.

Tabelle III

Die in den Tabellen II und III aufgeführten Ergebnisse zeigen wiederum, daß die bestimmten Effizienzen größer 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 7 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 g granularen Sepiolit enthielt. Die Effizienz für die gesamten flüchtigen Aldehyde wurde zu 8% bestimmt.

In einem weiteren Versuch wurden 36 g Sepiolit gleich mäßig 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 vor stehend angegebene Weise berechnete theoretische Effizienz würde 18% betragen.

Somit zeigte sich auch in diesem Falle deutlich ein syner gistischer Effekt.

Claims

1. Filter für Tabakrauch, enthaltend ein Gemisch oder eine innige Dispersion von zwei Komponenten, wobei die erste Komponente eine poröse Mineralerde ist, die Dampfphasenbestandteile, einschl. Aldehyde, des Tabakrauchs schwach adsorbiert und zurückhält, und die zweite Komponente ein Aminogruppen aufweisendes Ionenaustauscherharz oder Polyäthylenimin ist 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 gekenn zeichnet, daß mindestens 30% der Amino gruppen der zweiten Komponente primäre Aminogruppen sind.

3. Filter gemäß Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Komponente Magnesium silikat in poröser granulärer Form, insbesondere Sepiolit und/oder Meerschaum umfaßt.

4. Filter gemäß Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Komponente Silikagel in poröser granulärer Form umfaßt.

5. Filter gemäß Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die zweite Komponente auf einem porösen teilchenförmigen Material getragen ist.

6. Filter gemäß Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die zweite Komponente auf einem faserartigen Material aufgebracht oder auf diesem aufge pfropft ist.