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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung betrifft Tabakrauch-Filter, die für Zigaretten, Pfeifen,
Zigarettenhalter und Zigarrenhalter geeignet sind. Die Erfindung betrifft insbesondere
Tabakrauch-Filter mit verbessertem Filterverhalten, in denen Acetat-Fäden bzw. Acetat-Filamente
mit speziellem Querschnitt als Filterfasern verwendet werden.
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Tabakrauch enthält Aldehyde wie Acetaldehyd, Formaldehyd und Acrolein,
Ketone wie Aceton und phenolische Verbindungen, die den Tabakgeschmack und das Tabakaroma
nachteilig beeinflussen. Der Tabakrauch enthält auch Alkaloide wie Nikotin, organische
Säuren und Benzpyren, die im allgemeinen als Teer bezeichnet werden. Es ist gut
bekannt, daß diese Substanzen für die Gesundheit des Rauchers nachteilig sind und
daß sie die Lunge, die Leber, die Nieren und den Magen belasten.
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Es sind schon verschiedene Anstrengungen gemacht worden, um diese
schädlichen Tabakbestandteile zu entfernen, ohne daß man den Geschmack oder das
Aroma des Tabaks verschlechtert. Von diesen Versuchen hat allerdings keiner zum
gewünschten Erfolg geführt. Ein Filter aus einem Tau bzw. Kabel aus Celluloseacetat-Fäden
bzw.
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-Filamenten bzw.-Endlosfäden ist bereits in Verwendung.
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In den meisten Fällen besitzen die Fäden einen regulären Querschnitt
(a) oder eine I-Form (b) oder eine Y-Form (c) und sie werden durch Verspinnen durch
eine Spinndüse erhalten (Fig. 1). Die letztgenannten zwei Formen werden öfters wegen
ihrer höheren Filterfähigkeit verwendet. Andererseits beeinträchtigen Filter mit
Fäden, die eine I-Form oder Y-Form haben, das Aroma des Tabaks. Filter mit Fäden,
die einen regelmäßigen Quer-
schnitt haben, sind zwar wirksamer,
um den Tabakgeschmack und das Tabakaroma beizubehalten, doch haben sie bei der gleichen
Fülldichte (Anzahl der Fäden,mit der ein spezieller Filter gefüllt ist) einen niedrigeren
Druckabfall und sie bewirken eine geringere Entfernung von Teer und Nikotin, als
es bei Filtern der Fall ist, die Fäden mit I-förmigem oder Y-förmigem Querschnitt
besitzen.
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Es wurden daher verschiedene Untersuchungen hinsichtlich der Gestalt
des Querschnitts von Celluloseacetat-Fäden, die Tabakrauch-Filter bilden, durchgeführt,
um zu Filtern zu kommen, die für eine sehr wirksame Entfernung von Teeren, Nikotin
und andere schädlichen Materialien aus dem Tabakrauch geeignet sind und die das
Tabakaroma weniger stark beeinträchtigen. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß ein
Filter aus Celluloseacetat-Fasern mit C-förmigem Querschnitt eine große Fähigkeit
zur Entfernung von Nikotin und Teeren hat, ohne daß das Tabakaroma beeinträchtigt
wird. Dieser Filter kann leicht im technischen Maßstab hergestellt werden.
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Durch die Erfindung wird daher ein Tabakrauch-Filter zur Verfügung
gestellt, das aus Celluloseacetat-Fäden bzw. Endlos-Fäden gebildet ist, von denen
mindestens ein Teil einen C-förmigen Querschnitt hat. Der C-förmige Querschnitt
kann durch einen Formfaktor A/T2 ausgedrückt werden, worin A die Fläche des Querschnitts
und T die Dicke im Zentrum bzw. der Mitte des Querschnitts ist.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 einen schematischen Querschnitt von herkömmlichen Celluloseacetat-Fäden
für Tabakrauch-Filter,
wobei (a) einen regelmäßigen Querschnitt,
(b) einen I-förmigen Querschnitt und (c) einen Y-förmigen Querschnitt darstellt
und Fig. 2 einen schematischen Querschnitt von Celluloseacetat-Fäden, wie sie in
dem erfindungsgemäßen Filter verwendet werden.
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Der erfindungsgemäße Tabakrauch-Filter ist aus Celluloseacetat-Fasern
hergestellt, die einen C-förmigen Querschnitt haben. Die Celluloseacetat-Fasern
mit C-förmigem Querschnitt können durch Verspinnen einer Celluloseacetat-Lösung
durch eine Spinndüse beispielsweise nach dem Verfahren gemäß der JA-PS 14012/1964
hergestellt werden. Die Fähigkeit des Filters, das Tabakaroma beizubehalten, ist
ungleich größer als bei dem Filter,der aus Fäden mit einem regelmäßig geformten
Querschnitt besteht. Letzteres wird herkömmlicherweise als wirksamer angesehen als
ein Filter aus Fäden mit I--förmigem oder Y-förmigem Querschnitt. Es heißt im allgemeinen,
daß Tabakrauch-Filter ihre Filtrationsfunktion durch Mechanismen wie die Trägheit,
die Diffusion oder das Blockieren erzielen. Ungeachtet, nach welchem Mechanismus
die Vorgänge ablaufen, nimmt die Wirksamkeit des Filters mit der Erhöhung der Größe
der Blockierungsfläche , die zu der Richtung des Rauchflusses senkrecht ist, oder
der Projektionsfläche zu der Richtung des Rauchflusses zu. Die Projektionsfläche
hängt von der Gestalt des Querschnitts der Fäden und der Anzahl der Kräusel, die
jedem Faden gegeben ist, ab im Falle, daß die Anzahl und die Garnzahl der Fäden
pro Einheit der Querschnittsfläche begrenzt sind. Die erfindungsgemäß verwendeten
Fäden mit C-förmigem Querschnitt sind sehr voluminös, wie aufgrund ihrer Form ersichtlich
wird, so daß sie eine große Projektionsfläche in Richtung des Rauchstroms für ein
gegebenes Gewicht aufweisen, wodurch eine wirksame Filtration
erzielt
wird. Eine maximale Blockierungsfläche kann unter Verwendung von dünnwandigen C-förmigen
Fäden erhalten werden. Wenn die Fülldichte des Filters die gleiche ist (d.h. wenn
das Filter mit der gleichen Länge von Fäden gefüllt ist), dann ergibt das Filter
mit den dünnwandigen C-förmigen Fäden einen höheren Druckabfall, so daß eine höhere
Filtrationswirkung erhalten wird als im Falle von Filtern mit anderen Querschnitten.
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Die Gestalt des Querschnitts einer Faser kann durch Beobachtung im
Mikroskop oder durch Aufnahme eines vergrößerten Bildes einer Faserprobe, die senkrecht
zur Achse geschnitten ist, ermittelt werden. Wie in Fig.2 gezeigt wird, wird der
Querschnitt des C-förmigen Fadens durch den Formfaktor A/T2 repräsentiert, wobei
A die in mm2 ausgedrückte Querschnittsfläche ist und T die in mm ausgedrückte Dicke
im Zentrum bzw. der Mitte des Querschnitts ist. Je kleiner der Formfaktor ist, desto
dicker ist die Wand der C-förmigen Fasern. Je größer der Formfaktor ist, desto dünner
ist die Wand. Gemäß der vorliegenden Erfindung haben die Fäden mit C-förmigem Querschnitt
vorzugsweise einen Formfaktor von 3 bis 10, wobei zum Erhalt einer größeren Blockierungsfläche
ein Formfaktor von 4 bis 10 mehr bevorzugt wird.
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Durch Verwendung solcher dünnwandiger C-förmiger Fäden kann ein hochwirksamer
Tabakrauch-Filter mit relativ kleiner Fülldichte hergestellt werden, was ein großer
Vorteil im Hinblick auf die Einsparung von Cellulosefasern ist. Nach der allgemeinen
Ansicht behalten Filter aus Fäden mit regelmäßigem Querschnitt mehr Tabakaroma bei
als solche aus Fäden mit einem I-förmigen oder Y-förmigen Querschnitt. Obgleich
die Gründe hierfür noch nicht bekannt sind, ist in dieser Hinsicht aber ein Filter
wesentlich besser wirksam, das aus Fäden mit einem C-förmigen Querschnitt hergestellt
ist.
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Erfindungsgemäß wird das Filter vorzugsweise aus Fäden hergestellt,
von denen alle einen C-förmigen Querschnitt haben. Das Filter kann aber auch aus
einem Gemisch aus Fäden mit C-förmigem Querschnitt und Fäden mit sonstiger Querschnittsform,
beispielsweise F oder Y-Form hergestellt werden. Im letztgenannten Fall kann das
Ziel der Erfindung (d.h. der Erhalt eines guten Tabakaromas) erreicht werden, wenn
mindestens 10 Gew.-% der Fäden, die das Filter bilden, Fäden mit C-förmigem Querschnitt
sind.
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Das erfindungsgemäße Filter ist üblicherweise aus einem Tau bzw. Kabel
mit 3000 bis 100 000 kontinuierlichen Celluloseacetat-Fäden bzw. -Endlosfäden mit
einer Garnzahl von 0,8 bis 16 den bei 20 bis 32 gleichförmigen Kräuseln pro 25 mm
hergestellt. Ein herkömmlicher Weichmacher wie Triacetin kann für die Celluloseacetat-Fasern
verwendet werden. Das Filter kann nach dem herkömmlicherweise verwendeten Herstellungsverfahren
für Tabakrauch-Filter aus Celluloseacetat-Fasern hergestellt werden.
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Wie oben erwähnt, ist das erfindungsgemäße Tabakrauch-Filter zu einer
wirksamen Filtration im Stande, ohne daß das Tabakaroma bzw. das Tabakgeschmack
verschlechtert wird. Die erfindungsgemäßen Vorteile werden selbst dann erhalten,
wenn das Filter mit weniger Celluloseacetat-Fäden gefüllt ist als herkömmlicherweise
erforderlich.
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Die Erfindung wird in Beispielen erläutert. Der Druckabfall und die
Entfernungsrate des Nikotins und der Teere wurden nach herkömmlichen Methoden gemessen.
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Druckabfall Luft wurde durch das spezielle Filter oder die mit einer
Filterspitze versehene Zigarette mit einer Geschwindig-
keit von
17,5 ml/sek. hindurchgeleitet und der Druckabfall wurde in mm Wassersäule ausgedrückt.
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Entfernungsrate von Nikotin und Teeren Eine mit einer Filterspitze
versehene Zigarette wurde geraucht und die Mengen von Nikotin und Teer, die in dem
Rauch,der durch das Filter hindurchgegangen war, enthalten waren und die Mengen
dieser Substanzen, die in dem Filter abgefangen worden waren, wurden durch Flüssigkeitschromatographie
bestimmt und ihre Gewichtsmengen wurden festgestellt. Die Verhältnismengen von Nikotin
und Teer, die in dem Filter abgefangen wurden, wurden in Gew.-t ausgedrückt.
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BEISPIEL 1 Ein Tau bzw. Kabel aus Celluloseacetat-Fäden mit 4,8 den
pro Faden und 28 Kräuseln pro 25 mm und mit dünnwandigem (A/T2=5.5) C-förmigem Querschnitt
gemäß Fig. 2 mit einer Gesamtgarnzahl von 38 000 wurde verwendet. Das Tau wurde
gewalzt und mit einem Zusatz von 5 Gew.-% Triacetin als Weichmacher hergestellt.
Es wurde mit Papier zu einem zylindrischen Stab umwickelt. Die Filterstabdimensionen
waren 24,7 mm im Umfang und 102 mm in der Länge. Der Filterstab wurde zu einer Filterspitze
mit einer Länge von 17 mm zugeschnitten. Der Druckabfall und die Fülldichte der
Fäden wurden gemessen. Die Filterspitzen wurden von in Japan handelsüblichen Zigaretten
der Marke "Hi-Lite" entfernt und die erfindungsgemäß hergestellten Filter wurden
an die Zigaretten angesetzt.
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Die Entfernungsrate des Nikotins und des Teers wurde gemessen.
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Unter der Annahme, daß das Innere des Filters mit Celluloseacetat
gefüllt ist, entsprechen Fäden mit einem C-förmigen Querschnitt mit 4,8 den Fäden
mit einem
regulären Querschnitt von 6 den. Daher wurden Filter aus
einem Tau mit einer Gesamtgarnzahl von 38 000 den und Celluloseacetat-Fäden mit
6 den mit regelmäßigem Querschnitt in der oben beschriebenen Weise hergestellt.
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Der Druckabfall, die Fülldichte der Fäden und die Entfernungsrate
des Nikotins und des Teers wurden gemessen.
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Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt.
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Zigaretten mit Filterspitzen der genannten zwei Arten wurden von 20.
Versuchspersonen geraucht , um das Tabakaroma zu bewerten. Die erhaltenen Ergebnisse
sind ebenfalls in Tabelle 1 zusammengestellt. Daraus wird ersichtlich, daß die Filter
aus Fäden mit einem C-förmigen Querschnitt trotz ihrer niedrigeren Fülldichte einen
höheren Druckabfall und eine höhere Entfernung des Nikotins und des Teeres ergaben
als Filter aus Fäden mit regelmäßig geformtem Querschnitt. Ein signifikanter Teil
der Versuchsteilnehmer bevorzugte den erstgenannten Typ von Filtern beim Aromabewertungstest.
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Tabelle 1
| Druck- Füll- Teer- Niko- Aroma |
| abfall dichte ent- tin- |
| (itimH2O) (g) fernung entfer- |
| (%) nung(%) |
| Beispiel 1 von 90% |
| (C-förmiger 37 0,125 41 27 der Ver- |
| Querschnitt) suchs- |
| teilnefr |
| mer be- |
| vorzugt |
| Vergleichs- - » von 20% |
| probe (regel- 33 0,150 30 22 der Ver- |
| mäßig geform- suchs- |
| ter Querschn.) teilnek |
| mer be- |
| vorzugt |
BEISPIEL 2 Es wurden vier verschiedene Taue jeweils aus einem
Gemisch aus Celluloseacetat-Fäden mit 4,8 den pro Faden und mit dünnwandigem (A/T2=5,5)
C-förmigem Querschnitt mit 28 Kräuseln pro 25 mm und Fäden mit der gleichen Garnzahl
pro Faden und mit Y-förmigem Querschnitt mit der gleichen Anzahl von Kräuseln pro
25 mm hergestellt.
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Die Taue hatten jeweils eine Gesamtgarnzahl von 43 000 und die Verhältnismengen
der Fäden mit einem C-förmigen Querschnitt in den vier Tauen betrugen 20%, 10%,
5% bzw. 0%. Vier Filterstäbe mit einer Länge von 102 mm, einem Umfang von 24,7 mm,
einem Druckabfall von 250 + 20 mmH2O und verschiedenen Gehalten von Fäden mit C-förmigem
Querschnitt wurden aus diesen Tauen wie in Beispiel 1 hergestellt. Jeder Stab wurde
zu Filterspitzen mit einer Länge von 17 mm zerschnitten. Die Filterspitzen wurden
an handelsübliche japanische Zigaretten der Marke Hi-Lite, von denen zuvor die Filterspitzen
entfernt worden waren, angesetzt. Die Zigaretten wurden von 20 Versuchspersonen
geraucht um das Tabakaroma zu bewerten. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
Aus der Tabelle wird ersichtlich, daß eine signifikante Anzahl der Versuchspersonen
die Filter bevorzugten, die mindestens 10% Fäden mit C-förmigem Querschnitt enthielten.
Das zeigt in deutlicher Weise die Wirksamkeit von Fäden mit C-förmigem Querschnitt
zur Beibehaltung des Tabakaromas.
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Tabelle 2
| Gehalt an Faden' Anzahl der Ver- Anzahl d.Ver- Anzahl d.Ver- |
| mit C-förmigem suchspersonen, suchspersonen, suchspersonen, |
| Querschnitt(%) die die Einar- die die Einar- die nichts da- |
| beitung von Fä- beitung von Fä- ruber sagen konn |
| den mit C-förmi- den mit nur Y- ten,welche Art |
| gem Querschnitt förmigem Quer- von Filtern sie |
| bevorzugten. schnitt bevor- bevorzugten. |
| zugten. |
| 5 3 2 15 |
| 10 11 2 7 |
| 20 15 1 4 |
Ende der Beschreibung