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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Rauchartikel und betrifft insbesondere
Rauchartikel in der Form von gefilterten Zigaretten.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Populäre Rauchartikel,
wie Zigaretten, haben eine im Wesentlichen zylindrische stäbchenförmige Struktur
und umfassen eine Ladung, Rolle oder Säule von rauchbarem Material,
bei dem es sich z. B. um zerkleinerten Tabak (z. B. in Form von
geschnittenem Füller)
handeln kann, umgeben von einer Papierumhüllung, wodurch ein sogenanntes "rauchbares Stäbchen" oder "Tabakstäbchen" gebildet wird. Normalerweise
weist eine Zigarette ein zylindrisches Filterelement auf, welches
in einer End-zu-End-Beziehung mit dem Tabakstäbchen ausgerichtet ist. Typischerweise
umfasst ein Filterelement ein unter Verwendung von Triacetin plastifiziertes
Celluloseacetat-Tow, und das Tow ist von einem Papiermaterial umschrieben,
welches als "Pfropfenumhüllung" bekannt ist. Typischerweise
ist das Filterelement mit einem Ende des Tabakstäbchens unter Verwendung eines
umschreibenden Umhüllungsmaterials
verbunden, welches als "Mundstückbelagpapier" bekannt ist. Ferner
ist es wünschenswert
geworden, das Mundstückbelagmaterial
und die Pfropfenumhüllung zu
perforieren, um eine Verdünnung
des eingezogenen Hauptstromrauchs mit Umgebungsluft bereitzustellen.
Beschreibungen von Zigaretten und den verschiede nen Komponenten
hiervon sind in Tobacco Production, Chemistry and Technology, Davis
et al. (Eds.) (1999) dargelegt. Eine Zigarette wird von einem Raucher
so verwendet, dass ein Ende derselben angezündet und das Tabakstäbchen verbrannt wird.
Der Raucher nimmt dann Hauptstromrauch in seinen Mund auf, indem
er an dem entgegengesetzten Ende (z. B. dem Filterende) der Zigarette
zieht.
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Aktivkohlepartikel
oder andere Adsorbensmaterialien, z. B. Silicagel, können in
einem Zigarettenfilter inkorporiert sein. Beispielhafte Zigaretten und
Filter hierfür
sind in den
US-Patenten Nr. 3
353 543 (Sproull et al.) und Nr.
4 481 958 (Ranier et al.) und in der
PCT
WO 02/37990 (Bereman)
beschrieben. Bestimmte kommerziell erhältliche Filter weisen Partikel
oder Körner
von kohlenstoffhaltigem Material auf (z. B. ein Aktivkohlematerial
oder Aktivholzkohlematerial), dispergiert innerhalb eines Fasermaterials, wie
z. B. in
US-Patent Nr. 6 584
979 (Xue et al.) beschrieben. Andere kommerziell erhältliche
Filter weisen sogenannte "Kompartimentfilter"- oder "Dreifachfilter"-Designs auf, so
etwa die in den
US-Patenten Nr.
4 163 452 (Green et al.), Nr.
5 129 408 (Jakob et al.) und Nr.
6 537 186 (Veluz) sowie
in der Veröffentlichung
der US-Patentanmeldung Nr. 2003/0106562 beschriebenen Filter. Die
europäische Patentanmeldung Nr. 0
579 410 A1 beschreibt ein Filter umfassend einen ringförmigen Abschnitt
von Kohlenstoffpartikeln, welche einen Celluloseacetatfilterabschnitt umgeben.
US-Patent Nr. 5 360 023 (Blakley
et al.) beschreibt ein Filter, umfassend ein gerafftes Papier, welches
ein kohlenstoffhaltiges Material umfasst. In einem Zigarettenfilter
inkorporierte Adsorbensmaterialien können als ein Substrat für funktionelle
Gruppen verwendet werden, wie z. B. in
US-Patent Nr. 6 481 442 (Dyakonov
et al.) und Nr.
6 595 218 (Koller et
al.) beschrieben. Flavour-Agenzien können zu aktiviertem Kohlenstoff
hinzugegeben werden, wie in der Veröffentlichung der US-Patentanmeldung Nr. 2003/0159703
beschrieben. Beispielhafte kommerziell erhältliche Filter sind erhältlich als
SCV IV Dual Solid Charcoal Filter von der Firma American Filtrona Corp.;
als Triele Solid Charcoal Filter von der Firma FIL International,
Ltd.; als Triele Compartment Filter von der Firma Baumgartner; und
als ACT von der Firma FIL International, Ltd.
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Zigarettenfilterelemente,
welche kohlenstoffhaltiges Material inkorporieren, zeigen eine Neigung, gewisse
Gasphase-Komponenten aus dem Hauptstromrauch, der während eines
von dem Raucher getätigten
Zugs durch das Filterelement passiert, zu entfernen. Die Wechselwirkung
von Hauptstromrauch mit Adsorbenssubstanzen, z. B. Kohlenstoffpartikel,
resultiert in einem gewissen Entfernungsgrad von gewissen Gasphase-Verbindungen
aus dem Rauch. Eine derartige Veränderung im Charakter des Rauchs
kann in Veränderungen
der sensorischen Eigenschaften des Rauchs resultieren. Beispielsweise kann
Hauptstromtabakrauch, der unter Verwendung eines konventionellen
Zigarettenfilterelements, welches Kohlenstoff inkorporiert, gefiltert
wird, häufig
dahin charakterisiert werden, dass er leicht metallische, austrocknende
und pulverartige Geschmackseigenschaften aufweist.
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Es
wäre wünschenswert,
ein Zigarettenfilterelement bereitzustellen, welches signifikante
Mengen von gewissen Gasphase-Komponenten von Hauptstromzigarettenrauch
effizient entfernt. Es wäre
ferner wünschenswert,
ein Zigarettenfilter bereitzustellen, welches Gasphase-Komponenten
von Hauptstromrauch entfernt und dabei dennoch einen Rauch mit wünschenswerten
sensorischen Charakteristika liefert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft gefilterte Rauchartikel, z. B. Zigaretten,
welche Filterelemente besitzen. Ein repräsentativer gefilterter Rauchartikel umfasst
mindestens ein Adsorbens, welches in dem Filterelement inkorporiert
ist. Das Adsorbens ist ausgebildet zur Adsorption eines oder mehrerer
Gasphase-Bestandteile
von Hauptstromrauch. Das Adsorbens ist in einem oder mehreren Segmenten
eines Multisegment-Filterelements inkorporiert. Die Filterelemente
gemäß vorliegender
Erfindung vermögen kondensierbare
Gasphase-Komponenten aus Hauptstromtabakrauch in erheblichem Umfang
zu entfernen. Kondensierbare Gasphase-Komponenten umfassen organische
Verbindungen wie Carbonylverbindungen (z. B. Aceton, Formaldehyd,
Acrolein und Acetaldehyd). Die vorliegende Erfindung stellt eine Zigarette
gemäß Anspruch
1 bereit.
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Die
semi-permeable Barriere kann aus einem beliebigen Material hergestellt
sein, welches Permeation des Hauptstromrauchs erlaubt, aber das Adsor bensmaterial
in einem definierten Bereich des Kompartiments zurückhält. Beispielhafte
Materialien für
die semi-permeable Barriere umfassen hochporöses Papier, Celluloseacetat-Tow,
gerafftes Celluloseacetat-Bahnenmaterial, Polypropylen-Tow, gerafftes Polypropylen-Bahnenmaterial
und gerafftes Polyester-Bahnenmaterial.
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Die
Barriere unterteilt das Kompartiment in mindestens zwei Regionen.
Bei einer Ausführungsform
teilt die Barriere das Kompartiment in eine erste Region, welche
ein Adsorbensmaterial enthält,
z. B. aktivierten Kohlenstoff, und in eine zweite Region, welche
ein Ionenaustauschharz enthält.
Vorzugsweise liegen sowohl das Adsorbensmaterial als auch das Harz
in körniger
Form vor. Das Ionenaustauschharz ist vorzugsweise ein stark basisches
Anionenaustauschharz oder ein schwach basisches Anionenaustauschharz.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist
ein Adsorbensmaterial innerhalb der Region enthalten, welche am
weitesten entfernt ist von dem Ende des Tabakstäbchens, und die Region, die
dem Tabakstäbchen
am nächsten
ist, ist leer, so dass ein Hohlraum gebildet wird, der die Durchmischung
des Hauptstromrauchs vor Eintritt des Rauchs in den das Adsorbens
enthaltenden Bereich des Kompartiments verbessert.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wird eine Zigarette bereitgestellt, umfassend ein Tabakstäbchen und
ein mit dem Tabakstäbchen
verbundenes Filterelement, wobei das Filterelement ein Ende proximal
zu dem Tabakstäbchen
und ein Ende distal von dem Tabakstäbchen aufweist, wobei das Filterelement
umfasst: einen ersten sich longitudinal erstreckenden Abschnitt
von fasrigem Filtermaterial, positioniert an dem Ende des Filterelementes
proximal zu dem Tabakstäbchen;
einen zweiten sich longitudinal erstreckenden Abschnitt von fasrigem
Filtermaterial, positioniert an dem Ende des Filterelementes distal von
dem Tabakstäbchen
und beabstandet von dem ersten Abschnitt von Filtermaterial, wobei
die zwei Abschnitte von Filtermaterial ein Kompartiment hierzwischen
definieren; und eine semi-permeable Membran, umfassend Papier oder
ein fasriges Filtermaterial, welche das Kompartiment in eine erste
hohle Region benachbart zu dem ersten Abschnitt von Filtermaterial
und in eine zweite, ein körniges
Adsorbensmaterial enthaltende Region benachbart zu dem zweiten Abschnitt
von Filtermaterial teilt.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird eine Zigarette bereitgestellt, umfassend ein Tabakstäbchen und
ein mit dem Tabakstäbchen
verbundenes Filterelement, wobei das Filterelement ein Ende proximal
zu dem Tabakstäbchen
und ein Ende distal von dem Tabakstäbchen aufweist, wobei das Filterelement
umfasst: einen ersten sich longitudinal erstreckenden Abschnitt
von Filtermaterial, positioniert an dem Ende des Filterelementes proximal
zu dem Tabakstäbchen;
einen zweiten sich longitudinal erstreckenden Abschnitt von Filtermaterial,
positioniert an dem Ende des Filterelementes distal von dem Tabakstäbchen und
beabstandet von dem ersten Abschnitt von Filtermaterial, wobei die zwei
Abschnitte von Filtermaterial ein Kompartiment hierzwischen definieren;
ein Adsorbensmaterial, welches mindestens innerhalb eines Bereichs
des Kompartiments enthalten ist; und ein Ionenaustauschharz, welches
in einem oder beiden der zwei Abschnitte von Filtermaterial dispergiert
ist.
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Es
versteht sich, dass sowohl die voranstehende allgemeine Beschreibung
als auch die folgende detaillierte Beschreibung rein exemplarisch
sind und nur der Erläuterung
dienen und die Erfindung, wie beansprucht, nicht einschränken. Die
beigefügte zeichnerische
Darstellung, welche durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen
wird und Teil dieser Beschreibung bildet, illustriert gewisse Ausführungsformen
der Erfindung und dient, zusammen mit der Detailbeschreibung, der
Erläuterung
der Grundlagen der vorliegenden Erfindung.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Zum
besseren Verständnis
von Ausführungsformen
der Erfindung wird nun auf die beigefügten Zeichnungsfiguren Bezug
genommen, in denen gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente bezeichnen und
die nicht notwendigerweise maßstäblich gezeichnet
sind. Die zeichnerische Darstellung ist lediglich exemplarisch und
ist nicht dahin auszulegen, dass sie die Erfindung begrenzt.
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1 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Rauchartikels,
der die Form einer Zigarette aufweist, wobei das rauchbare Material,
die Umhüllungsmaterialkomponenten
und das Filterelement der Zigarette gezeigt sind;
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2 ist
eine querschnittliche Seitenansicht einer Zigarette, wobei das Filterelement
ein Adsorbensmaterial umfasst, welches innerhalb eines darin gebildeten
Kompartiments positioniert ist;
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3 ist
eine querschnittliche Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Zigarette,
wobei das Filterelement ein Kompartiment umfasst, welches mittels einer
semi-permeablen Barriere in einen hohlen Bereich und in einen ein
Adsorbensmaterial enthaltenden Bereich geteilt ist;
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4 ist
eine querschnittliche Seitenansicht einer Zigarette, wobei das Filterelement
einen Adsorbens-haltigen Abschnitt umfasst und mindestens einen
Kanal, ausgebildet für
die Passage von Hauptstromrauch direkt von dem Tabakstäbchen zu
dem Adsorbens-haltigen Bereich des Filters;
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5 ist
eine querschnittliche Darstellung des Abschnitts des Filterelements
von 4 entlang der Linie A-A;
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6 ist
eine querschnittliche Darstellung eines Abschnitts des Filterelements,
welche eine alternative Kanalkonfiguration illustriert;
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7 ist
eine querschnittliche Darstellung des Abschnitts des Filterelements,
welche eine weitere alternative Kanalkonfiguration illustriert;
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8 ist
eine querschnittliche Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Zigarette,
wobei das Filterelement ein mittels einer semi-permeablen Barriere geteiltes
Kompartiment umfasst, wobei ein Kompartiment des geteilten Kompartiments
ein Adsorbens enthält
und das zweite Kompartiment ein Ionenaustauschharz enthält;
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9 ist
eine querschnittliche Seitenansicht einer Zigarette, wobei das Filterelement
ein innerhalb eines Abschnitts von Filtermaterial dispergiertes
Ionenaustauschharz enthält;
und
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10 ist
eine querschnittliche Seitenansicht einer Zigarette, wobei das Filterelement
ein Adsorbens-gefülltes
Kompartiment und eine innerhalb des Mundendeabschnitts von Filtermaterial
enthaltene brechbare Kapsel umfasst.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
vorliegende Erfindung wird nun im Folgenden ausführlicher beschrieben. Die vorliegende Erfindung
kann jedoch in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden und sollte nicht
als auf die hierin dargelegten Ausführungsformen beschränkt ausgelegt
werden; vielmehr werden diese Ausführungsformen vorgestellt, damit
die vorliegende Offenbarung gründlich
und vollständig
ist, so dass der Bereich der Erfindung dem Fachmann auf dem Gebiet voll
vermittelt wird. Es ist anzumerken, dass, wie in der vorliegenden
Beschreibung verwendet, die Singularformen des unbestimmten und
bestimmten Artikels Pluralreferenten einschließen, sofern nicht der Kontext
eindeutig anderweitiges vorschreibt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Filterelemente, ausgebildet zur Verwendung
bei der Filtration von Hauptstromrauch, der von Rauchartikeln, z.
B. Zigaretten, erzeugt wird, wobei die Filterelemente mindestens
ein Adsorbensmaterial enthalten. Es wird auf 1 Bezug
genommen, gemäß welcher
ein Rauchartikel 10 in Form einer Zigarette gezeigt ist. Die
Zigarette 10 umfasst ein im Wesentlichen zylindrisches
Stäbchen 12 von
einer Ladung oder Rolle von rauchbarem Füllermaterial, welches in einem
umschreibenden Umhüllungsmaterial 16 enthalten
ist. Das Stäbchen 12 wird
konventionellerweise als ein "Tabakstäbchen" bezeichnet. Die
Enden des Tabakstäbchens
sind offen, um das rauchbare Füllermaterial
zu exponieren. Ein Ende des Tabakstäbchens 12 ist das
anzuzündende
Ende 18, und am anderen Ende ist ein Filterelement 20 positioniert.
Wie gezeigt weist die Zigarette 10 ein optionales aufgedrucktes Band 22 auf
dem Umhüllungsmaterial 16 auf,
und dieses Band umschreibt das Zigarettenstäbchen in einer Richtung transversal
zu der Längsachse
der Zigarette. Das heißt,
das Band stellt eine querdirektionale Region relativ zu der Längsachse
der Zigarette bereit. Das Band kann auf die innere Oberfläche des Umhüllungsmaterials
(d. h. dem rauchbaren Füllermaterial
zugekehrt) oder auf die äußere Oberfläche des
Umhüllungsmaterials
gedruckt sein. Obschon die in 1 gezeigte
Zigarette ein Umhüllungsmaterial
mit einem optionalen Band zeigt, kann die Zigarette auch Umhüllungsmaterial
mit weiteren optionalen, beabstandeten Bändern besitzen, deren Zahl zwei,
drei oder mehr betragen kann.
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Die
Zigarette 10 umfasst ein Filterelement 20, welches
benachbart zu einem Ende des Tabakstäbchens 12 positioniert
ist, derart, dass das Filterelement und das Tabakstäbchen in
einer End-zu-End-Beziehung axial ausgerichtet sind, vorzugsweise
aneinander anliegend. Das Filterelement 20 weist eine im
Wesentlichen zylindrische Gestalt auf und sein Durchmesser ist im
Wesentlichen gleich dem Durchmesser des Tabakstäbchens. Die Enden des Filterelements 20 sind
offen, um die Passage von Luft und Rauch hierdurch zu erlauben.
Das Filterelement 20 umfasst mindestens ein Segment oder
einen Abschnitt von Filtermaterial 24 (z. B. plastifiziertes Celluloseacetat-Tow),
welches entlang seiner sich longitudinal erstreckenden Oberfläche mit
einem umschreibenden Pfropfenumhüllungsmaterial 26 umhüllt ist.
Ein typisches Pfropfenumhüllungsmaterial 26 ist
ein Papiermaterial, z. B. ein Papier, welches porös oder nicht-porös für Luftströmung ist.
Das Filterelement 20 kann zwei oder mehr Segmente von Filtermaterial
aufweisen und/oder Flavour-Additive darin inkorporieren.
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Das
Filterelement 20 ist mit dem Tabakstäbchen 12 mittels eines
Mundstückbelagmaterials 28 verbunden,
welches sowohl die gesamte Länge
des Filterelements als auch eine benachbarte Region des Tabakstäbchens umschreibt.
Die Innenoberfläche des
Mundstückbelagmaterials 28 ist
an der äußeren Oberfläche der
Pfropfenumhüllung 26 und
der äußeren Oberfläche des
Umhüllungsmaterials 16 des
Tabakstäbchens
unter Verwendung eines geeigneten Klebstoffs fixiert. Ein ventilierter
oder luftverdünnter Rauchartikel
ist mit einem Luftverdünnungsmittel
versehen, beispielsweise mit einer Reihe von Perforationen 30,
von denen sich jede durch das Mundstückbelagmaterial 28 und
die Pfropfenumhüllung 26 hindurch
erstreckt. Wenn es luftverdünnt
ist, so ist das Filterelement normalerweise so ventiliert, dass
eine Zigarette bereitgestellt wird, welche eine Luftverdünnung zwischen
ca. 10 und ca. 75% aufweist, vorzugsweise ca. 30 bis ca. 40%. Wie
hierin verwendet, ist der Terminus "Luftverdünnung" das Verhältnis (ausgedrückt als
Prozentsatz) des Volumens an Luft, das durch die Luftverdünnungsmittel
gezogen wird, zu dem Gesamtvolumen an Luft und Rauch, welches durch
die Zigarette gezogen wird und am äußersten Mundendebereich der
Zigarette austritt. Siehe Selke et al., Beitr. zur Tabak. In., Vol.
4, S. 193 (1978). Die Perforationen 30 können nach verschiedenen
Techniken hergestellt werden, die dem Durchschnittsfachmann bekannt
sind. Beispielsweise können
die Perforationen 30 unter Verwendung von mechanischen oder
Mikrolaser-Offline-Techniken oder unter Verwendung von Online-Laser-Perforation
hergestellt werden.
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Bevorzugte
Zigaretten gemäß vorliegender Erfindung
zeigen einen wünschenswerten
Zugwiderstand. Beispielsweise zeigt eine beispielhafte Zigarette
einen Druckabfall zwischen ca. 50 und ca. 200 mm Wasserdruckabfall
bei 17,5 cm3/s Luftströmung. Bevorzugte Zigaretten
zeigen Druckabfallwerte zwischen ca. 60 mm und ca. 180 mm, mehr
bevorzugt zwischen ca. 70 mm bis ca. 150 mm Wasserdruckabfall bei
17,5 cm3/s Luftströmung. Typischerweise werden
Druckabfallwerte von Zigaretten mittels Geräten vom Typ Filtrona Filter
Test Station (CTS Serie), erhältlich
von der Firma Filtrona Instruments and Automation Ltd., oder vom
Typ Quality Test Module (QTM), erhältlich von der Firma Cerulean
Division of Molins, PLC, gemessen.
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Die
Dimensionen einer repräsentativen
Zigarette 10 können
variieren. Bevorzugte Zigaretten sind stäbchenförmig und weisen einen Umfang
von ca. 17 mm bis ca. 27 mm auf. Die Gesamtlänge der Zigarette 10 beträgt typischerweise
ca. 80 mm bis ca. 150 mm.
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Die
Länge des
Filterelements 20 kann variieren. Typische Filterelemente
können
Längen
von ca. 15 mm bis ca. 65 mm, vielfach ca. 25 bis ca. 50 mm aufweisen.
Typischerweise umschreibt das Mundstückbelagpapier 28 das
ganze Filterelement 20 und einen circa 4 mm langen Bereich
des Tabakstäbchens 12 in
der Region benachbart zu dem Filterelement.
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Die
Umhüllungsmaterialien,
welche verwendet werden, um das Tabakstäbchen umfänglich zu umhüllen, können variieren.
Vorzugsweise ist das Umhüllungsmaterial
ein Papiermaterial, z. B. der Typ von Papiermaterial, wie es typischerweise
für die
Zigarettenherstellung verwendet wird. Das Umhüllungsmaterial kann einen breiten
Bereich von Zusammensetzungen und Eigenschaften aufweisen. Die Wahl
eines bestimmten Umhüllungsmaterials wird
für den
Fachmann auf dem Gebiet des Zigarettendesigns und der Zigarettenherstellung
leicht möglich
sein. Rauchbare Stäbchen
können
eine Lage von Umhüllungsmaterial
aufweisen; rauchbare Stäbchen können jedoch
auch mehr als eine Lage von umschreibendem Umhüllungsmaterial aufweisen, wie dies
z. B. bei den sogenannten rauchbaren Stäbchen "mit doppelter Hülle" der Fall ist. Das Umhüllungsmaterial
kann aus solchen Materialien bestehen oder geeignet behandelt sein,
dass das Umhüllungsmaterial
keine sichtbare Fleckenbildung als eine Folge des Kontakts mit Komponenten
des rauchbaren Materials (z. B. mit aerosolbildendem Material) erfährt. Beispielhafte
Typen von Umhüllungsmaterialien,
Umhüllungsmaterialkomponenten
und behandelten Umhüllungsmaterialien
sind in
US-PS Nr. 5 105 838 (White et
al.); Nr.
5 271 419 (Arzonico
et al.) und Nr.
5 220 930 (Gentry);
PCT
WO 01/08514 (Fournier
et al.); PCT
WO 03/043450 (Hajaligol
et al.); US-Patentanmeldung 2003/0114298 (Woodhead et al.); US-Patentanmeldung
2003/0131860 (Ashcraft et al.) und in den US-Patentanmeldungen Serial
No. 10/324 418, Tag der Einreichung 20. Dezember 2002 (US-Patentanmeldung
2004/0118417); No. 10/440 290, Tag der Einreichung 16. Mai 2003;
und No. 10/645 996, Tag der Einreichung 12. August 2003 (US-Patentanmeldung
2004/0129281) beschrieben. Repräsentative Umhüllungsmaterialien
sind kommerziell erhältlich als
R.J. Reynolds Tobacco Company Grades 119, 170, 419, 453, 454, 456,
465, 466, 490, 525, 535, 557, 652, 664, 672, 676 und 680 von der
Firma Schweitzer-Maudit International. Die Porosität des Umhüllungsmaterials
kann variieren; sie liegt vielfach zwischen ca. 5 CORESTA-Einheiten
und ca. 100 CORESTA-Einheiten, oft zwischen ca. 10 CORESTA-Einheiten
und ca. 90 CORESTA-Einheiten und vielfach zwischen ca. 20 CORESTA-Einheiten
und ca. 80 CORESTA-Einheiten.
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Typischerweise
inkorporiert das Umhüllungsmaterial
ein Fasermaterial und mindestens ein Füllermaterial, welches innerhalb
des Fasermaterials eingebettet oder dispergiert ist. Das Fasermaterial kann
variieren. Am meisten bevorzugt ist das Fasermaterial ein cellulosisches
Material. Vorzugsweise weist das Füllermaterial die Form von im
Wesentlichen wasserunlöslichen
Partikeln auf. Ferner inkorporiert das Füllermaterial normalerweise
anorganische Komponenten. Das Füllermaterial
kann Katalysatoren oder Adsorbensmaterialien umfassen, welche in
der Lage sind, mit Dampfphase-Komponenten des Hauptstromrauchs zu
reagieren. Calciumsalze inkorporierende Füllermaterialien sind besonders
bevorzugt. Ein exemplarisches Füllermaterial
hat die Form von Calciumcarbonat, wobei das Calciumcarbonat am meisten
bevorzugt in partiku lärer
Form verwendet wird. Siehe z. B.
US-Patent
Nr. 4 805 644 (Hampl);
US-Patent Nr. 5 161
551 (Sanders) und
US-Patent
Nr. 5 263 500 (Baldwin et al.) und PCT
WO 01/48 316 . Andere Füllermaterialien
umfassen agglomerierte Calciumcarbonatpartikel, Calciumtartratpartikel,
Magnesiumoxidpartikel, Magnesiumhydroxidgele, Magnesiumcarbonat-Typ-Materialien,
Tone, Diatomeenerdmaterialien, Titandioxidpartikel, Gamma-Aluminiumoxid-Materialien
und Calciumsulfatpartikel. Der Füller
kann so gewählt
sein, dass er dem Umhüllungsmaterial
gewisse vorteilhafte Charakteristika verleiht, z. B. Modifikation
der Brenneigenschaften, oder die Fähigkeit, den Charakter und Gehalt
des Hauptstromrauchs einzustellen (z. B. durch Adsorption bestimmter
Verbindungen).
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Die
Produktion von Filterstäben,
Filterstabsegmenten und Filterelementen und die Herstellung von
Zigaretten aus diesen Filterstäben,
Filterstabsegmenten und Filterelementen kann unter Verwendung der
Typen von Einrichtungen durchgeführt
werden, die auf dem Fachgebiet für
derartige Verwendungen bekannt sind. Multisegment-Zigarettenfilterstäbe können unter
Verwendung einer Zigarettenfilterstabmaschine hergestellt werden,
welche unter dem Markennamen Mulfi von der Firma Hauni-Werke Korber & Co. KG erhältlich ist.
Sechsfach-Stäbe, Vierfach-Filterstäbe und Zweifach-Stäbe, welche konventionellerweise
für die
Herstellung von gefilterten Zigaretten verwendet werden, können unter
Verwendung von konventionellen oder geeignet modifizierten Zigarettenstab-Handhabungseinrichtungen gehandhabt
werden, z. B. Mundstückbelag-Vorrichtungen,
welche unter der Bezeichnung Lab MAX, MAX, MAX S oder MAX 80 von
der Firma Hauni-Werke Korber & Co.
KG erhältlich
sind. Siehe z. B. die Typen von Vorrichtungen, welche in den
US-Patenten Nr. 3 308 600 (Erdmann
et al.); Nr.
4 281 670 (Reitmann
et al.); Nr.
4 280 187 (Reuland
et al.) und Nr.
6 229 115 (Vos
et al.) angegeben sind.
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Die
Tabakmaterialien, welche zur Realisierung der vorliegenden Erfindung
geeignet sind, können
variieren. Tabakmaterialien können
abgeleitet sein von verschiedenen Tabaktypen, z. B. "flue-cured" Tabak, Burleytabak,
Orienttabak oder Marylandtabak, "dark" Tabak, "dark fired" Tabak und Rustica-Tabake,
sowie andere seltene oder Spezialtabake oder Mischungen hiervon.
Beschreibungen von verschiedenen Tabaktypen, Anbaupraktiken, Erntepraktiken
und Curing-Praktiken sind in Tobacco Production, Chemistry and Technology,
Davis et al. (Eds.) (1999), dargelegt. Am meisten bevorzugte Tabakmaterialien
sind jene, welche geeignetes Curing und Aging erfahren haben.
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Typischerweise
werden Tabakmaterialien für die
Zigarettenherstellung in einer gemischten oder sogenannten "blended" Form verwendet.
Beispielsweise umfassen bestimmte populäre Tabakblends, allgemein als "American Elends" bezeichnet, Mischungen
von "flue-cured" Tabak, Burleytabak
und Orienttabak. Derartige Elends enthalten in vielen Fällen Tabakmaterialien,
welche eine prozessierte Form aufweisen, z. B. prozessierte Tabakrippen
(z. B. geschnittene gewalzte Rippen ("Cut-Rolled-Stems") oder geschnittene aufgeblähte Rippen
("Cut-Puffed-Stems")), volumenexpandierter
Tabak (z. B. "puffed" Tabak, z. B. trockeneisexpandierter
Tabak (DIET), vorzugsweise in Form von geschnittenem Füller). Tabakmaterialien
können
ferner die Form von rekonstituierten Tabaken aufweisen (z. B. von
rekonstituierten Tabaken, welche mittels Papierherstellungstyp-
oder Gießfolientyp-Verfahren
hergestellt sind). Die genaue Menge jedes Tabaktyps innerhalb eines
Tabakblends, der für
die Herstellung einer bestimmten Zigarettenmarke verwendet wird,
variiert von Marke zu Marke. Siehe z. B. Tobacco Encyclopedia, Voges
(Ed.), p. 44–45
(1984), Browne, The Design of Cigarettes, 3
rd Ed.
p. 43 (1990), und Tobacco Production, Chemistry and Technology,
Davis et al. (Eds.) p. 346 (1999). Verschiedene repräsentative Tabaktypen,
prozessierte Tabaktypen, Typen von Tabakblends, Zigarettenkomponenten
und Zigarettenkonfigurationen sind dargelegt in den
US-Patenten Nr. 4 836 224 (Lawson
et al.); Nr.
4 924 888 (Perfetti et
al.); Nr.
5 056 537 (Brown
et al.); Nr.
5 159 942 (Brinkley
et al.); Nr.
5 220 930 (Gentry)
und Nr.
5 360 023 (Blakley
et al.); US-Patentanmeldungen 2002/0000235 (Shafer et al.); 2003/0075193
(Li et al.) und 2003/0131859 (Li et al.); PCT
WO 02/37990 (Bereman); US-Patentanmeldung
Ser. No. 10/285 395, Tag der Einreichung 31. Oktober 2002 (Lawson et
al.) (US-Patentanmeldung 2004/0084056); US-Patentanmeldung Ser.
No. 10/463 211, Tag der Einreichung 17. Juni 2003 (Perfetti et al.);
und Bombick et al., Fund. Appl. Toxicol., 39, p. 11–17 (1997).
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Typischerweise
werden Tabakmaterialien in Formen und Weisen verwendet, die traditionell
für die Herstellung
von Rauchartikeln, z. B. Zigaretten, sind. Der Tabak wird normalerweise
in Form von geschnittenem Füller
verwendet (z. B.
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Stücke oder
Stränge
von Tabakfüller,
auf eine Breite von ca. 1/10 Inch bis ca. 1/60 Inch, vorzugsweise
ca. 1/20 Inch bis ca. 1/35 Inch, und eine Länge von ca. 1/4 Inch bis ca.
3 Inch geschnitten). Die Menge an Tabakfüller, die normalerweise innerhalb
des Tabakstäbchens
einer Zigarette eingesetzt wird, ist in einem Bereich von ca. 0,5
g bis ca. 1 g angesiedelt. Normalerweise wird der Tabakfüller so
verwendet, dass das Tabakstäbchen
mit einer Packungsdichte von ca. 100 mg/cm3 bis
ca. 300 mg/cm3, oft ca. 150 mg/cm3 bis ca. 275 mg/cm3 gefüllt wird.
-
Falls
gewünscht,
können
die Tabakmaterialien für
das Tabakstäbchen
ferner weitere Komponenten umfassen. Weitere Komponenten umfassen Casing-Materialien
(z. B. Zucker, Glycerin, Kakao und Lakritze) und Top-Dressing-Materialien
(z. B. Flavour-Materialien, wie Menthol). Die Wahl von bestimmten
Casing- und Top-Dressing-Komponenten ist abhängig von Faktoren wie den gewünschten
sensorischen Charakteristika, und die Wahi dieser Komponenten ist
für den
Fachmann auf dem Gebiet des Zigarettendesigns und der Zigarettenherstellung leicht
möglich.
Siehe Gutcho, Tobacco Flavouring Substances and Methods, Noyes Data
Corp. (1972), und Leffingwell et al., Tobacco Flavouring for Smoking
Products (1972).
-
Ein
exemplarischer Tabakblend zur Verwendung für die vorliegende Erfindung
umfasst ca. 25 bis ca. 98 Gew.% "flue-cured" Tabak, ca. 10 bis
ca. 30 Gew.% Burley-Tabak, ca. 10 bis ca. 30 Gew.% Orienttabak,
ca. 10 bis ca. 30 Gew.% rekonstituiertes Tabakflachmaterial, hergestellt
aus "flue-cured" und/oder Orienttabak-"Leaf", ca. 10 bis ca.
50 Gew.% expandierte "flue-cured" Tabakplättchen,
optional ca. 5 bis ca. 20 Gew.% expandierte "flue-cured" Tabakrippen und ein Casing-Material
in einer Menge von ca. 2 bis ca. 8 Gew.%. Optional kann der Blend
ferner ca. 0,25 bis ca. 2 Gew.% Flavour-Stoffe in Form eines Top-Dressing
umfassen, vorzugsweise ca. 0,5 bis ca. 1,5 Gew.%. Eine bevorzugte
Top-Dressing-Zusammensetzung umfasst Flavour-Stoffe mit Dampfdrücken, die
ca. 2,0 mm Hg bei 40°C
nicht überschreiten.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Tabakblend ca. 25 bis ca. 70 Gew.% "flue-cured" Tabak, ca. 12 bis ca. 20 Gew.% "Burley-Tabak, ca.
15 bis ca. 20 Gew.% Orienttabak, ca. 15 bis ca. 20 Gew.% rekonstituiertes
Ta bakflachmaterial, hergestellt aus "flue-cured" und/oder Orienttabak-"Leaf", ca. 20 bis ca.
30 Gew.% expandierte "flue-cured" Tabakplättchen,
optional ca. 10 bis ca. 15 Gew.% expandierte "flue-cured" Tabakrippen und ein Casing-Material
in einer Menge von ca. 3 bis ca. 5 Gew.%.
-
Das
Casing-Material umfasst vorzugsweise verschiedene Flavour-Bestandteile,
welche auf dem Fachgebiet bekannt sind, z. B. Kakao, Lakritze, verschiedene
Zucker und Glycerin. Bei einer Ausführungsform umfasst das Casing-Material
Komponenten, welche von einer Feigenpflanze abgeleitet oder extrahiert
sind (z. B. Fig Supreme Flavour, erhältlich von der Firma Bell Flavors,
Inc.). Eine exemplarische Casing-Zusammensetzung ist in
US-Patent Nr. 5 360 023 (Blakely
et al.) offenbart, welche durch Bezugnahme in den vorliegenden Text
aufgenommen wird.
-
Die
Menge an "Teer" und Nikotin, die
von den erfindungsgemäßen Zigaretten
abgegeben wird, variiert. Typischerweise liefern erfindungsgemäße Zigaretten
die "Teer"- und Nikotinmengen,
die in
US-Patent Nr. 4 836 224 beschrieben
sind, welches durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen
wird. Zigaretten gemäß vorliegender
Erfindung liefern allgemein ca. 0,2 mg bis ca. 3,5 mg, vielfach ca.
0,3 mg bis ca. 2,5 mg, noch häufiger
ca. 0,6 mg bis ca. 1,2 mg Nikotin, wenn sie unter FTC-Abrauchbedingungen
geraucht werden. Zigaretten gemäß vorliegender
Erfindung liefern allgemein ca. 0,5 bis ca. 18 mg, vielfach ca.
3 bis ca. 13 mg, häufiger
ca. 5 bis ca. 11 mg "Teer", wenn sie unter
FTC-Abrauchbedingungen geraucht werden.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst der Tabakblend eine Mischung von organischen C3-C20-Säuren, typischerweise
von organischen C3-C12-Säuren,
z. B. Levulinsäure,
Pyruvinsäure und
Milchsäure.
Die Mischung umfasst vorzugsweise Levulinsäure und eine oder mehrere zusätzliche
organische C3-C6-Säuren.
Eine exemplarische organische Säuremischung
umfasst Levulinsäure,
Pyruvinsäure
und Milchsäure
in einem Gewichtsverhältnis von
1:1:1. Die Menge an organischer Säure, welche der Zigarette zugegeben
wird, stellt vorzugsweise ein Verhältnis von organischer Säure zu Nikotin
auf Molbasis von ca. 1:1 bis ca. 3:1, mehr bevorzugt ca. 1,5:1 bis
ca. 2,5:1 bereit. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Molverhältnis von
organischer Säure
zu Nikotin ca. 2:1. Die organischen Säuren können als Teil einer Casing- oder Top-Dressing-Zusammensetzung
hinzugegeben werden, oder sie können
einer oder mehreren der Tabakkomponenten des Tabakblends vor dem
Mischen hinzugegeben werden. Beispielsweise können die organischen Säuren dem
wässrigen
Extrakt hinzugegeben werden, der während der Herstellung eines
rekonstituierten Tabakflachmaterials gebildet wird.
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Der
Tabakblend kann ein aerosolbildendes Material enthalten. Das aerosolbildende
Material kann variieren, und es können Mischungen von verschiedenen
aerosolbildenden Materialien verwendet werden. Repräsentative
Typen von aerosolbildenden Materialien sind in den
US-Patenten Nr. 4 793 365 (Sensabaugh,
Jr. et al.) und Nr.
5 101 839 (Jakob
et al.); PCT
WO 98/57556 (Biggs
et al.) und Chemical and Biological Studies an New Cigarette Prototypes that
Heat Instead of Burn Tobacco, R.J. Reynolds Tobacco Company Monograph
(1988), dargelegt. Ein bevorzugtes aerosolbildendes Material erzeugt
ein sichtbares Aerosol, wenn es mit ausreichend Wärme beaufschlagt
wird, und ein hochbevorzugtes aerosolbildendes Material erzeugt
ein Aerosol, welches als "rauchähnlich" angesehen werden
kann. Ein bevorzugtes aerosolbildendes Material ist chemisch einfach,
relativ zu der chemischen Natur des Rauchs, der durch brennenden
Tabak erzeugt wird. Ein hochbevorzugtes aerosolbildendes Material
ist ein Polyol, z. B. Glycerin.
-
Die
eingesetzte Menge an aerosolbildendem Material relativ zu dem Trockengewicht
des rauchbaren Materials, welche in einem rauchbaren Stäbchen vorliegt,
kann variieren. Für
ein rauchbares Stäbchen beträgt die Menge
an aerosolbildendem Material, welche in diesem Stäbchen vorliegt,
mehr als ca. 2%, allgemein mehr als ca. 3%, bezogen auf das kombinierte
Trockengewicht des aerosolbildenden Materials und des Tabakmaterials
innerhalb dieses Stäbchens.
Für ein
bevorzugtes rauchbares Stäbchen
beträgt
die in diesem Stäbchen
vorliegende Menge an aerosolbildendem Material typischerweise mindestens
ca. 5%, allgemein mindestens ca. 10%, oft mindestens ca. 15%, vielfach
mindestens ca. 20%, und kann sogar mindestens ca. 25% betragen,
bezogen auf das kombinierte Trockengewicht des aerosolbildenden
Materials und des Tabakmaterials innerhalb dieses Stäbchens.
Für ein
bevorzugtes rauchbares Stäbchen
gilt, dass die in diesem Stäbchen
vorliegende Menge an aerosolbildendem Material typischerweise einen
Wert von ca. 65% nicht überschreitet,
allgemein ca. 60% nicht überschreitet,
oft ca. 55% nicht überschreitet
und vielfach ca. 50% nicht überschreitet,
bezogen auf das kombinierte Trockengewicht des aerosolbildenden
Materials und des Tabakmaterials in diesem Stäbchen. Rauchbare Materialien,
welche übermäßig hohe
Gehalte an aerosolbildendem Material besitzen, lassen sich typischerweise
nur schwer zu Zigarettenstäbchen
verarbeiten unter Verwendung von automatisierten Zigarettenherstellungseinrichtungen
konventionellen Typs.
-
Rauchbare
Materialien vom Gießfolientyp können typischerweise
relativ hohe Gehalte an aerosolbildendem Material inkorporieren.
Rekonstituierte Tabake, welche durch Verfahren vom Typ Papierherstellung
hergestellt sind, können
moderate Gehalte an aerosolbildendem Material inkorporieren. Tabak-Strip
und geschnittener Tabakfüller
können
geringere Mengen an aerosolbildendem Material inkorporieren. Für prozessierte
Materialien, z. B. Gießfolienmaterialien
und rekonstituierte Tabakmaterialien vom Papiertyp, können Tabakpulpematerialien,
welche mit wässrigen
Flüssigkeiten
extrahiert werden, als Komponenten derselben verwendet werden. Die Entfernung
von im Wesentlichen allen oder einer Teilfraktion der wasserlöslichen
Komponenten von Tabak kann das Bereitstellen eines prozessierten
Materials unterstützen,
welches in der Lage ist, als ein wirksames Substrat für höhere Gehalte
an aerosolbildendem Material zu wirken. Ferner kann das Bestäuben von
prozessierten Materialien mit Trockentabakpulvern die Bereitstellung
von prozessierten Materialien unterstützen, welche relativ hohe Gehalte
an Glycerin aufweisen, ohne dabei übermäßig klebefreudige oder klebrige
Charakteristika zu demonstrieren. Gießfolienmaterialien, insbesondere
Gießfolienmaterialien,
welche bestimmte Mengen an mit Wasser extrahierten Tabakpulpematerialien
inkorporieren, können
oft bis zu ca. 65%, oft bis zu ca. 60% und vielfach bis zu ca. 55
aerosolbildendes Material umfassen, bezogen auf das Trockengewicht
des Tabaks und des aerosolbildenden Materials in dem so hergestellten
Material. Rekonstituierte Tabakmaterialien vom Papiertyp, insbesondere
diejenigen Materialien, welche bestimmte Mengen an mit Wasser extrahierten
Tabakpulpematerialien inkorporieren und nicht einen Teil oder alle
der wasserlöslichen
Extraktkomponenten auf diese Pulpe rückanwenden, können oft bis
zu ca. 55%, oft bis zu ca. 50% und vielfach bis zu ca. 45% an aerosolbildendem
Material umfassen, bezogen auf das Trockengewicht des Tabaks und
des aerosolbildenden Materials in dem so hergestellten Material.
Ein Material, welches durch Besprühen von Tabak-Strip oder geschnittenem
Füller
mit aerosolbildendem Material hergestellt ist, umfasst oft nicht mehr
als ca. 20% und vielfach nicht mehr als ca. 15% an aerosolbildendem
Material, bezogen auf das Trockengewicht des Tabaks und des aerosolbildenden Materials
des so hergestellten Materials.
-
Andere
Typen von Materialien, welche relativ hohe Gehalte an aerosolbildendem
Material inkorporieren, können
in einer rauchbaren Materialmischung inkorporiert sein. Geformte,
gekapselte oder mikrogekapselte Materialien können verwendet werden. Derartige
Typen von Materialien bestehen hauptsächlich aus aerosolbildendem
Material, und diese Materialien können eine gewisse Menge und
Form von Tabak inkorporieren. Ein Beispiel für einen derartigen Typ von
Material ist eine Folie, hergestellt durch Gießen und Trocknen einer wässrigen
Lösung
von ca. 70 Gew.-Tln. Glycerin und ca. 30 Gew.-Tln. Bindemittel (z.
B. Citruspektin, Ammoniumalginat, Natriumalginat oder Guar Gum),
mit nachfolgendem Oberflächenbeschichten
dieser Folie mit ca. 2 Gew.-Tln. eines fein zerteilten Pulvers,
welches durch Mahlen von Tabakplättchen
bereitgestellt wird.
-
Die 2–10 illustrieren
verschiedene Ausführungsformen
des Filterelements, welches zur Verwendung mit Rauchartikeln, z.
B. Zigaretten, ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Filterelement umfasst
typischerweise multiple, sich longitudinal erstreckende Segmente.
Jedes Segment kann variierende Eigenschaften aufweisen und kann
verschiedene Materialien umfassen, welche zur Filtration oder Adsorption
von partikelförmigem
Material und/oder Dampfphase-Verbindungen in der Lage sind. Typischerweise
umfasst das erfindungsgemäße Filterelement
2 bis 6 Segmente, vielfach 2 bis 4 Segmente. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform
umfasst das Filterelement ein Mundendesegment, ein Tabakendesegment
und ein dazwischen liegendes Kompartiment. Diese Filteranordnung
wird gelegentlich als "Kompartiment-Filter" oder "Pfropfen/Zwischenraum/Pfropfen"-Filter bezeichnet.
Das Kompartiment kann in zwei oder mehr Kompartimente aufgeteilt
sein, wie nachfolgend ausführlicher
beschrieben.
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Bei
jeder gezeigten Ausführungsform
ist mindestens eine Substanz 34, welche mindestens eine Gasphase-Komponente
des Hauptstromrauchs zu entfernen vermag, in dem Filterelement inkorporiert. Vorzugsweise
ist die Substanz ein Adsorbensmaterial, welches in der Lage ist,
ein oder mehrere Gasphase-Verbindungen aus dem von einem Rauchartikel erzeugten
Hauptstromrauch zu adsorbieren. Exemplarische Adsorbenzien 34 umfassen
aktivierten Kohlenstoff, Molekularsiebe (z. B. Zeolithe und Kohlenstoff-Molekularsiebe),
Tone, aktivierte Aluminiumoxide, Silicagele und Mischungen hiervon.
Die Menge an Adsorbens 34 innerhalb des Filterelements
ist typischerweise angesiedelt in einem Bereich von ca. 50 bis ca.
250 mg, oft ca. 80 bis ca. 150 mg, und vielfach ca. 90 bis ca. 120
mg.
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Die
Form des Adsorbens
34 kann variieren. Typischerweise wird
das Adsorbens
34 in körniger oder
partikulärer
fester Form verwendet, mit einer Partikelgröße zwischen ca. 8 × 16 mesh
bis ca. 30 × 70
mesh, unter Verwendung des US-Siebsystems. Jedoch könnten kleinere
oder größere Partikel
verwendet werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Die
Termini "körnig" und "partikulär" sollen sowohl nicht-sphärisch geformte
Partikel als auch sphärische
Partikel umfassen, z. B. sogenannten kügelchenförmigen ("beaded") Kohlenstoff, wie in der
WO 03/059096 A1 beschrieben.
-
Die
Art und Weise, in der das Adsorbens
34 in dem Filterelement
inkorporiert ist, kann variieren. Wie in der beigefügten zeichnerischen
Darstellung gezeigt, kann körniges
Adsorbens in einem Kompartiment innerhalb des Filterelements platziert
sein. Das Adsorbens
34 könnte jedoch auch innerhalb
eines Abschnitts von Filtermaterial eingebettet oder dispergiert
sein, z. B. in einem fasrigen Filtermaterial (z. B. Celluloseacetat-Tow),
oder es könnte
in einem Papier inkorporiert sein, z. B. in dem kohlenstoffhaltigen
gerafften Papier, welches in
US-Patent
Nr. 5 360 023 (Blakley et al.) beschrieben ist. Ferner
kann ein Adsorbensmaterial
34 sowohl in einem Kompartiment
platziert sein als auch in einem oder mehreren der Abschnitte von
Filtermaterial eingebettet sein, wobei das Adsorbensmaterial in
dem Kompartiment und das in dem Filtermaterial eingebettete oder
dispergierte Adsorbens gleich oder verschieden sein können.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Adsorbens aktivierter Kohlenstoff. Der Aktivitätsgrad des
Kohlenstoffs kann variieren. Typischerweise weist der Kohlenstoff
eine Aktivität
von ca. 60 bis ca. 150 Kohlenstofftetrachloridaktivität auf (d.
h. Gewichtsprozent Kohlenstofftetrachlorid-Aufnahme). Der hierin
besonders geeignete aktivierte Kohlenstoff besteht hauptsächlich aus
Kohlenstoff und weist vorzugsweise einen Kohlenstoffgehalt von über ca.
80 Gew.% auf, mehr bevorzugt über
ca. 90 Gew.%. Bevorzugte kohlenstoffhaltige Materialien werden bereitgestellt
durch Carbonisieren oder Pyrolysieren von Steinkohle, Tabakmaterial,
Weichholzpulpe, Hartholzpulpe, Kokosnussschalen, Mandelschalen, Traubenkernen,
Walnussschalen, Makadamiaschalen, Kapokfasern, Baumwollfasern, Baumwolllinters und
dergleichen. Kohlenstoff aus Mandelschalen, Traubenkernen, Walnussschalen
und Makadamianussschalen ist besonders bevorzugt, und es wird angenommen,
dass er im Vergleich zu Kohlenstoff aus Kokosnussschalen eine größere Dampfphase-Entfernung
von gewissen Verbindungen bereitstellt. Beispiele für geeignete
kohlenstoffhaltige Materialien sind aktivierter Kohlenstoff auf
Basis von Kokosnussschalen, erhältlich
von der Firma Calgon Corp. als PCB und GRC-11, kohlebasierte Kohlenstoffe,
erhältlich
von der Firma Calgon Corp. als S-Sorb, BPL, CRF-11F, FCA und SGL,
holzbasierte Kohlenstoffe, erhältlich
von der Firma Westvaco als WV-B, SA-20 und BSA-20, kohlenstoffhaltige
Materialien, welche von der Firma Calgon Corp. als HMC, ASC/GR-1
und SC II und Witco Carbon No. 637 erhältlich sind. Weitere kohlenstoffhaltige
Materialien sind in
US-Patent
Nr. 4 771 795 (White et al.) und Nr.
5 027 837 (Clearman et al.) und in
den
europäischen Patentanmeldungen Nr.
236 922 , Nr.
419 733 und
Nr.
419 981 beschrieben.
Gewisse kohlenstoffhaltige Materialien können mit Substanzen imprägniert sein, z.
B. mit Übergangsmetallen
(z. B. Silber, Gold, Kupfer, Platin und Palladium), Kaliumbicarbonat,
Tabakextrakten, Polyethylenimin, Mangandioxid, Eugenol und 4-Ketononansäure. Die
Kohlenstoffzusammensetzung kann ferner einen oder mehrere Füllstoffe umfassen,
z. B. Grieß.
Ferner können
Traubenkernextrakte als Radikalfänger
in dem Filterelement
20 inkorporiert sein.
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2 illustriert
ein Filterelement 20, umfassend einen ersten Abschnitt
von Filtermaterial 36, z. B. ein fasriges Filtermaterial
(z. B. plastifiziertes Celluloseacetat-Tow), und einen zweiten Abschnitt
von Filtermaterial 38, der von dem ersten Abschnitt von Filtermaterial
beabstandet ist. Wie gezeigt, ist der erste Abschnitt von Filtermaterial 36 am
Mundende des Filterelements 20 positioniert und der zweite
Abschnitt von Filtermaterial 38 ist proximal zu dem Tabakstäbchen 12 positioniert.
Der Raum zwischen dem ersten Abschnitt von Filtermaterial 36 und
dem zweiten Abschnitt von Filtermaterial 38 definiert ein Kompartiment 32.
Mindestens ein Teil des Kompartiments 32 enthält ein Adsorbensmaterial 34,
vorzugsweise in körniger
Form. Typischerweise enthält
im Wesentlichen das ganze Kompartiment 32 ein Adsorbens 34.
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Wie
gezeigt umfasst das Filterelement 20 Ventilationslöcher 30,
welche sich durch das Mundstückbelagpapier 28 und
die Pfropfenumhüllung 26 hindurch
erstrecken und somit Luftverdünnung
des Hauptstromrauchs bereitstellen. Bei dieser Ausführungsform
sind die Ventilationslöcher 30 zwischen dem
ungefähren
Mittelpunkt des Adsorbens-haltigen Bereichs des Kompartiments 32 und
dem Ende des Filterelements 20 proximal zu dem Tabakstäbchen 12 positioniert.
Vorzugsweise sind die Ventilationslöcher 30 in einer dem
Kompartiment 32 überlagerten Position
angeordnet, und vorzugsweise sind sie zwischen dem Mittelpunkt des
Kompartiments 32 und dem Ende des Kompartiments benachbart
zu dem zweiten Abschnitt von Filtermaterial 38 stromaufwärts des
Kompartiments positioniert. Die Positionierung der Ventilationslöcher 30 stromaufwärts von mindestens
einem Teil des Adsorbens-haltigen Kompartiments 32 kann
die Adsorption von bestimmten Dampfphase-Komponenten des Hauptstromrauchs durch
das Adsorbens 34 verbessern.
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Die
Ventilationslöcher 30 können als
eine einzige Linie von Perforationen konfiguriert sein, welche sich
um den Umfang des Filterelementes 20 herum erstreckt, oder
sie können
mehrere Linien von Perforation umfassen. Es versteht sich, dass
die genaue Zahl und Größe der Ventilationslöcher 30 in
Abhängigkeit
von dem gewünschten
Grad der Luftverdünnung
variiert.
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Die
exakte Distanz der Ventilationslöcher 30 von
dem Ende des Filterelements 20 proximal zu dem Tabakstäbchen 12 variiert
in Abhängigkeit
von der Länge
der einzelnen Segmente des Filters, z. B. des Segments 38 proximal
zu dem Tabakstäbchen. Bei
bestimmten Ausführungsformen
sind die Ventilationslöcher 30 ca.
10 bis ca. 22 mm von dem Tabakstäbchen 12 entfernt,
und wenn die Ventilationslöcher
das Adsorbens-haltige Kompartiment 32 überlagern, dann liegen die
Löcher
typischerweise innerhalb ca. 5 mm des Abschnitts von Filtermaterial 38 proximal
zu dem Tabakstäbchen,
vorzugsweise innerhalb von ca. 2 mm.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Filterelements,
welche in 3 gezeigt ist, umfasst das Filterelement 20 eine
semi-permeable Barriere 42, welche das Kompartiment 32 in
zwei Abschnitte oder Regionen teilt. Ähnlich der in 2 gezeigten
Ausführungsform
ist mindestens ein Teil des Kompartiments 32 mit einem
Adsorbens 34 gefüllt.
Der Abschnitt des Kompartiments 32, der das Adsorbens enthält, ist
der Stromabwärtsabschnitt
des Kompartiments. Der Bereich des Kompartiments 32 stromaufwärts der
Barriere 42 ist hohl. Der hohle Abschnitt 44 des
Kompartiments 32 kann eine Mischregion für den Hauptstromrauch
vor Eintritt des Rauchs in das Adsorbensmaterial bereitstellen,
was zur Dampfphase-Entfernung durch das Adsorbens 34 beitragen
kann.
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4 illustriert
ein Filterelement 20. Wie gezeigt ist, ähnlich zu der in 2 und 3 gezeigten Ausführungsform,
ein Kompartiment 32, welches zwischen einem Mundendeabschnitt
von Filtermaterial 36 und einem Tabakendeabschnitt von
Filtermaterial 38 positioniert ist, mit einem Adsorbensmaterial 34 gefüllt. Der
Abschnitt von Filtermaterial 38 proximal zu dem Tabakstäbchen 12 umfasst
einen oder mehrere Kanäle,
welche sich durch denselben hindurch erstrecken, wobei der Kanal
einen Durchgang für
durch den Abschnitt von Filtermaterial 38 passierenden
Hauptstromrauch bereitstellt. Der eine oder die mehreren Kanäle 48 stellen
einen unbehinderten Weg bereit, über
den Hauptstromrauch das Tabakstäbchen 12 verlassen
und in das das Adsorbens 34 enthaltende Kompartiment 32 eintreten
kann.
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Die 5–7 illustrieren
verschiedene exemplarische Konfigurationen für den einen oder die mehreren
Kanäle 48,
die sich durch den Filterabschnitt 38 erstrecken. 5 ist
eine querschnittliche Darstellung entlang der Linie A-A in 4.
Wie in 5 gezeigt, kann das Filterelement einen einzigen Kanal 48 umfassen,
der sich z. B. entlang der Mittelachse des Abschnitts von Filtermaterial 38 erstreckt. Alternativ,
wie in den 6 und 7 gezeigt,
kann eine Mehrzahl von kleineren Kanälen 48 verwendet werden,
wobei jedoch die genaue Platzierung und Konfiguration der multiplen
Kanäle
variieren kann. Wie in 6 gezeigt, umfasst jedoch eine
bevorzugte Konfiguration die Platzierung einer Mehrzahl von Kanälen 48 proximal
zu der Mittelachse des Filterabschnitts 38. Bei einer alternativen
Ausführungsform, welche
in 7 gezeigt ist, sind die Mehrzahl von Kanälen 48 entlang
der Peripherie des Filterabschnitts 38 positioniert. Bei
einer Ausführungsform beträgt die Anzahl
der Kanäle 48 1
bis ca. 20, vorzugsweise 1 bis ca. 15, mehr bevorzugt 1 bis ca.
10 (z. B. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9 oder 10 Kanäle).
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Die
Wände des
oder der Kanäle 48 können durch
das Material des Abschnitts von Filtermaterial 38 definiert
sein, oder die Kanäle
können
unter Verwendung von in das Filtermaterial eingeführten Röhren (nicht
gezeigt) gebildet sein. Bei Verwendung von Röhren können die Röhren Celluloseacetat, Polyethylen
oder ein beliebiges anderes Polymermaterial, welches eine selbsttragende
Struktur zu bilden vermag, umfassen.
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Die
Gesamtquerschnittsfläche
des einen oder der mehreren Kanäle 48 kann
variieren. Typischerweise beträgt
die Gesamtquerschnittsfläche des
oder der Kanäle 48 ca.
0,1 bis ca. 50 mm2, vielfach ca. 0,5 bis
ca. 15 mm2. Die Querschnittsgestalt der
Kanäle 48 ist
nicht kritisch für
die Erfindung und kann z. B. rechteckig oder rund sein. Der Durchmesser
jedes Kanals oder jeder Röhre
kann variieren. Typischerweise beträgt der Durchmesser jedes Kanals oder
jeder Röhre
ca. 0,5 bis ca. 8 mm, vielfach ca. 1 bis ca. 3 mm. Der Durchmesser
des Kanals oder der Röhre
ist so gewählt,
dass eine Migration des Adsorbens in den Kanal oder die Röhre verhindert
wird (d. h. der Durchmesser des Kanals oder der Röhre ist kleiner
als der Durchmesser der Adsorbenspartikel).
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8 illustriert
eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Filterelements 20 ähnlich zu
der in 3 illustrierten Ausführungsform. Wie in 3 umfasst
das in 8 gezeigte Filterelement ein Kompartiment 32,
welches durch eine semi-permeable Barriere 42 in zwei Abschnitte
geteilt ist. Das stromabwärts
der semi-permeablen Barriere 42 befindliche Kompartiment
des geteilten Kompartiments 32 enthält ein Adsorbens 34.
Das Stromaufwärts-Kompartiment des
Kompartiments 32 enthält
ein Ionenaustauschharz 50. Alternativ, wenn auch nicht
gezeigt, umfasst die vorliegende Erfindung ferner Ausführungsformen,
bei denen das Ionenaustauschharz 50 im Stromabwärts-Kompartiment des
Kompartiments 32 platziert ist und das Adsorbens 34 im
Stromaufwärts-Kompartiment
des Kompartiments platziert ist. Das heißt, die relative Platzierung
des Adsorbensmaterials 34 und des Ionenaustauschharzes 50 kann
erfindungsgemäß variieren.
Bei einer noch weiteren Ausführungsform
können
das Adsorbens 34, z. B. der aktivierte Kohlenstoff, und
das Ionenaustauschharz 50 zusammengemischt werden und ohne
körperliche
Trennung der zwei Materialien in dem Kompartiment 32 platziert
werden.
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9 illustriert
eine Ausführungsform,
wobei das Ionenaustauschharz 50 mehr innerhalb eines Abschnitts
von Filtermaterial 38 platziert ist, als in einem Bereich
des Kompartiments 32. Wie oben angemerkt, kann die relative
Platzierung des Ionenaustauschharzes 50 und des Adsorbensmaterials 34 variieren.
Als eine Folge könnten
die Partikel des Ionenaustauschharzes 50 alternativ innerhalb
des Mundendeabschnitts von Filtermaterial 36 oder in beiden Abschnitten
von Filtermaterial dispergiert sein.
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Das
Ionenaustauschharz 50 kann ein beliebiges Polymer umfassen,
welches aktive Gruppen in der Form von elektrisch geladenen Plätzen aufweist, welche
nach Wechselwirkung mit Ionen entgegengesetzter Ladung zur Versetzung
befähigt
ist. Typischerweise umfasst das Ionenaustauschharz 50 ein Polymer-Grundgerüst, z. B.
Styrol-Divinylbenzol-(DVB-)Copolymere, Acrylate, Methacrylate, Phenolformaldehyd-Kondensate
und Epichlorhydrinamin-Kondensate, und eine Mehrzahl von elektrisch geladenen
funktionellen Gruppen, welche an das Polymergrundgerüst gebunden
sind. Das Ionenaustauschharz 50 ist vorzugsweise ein schwach
basisches Anionenaustauschharz oder ein stark basisches Anionenaustauschharz.
Beispielhafte Harze umfassen DIAION®-Ionenaustauschharze,
erhältlich von
der Firma Mitsubishi Chemical Corp. (z. B. WA30 und DCA11) und DUOLITE®-Ionenaustauschharze, welche
von der Firma Rohm und Haas erhältlich
sind (z. B. DUOLITE®A7).
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Die
Form des Ionenaustauschharzes 50 kann variieren. Allgemein
liegt das Ionenaustauschharz 50 in fester, partikulärer Form
vor mit einer Partikelgröße zwischen
ca. 8 × 16
mesh bis ca. 30 × 70 mesh,
unter Verwendung des US-Siebsystems.
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Ein
weiteres Filterelement 20 ist in 10 illustriert.
Wie gezeigt, umfasst diese Ausführungsform
ebenfalls ein Kompartiment 32 zwischen zwei Abschnitten
von Filtermaterial 36 und 38. Das Kompartiment 32 enthält ein Adsorbens 34.
Der Mundendeabschnitt von Filtermaterial 36 umfasst mindestens
eine darin enthaltene brechbare Kapsel 54. Die Kapsel 54 kann
einfach in das Filtermaterial 36 eingebettet sein. Bei
der in 10 gezeigten Ausführungsform
umfasst der Abschnitt von Filtermaterial 36 einen ringförmigen äußeren Abschnitt 56 und
einen inneren Bereich 58, der ein Kompartiment 60 darin
umfasst, welches zur Aufnahme der brechbaren Kapsel 54 ausgebildet
ist. Wie gezeigt, können
ein oder beide Enden des inneren Bereichs 58 des Filtermaterials 36 umgelegt
sein, um die brechbare Kapsel 54 innerhalb des Filterelements 20 zurückzuhalten. Jede
brechbare Kapsel 54 trägt
eine Ladung, welche eine Verbindung inkorporiert, die dazu gedacht
ist, eine bestimmte Änderung
in der Natur oder im Charakter des durch das Filterelement gezogenen Hauptstromrauchs
einzuführen
(z. B. ein Flavour-Agens). Der Raucher kann die Kapsel 54 selektiv
zerbrechen, um das Flavour-Agens freizusetzen. Es wird davon ausgegangen,
dass die Verwendung einer brechbaren, ein Flavour-Agens enthaltenden Kapsel 54 stromabwärts des
Adsorbensmaterials 34 dem Raucher die Befähigung verleiht,
Geschmacksattribute des Rauchartikels zu vervollständigen. Weil
das in der Kapsel 54 enthaltene Flavour-Agens stromabwärts des
Adsorbens 34 liegt, ist die Wechselwirkung mit dem Adsorbensmaterial
minimal. Das in 10 gezeigte Filterelement, welches
eine brechbare Kapsel 54 darin aufweist, kann hergestellt werden
wie in der parallel anhängigen
US-Patentanmeldung Nr. 10/600 712, eingereicht am 23. Juni 2003,
beschrieben.
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Das
Mundstückbelagmaterial 28,
welches das Filterelement 20 mit dem Tabakstäbchen 12 verbindet,
kann aufgedruckte Markierungen (nicht gezeigt) aufweisen. Beispielsweise
kann ein Band (nicht gezeigt) dem Raucher die generelle Lokalisation
oder Position der Kapsel 54 innerhalb des Filterelemen tes 20 anzeigen.
Diese Markierungen helfen dem Raucher, die Kapsel 54 zu
lokalisieren, so dass sie leichter aufgebrochen werden kann, indem
das Filterelement 20 von außen direkt an der Position
der Kapsel zusammengequetscht wird. Die Markierungen an dem Mundstückbelagmaterial 28 können ferner
die Natur der von der Kapsel 54 getragenen Ladung angeben.
Zum Beispiel können
die Markierungen durch eine besondere Farbe, Gestalt oder Design
anzeigen, dass es sich bei der besonderen Ladung um ein Spearmint-Flavouring
handelt.
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Falls
gewünscht,
kann der Raucher die Kapsel 54 zu jeder Zeit vor, während oder
auch nach dem Raucherlebnis aufbrechen. Bruch der Kapsel 54 bewirkt
Freisetzen des darin enthaltenen und eingeschlossenen Inhalts. Die
Freisetzung des Inhalts der Kapsel 54 in das Filterelement 20 erlaubt
somit dem Raucher, den beabsichtigten Nutzen der Wirkung von gewissen
Inhaltsstoffen zu erzielen, sei es, dass dieser Nutzen aus dem Flavouring
oder der Parfümierung
des Rauchs, der Kühlung
oder Befeuchtung des Rauchs, der Auffrischung des Geruchs des Zigarettenstummels
oder der Erreichung eines anderen Ziels, welches mit der Modifizierung
der Gesamtzusammensetzung des Rauchs oder der Veränderung der
Performance-Charakteristika der Zigarette assoziiert ist, resultiert.
Das heißt,
bei hochbevorzugten Ausführungsformen
wird ein Teil der Ladung (z. B. Teile eines Flavour-Agens), welche
in das Filterelement 20 freigesetzt worden ist, in jeden
Folgezug von Hauptstromrauch, der durch dieses Filterelement empfangen
wird, inkorporiert.
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Die
Anwendung von taktilem Druck auf die Kapsel 54, z. B. durch
die von den Fingern des Rauchers auf das Filterelement 20 erzeugte
Quetschwirkung, bewirkt, dass relevante Regionen des Filterelements
sich verformen und somit die Kapsel aufgebrochen und ihre Ladung
in das Kompartimentinnere 60 des Filterelements freigesetzt
wird. Der Bruch der Kapsel 54 kann durch ein hörbares Knallen,
Krachen oder ein rasches Nachlassen des Widerstands gegen den von
dem Raucher ausgeübten
Druck festgestellt werden. Der Bruch der Kapsel 54 bewirkt,
dass der Inhalt ihrer Ladung sich in dem ganzen Kompartiment 60 und
in dem ganzen Filter-Towmaterial in dem äußeren ringförmigen Filterabschnitt 56 verteilt. Am
meisten bevorzugt kehrt die zylindrische Ge samtgestalt des Filterelements 20 im
Wesentlichen wieder in ihre ursprüngliche Gestalt zurück, wenn
die Druckeinwirkung auf das Filterelement aufhört.
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Das
Kompartiment 60, in welchem die Kapsel 54 untergebracht
ist, besitzt vorzugsweise eine im Wesentlichen runde und/oder konische
Querschnittsgestalt und weist einen Durchmesser von ca. 3 mm bis
ca. 4 mm an seiner breitesten Stelle auf. Jedoch können die
Wände des
Kompartiments 60 durch ein komprimierbares und deformierbares
Material definiert sein (z. B. plastifiziertes Celluloseacetat),
und das Kompartiment kann so hergestellt sein, dass es einen größeren oder
kleineren Durchmesser aufweist. Demgemäß kann das Kompartiment 60 eine oder
mehr Kapseln 54 mit Durchmessern von mindestens ca. 1 mm,
typischerweise mindestens ca. 2 mm und oft mindestens ca. 3 mm aufweisen.
Typischerweise haben die Kapseln 54 Durchmesser, die ca.
6 mm nicht überschreiten,
oft ca. 5 mm nicht überschreiten
und vielfach ca. 4,5 mm nicht überschreiten.
Bestimmte bevorzugte Kapseln 54 haben Durchmesser im Bereich
von ca. 3 mm bis ca. 4 mm im Durchmesser und bestimmte hochbevorzugte
Kapseln weisen einen Durchmesser von ca. 3,5 mm auf.
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Die
Kapsel 54 ist im Wesentlichen von kugeliger Gestalt und
besitzt eine steife Außenhülle, z.
B. eine Außenhülle aus
Gelatine, welche eine innenliegende Ladung umgibt. Geeignete Kapseln
sind kommerziell erhältlich
von der Firma Mane Aromatic Flavors, mit Sitz in Nizza, Frankreich,
als gelatinegekapselte Mischungen von mittelkettigen Triglyceriden und
Flavour-Agenzien. Die Bezeichnungen für eine Anzahl von Flavour-Kapseln,
welche von der Firma Mane Aromatic Flavours erhältlich sind, lauten: Spearmint
(Grüne
Minze), E209123; Cinnamon (Zimt), E0303392; Russian Tea (Russischer
Tee), E0303386; Lemon (Zitrone), E127382; und Menthol, E127384.
Derartige repräsentative
Kapseln 54 weisen Durchmesser von ca. 3,5 mm und ca. 4
mm auf.
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Die
Außenhülle der
Kapsel 54 ist vorzugsweise aus Speisegelatine aufgebaut,
wobei die Rohstoffe vom Rind, Fisch oder Schwein stammen. Es kann
eine breite Vielfalt von Gelatinen verwendet werden, und die Wahl
einer Gelatine für
die äußere Oberfläche der
Kapsel wird als eine Frage der Designwahl für den Durchschnittsfachmann
angesehen. Siehe Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology,
(4th Ed.) 12, 406–416 (1994). Der zur Herstellung
der äußeren Hülle der
Kapsel eingesetzte Typ von Gelatine verleiht dieser Kapsel die Fähigkeit,
einer Exposition mit Triacetin (ein übliches Plastifizierungsmittel,
welches in der Zigarettenfilterherstellung verwendet wird) oder
1,2-Propylenglycol (einer üblichen
Tabak-Casing-Komponente) für
relativ lange Zeitabschnitte standzuhalten, ohne dass es zu unerwünschter
Wechselwirkung kommt (z. B. Auflösung der
darin enthaltenen Gelatine). Weil sich die bei den bevorzugten Ausführungsformen
verwendeten Gelatinen im Ablauf längerer Zeit in Wasser lösen können, ist
es wünschenswert,
praktisch wasserfreie Ladungen (oder sehr geringe Mengen an Wasser
enthaltende Ladungen) in Verbindung mit Kapseln zu verwenden, deren äußere Umhüllungen
aus Gelatine bestehen.
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Die
Form der Kapselladung kann variieren; typischerweise weist die Ladung
die Form einer Flüssigkeit,
eines Gels oder eines Feststoffs (z. B. eines kristallinen Materials
oder eines trockenen Pulvers) auf. Die Ladung kann Komponenten inkorporieren, welche
beim Flavouring oder Parfümieren
des Hauptstromzigarettenrauchs helfen. Alternativ kann die Ladung
einen Atemerfrischer für
den Raucher, ein desodorierendes Agens für den Zigarettenstummel, ein
Befeuchtungs- oder Kühlungsagens
für den
Zigarettenrauch oder eine Zusammensetzung, welche die Natur oder
den Charakter der Zigarette sonstwie ändern kann, sein.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
ist die Ladung eine Mischung aus einem Flavouring- und einem Verdünnungsagens
oder -träger.
Das bevorzugte Verdünnungsagens
ist ein Triglycerid, z. B. ein mittelkettiges Triglycerid, und insbesondere
eine Mischung von mittelkettigen Triglyceriden in Lebensmittelreinheit.
Siehe z. B. Radzuan et al., Porim Bulletin, 39, 33–38 (1999).
Flavour-Agenzien
der Ladung können
natürlich
oder synthetisch sein, und der Charakter dieser Flavour-Agenzien
kann nicht einschränkend
beschrieben werden als frisch, süß, kräuterartig,
konfektartig, blumig, fruchtig oder würzig. Spezifische Typen von
Flavour-Agenzien umfassen, sind aber nicht beschränkt auf
Vanille, Kaffee, Schokolade, Creme, Minze, Spearmint, Menthol, Pfefferminze, Wintergrün, Lavendel,
Kardamon, Muskat, Zimt, Gewürznelke,
Cascarilla, Sandelholz, Honig, Jasmin, Ingwer, Anis, Salbei, Lakritze,
Zitrone, Orange, Apfel, Pfirsich, Limone, Kirsche und Erdbeere.
Siehe auch Leffingwill et al., Tobacco Flavoring for Smoking Products,
R.J. Reynolds Tobacco Company (1972). Flavour-Agenzien können ferner
Komponenten umfassen, welche als Befeuchtungs-, Kühlungs-
oder Beruhigungsagens angesehen werden, z. B. Eukalyptus. Diese
Flavour-Agenzien können
rein (d. h. für
sich allein) oder als Zusammensetzung (z. B. Spearmint und Menthol
oder Orange und Zimt) bereitgestellt sein. Zusammengesetzte Flavour-Agenzien
können in
einer einzigen Kapsel als Mischung kombiniert sein oder als Komponenten
in multiplen Kapseln in dem Filterelement positioniert sein.
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Die
Menge des Flavour- und Verdünnungsagens
innerhalb der Kapsel 54 kann variieren. In einigen Fällen kann
das Verdünnungsagens
ganz weggelassen werden und die ganze Ladung kann aus Flavour-Agens
bestehen. Alternativ kann die Ladung nahezu vollständig aus
Verdünnungsagens
bestehen und nur eine sehr kleine Menge eines relativ potenten Flavour-Agens
enthalten. Bei der bevorzugten Ausführungsform, wobei eine Kapsel
von ca. 3,5 mm Durchmesser verwendet wird, ist das Gewicht der flüssigen Ladung
(z. B. Flavour-Agens und Verdünnungsagens)
vorzugsweise im Bereich von ca. 15 mg bis ca. 25 mg angesiedelt,
mehr bevorzugt im Bereich von ca. 20 mg bis ca. 22 mg. Die bevorzugte
Zusammensetzung der Mischung aus Flavour- und Verdünnungsagens
ist so gewählt,
dass der Gehalt an Flavour-Agens im Bereich von ca. 5 Gew.% bis
ca. 25 Gew.%, mehr bevorzugt im Bereich von ca. 10 bis 15 Gew.%
liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Ladung, und der Rest aus
Verdünnungsagens
besteht.
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Die
obigen Ausführungsformen
des Filterelements 20 schließen sich nicht gegenseitig
aus, d. h. dass Aspekte von mehr als einer Filterausführungsform
kombiniert werden können,
um die Eigenschaften des Filters weiter zu verbessern. Beispielsweise kann
ein Filter, welches ein Adsorbens und ein Ionenaustauschharz kombiniert,
wie in 8–9 gezeigt,
ferner die in 4 gezeigten Strömungskanäle umfassen
und/oder ein hohles Kompartiment, wie in 3 gezeigt,
und/oder eine brechbare Kapsel, wie in 10 gezeigt.
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Bei
jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen kann der erste
Abschnitt von Filtermaterial 36 und der zweite Abschnitt
von Filtermaterial 38 ein beliebiges Filtermaterial umfassen,
welches dazu in der Lage ist, in dem von einem Rauchartikel erzeugten
Hauptstromrauch mitgerissene Partikel zu filtern. Beispielhafte
Filtermaterialien umfassen Celluloseacetat-Tow, gerafftes Celluloseacetat-Bahnenmaterial,
Polypropylen-Tow, gerafftes Polypropylen-Bahnenmaterial, gerafftes
Polyester-Bahnenmaterial, gerafftes Papier und Stränge von
rekonstituiertem Tabak. Bei bevorzugten Ausführungsformen umfasst jeder
Abschnitt von Filtermaterial 36 und 38 ein fasriges
Filtermaterial, z. B. Celluloseacetat-Tow.
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Die
Abschnitte von Filtermaterial 36 und 38 können ferner
eine plastifizierende Komponente umfassen, z. B. Triacetin oder
Carbowachs. Bei einer Ausführungsform
umfasst die Plastifizierungskomponente des Filtermaterials Triacetin
und Carbowachs in einem Gewichtsverhältnis von 1:1. Die Gesamtmenge
an Plastifizierungsmittel beträgt
allgemein ca. 4 bis ca. 20 Gew.%, vorzugsweise ca. 6 bis ca. 12 Gew.%.
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Jeder
Abschnitt oder jedes Segment von Filtermaterial 36 und 38 kann
in der Länge
variieren. Typischerweise weist jeder Abschnitt von Filtermaterial eine
Länge von
ca. 5 bis ca. 25 mm auf, vielfach eine Länge von ca. 5 bis ca. 15 mm.
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Die
Partikelentfernungseffizienz jedes Segments von Filtermaterial in
dem Filterelement kann variieren. Für fasrige Filtermaterialien
wird die Partikelentfernungseffizienz vorzugsweise ausgedrückt in Gewicht
pro Längeneinheit
der die Fasern bildenden Filamente. Exemplarische Filtermaterialien
zeigen eine Filtrationseffizienz von ca. 1,8 bis ca. 10 den pro Filament.
Die Filtersegmente in einem Multisegment-Filterelement können die
gleichen oder verschiedene Filtrationseffizienzen aufweisen. Bei
einer Ausführungsform
weist der Abschnitt von Filtermaterial 38 proximal zu dem
Tabakstäbchen 12 eine
höhere
Partikelentfernungseffizienz auf als der Abschnitt von Filtermaterial 36 distal
von dem Tabakstäbchen. Beispielsweise
können
die Filamente des Tabakendeabschnitts von Filtermaterial 38 ein
geringeres Gewicht pro Längeneinheit
aufweisen als die Filamente des Mundeendeabschnitts von Filtermaterial 36.
Exemplarische Filamente zur Verwendung für den Tabakendeabschnitt von
Filtermaterial 38 weisen ein Gewicht pro Längeneinheit
von weniger als ca. 2,5 den pro Filament auf, vorzugsweise ca. 1,8
bis ca. 2,5. Exemplarische Fi lamente zur Verwendung für den Mundendeabschnitt
von Filtermaterial 36 weisen ein Gewicht pro Längeneinheit
von mehr als ca. 3,0 den pro Filament auf, vorzugsweise ca. 3,0
bis ca. 10,0. Alternativ kann der Mundendeabschnitt von Filtermaterial 36 eine
höhere
Partikelentfernungseffizienz aufweisen als der Tabakendeabschnitt
von Filtermaterial 38.
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Bei
jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen weist das zwischen
den beiden Abschnitten von Filtermaterial 36 und 38 gebildete
Kompartiment 32 eine Länge
von ca. 5 bis ca. 50 mm auf, typischerweise ca. 5 bis ca. 30 mm.
Bei denjenigen Ausführungsformen,
bei denen das Kompartiment 32 in zwei Kompartimente aufgeteilt
ist, kann die semi-permeable teilende Barriere 42 ein beliebiges
Material sein, welches permeabel für Hauptstromrauch, aber impermeabel
für das
Adsorbens 34 ist, und somit in der Lage ist, das Adsorbens
in einem definierten Bereich des Kompartiments zurückzuhalten.
Exemplarische semi-permeable Barrieren 42 umfassen hochporöses Papier
(z. B. ca. 100 CORESTA und darüber)
und ein beliebiges der Materialien, welche als die Abschnitte von
Filtermaterial 36 und 38 geeignet sind.
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Die
Länge der
Barriere 42 wird variieren. Typischerweise hat die Barriere 42 eine
Länge von
ca. 0,5 bis ca. 10 mm, mehr bevorzugt ca. 0,5 bis ca. 5 mm. Jedes
Kompartiment des geteilten Kompartiments 32 weist typischerweise
eine Länge
von ca. 5 bis ca. 20 mm auf, vielfach ca. 5 bis ca. 10 mm.
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Falls
gewünscht
können
geeignete katalytische Verbindungen, z. B. für die Umsetzung von Kohlenmonoxid
in Kohlendioxid, in einem oder mehreren Segmenten des Filterelements 20 inkorporiert
sein. Exemplarische Katalysatoren umfassen Edelmetalle (z. B. Silber,
Gold, Platin), Metalloxide, Keramiken und Mischungen hiervon.
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EXPERIMENTELLES
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Die
nachfolgenden Beispiele sind als Illustration gedacht und sind nicht
so auszulegen, dass sie den Bereich der Erfindung oder die beigefügten Ansprüche begrenzen.
Wenn nichts anderes angegeben ist, verstehen sich alle Teile- und Prozentangaben
als gewichtsbezogen. Die so beschriebenen Zigaretten in den Beispielen
können
handgemacht oder maschinell hergestellt sein, wobei z. B. eine Maschine
vom Typ Pilot Cigarette Maker der Firma Hauni-Werk Korber & Co. KG verwendet
werden kann.
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Beispiel 1
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Es
wird eine Zigarette hergestellt unter Verwendung eines repräsentativen
American Blend, umfassend ca. 13% Burley-Tabak, ca. 20% "flue-cured" Tabak, ca. 17% rekonstituiertes
Tabakmaterial und ca. 17% Orienttabak. Ca. 3% eines wässrigen Casing-Materials,
umfassend Feuchthaltemittel und Flavour-Agenzien, werden auf die
Tabakmischung angewendet, bevor sie zur Füllerform geschnitten wird.
Sodann werden ca. 30% expandierter Tabak, in der Hauptsache bestehend
aus "flue-cured" Tabak, zu der geschnittenen
Tabakmischung hinzugegeben, um den finalen geschnittenen Füller herzustellen.
Vor der Zigarettenherstellung wird die Mischung auf einen Endfeuchtigkeitsgehalt
von ca. 13% äquilibriert.
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Die
Tabakmischung wird verwendet, um eine Zigarette mit einer Länge von
ca. 84 mm herzustellen. Die Tabakstäbchenlänge beträgt ca. 57 mm und die Filterelementlänge beträgt ca. 27
mm. Das Tabakstäbchen
umfasst eine Ladung von geschnittenem Tabakfüller mit einem Gewicht von
ca. 0,600 g, enthalten in einer umschreibenden Zigarettenpapierumhüllung von
dem als No. 456 von der Firma Tervakoski erhältlichen Typ. Das Mundstückbelagmaterial umschreibt
die Länge
des Filterelements und erstreckt sich noch ca. 4 mm über die
Länge des
Tabakstäbchens.
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Das
Filterelement der Zigarette weist die allgemeine Konfiguration auf,
die in 2 gezeigt ist. Filterelemente dieses allgemeinen
Typs sind von der Firma Baumgartner Inc., Schweiz, erhältlich.
Die Zigarette weist ein Filterelement auf, umfassend ein 12 mm-Mundendesegment
von Celluloseacetat-Tow (2,5 den pro Filament/35 000 den Gesamttiter)
mit 7% Triacetin, ein 7 mm-Kompartiment,
gefüllt
mit körnigem
Kohlenstoff, erhältlich
als G277 (mit einer Kohlenstofftetrachloridaktivität von 85
und einer Größe von 20 × 50 mesh)
von PICA, und ein 8 mm-Tabakendesegment von Celluloseacetat-Tow
(8,0/32 000) mit 7% Triacetin.
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Um
die Peripherie jeder Zigarette ist ein Ring von Laserperforationen
bereitgestellt, ca. 13 mm von dem äußersten Mundende derselben
entfernt. Die Perforationen durchdringen das Mundstückbelagpapier
und die Pfropfenumhüllung
und können
unter Verwendung eines Geräts
vom Typ Laboratory Laser Perforator der Firma Hauni-Werk Korber & Co. KG bereitgestellt
werden. Die Zigaretten sind zu ca. 34% luftverdünnt. Die Zigaretten liefern
ca. 10 mg "Teer" und 0,8 mg Nikotin,
wenn sie unter FTC-Abrauchbedingungen geraucht werden.
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Beispiel 2
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Es
werden Zigaretten bereitgestellt wie in Beispiel 1 beschrieben,
ausgenommen, dass das Filterelement ein 8 mm-Mundendesegment von
Celluloseacetat-Tow
(8,0/32 000) mit 7% Triacetin, ein 7 mm-Kompartiment, gefüllt mit
körnigem
Kohlenstoff, erhältlich
als G277 (mit einer Kohlenstofftetrachloridaktivität von 85
und einer Größe von 20 × 50 mesh) von
PICA, und ein 12 mm-Tabakendesegment von Celluloseacetat-Tow (2,5/35
000) mit 7% Triacetin umfasst. Die Zigaretten liefern ca. 10 mg "Teer" und 0,8 mg Nikotin,
wenn sie unter FTC-Abrauchbedingungen geraucht werden.
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Die
Zigarette von Beispiel 2, welche so hergestellt ist, dass das Filtersegment
mit der höheren Partikelentfernungseffizienz
proximal zu dem Tabakstäbchen
positioniert ist und die Ventilationslöcher näher an dem Tabakstäbchen positioniert
sind, stellt – verglichen
mit der Zigarette von Beispiel 1 – eine größere Verringerung gewisser
flüchtiger
und halbflüchtiger
Hauptstromrauchkomponenten bereit, wenn sie unter FTC-Abrauchbedingungen
geraucht wird. Die Zigaretten von Beispiel 2 stellen eine Verringerung
von Catechol um ca. 5%, eine Verringerung von p- und m-Cresol um
ca. 28%, eine Verringerung von Formaldehyd um ca. 17%, eine Verringerung
von Acetaldehyd um ca. 29%, eine Verringerung von Aceton um ca.
65%, eine Verringerung von Acrolein um ca. 67% und eine Verringerung
von Wasserstoffcyanid um ca. 28% bereit.
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Beispiel 3
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Es
werden Zigaretten bereitgestellt wie in Beispiel 1 beschrieben.
Jedoch wird eine Flavour-Kapsel von Hand in das mundendeseitige
plastifizierte Celluloseacetat-Tow eingeführt, derart, dass die Kapsel
in dem Mundendeabschnitt von Filtermaterial eingebettet ist. Die
Flavour-Kapsel ist von der Firma Mane Aromatic Flavors unter der
Bezeichnung Reference E127384 (Menthol) erhältlich. Die Zigaretten können mit
oder ohne Zerbrechen der Kapsel geraucht werden.
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Beispiel 4
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Exemplarische
Zigaretten werden bereitgestellt unter Verwendung eines Tabakstäbchens,
einer Papierumhüllung
und eines Mundstückbelagmaterials
wie in Beispiel 1 beschrieben. Die Tabakstäbchenlänge der exemplarischen Zigaretten
beträgt
ca. 57 mm und die Filterelementlänge
beträgt
ca. 30 mm.
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Die
exemplarischen Zigaretten weisen die allgemeine Konfiguration auf,
die in 3 gezeigt ist. Die exemplarischen Zigaretten weisen
ein Filterelement auf, umfassend einen 10 mm-Mundende-Celluloseacetat-Pfropfen
von 2,5/35 000-Tow mit 7% Triacetin, ein 7 mm-Kompartiment, gefüllt mit
körnigem aktiviertem
Kohlenstoff, erhältlich
als G277 von PICA (mit einer Kohlenstofftetrachloridaktivität von 85
und einer Partikelgröße von 20 × 50 mesh),
einen 2 mm-Celluloseacetat-Pfropfen von 2,5/35 000-Tow, ein hohles
Kompartiment von 5 mm und einen 6 mm-Celluloseacetat-Pfropfen von
8,0/32 000-Tow mit
7% Triacetin proximal zu dem Tabakstäbchen. Die Zigaretten sind
zu ca. 34% luftverdünnt.
Die Zigaretten liefern ca. 10 mg "Teer" und
0,8 mg Nikotin, wenn sie unter FTC-Abrauchbedingungen geraucht werden.
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Die
exemplarischen Zigaretten, welche das geteilte Kompartiment aufweisen,
welches das Adsorbens in dem Stromabwärtskompartiment enthält und ein
hohles Stromaufwärtskompartiment
aufweist, stellen – verglichen
mit der Zigarette von Beispiel 1 – eine größere Verringerung gewisser
Dampfphase-Hauptstromrauchkomponenten
bereit, wenn sie unter FTC-Abrauchbedingungen geraucht werden. Die
exemplarischen Zigaretten stellen eine Verringerung von Formaldehyd
um ca. 6%, eine Verringerung von Acetaldehyd um ca. 7%, eine Verringerung
von Aceton um ca. 11% und eine Verringerung von Acrolein um ca.
8% bereit.
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Beispiel 5
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Exemplarische
Zigaretten werden hergestellt unter Verwendung eines Tabakstäbchens,
einer Papierumhüllung
und eines Mundstückbelagmaterials wie
in Beispiel 1 beschrieben. Die Tabakstäbchenlänge der exemplarischen Zigaretten
beträgt
ca. 57 mm und die Filterelementlänge
beträgt
ca. 27 mm.
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Die
exemplarischen Zigaretten weisen ein Filterelement auf, umfassend
ein 8 mm-Mundendesegment von Celluloseacetat-Tow (8,0/32 000) mit
7% Triacetin, ein 7 mm-Kompartiment, gefüllt mit körnigem Kohlenstoff, erhältlich als
G277 (mit einer Kohlenstofftetrachloridaktivität von 85 und einer Größe von 20 × 50 mesh)
von PICA, und ein 12 mm-Tabakendesegment von Celluloseacetat-Tow
(2,5/35 000) mit 7% Triacetin. Bei einigen exemplarischen Zigaretten
umfasst das Tabakendesegment von Filtermaterial 6 Röhren mit
einem Durchmesser von 0,2 bis 3 mm, welche rund um die Peripherie
eingeführt
sind. Bei anderen exemplarischen Zigaretten umfasst das Tabakendesegment
von Filtermaterial ein einziges Röhrchen mit einem Durchmesser
von 0,2 bis 3 mm, welches in die Mitte des Filtersegments eingeführt ist. Die
Zigaretten sind zu ca. 34% luftverdünnt. Die Zigaretten liefern
ca. 10 mg "Teer" und 0,8 mg Nikotin, wenn
sie unter FTC-Abrauchbedingungen geraucht werden.
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Die
exemplarischen Zigaretten, welche ein oder mehrere Röhrchen in
dem Tabakendesegment von Filtermaterial aufweisen, stellen eine
größere Verringerung
gewisser Dampfphase-Hauptstromrauchkomponenten bereit, verglichen
mit der Zigarette von Beispiel 1. Die exemplarischen Zigaretten
stellen eine Verringerung von Formaldehyd um ca. 13–18%, eine
Verringerung von Acetaldehyd um ca. 3–4%, eine Verringerung von
Aceton um ca. 7–12% und
eine Verringerung von Acrolein um ca. 15–16% bereit.
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Beispiel 6
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Exemplarische
Zigaretten werden hergestellt unter Verwendung eines Tabakstäbchens,
einer Papierumhüllung
und eines Mundstückbelagmaterials wie
in Beispiel 1 beschrieben. Die Tabakstäbchenlänge der exemplarischen Zigaret ten
beträgt
ca. 57 mm und die Filterelementlänge
beträgt
ca. 27 mm oder 31 mm.
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Die
erste exemplarische Zigarette weist ein Filterelement auf, umfassend
ein 10 mm-Mundendesegment von Celluloseacetat-Tow (2,5 den pro Filament/35
000 den Gesamttiter) mit 7% Triacetin, ein 7 mm-Kompartiment, gefüllt mit
körnigem
Kohlenstoff, erhältlich
als G277 (mit einer Kohlenstofftetrachloridaktivität von 85
und einer Größe von 20 × 50 mesh) von
PICA, ein 2 mm-Niedereffizienz-Celluloseacetat-Tow (8,0/32 000)
mit 7% Triacetin, ein 4 mm-Kompartiment, gefüllt mit polymerem Ionenaustauschharz (Benzolmethanamin,
Ar-Ethyenyl-N,N-dimethyl-, Polymer mit Divinylbenzol, bekannt als
DCA11, Partikelgröße 16 × 50 mesh,
von der Firma Mitsubishi Chemical Corp.), und ein 8 mm-Tabakendesegment
von Celluloseacetat-Tow (8,0/32 000) mit 7% Triacetin. Die zweite
exemplarische Zigarette weist ein Filterelement auf, umfassend ein
12 mm-Mundendesegment von Celluloseacetat-Tow (2,5 den pro Filament/35
000 den Gesamttiter) mit 7% Triacetin, ein 7 mm-Kompartiment, gefüllt mit
körnigem
Kohlenstoff, erhältlich
als G277 (mit einer Kohlenstofftetrachloridaktivität von 85
und einer Größe von 20 × 50 mesh) von
PICA, und ein 8 mm-Tabakende von Celluloseacetat-Tow (8,0/32 000)
mit 7% Triacetin und DCA11-Ionenaustauschharz, eingebettet innerhalb der
Celluloseacetatfasern. Die Zigaretten sind zu ca. 34% luftverdünnt. Die
Zigaretten liefern ca. 10 mg "Teer" und 0,8 mg Nikotin,
wenn sie unter FTC-Abrauchbedingungen geraucht werden.
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Die
exemplarischen Zigaretten, welche aktivierten Kohlenstoff und ein
Ionenaustauschharz enthalten, stellen – verglichen mit der Zigarette
von Beispiel 1 – eine
größere Formaldehyd-Verringerung
bereit, wenn sie unter FTC-Abrauchbedingungen geraucht werden. Die
experimentellen Zigaretten stellen eine Formaldehyd-Verringerung
um ca. 18–32% bereit.
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Beispiel 7
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Exemplarische
Zigaretten werden hergestellt unter Verwendung eines Tabakstäbchens,
einer Papierumhüllung
und eines Mundstückbelagmaterials wie
in Beispiel 1 beschrieben. Die Tabakstäbchenlänge der exemplarischen Zigaretten
beträgt
ca. 57 mm und die Filterelementlänge
beträgt
ca. 27 mm.
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Die
exemplarischen Zigaretten weisen ein Filterelement auf, umfassend
ein 12 mm-Mundendesegment von Celluloseacetat-Tow (2,5 den pro Filament/35
000 den Gesamttiter) mit 7% Triacetin, ein 7 mm-Kompartiment, gefüllt mit
körnigem
Kohlenstoff auf Mandelschalenbasis (mit einer Kohlenstofftetrachloridaktivität von 70
und einer Größe von 20 × 50 mesh)
von PICA, und ein 8 mm-Tabakendesegment von Celluloseacetat-Tow
(8,0/32 000) mit 7% Triacetin. Die Zigaretten sind zu ca. 34% luftverdünnt. Die Zigaretten
liefern ca. 10 mg "Teer" und 0,8 mg Nikotin,
wenn sie unter FTC-Abrauchbedingungen geraucht werden.
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Die
exemplarischen Zigaretten, welche Mandelschalen-basierten Kohlenstoff
enthalten, stellen – verglichen
mit der Zigarette von Beispiel 1, welche Kohlenstoff auf Kokosnussschalenbasis
(G277) enthält – eine größere Verringerung
der Carbonylverbindungen bereit, wenn sie unter FTC- und alternativen Abrauchbedingungen
geraucht werden. Die exemplarischen Zigaretten stellen eine Carbonyl-Verringerung
um ca. 20–40%
bereit.
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Für den Fachmann
auf dem Gebiet, zu dem die vorliegende Erfindung gehört, werden
zahlreiche Modifikationen erkennbar sein im Lichte der in der vorstehenden
Beschreibung präsentierten
Lehren, und für
den Fachmann wird erkennbar sein, dass Variationen und Modifikationen
der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können, ohne
den Bereich der Erfindung zu verlassen. Es versteht sich also, dass
die Erfindung nicht auf die offenbarten spezifischen Ausführungsformen
begrenzt ist, und dass es beabsichtigt ist, dass Modifikationen
und andere Ausführungsformen
in den Bereich der beigefügten Ansprüche fallen.
Zwar werden hierin spezifische Termini verwendet, jedoch nur in
einem allgemeinen und beschreibenden Sinne und nicht zum Zwecke
einer Beschränkung.