DE60215385T2 - Verfahren und zusammensetzung zur mentholanreicherung von zigaretten - Google Patents

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    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24B—MANUFACTURE OR PREPARATION OF TOBACCO FOR SMOKING OR CHEWING; TOBACCO; SNUFF
    • A24B15/00—Chemical features or treatment of tobacco; Tobacco substitutes, e.g. in liquid form
    • A24B15/18—Treatment of tobacco products or tobacco substitutes
    • A24B15/28—Treatment of tobacco products or tobacco substitutes by chemical substances
    • A24B15/30—Treatment of tobacco products or tobacco substitutes by chemical substances by organic substances
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Description

  • Bereich der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Rauch-Gegenstände wie beispielsweise Zigaretten und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Zusammensetzung zum Mentholieren von Zigaretten. Der Tabak-Strang der Zigarette enthält eine Verbindung, die bei Kontakt mit erhöhten Temperaturen zerfällt und Menthol freisetzt.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Menthol (oder 2-Isopropyl-5-methylcyclohexanol) ist ein zyklisches Monoterpen. Es ist ein Haupt-Bestandteil von Pfefferminzöl, das einen mintartigen Geschmack und Duft hat und das ein kühlendes Gefühl verursacht, wenn es inhaliert oder eingenommen wird. Menthol wird in einer Vielzahl von Produkten als Geschmacksstoff verwendet, einschließlich Zahnpasten, Mundspülungen, Oral-Sprays, Arzneimitteln, Hustentropfen, Hustenpastillen, analgetisch bzw. schmerzlindernd wirkenden Balsamen, Inhalationsmitteln, Kaugummis, harten Bonbons, Schokoladen, Getränken, Likören, Lotionen, After-Shave-Lotionen, Shampoos, feuchten Handtüchern, Parfums, Deodorants und dergleichen.
  • Menthol ist auch ein populärer Geschmacksstoff zur Verwendung in Zigaretten, Pfeiffentabak, Kautabak und anderen Rauch-Gegenständen. Es wird extensiv verwendet aufgrund des erfrischenden, kühlenden Effekts, den es Tabakrauch verleiht. Menthol hat jedoch einen hohen Grad an Flüchtigkeit bei Raumtemperatur. Diese Flüchtigkeit macht es schwierig, die Konzentration an Menthol in Zigaretten zu steuern, und dies kann zu Problemen beim Abpacken und Handhaben führen. Rauch-Produkte, die Menthol enthalten, können auch eine kurze Lagerungsdauer aufgrund des Verlustes an Menthol aus dem Produkt während der Lagerung aufweisen. Dieses Problem ist besonders akut für mit Menthol-Geschmack versehene Zigaretten, die auch ein Aktivkohle-Filter einschließen. Menthol wird irreversibel an Aktivkohle und andere Adsorbentien, die üblicherweise in Filterzigaretten verwendet werden, gebunden, und im Verlauf der Zeit resultiert ein wesentlicher und unannehmbarer Rückgang an verfügbarem Menthol. Die Adsorption von Menthol kann auch nachteilig die Leistung des Zigaretten-Filters beim Entfernen unerwünschter Komponenten aus dem Rauch beeinträchtigen, die während des Verbrennens des Tabak-Produkts erzeugt wird.
  • Dementsprechend wurden erhebliche Zeit und Ausgaben auf eine Entwicklung eines zufriedenstellenden Verfahrens zur Herstellung von Zigaretten mit Menthol-Geschmack aufgewendet. Verfahren zum Mentholieren von keinen Filter aufweisenden Zigaretten und Filterzigaretten, die kein adsorbierendes Mittel einschließen, sind allgemein unbefriedigend bei Verwendung an Zigaretten mit einem Aktivkohle-Filter. Beispielsweise ist das klassische Verfahren zum Mentholieren unter Verwendung von mentholierten Streifen, die in eine Zigarettenpackung eingebaut sind, nicht zufriedenstellend aufgrund der Tatsache, dass Aktivkohle einfach das Menthol während der Lagerung absorbiert, was zu dem führt, was im wesentlichen eine nicht-mentholierte Zigarette ist.
  • Andere Verfahren zum Produzieren mentholierter Rauch-Produkte, die untersucht wurden, schließen das Bereitstellen von auf einem Träger wie beispielsweise Diatomeen-Erde adsorbiertem Menthol ein, von dem das Menthol später freigesetzt wird. Solche Verfahrensweisen leiden unter niedrigen Menthol-Ausbeuten und können zu einem unannehmbaren Geschmack oder einem unannehmbaren Aussehen des Rauch-Produkts führen.
  • Andere Verfahrensweisen haben sich auf die Herstellung von Menthol-Derivaten oder ähnlichen Verbindungen fokussiert, die Menthol oder Menthol-ähnliche Geschmacksstoffe bei Pyrolyse oder Hydrolyse freisetzen. Solche Derivate schließen Ester- und Carbonat-Derivate von Menthol ein, beispielsweise die Derivate, die offenbart sind in den US-Patenten Nrn. 3,312,226, 3,332,428, 3,419,543, 4,119,106, 4,092,988, 4,171,702, 4,177,339, 4,212,310, 4,532,944 und 4,578,486. Jedoch können solche Derivate einen oder mehrere Nachteile aufweisen. Beispielsweise können sie einen Grad von Flüchtigkeit haben, der sie ungeeignet für eine Verwendung mit Adsorbentien macht; sie können keine ausreichende Menge an freiem Menthol bei Zersetzen freisetzen; sie können instabil oder schwierig zu verarbeiten sein, oder die Pyrolyse- oder Hydrolyse-Produkte können toxisch, karzinogen sein oder können zu einem unannehmbaren Geschmack führen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Zwar wurden verschiedene Verfahren zum Mentholieren von Zigaretten bereitgestellt; jedoch war bisher kein zufriedenstellendes und praktisch anwendbares Verfahren verfügbar, mit dem eine Zigarette über einen Zerfall einer Menthol-Vorstufen-Verbindung mentholiert werden kann. Es besteht daher ein Bedarf für Rauch-Materialien, die Gebrauch von einem wirksamen Menthol-Abgabe-System machen, insbesondere von einem System, das mit Rauch-Materialien kompatibel ist, die ein Aktivkohle enthaltendes Filter einschließen.
  • Dementsprechend wird in einer ersten Ausführungsform ein Rauch-Gegenstand bereitgestellt, wobei der Rauch-Gegenstand umfasst: ein rauchbares Material und eine Verbindung, die Oxalsäuremono-(–)menthylester, ein Salz von Oxalsäuremono-(–)menthylester oder Mischungen daraus einschließt.
  • In einem Aspekt der ersten Ausführungsform wird die Verbindung auf dem rauchbaren Material abgelegt.
  • In verschiedenen Aspekten der ersten Ausführungsformen ist das Salz ein Metall-Salz wie beispielsweise ein Alkalimetall-Salz, speziell ein Natrium-Salz oder ein Kalium-Salz, oder ein Erdalkalimetall-Salz, speziell ein Calcium-Salz oder ein Magnesium-Salz.
  • In einem Aspekt der ersten Ausführungsform ist der Rauch-Gegenstand eine Zigarette.
  • In einem Aspekt der ersten Ausführungsform schließt der Rauch-Gegenstand weiter ein Filter ein, und das Filter kann Aktivkohle einschließen.
  • In einer zweiten Ausführungsform wird ein Verfahren zum Mentholieren einer Zigarette bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte einschließt, dass man eine Zigarette einschließlich einer Tabak-Füllmenge und einer Verbindung bereitstellt, die Oxalsäuremono-(–)menthylester, ein Salz von Oxalsäuremono-(–)menthylester oder Mischungen daraus einschließt, worin die Verbindung auf der Tabak-Füllmenge abgelegt ist, und die Tabak-Füllmenge verbrennt, wobei die Hitze, die durch die Verbrennung der Tabak-Füllmenge erzeugt wird, die Verbindung pyrolysiert, wodurch Menthol als Pyrolyse-Verbindung gebildet wird.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Einführung
  • Die folgende Beschreibung und die folgenden Beispiele veranschaulichen weiter die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Fachleute mit Sachverstand in diesem technischen Bereich erkennen, dass es zahlreiche Variationen und Modifikationen der vorliegenden Erfindung gibt, die von ihrem Umfang umfasst werden. Dementsprechend sollte die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen nicht so verstanden werden, dass sie den Umfang der vorliegenden Erfindung beschränkt.
  • In bevorzugten Ausführungsformen werden Verfahren und Zubereitungen zum Abgeben von Menthol in den Rauch-Strom eines Rauch-Gegenstandes wie beispielsweise einer Zigarette bereitgestellt. Die Verfahrensweisen und Zusammensetzungen machen Gebrauch von Verbindungen, die Oxalsäuremono-(–)menthylester und seine Salze einschließen, die Menthol abgeben bei Zersetzung bei Temperaturen oberhalb von Umgebungstemperaturen (d. h. solchen Temperaturen, denen eine Packung von Zigaretten typischerweise vor einer Verbrennung ausgesetzt ist), jedoch unterhalb von Temperaturen, die in dem Tabak-Strang in einer Entfernung von 1 cm oder mehr von dem Verbrennungskonus in einer brennenden Zigarette erreicht werden. Zusätzlich zum Zersetzen unter Bildung von Menthol haben die Verbindungen als zusätzliche Zersetzungs-Nebenprodukte Chemikalien, die so beurteilt werden, dass sie kein wesentliches Risiko für den Raucher darstellen. Die Zersetzungs-Nebenprodukte beeinträchtigen auch nicht nachteilig den Geschmack der Zigarette. Sie produzieren nämlich eine „richtig" schmeckende Menthol-Zigarette, wie dies durch typische Raucher beurteilt wurde.
  • Die bevorzugten Ausführungsformen betreffen Rauch-Gegenstände wie beispielsweise Zigaretten, Zigarren und Pfeifentabak und betreffen insbesondere Zigaretten, die einen verringerten Gehalt an verschiedenen polyaromatischen Kohlenwasserstoffen (polyaromatic hydrocarbons; PAHs), Tabak-spezifischen Nitrosaminen (tobacco specific nitrosamines; TSNAs), Phenol-Verbindungen und bestimmten anderen unerwünschten Komponenten im Zigarettenrauch aufweisen, was sowohl im Hauptstrom-Rauch als auch den Seitenstrom-Rauch einschließt, oder Zigaretten, die einen verringerten Gehalt an TSNAs, Nikotin oder anderen unerwünschten Komponenten im unverbrannten Rauch-Produkt aufweisen. Die Tabak-Produkte von bevorzugten Rauch-Gegenständen können auch ein katalytisches System einschließen, das metallische oder Kohlenstoff-haltige Teilchen und eine Quelle von Nitrat oder Nitrit einschließt, wie dies beispielsweise beschrieben ist in der parallel anhängigen Patentanmeldung US 2003-000 538 (eingereicht am 9. November 2001). Die bevorzugten Rauch-Gegenstände schließen typischerweise aktivierte Aktivkohle-Filter ein, jedoch sind die Verbindungen bevorzugter Ausführungsformen auch geeignet zur Verwendung bei keine Filter aufweisenden Rauch-Gegenständen.
  • Zwar beziehen sich die Zusammensetzungen und Verfahrensweisen bevorzugter Ausführungsformen allgemein auf Tabak, vorzugsweise in Form von Zigaretten; es versteht sich jedoch, dass solche Zusammensetzungen und Verfahren irgendein rauchbares Material oder irgendeine rauchbare Zusammensetzung einschließen, wie dies für Fachleute mit Sachverstand in diesem technischen Bereich offensichtlich ist.
  • Oxalsäuremono-(–)menthylester
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Oxalsäureester unter Erhalt von Menthol zersetzt, speziell Oxalsäuremono-(–)menthylester oder sein Metall-Salz. Oxalsäuremono-(–)menthylester ist ein farbloses Öl, das die folgende Struktur und die folgenden physikalischen Eigenschaften aufweist:
    Figure 00060001
    C12H20O4
    exakte Masse: 228,14
    Molekular-Gewicht: 228,28
    C: 63,14; H: 8,83; O: 28,03
  • Synthese
  • Oxalsäuremono-(–)menthylester ist eine bekannte Verbindung und wurde offenbart in der Literatur, beispielsweise in den Druckschriften „Togo et al., J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1 (1983) (20), 2417–2427"; „Togo et al., Chem. Lett. (1991) (10), 11691–11694"; und „Elashvili et al., J. Phys. Colloq. (Orsay, Fr.) (1979) (3), 22–24".
  • Oxalsäuremono-(–)menthylester kann wie folgt hergestellt werden: Eine Lösung von 1,65 Mol Oxalylchlorid in 2,5 l Methylenchlorid wird hergestellt. Eine Lösung von 1,5 Mol (–)Menthol in 0,5 l Methylenchlorid wird tropfenweise bei Raumtemperatur unter Rühren zugesetzt. Nach 1 h werden 0,5 l kaltes Wasser (0–5°C) unter Rühren im Verlauf von einer halben Stunde zugesetzt. Danach werden 1,65 Mol NaOH-Lösung unter Rühren im Verlauf von 1 h zugesetzt. Die Methylenchlorid-Schicht wird abgetrennt, und das Lösungsmittel wird entfernt; so wird als Roh-Produkt Oxalsäuremono-(–)menthylester erhalten. Die Reaktion wird in dem folgenden Schema veranschaulicht:
  • Figure 00070001
  • Das Roh-Produkt kann nach den folgenden Verfahren gereinigt werden: Das Roh-Produkt wird in einer Natriumcarbonat-Lösung gelöst, die auf einen pH-Wert von 8 eingestellt wurde. Die Lösung wird mit Methylenchlorid extrahiert, und die Wasser-Schicht wird auf einen pH-Wert von etwa 3–4 eingestellt. Die Öl-Schicht wird abgetrennt, und die Wasser-Schicht wird mit Methylenchlorid dreimal extrahiert. Die Methylenchlorid-Schichten werden mit der Öl-Schicht zusammengegeben und mit MgSO4 getrocknet. Das Lösungsmittel wird entfernt, und so wird reiner Oxalsäuremono-(–)menthylester erhalten.
  • Salze von Oxalsäuremono-(–)menthylester
  • Zwar kann in bestimmten Ausführungsformen der Ester selbst bevorzugt sein als Menthol liefernde Verbindung; jedoch kann in anderen Ausführungsformen ein Salz von Oxalsäuremono-(–)menthylester bevorzugt sein. Das Kation ist vorzugsweise ein Alkalimetall, beispielsweise Natrium oder Kalium, oder ein Erdalkalimetall, beispielsweise Magnesium oder Calcium. Jedoch kann jedes geeignete Kation als Gegen-Ion verwendet werden, einschließlich (jedoch nicht beschränkt auf) anderen Metallen oder organischen Kationen. In speziell bevorzugten Ausführungsformen ist das Kation jedoch Natrium. Ein einzelnes Salz kann verwendet werden. Jedoch kann es in bestimmten Ausführungsformen bevorzugt sein, eine Mischung von Salzen von Oxalsäuremono-(–)menthylester zu verwenden. Geeignete Mischungen können zwei oder mehr verschiedene Kationen einschließen. In bestimmten Ausführungsformen kann es bevorzugt sein, eine Mischung zu verwenden, die Oxalsäuremono-(–)menthylester und eines oder mehrere seiner Salze enthält.
  • Pyrolyse-Mechanismus
  • Zwar ist es nicht erwünscht, auf irgendeinen speziellen Mechanismus beschränkt zu sein; es wird jedoch angenommen, dass die Pyrolyse von Oxalsäuremono-(–)menthylester nach der folgenden Serie von chemischen Reaktionen abläuft:
  • Figure 00080001
  • Einarbeiten in einen Rauch-Gegenstand
  • Der Oxalsäuremono-(–)menthylester oder sein(e) Salz(e) wird/werden typischerweise direkt auf das rauchbare Material aufgebracht. Wenn das rauchbare Material Tabak ist, ist es bequem, eine Lösung oder Suspension von Oxalsäuremono-(–)menthylester oder seines/seiner Salz(e) auf geschnittenen Füll-Tabak aufzubringen, und zwar vor, während oder nach der Zugabe des Top-Flavors oder vor, während oder nach der Aufbringung der Casing-Lösung.
  • Der Oxalsäuremono-(–)menthylester oder sein(e) Salz(e) ist/sind vorzugsweise gut in dem Tabak dispergiert, so dass sie eine einheitliche Wirksamkeit im Bereich der gesam ten Masse an rauchbarem Material und im Bereich der gesamten Zeitdauer, während der das Material geraucht wird, erbringt/erbringen. Im Fall von Zigaretten-Tabak, in dem eine Mischung verschiedener Tabake typischerweise eingesetzt wird, kann die Lösung oder Suspension von Oxalsäuremono-(–)menthylester oder seines/seiner Salz(e) auf eine oder mehrere der Mischungs-Komponenten oder auf alle Mischungs-Komponenten aufgebracht werden, je nachdem, wie dies erwünscht ist. Vorzugsweise wird die Lösung oder Suspension auf alle Mischungs-Komponenten aufgebracht, um eine im wesentlichen einheitliche Verteilung des Oxalsäuremono-(–)menthylesters sicherzustellen.
  • Es ist bevorzugt, die Lösung oder Suspension von Oxalsäuremono-(–)menthylester oder seines/seiner Salz(e) in das rauchbare Material in Form eines feinen Nebels aufzubringen, so, wie er unter Verwendung einer Atomisier-Vorrichtung produziert wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Lösung oder Suspension auf Tabak, bevorzugt auf geschnittenes Tabak-Füllmaterial, in einer rotierenden Trommel aufgebracht, die mit mehreren Sprühköpfen ausgestattet ist. Ein derartiges Verfahren der Aufbringung stellt ein gleichmäßiges beschichtungsmäßiges Aufbringen des Oxalsäuremono-(–)menthylesters oder seines/seiner Salz(e) auf das Tabak-Produkt sicher. Der Tabak kann vor, während oder nach der Aufbringung der Lösung erwärmt werden, um eine Verdampfung eines Überschusses von Lösungsmittel zu erleichtern.
  • Es ist bevorzugt, eine ausreichende Menge des Oxalsäuremono-(–)menthylesters oder seines/seiner Salz(e) auf das rauchbare Material aufzugeben, um ein zufriedenstellendes Niveau der Mentholierung bei Verbrennung des rauchbaren Materials zu erreichen. Typischerweise enthält das rauchbare Material etwa 1 mg oder weniger bis etwa 100 mg oder mehr Oxalsäuremono-(–)menthylester pro Gramm rauchbares Material, vorzugsweise von etwa 2, 3, 4 oder 5 mg bis etwa 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 oder 90 mg und noch mehr bevorzugt, von etwa 6, 7, 8, 9 oder 10 mg bis etwa 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 oder 19 mg. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält eine Fullflavored-King-Size-Zigarette etwa 10 mg Oxalsäuremono-(–)menthylester. Wenn ein Salz von Oxalsäuremono-(–)menthylester verwendet wird, ist es allgemein erwünscht, die Menge an Oxalsäuremono-(–)menthylester-Salz so zu erhöhen, dass dies die Ge genwart des Kations kompensiert und so ein zufriedenstellendes Niveau der Mentholierung bei Zersetzung des Salzes erreicht wird.
  • Sobald der Oxalsäuremono-(–)menthylester oder sein/seine Salz(e) aufgebracht wurde(n), kann das rauchbare Material weiter verarbeitet und in irgendeine gewünschte Form gebracht werden, oder es kann lose verwendet werden, beispielsweise in Zigarren, Zigaretten oder Pfeifentabak, und zwar in irgendeiner geeigneten Weise, wie es Fachleuten mit Sachverstand in diesem technischen Bereich wohlbekannt ist.
  • Das Filter
  • In bevorzugten Ausführungsformen wird ein Filter für Tabakrauch für den Rauch-Gegenstand bereitgestellt. Das Filter kann in Kombination mit Zigaretten oder Zigarren oder anderen rauchbaren Vorrichtungen, die zerteilten Tabak enthalten, bereitgestellt werden. Vorzugsweise wird das Filter an einem Ende der rauchbaren Vorrichtung befestigt und in der Weise positioniert, dass Rauch, der aus dem Tabak erzeugt wird, in das Filter eintritt, bevor er in den Raucher eintritt. Das Filter kann auch als solches allein bereitgestellt werden, und zwar in einer Form, die für ein Befestigen an einer Zigarette, Zigarre, Pfeife oder an einer anderen rauchbaren Vorrichtung geeignet ist.
  • Das Filter gemäß der bevorzugten Ausführungsformen entfernt vorteilhafterweise wenigstens eine gewisse Menge einer unerwünschten Komponente aus Tabak-Rauch. Unerwünschte Komponenten in Tabak-Rauch können permanente Gase, organische flüchtige Komponenten, halb-flüchtige Komponenten und nicht-flüchtige Komponenten einschließen. Permanente Gase (wie beispielsweise Kohlendioxid) machen 80% des Rauchs aus und sind allgemein unbeeinträchtigt von Filtrations- oder Adsorptions-Materialien. Die Konzentrationen an organischen flüchtigen Komponenten, halb-flüchtigen Komponenten und nicht-flüchtigen Komponenten können durch Filter verschiedenen Aufbaus reduziert werden. Die Filter gemäß der bevorzugten Ausführungsformen können vorteilhafter Weise unerwünschte Komponenten entfernen, einschließlich (jedoch nicht beschränkt auf) Teer, Nikotin, Kohlenmonoxid, Stickstoffoxide, HCN, Acrolein, Nitrosamine, polyaromatische Kohlenwasserstoffe, teilchenförmige Komponenten, Öle, verschiedene Karzinogene, Substanzen und dergleichen.
  • Das Filter erlaubt vorzugsweise einen zufriedenstellenden oder verbesserten Rauch-Geschmack, Nikotin-Gehalt und charakteristische Zug-Eigenschaften. Das Filter ist vorzugsweise so gestaltet, dass es für den Benutzer annehmbar ist, also dass es weder mühsam zu handhaben noch unattraktiv ist. Filter gemäß der bevorzugten Ausführungsformen können aus preiswerten, sicheren und wirksamen Komponenten hergestellt sein und können vorzugsweise hergestellt werden mit als Standard verwendeten Zigaretten-Herstellungs-Maschinen.
  • Das Filter kann ein oder mehrere Material(ien) einschließen, die in der Lage sind, wenigstens eine unerwünschte Komponente von Tabak-Rauch zu absorbieren, adsorbieren oder mit ihr/ihnen zu reagieren. Derartige absorbierende, adsorbierende oder reagierende Materialien können in das Filter unter Anwendung jedes beliebigen geeigneten Verfahrens oder jeder beliebigen Vorrichtung eingearbeitet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das absorbierende, adsorbierende oder reagierende Material in einer für Rauch durchlässigen Patrone enthalten sein, die in dem Filter angeordnet werden soll, oder kann in einem Hohlraum innerhalb des Filters enthalten sein. In einer anderen Ausführungsform wird das absorbierende, adsorbierende oder reagierende Material auf und/oder in dem Filter-Material abgeschieden oder aufgebracht.
  • Aufbringungs-Verfahren können das Bilden einer Paste des absorbierenden, adsorbierenden oder reagierenden Materials in einer geeigneten Flüssigkeit, das Aufbringen der Paste auf das Filter-Material und das Verdampfen-Lassen der Flüssigkeit einschließen. Alternativ dazu kann das absorbierende, adsorbierende oder reagierende Material mit einer Haft-Substanz gemischt und auf das Filter-Material aufgebracht werden. Das gesamte Filter-Material kann das absorbierende, adsorbierende oder reagierende Material einschließen, oder nur ein Teil des Filter-Materials kann das adsorbierende oder reagierende Material einschließen.
  • Die Zigaretten-Filter gemäß den bevorzugten Ausführungsformen schließen vorzugsweise Aktivkohle (allgemein bezeichnet als „Charcoal") als adsorbierendes Material ein. Das Verfahren, gemäß dem Aktivkohle-Verbindungen entfernt, ist eine Adsorption, die ein von einer Absorption verschiedener Prozess ist. Eine Absorption ist der Prozess, durch den Absorbate im Bereich eines porösen Absorbenz dispergiert werden, während Adsorption ein Oberflächen-Anziehungs-Effekt ist. Sowohl Adsorption als auch Absorption können physikalische oder chemische Effekte sein. Der adsorptive Effekt, der mit Aktivkohle verbunden ist, ist hauptsächlich ein physikalischer Effekt. In Aktikohle-Filtern diffundieren Rauch-Verbindungen in den organischen flüchtigen oder halb-flüchtigen Phasen durch die Kohlenstoff-Teilchen, bewegen sich über die Oberfläche und bewegen sich dann in die Poren der Aktivkohle, und zwar veranlasst durch ein Phänomen, das als „Van-der-Waals-Kräfte" bekannt ist. Obwohl diese Kräfte allgemein als schwach angesehen werden, sind sie im sehr kurzen Bereich (ein oder zwei Molekül-Durchmesser) stark genug, um Rauch-Komponenten anzuziehen und wirksam zu halten.
  • Aktivkohle kann aus einer großen Vielzahl von Quellen erhalten werden, die einschließen, jedoch nicht beschränkt sind auf Holz, Kokosnuss-Schalen, Kohle und Torf. Holz produziert allgemein weiche und makroporöse Aktivkohle (Poren mit einem Durchmesser im Bereich von 50 bis 1.000 nm). Torf- und Kohle-Materialien produzieren allgemein Aktivkohle, die vornehmlich mesoporös ist (Poren mit einem Durchmesser von 2 bis 50 nm). Aktivkohle, die von Kokosnuss-Schalen abgeleitet ist, ist allgemein mikroporös (Poren mit einem Durchmesser von weniger 2 nm), hat eine große Oberfläche und hat einen niedrigen Asche-Gehalt und Gehalt an basischen Metallen, verglichen mit bestimmten anderen Arten von Aktivkohle.
  • Bevorzugte Aktivkohlen sind mikroporös und haben eine hohe Dichte, was der Aktivkohle eine verbesserte Struktur-Festigkeit verleiht, so dass sie einem übermäßigen Teilchen-Abrieb während des Handhabens und Packens widerstehen kann.
  • Die Filter von bevorzugten Ausführungsformen können auch verschiedene andere adsorptive, absorptive oder poröse Materialien zusätzlich zu Aktivkohle wie sie oben be schrieben wurde, enthalten. Beispiele derartiger Materialien schließen ein, sind jedoch nicht beschränkt auf Cellulose-Fasern, beispielsweise Celluloseacetat, Baumwolle, Holz-Pulpe und Papier, Polymer-Materialien wie beispielsweise Polyester und Polyolefine, Ionen-Austausch-Materialien, natürliche und synthetische Mineralien wie beispielsweise aktiviertes Aluminiumoxid, Silicagel und Magnesiumsilicat, natürliche und synthetische Zeolithe und Molekular-Siebe (siehe beispielsweise US-Patent-Nr. 3,703,901 (Norman et al.)), natürliche Tone wie beispielsweise Meerschaum, Diatomeen-Erde, aktive Kohle und andere Materialien, wie dies von Fachleuten mit Sachverstand in diesem technischen Bereich verstanden wird. Das adsorptive, absorptive oder poröse Material kann irgendein nicht-toxisches Material sein, das zur Verwendung in Filtern für rauchbare Vorrichtungen geeignet ist, die mit anderen Substanzen in der Rauch-Vorrichtung oder in dem zu filternden Rauch kompatibel sind.
  • Typischerweise kann das Filter-Element als Haupt-Komponente ein poröses Material wie beispielsweise Celluloseacetat-Band oder Cellulose-Papier einschließen, das nachfolgend als „Filter-Material" bezeichnet wird. Die adsorptive oder absorptive Komponente, oft eine granulatförmige oder teilchenförmige Substanz wie beispielsweise Aktivkohle, ist allgemein innerhalb des porösen Filter-Materials des Filter-Segments dispergiert oder in einer Patrone oder einem Hohlraum angeordnet (beispielsweise innerhalb eines Hohlraums aus Dreifach-Filter, wie nachfolgend diskutiert wird).
  • Das Filter-Material kann die Form eines Vlies-Gewebes aus Faser oder Band haben. Alternativ dazu kann das Filter-Material eine blattartige Form haben, insbesondere dann, wenn das Material aus einer Mischung von polymeren oder Natur-Faser wie Baumwolle oder Holz-Pulpe gebildet ist. Filter-Material in Gewebe- oder Blatt-artiger Form kann gerafft sein, gefaltet sein, gekräuselt sein oder in anderer Weise zu einer geeigneten (beispielsweise zylindrischen) Konfiguration geformt sein, wobei man Verfahrensweisen anwendet, die Fachleuten mit Sachverstand in diesem technischen Bereich offenbar sind. Verwiesen wird beispielsweise auf das US-Patent Nr. 4,807,809 (Pryor et al.).
  • In bevorzugten Ausführungsformen besteht das Filter-Material aus Celluloseacetat-Band oder Cellulose-Papier. Celluloseacetat-Band ist das am weitesten verbreitet bevorzugte Filter-Material in Zigaretten weltweit. Cellulose-Papier-Filter-Materialien liefern allgemein einen besseren Rückhalt von Teer und Nikotin als dies Acetat-Filter bei einem vergleichbaren Druckabfall macht und hat den zusätzlichen Vorteil einer überlegenen biologischen Abbaubarkeit. Cellulose und Celluloseacetat reduzieren die Menge an Chemikalien in der halb-flüchtigen Phase und in der nicht-flüchtigen Phase, die aus festen teilchenartigen Materialien (allgemein bezeichnet als „Teer") besteht. Diese Verbindungen werden in direkter Proportion zur Menge an Cellulose oder Celluloseacetat im Filter mengenmäßig reduziert. Eine sich erhöhende Dichte der Cellulose oder des Celluloseacetats bedeutet allgemein eine Erhöhung des Druckabfalls, was den Filter-Rückhalt erhöht und daher den Teer-Durchgang senkt. Filter halten allgemein weniger als 10% der Dampfphasen-Komponenten zurück.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann es bevorzugt sein, ein Polymer-Material wie beispielsweise Celluloseacetat als Filter-Material zu verwenden, eher als ein Material wie beispielsweise Cellulose-Papier. Polymer-Materialien können in Ausführungsformen bevorzugt sein, in denen eine überlegene chemische Inertheit oder strukturelle Integrität während der Verwendung gewünschte Eigenschaften des Filters sind beispielsweise dann, wenn bestimmte, den Rauch ändernde Komponenten, die mit Cellulose-Papier Reaktionen eingehen, in dem Filter zugegen sind, oder wenn Komponenten, die mit Cellulose-Papier Reaktionen eingehen, innerhalb des Filters gebildet werden. Celluloseacetat-Band (beispielsweise solches, wie es von der Firma Celanese Acetat, Charlotte, NC, erhältlich ist) ist das am weitesten verbreitet bevorzugte Polymer-Material; jedoch können geeignete Polymer-Materialien andere synthetische Additions- oder Kondensations-Polymere einschließen, wie beispielsweise Polyamide, Polyester, Polypropylen und Polyethylen.
  • Das Polymer-Material kann irgendein nicht-toxisches Polymer sein, das zur Verwendung in Filtern für rauchbare Vorrichtungen geeignet ist, das mit anderen Substanzen in der Rauch-Vorrichtung oder im zu filtrierenden Rauch kompatibel ist und das den ge wünschten Grad an Inertheit besitzt. Das Polymer-Material liegt vorzugsweise in Form faserartiger Bänder vor, kann jedoch gegebenenfalls in anderen physikalischen Formen vorliegen, beispielsweise in gekräuselten Platten. Das Polymer-Material kann aus einem einzelnen Polymer oder einer Mischung verschiedener Polymere bestehen, beispielsweise aus zwei oder mehr Komponenten wie beispielsweise Homopolymeren, Copolymeren, Terpolymeren, funktionalisierten Polymeren, Polymeren mit unterschiedlichen Molekulargewichten, Polymeren, die aus verschiedenen Monomeren bestehen, Polymeren, die aus zwei oder mehr derselben Monomeren in unterschiedlichen Mengen-Anteilen bestehen, Oligomeren und nicht-polymeren Komponenten. Das Polymer kann auch geeigneten Vorbehandlungs-Schritten oder Nachbehandlungs-Schritten unterworfen werden, beispielsweise einer Funktionalisierung des Polymers, einem Überziehen des Polymers mit geeigneten Materialien und dergleichen.
  • Wenn Polymer-Fasern als Filter-Material verwendet werden, können sie die gesamte Zusammensetzung des Filter-Materials des Filters ausmachen oder können einen Teil der Zusammensetzung des Filter-Materials des Filters ausmachen. Alternativ dazu kann das Filter-Material eine Mischung oder ein Blend von Polymer-Fasern oder eine Mischung oder ein Blend von Polymer-Fasern und nicht-polymeren Fasern sein, beispielsweise Cellulose-Fasern, die von Holz-Pulpe, gereinigter Cellulose, Baumwoll-Fasern und dergleichen erhalten wurden. Eine Mischung aus Filter-Materialien kann in bestimmten Ausführungsformen bevorzugt sein, in denen es erwünscht ist, Material-Kosten zu reduzieren, da Polymer-Materialien teuerer sein können als natürliche Fasern. Irgendein geeigneter Anteil von Polymer-Material kann zugegen sein, beispielsweise von 100 Gew.-% Polymer-Material bis herab zu 80, 60, 50, 40, 30 25, 20, 15 oder 10 Gew.-% oder weniger an Polymer-Material.
  • Wie oben diskutiert, kann es in bestimmten Ausführungsformen wünschenswert sein, das Filter-Material mit einer oder mehreren Substanz(en) beschichtungsmäßig zu überziehen, die chemisch mit einer unerwünschten Komponente des Rauchs reagieren kann können. Derartige Substanzen können einschließen: Natürliche oder synthetische Polymere oder Chemikalien, wie sie in diesem technischen Bereich zur Bereitstellung für ein behandeltes Filter-Material bekannt sind, das in der Lage ist, die Chemie von Tabak-Rauch zu verändern. Ein Verfahren zum Beschichten des Filter-Materials ist, eine Lösung oder Dispersion einer Substanz mit einem geeigneten Lösungsmittel herzustellen. Geeignete Lösungsmittel können beispielsweise Wasser, Ethanol, Aceton, Methylethylketon, Toluol und dergleichen einschließen.
  • Die Lösung oder Dispersion kann auf die Oberfläche des Filter-Materials unter Anwendung von Gravur-Streich-Verfahren, Sprüh-Verfahren, Druck-Verfahren, Eintauch-Verfahren, Einspritz-Verfahren und dergleichen aufgebracht werden. Am meisten bevorzugt ist das Filter-Material im wesentlichen unlöslich in dem bevorzugten Lösungsmittel und beeinträchtigt als solches nicht wesentlich die allgemeine Struktur des Filter-Materials. Nachdem die Lösung oder Dispersion auf die Oberfläche des Filter-Materials aufgebracht wurde, wird das Lösungsmittel entfernt, typischerweise durch Luft-Trocknung bei Raumtemperatur oder Erwärmen, beispielsweise in einem Konvektions- oder Luftumlauf-Ofen. Die Menge an Lösung oder Dispersion, die auf das Filter-Material aufgebracht wird, ist typischerweise ausreichend, um die Außen-Fläche des Filter-Materials zu bedecken, jedoch nicht ausreichend, um die Hohlräume zwischen den Fasern des Filter-Materials zu füllen.
  • Typischerweise ist die Menge an Lösung oder Dispersion, die auf das Filter-Material aufgebracht wird, ausreichend, um wenigstens etwa 5%, vorzugsweise wenigstens etwa 8%, noch mehr bevorzugt wenigstens etwa 10% und am meisten bevorzugt wenigstens etwa 15% der Substanz abzuscheiden, bezogen auf das Gewicht des Filter-Materials vor einer Behandlung.
  • Wenn die Substanz ein Polymer ist, kann das Polymer ein synthetisches Polymer oder ein natürliches Polymer sein. Synthetische Polymere sind abgeleitet aus der Polymerisation monomerer Materialien (beispielsweise Additions- oder Kondensations-Polymere) oder werden isoliert nach chemischer Veränderung der Substituenten-Gruppen eines Polymer-Materials. Natürliche Polymere werden isoliert aus Organismen (beispielsweise Pflanzen wie beispielsweise Seegras), üblicherweise durch Extraktion.
  • Beispielhafte synthetische Polymere, die auf Filter-Materialen aufgebracht werden können, schließen ein, sind jedoch nicht beschränkt auf Carboxymethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Celluloseester wie beispielsweise Celluloseacetat, Cellulosebutyrat und Celluloseacetat-Propionat (beispielsweise von der Firma Eastman Chemical Corporation, Kingsport, TN), Polyethylenglycole, in Wasser dispergierbare amorphe Polyester mit aromatischen Dicarbonsäure-Funktionen (beispielsweise die Produkte Eastman AQs von der Firma Eastman Chemical Corporation), Ethylen-Vinylalkohol-Copolymere (beispielsweise von der Firma Mica Corp., Shelton, CT), teilweise oder vollständig hydrolysierte Polyvinylalkohole (beispielsweise die Airvol-Produkte von der Firma Air Products and Chemicals, Allentown, PA), Ethylen-Acrylsäure-Copolymere (beispielsweise die Envelon-Produkte der Firma Rohm und Haas, Philadelphia, PA und die Primacor-Produkte der Firma The Dow Chemical Co., Wilmington, DE), Polysaccharide (beispielsweise das Produkt Keltrol von der Firma CP Kelco, San Diego, CA), Alginate (beispielsweise solche von der Firma International Specialty Products, Wayne, NJ), Carageenane (beispielsweise die Produkte Viscarin GP109 und und Nutricol GP120F konjac flour von der Firma FMC) und Stärken (beispielsweise die Produkte Nadex 772, K-4484 und N-Oil von der Firma National Starch & Chemical Co.).
  • Typischerweise neigen natürliche oder synthetische Polymere dazu, die Oberfläche von Filter-Materialien sehr effizient zu überziehen, und haben eine hohe Viskosität, was hohe Beschichtungs-Konzentrationen unnötig und manchmal schwierig macht. Typischerweise können bestimmte Natur- oder Synthese-Polymere auf das Filter-Material in Konzentrationen von wenigstens etwa 0,001%, vorzugsweise von wenigstens etwa 0,01, noch mehr bevorzugt von wenigstens etwa 0,1% und am meisten bevorzugt von wenigstens etwa 1% aufgebracht werden, bezogen auf das Gewicht des Filter-Materials vor der Behandlung. Typischerweise übersteigt die Menge an bestimmten natürlichen oder synthetischen Polymeren, die auf das Filter-Material aufgebracht werden, nicht etwa 10%, und übersteigt normalerweise nicht etwa 5%, bezogen auf das Gewicht des Filter-Materials vor der Behandlung.
  • Das natürliche oder synthetische Polymer-Material, das auf das Filter-Material aufgebracht wird, kann unterschiedlich sein, abhängig von Faktoren wie beispielsweise einer gewünschten chemischen Funktionalität, Hydrophilie oder Hydrophobie. Sofern erwünscht, kann mehr als ein Typ von natürlichem oder synthetischem Polymer auf das Filter-Material in einer einzigen Dispersion oder Lösung aufgebracht werden. Sofern erwünscht, kann das Filter-Material wenigstens einen Typ an natürlichem oder synthetischem Polymer in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst oder dispergiert darauf aufgebracht und das Lösungsmittel entfernt aufweisen, wonach das resultierende beschichtete Filter-Material wenigstens ein anderes natürliches oder synthetisches Polymer in ähnlicher Weise aufgebracht aufweist. Sofern mehrere Aufbringungen auf diesem Wege durchgeführt werden, ist es wünschenswert, dass das Lösungsmittel oder die Lösungsmittel irgendein natürliches oder synthetisches Polymer, das bereits auf das Filter-Material beschichtungsmäßig aufgebracht wurde, nicht wesentlich löst bzw. lösen.
  • Filter von bevorzugten Ausführungsformen können mehr als ein Segment einschließen. Eine Konfiguration derartiger Filter ist das duale Filter, worin das Filter aus zwei verschiedenen Segmenten besteht, wobei eines der Segmente zum Mund benachbart ist und das andere Segment des Filters dem Tabak-Strang benachbart ist. Ein üblicher Typ von dualem Filter ist eines, in dem ein Celluloseacetat-Segment auf der Mundseite des Filters gelegen ist und ein Cellulose-Papier-Segment auf der Seite des Filters gelegen ist, die dem Tabak-Strang benachbart ist. Aktivkohle kann in das Cellulose-Papier-Segment des Filters eingearbeitet sein, um ein Entfernen unerwünschter Komponenten aus Tabak-Rauch zu unterstützten.
  • Eine andere Filter-Konfiguration, die als „Triple-Filter" bezeichnet wird, weist drei Segmente auf, einschließlich eines Segments, das dem Mund benachbart ist, eines Segments, das dem Tabak-Strang benachbart ist, und eines Segments, das zwischen den beiden anderen Segmenten gelegen ist. Die verschiedenen Segmente können aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein oder können Materialien sein, die die gleiche Zusammensetzung aufweisen, jedoch unterschiedliche physikalische Form haben, beispielsweise gekräuseltes Blatt und Band, oder können Materialien sein, die dieselbe Zusammensetzung und physikalische Form aufweisen, worin jedoch ein Segment eine weitere Komponente enthält, die nicht in einem anderen Segment zugegen ist. Eine übliche Triple-Filter-Konfiguration schließt zwei Segmente ein, die gewählt sind aus einem oder beiden Materialien aus der Gruppe Celluloseacetat und Cellulose, von denen eines dem Mund benachbart ist und eines dem Filter benachbart ist, mit einem dazwischen liegenden Segment, das eine den Rauch verändernde Komponente enthält. Beispiele von den Rauch verändernden Komponenten schließen Aktivkohle oder andere Adsorbentien oder Komponenten ein, die dem Rauch einen Geschmack verleihen.
  • Eine Variante des Triple-Filters ist das Hohlraum-Filter. Das Hohlraum-Filter ist aufgebaut aus zwei Segmenten, die durch einen Hohlraum getrennt sind, der eine oder mehrere den Rauch verändernde Komponenten enthält. Der Hohlraum kann ein adsorbierendes Material enthalten, wie es oben beschrieben wurde, gegebenenfalls in Kombination mit anderen geeigneten Komponenten wie beispielsweise Aktivkohle.
  • Dual- und Triple-Filter können symmetrisch sein, (alle Filter-Segmente haben dieselbe Länge), oder sie können asymmetrisch sein (zwei oder mehr Segmente haben voneinander verschiedene Längen). Filter können mit einer Aussparung versehen sein, mit einem offenen Hohlraum auf der Mund-Seite, verstärkt durch ein besonders steifes Einwickel-Papier in Form eines Stopfens.
  • Wenn das Filter-Element ein festes Material in einer Form enthält, die von einem Band oder einem Blatt verschieden ist, kann es in das Filter-Element unter Anwendung irgendeines geeigneten Verfahrens oder irgendeiner geeigneten Vorrichtung eingearbeitet sein, wie diejenigen, die oben zum Einarbeiten eines absorbierenden, adsorbierenden oder reagierenden Materials in das Filter-Element beschrieben wurden. Flüssigkeiten können in das poröse Filter-Material eingearbeitet werden durch Eintauchen des Filter-Materials in die Flüssigkeit, Aufsprühen der Flüssigkeit auf das Filter-Material oder Kombinieren der Flüssigkeit mit einer anderen Komponente, beispielsweise einer Komponente, die in der Lage ist, ein Gel oder einen Feststoff zu bilden, und anschließendes Aufbringen der die Flüssigkeit enthaltenen Substanz auf das poröse Filter-Material un ter Anwendung von Verfahrensweisen, die Fachleuten mit Sachverstand in diesem technischen Bereich wohlbekannt sind.
  • Die Form des Filter-Materials und die Konfiguration des Filter-Materials sowie die Filtrations-Effizienz für teilchenförmige Materie und Dampfphasen-Komponenten jedes Segments des Filter-Elements können variiert werden, um so die gewünschte Ausgewogenheit der charakteristischen Leistungs-Eigenschaften für das Filter-Element zu erhalten, wie von Fachleuten mit Sachverstand in diesem technischen Bereich erkannt wird. Filter-Materialien in Band-Form können in Filter-Stränge unter Verwendung bekannter Verfahrensweisen verarbeitet und so Filter-Materialien hergestellt werden. Filter-Materialien in Blatt-artiger oder Gewebe-Form können zu Filter-Strängen unter Anwendung von Verfahrensweisen ausgebildet werden, die beschrieben sind in den US-Patenten Nrn. 4,807,809 (Pryor et al.) und 5,074,320 (Jones, Jr. et al.). Filter-Materialien können auch in Stränge ausgebildet werden unter Anwendung einer Strang-Herstellungs-Einheit (beispielsweise eine Einheit von der Firma Molins Tobacco Machinery, Ltd., Bucks, Vereinigtes Königsreich).
  • Das poröse Filter-Material kann verschiedene zusätzliche Minder-Komponenten enthalten. Diese Komponenten können einschließen: Pigmente, Farbstoffe, Konservierungsmittel, Oxidations-Inhibitoren, Entschäumer, Lösungsmittel, Gleitmittel, Wachse, Öle, Harze, Kleber und andere Materialien, wie sie in diesem technischen Bereich bekannt sind.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Rauch-Gegenstand mit einem Hohlraum-Filter versehen, das aus zwei Celluloseacetat-Segmenten aufgebaut ist, die durch einen Hohlraum voneinander getrennt sind, der Aktivkohle enthält, wobei die Filter-Segmente in einer Papier-Stopfen-Umhüllung eingehüllt sind. Die Stopfen-Umhüllung kann mit Perforationen in dem Celluloseacetat-Segment versehen sein, die dem Tabak-Strang benachbart ist, wenn eine Luft-Verdünnung erwünscht ist, beispielsweise für Zigaretten mit niedrigem oder ultra-niedrigem Teer-Gehalt. Das Celluloseacetat-Segment, das dem Tabak-Strang benachbart ist, hat vorzugsweise eine Länge von etwa 9 mm; das Segment am Mund-Ende hat vorzugsweise eine Länge von 11 mm; und der Hohlraum hat vorzugsweise eine Länge von 5 mm. Der Hohlraum ist vorzugsweise im wesentlichen gefüllt. Der Begriff „im wesentlichen gefüllt" bezieht sich allgemein auf ein Hohlraum-Segment, in dem mehr als etwa 95 Vol.-% mit gepackten Teilchen gefüllt sind, vorzugsweise mehr als etwa 96, 97, 98 oder 99 Vol.-% mit gepackten Teilchen gefüllt sind, und am meisten bevorzugt etwa 100 Vol.-% mit gepackten Teilchen gefüllt sind. Jedoch kann es in bestimmten Ausführungsformen wünschenswert sein, dass der Hohlraum weniger als „im wesentlichen gefüllt" ist, beispielsweise weniger als etwa 95, 94, 93, 92, 91, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 oder 5 Vol.-% oder weniger. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Hohlraum im wesentlichen mit einer Art von Aktivkohle gefüllt. Jedoch kann in bestimmten anderen Ausführungsformen die Aktivkohle eine Mischung aus Aktivkohlen darstellen (beispielsweise Aktivkohlen von unterschiedlicher Teilchengröße oder aus verschiedenen Quellen), oder die Aktivkohle kann mit einer oder mehreren inerten Komponenten gemischt oder kombiniert werden, wie beispielsweise Magnesiumsilicat (erhältlich als Produkt CAVIFLEXTM und SEL-X-4TM von der Firma Baumgartner, Inc., aus Melbane, NC), inertem Kohlenstoff oder Gries. Am meisten bevorzugt enthält das Hohlraum-Segment 0,1 g eines einzigen Typs von Aktivkohle als einzige Komponente in einem 5 mm langen Hohlraum-Segment eines Filters. In verschiedenen Ausführungsformen können verschiedene Typen von Aktivkohle oder Kohlenstoff, die aus unterschiedlichen Ausgangs-Materialien hergestellt wurde und die unterschiedliche Oberfläche und Teilchen-Größe hat oder die verschiedene Eigenschaften hat, bevorzugt sein. Geeignete aktivierte Kohlenstoffe bzw. Aktivkohlen, die Spezial-Aktivkohlen einschließen, können erhalten werden von der Firma Calgon Carbon Corporation, Pittsburgh, PA.
  • Additive
  • Zusätzliche Komponenten, wie sie in diesem technischen Bereich bekannt sind, können auch dem rauchbaren Material zugesetzt werden oder können innerhalb des Filters, des Tabak-Strangs oder anderer Komponenten der Rauch-Gegenstände bevorzugter Ausführungsformen enthalten sein. Nicht-beschränkende Beispiele solcher Komponenten schließen Tabak-Extrakte, Gleitmittel, Geschmacksstoffe und dergleichen ein. Diese zusätzlichen Komponenten reagieren vorzugsweise nicht mit dem Oxalsäuremono-(–)menthylester oder seinem seinen Salz(en) in der Weise, dass sie dessen/deren Wirksamkeit im Liefern von Menthol während der Verwendung des Rauch-Gegenstandes wesentlich verringern. In dem Ausmaß, in dem derartige Reaktionen stattfinden, können sie kompensiert werden durch Änderungen der Konzentration des Oxalsäuremono-(–)menthylesters oder seines/seiner Salz(e) und/oder der anderen Komponenten, die zugegen sind.
  • Das Filter-Element kann gegebenenfalls einen Tabak- oder Geschmacks-Extrakt in innigem Kontakt mit dem Filter-Material einschließen. Sofern erwünscht, kann der Tabak- oder Geschmacksextrakt sprühgetrocknet und/oder einer Wärme-Behandlung unterzogen werden. Das Filter-Element vor dem Rauchen kann weniger als etwa 10% Tabak- oder Geschmacks-Extrakt bis mehr als 50% Tabak- oder Geschmacks-Extrakt einschließen, bezogen auf das Gesamt-Trockengewicht des Filter-Elements und des Extraktes. In einigen Ausführungsformen schließen die Tabak-Filter-Elemente typischerweise eine gleitend-machende Substanz in innigem Kontakt mit dem Filter-Material ein. Normalerweise schließt vor dem Rauchen der Zigarette das Filter-Element wenigstens etwa 0,1% gleitend-machende Substanz ein, bezogen auf das Gewicht des Filter-Materials des Segments. Die gleitend-machende Substanz kann eine Flüssigkeit mit niedrigem Molekular-Gewicht (beispielsweise Glycerin) oder ein Material mit hohem Molekular-Gewicht (beispielsweise ein Emulgator) sein.
  • Geschmacksstoffe zusätzlich zu Oxalsäuremono-(–)menthylester oder seines Salzes/seiner Salze, selbst Geschmacksstoffe wie Menthol selbst, können in die Zigarette unter Anwendung von Verfahrensweisen eingearbeitet werden, die einem Fachmann mit üblichen Sachverstand in diesem technischen Bereich vertraut sind. Sofern erwünscht, können Geschmacks-Additive wie beispielsweise organische Säuren in die Zigarette als Zusätze zu geschnittenem Tabak-Füllmaterial eingearbeitet werden. Siehe beispielsweise US-Patent Nr. 4,830,028 (Lawson et al.). Der Geschmackstoff-Extrakt kann typischerweise in einer Menge von etwa 5% oder weniger bis etwa 50% oder mehr des Gesamt-Trockengewichts des Filter-Elements und des Extrakts eingeschlossen werden, vorzugsweise von etwa 10% bis etwa 45% und noch mehr bevorzugt von etwa 15%, 20% oder 25% bis etwa 30%, 35% oder 40%.
  • Das rauchbare Material
  • Der Oxalsäuremono-(–)menthylester oder sein(e) Salz(e) kann/können zusammen mit irgendeinem geeigneten rauchbaren Material verwendet werden. Beispiele bevorzugter rauchbarer Materialien sind Tabake, die einschließen, jedoch nicht beschränkt sind auf Orient-Tabak, Virgina-Tabak, Maryland-Tabak und Burley-Tabak, sowie die seltenen Tabake und Spezialitäten-Tabake. Die Tabak-Pflanze kann eine Sorte sein, die durch herkömmliche Pflanzen-Zucht-Methoden produziert wurde, oder kann eine durch Genetic Engineering behandeltet Sorte sein. Tabak-Sorten mit niedrigem Nikotin-Gehalt und/oder niedrigem Gehalt an TSNAs, einschließlich diesbezüglich durch Genetic Engineering behandelter Sorten, sind besonders bevorzugt. Der Tabak kann unter Anwendung irgendeines annehmbaren Verfahrens wärmebehandelt sein, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf Räuchern, Duft-Erhitzen, Erhitzen in der Sonne und dergleichen, einschließlich von Wärme-Behandlungs-Verfahren, die zu niedrigen Konzentrationen an Nitrosaminen führen, wie beispielsweise Wärme-Behandlungs-Verfahren, die offenbart sind in dem US-Patent Nr. 6,202,649 und in dem US-Patent Nr. 6,13 5,121 (Williams).
  • Allgemein ist das Tabak-Material gereift. Der wärmebehandelte oder nicht-wärmebehandelte Tabak kann irgendeinem geeigneten Verarbeitungsschritt unterworfen werden, einschließlich jedoch nicht beschränkt auf Mikrowellen-Behandlung oder Behandlung mit anderer Bestrahlung. Behandlung mit ultraviolettem Licht oder Extraktion mit einem wässrigen oder nicht-wässrigen Lösungsmittel.
  • Der Tabak kann in Form von Tabak-Blättern, verarbeiteten Tabak-Stengeln, rekonstituiertem Tabak-Material, Volumen-expandiertem Tabak-Füllmaterial oder Mischungen daraus vorliegen. Der Typ von rekonstituiertem Tabak-Material kann unterschiedlich sein. Bestimmte geeignete rekonstituierte Tabak-Materialien sind beschrieben in dem US-Patent Nr. 5,159,945 (Brinkley et al.). Bestimmte Volumen-expandierte Tabak- Materialien sind beschrieben in dem US-Patent Nr. 5,095,922 (Johnson et al.). Mischungen der vorstehend genannten Materialien und Tabak-Typen können verwendet werden. Beispielhafte Mischungen sind beschrieben in dem US-Patent Nr. 5,074,320 (Jones, Jr. et al.). Andere rauchbare Materialen wie beispielsweise diejenigen rauchbaren Materialien, die beschrieben sind in dem US-Patent Nr. 5,074,321 (Gentry et al.) und in dem US-Patent Nr. 5,056,537 (Brown et al.) können ebenfalls verwendet werden.
  • Die rauchbaren Materialien werden allgemein in Form von geschnittenem Tabak-Füllmaterial verwendet, wie es in der herkömmlichen Zigaretten-Herstellung üblich ist. Beispielsweise kann das rauchbare Tabak-Füllmaterial verwendet werden in Form von Stücken, Fetzen und/oder Strängen, die in Längen geschnitten sind, die im Bereich von etwa 1/60 in (0,04 mm) bis etwa 1/5 in (5 mm), vorzugsweise von etwa 1/40 in (0,6 mm) bis etwa 1/20 in (1,3 mm) liegen. Allgemein haben solche Stücke Längen zwischen etwa 0,25 in (6 mm) und etwa 3 in (76 mm). In bestimmten Ausführungsformen kann es jedoch bevorzugt sein, geschnittenes Tabak-Füllmaterial zu verwenden, das Längen hat, die geringer sind als etwa 1/60 in (0,04 mm) oder mehr als etwa 1/5 in (5 mm) und Längen weniger als etwa 0,25 in (6 mm) und mehr als etwa 3 in (76 mm).
  • Das rauchbare Material kann in einer Form vorliegen (beispielsweise einer Mischung rauchbarer Materialien, wie beispielsweise einer Mischung aus verschiedenen Typen von Tabak in Form eines geschnittenen Tabak-Füllmaterials), die einen relativ hohen Nikotin-Gehalt aufweist. Ein derartiges rauchbares Material hat typischerweise einen auf das Trockengewicht bezogene Nikotin-Gehalt oberhalb von etwa 2,0%, 2,25%, 2,5%, 2,75% oder 3% oder mehr. Derartige rauchbare Materialien sind beschrieben in dem US-Patent Nr. 5,065,775 (Fagg).
  • Alternativ dazu kann das rauchbare Material in einer Form vorliegen, die einen relativ niedrigen oder vernachlässigbaren Nikotin-Gehalt aufweist. Ein derartiges rauchbares Material hat typischerweise einen auf das Trockengewicht bezogene Nikotin-Gehalt unterhalb von etwa 1,5%, 1,25%, 1,0%, 0,75%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder weniger.
  • Tabak mit einem relativ niedrigen Nikotin-Gehalt ist beschrieben in dem US-Patent Nr. 5,025,812 (Fagg et al.).
  • Der Begriff „auf das Trockengewicht bezogener Nikotin-Gehalt", wie er in der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen verwendet wird, wenn man sich auf das rauchbare Material bezieht, bezieht sich auf die Masse von Alkaloid-Nikotin, wie sie durch spektroskopische Verfahrensweisen durch Analyse und quantitative Bestimmung bestimmt wird, dividiert durch das Trockengewicht des analysierten rauchbaren Materials. Siehe dazu beispielsweise die Druckschrift „Harvey et al., Tob. Sci. Band 25, Seite 131 (1981)".
  • In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das rauchbare Material aus einem Tabak-Produkt, das von Tabak-Pflanzen erhalten wurde, die im wesentlichen frei von Nikotin und/oder Tabak-spezifischen Nitrosaminen sind. Tabak, der im wesentlichen frei von Nikotin oder TSNAs sein kann, kann hergestellt werden durch Unterbrechen des Vermögens der Pflanze, Nikotin zu synthetisieren, wofür man Gebrauch von Verfahrensweisen des Genetic Engineerings macht. Die parallel anhängige PCT-Anmeldung mit dem Veröffentlichungsaktenzeichen WO 02/100,195 (eingereicht am 6. Juni 2002) und die PCT-Veröffentlichung mit der Veröffentlichungsnummer WO 98/56,923 (Conkling et al.) beschreiben Tabak, der im wesentlichen frei von Nikotin und TSNAs ist, der hergestellt wird durch In-Kontakt-Bringen wenigstens einer Tabak-Zelle einer ausgewählten Sorte mit einem exogenen DNS-Konstrukt, das – in der Richtung vom 5'-Ende zum 3'-Ende – einen Promoter aufweist, der in einer Pflanzen-Zelle zum Arbeiten gebracht werden kann, und eine DNS, die einen Teil einer DNS-Sequenz enthält, die für ein Enzym im Nikotin-Synthese-Weg kodiert. Die DNS ist operabel verbunden mit dem Promoter, und die Tabak-Zelle wird mit dem DNS-Konstrukt transformiert. Die transformierten Zellen werden selektiert, und wenigstens eine transgene Tabak-Pflanze wird von den transformierten Zellen regeneriert. Die transgenen Tabak-Pflanzen enthalten eine reduzierte Menge von Nikotin und/oder TSNAs, verglichen mit einer Kontroll-Tabak-Pflanze derselben Sorte. In bevorzugten Ausführungsformen können DNS-Konstrukte, die einen Teil einer DNS-Sequenz aufweisen, die für ein Enzym im Niko tin-Synthese-Weg kodiert, die gesamte kodierende Sequenz des Enzyms oder irgendeinen Teil davon aufweisen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das rauchbare Material aus einem Tabak-Produkt, das von Tabak-Pflanzen erhalten wurde, die einen verringerten Gehalt an Nikotin und/oder TSNAs aufweisen, und zwar beispielsweise solchen, wie sie beschrieben sind in der parallel anhängigen Patentanmeldung Nr. US 2003-018,997 (eingereicht am 28. August 2001).
  • Tabak-Produkte, die spezifische Mengen an Nikotin und/oder TSNAs aufweisen, können geschaffen werden durch Mischen von Tabaken mit niedrigem Nikotin-Gehalt und/oder niedrigem Gehalt an TSNAs, wie beispielsweise denjenigen, die oben beschrieben wurden, mit herkömmlichen Tabaken. Einige Ansätze zum Mischen beginnen mit Tabak, der von Sorten hergestellt wurde, die extrem niedrige Mengen an Nikotin und/oder TSNAs aufweisen. Durch Mischen von präpariertem Tabak einer Sorte mit niedrigem Nikotin-Gehalt und/oder niedrigem TSNAs-Gehalt (beispielsweise nicht nachweisbaren Werten an Nikotin und/oder TSNAs) mit herkömmlichem Tabak (beispielsweise Burley-Tabak, der 30.000 Teile pro Million (parts per million; ppm) Nikotin und 8.000 Teile auf eine Billion (parts per billion; ppb) TSNAs aufweist, geräuchertem (Flue-Cured) Tabak, der 20.000 ppm Nikotin und 300 ppb TSNAs aufweist; und Oriental-Tabak, der 10.000 ppm Nikotin und 100 ppb TSNAs aufweist) können Tabak-Produkte hergestellt werden, die im wesentlichen jede gewünschte Menge an Nikotin und/oder TSNAs aufweisen. Tabak-Produkte, die verschiedene Mengen an Nikotin und/oder TSNAs aufweisen, können in Tabak zur Verwendung in Abgewöhnungs-Kits und -Programmen, die Tabak-Benutzern helfen, ihre Abhängigkeit von Nikotin zu reduzieren oder zu eliminieren und das Karzinogen-Potential zu reduzieren, eingearbeitet werden.
  • Beispielsweise kann ein Tabak-Produkt für Schritt 1 bestehen aus etwa 25% Tabak mit niedrigem Nikotin-Gehalt/niedrigem Gehalt an TSNAs und 75% herkömmlichen Tabaks; ein Tabak-Produkt für Schritt 2 kann bestehen aus etwa 50% Tabak mit niedri gem Nikotin-Gehalt/niedrigem Gehalt an TSNAs und 50% herkömmlichen Tabaks; ein Tabak-Produkt für Schritt 3 kann bestehen aus etwa 75% eines Tabaks mit niedrigem Nikotin-Gehalt/niedrigem Gehalt an TSNAs und 25% herkömmlichen Tabaks und ein Tabak-Produkt für Schritt 4 kann bestehen aus etwa 100% Tabak mit niedrigem Nikotin-Gehalt/niedrigem Gehalt an TSNAs und 0% herkömmlichen Tabaks. Ein Tabak-Verwendungs-Aufhör-Kit kann einschließen eine Menge an Tabak-Produkt von jeder der vorgenannten Mischungen, um einen Verbraucher für ein Programm für die Dauer eines einzigen Monats zufriedenzustellen. Mit anderen Worten: Wenn der Verbraucher ein Raucher mit einem Bedarf für eine Packung pro Tag ist, stellt ein Kit für einen Monat 7 Packungen von jedem Schritt, also insgesamt 28 Packungen Zigaretten bereit. Jedes Kit zum Abgewöhnen der Tabak-Verwendung kann einen Satz von Instruktionen einschließen, die spezifisch den Verbraucher durch den Schritt für Schritt durchzuführenden Prozess leiten. Natürlich können Tabak-Produkte, die spezielle Mengen an Nikotin und/oder TSNAs aufweisen, in passend größenmäßig ausgebildeten Mengen verfügbar gemacht werden (beispielsweise Boxen von Zigarren, Packungen von Zigaretten, Dosen von Schnupftabak und Beutel oder Twist-Stränge von Kautabak), so dass Verbraucher die Menge an Nikotin und/oder TSNAs wählen können, die sie persönlich wünschen. Es gibt viele Wege, verschiedene Tabak-Mischungen mit niedrigem Nikotin-Gehalt/niedrigem Gehalt an TSNAs unter Anwendung der in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Lehren bereitzustellen, und das folgende soll mehr zur Anleitung eines Fachmanns in diesem technischen Bereich hinsichtlich eines möglichen Ansatzes sein.
  • Um ein Tabak-Produkt für einen Schritt 1 zu erhalten, das eine Mischung mit einem Gehalt von Tabak mit niedrigem Nikotin-Gehalt/niedrigem Gehalt an TSNAs von 25% ist, kann vorbereiteter Tabak von Tabak mit einem Gehalt von etwa 0 ppm Nikotin/TSNAs gemischt werden mit herkömmlichem Burley-Tabak, Räucher-Tabak oder Oriental-Tabak in einem Verhältnis von 25%/75%, um ein Burley-Tabak-Produkt zu erhalten, das 22.500 ppm Nikotin und 6.000 ppb TSNAs enthält, ein Räuchertabak-Produkt zu erhalten, das 15.000 ppm Nikotin und 225 ppb TSNAs enthält, und ein Oriental-Tabak-Produkt erhalten, das 7.500 ppm Nikotin und 75 ppb TSNAs enthält. In ähnlicher Weise kann zum Erhalt eines Produkts für Schritt 2, das eine Mischung mit einem Anteil von 50% eines Tabaks mit niedrigem Nikotin-Gehalt/niedrigem Gehalt an TSNAs ist, vorbereiteter Tabak mit einem Gehalt von etwa 0 ppm Nikotin/TSNAs gemischt werden mit herkömmlichem Burley-Räucher- oder Oriental-Tabak in einem Mischungsverhältnis von jeweils 50%/50%, wodurch ein Burley-Tabak-Produkt mit 15.000 ppm Nikotin und 4.000 ppb TSNAs, ein Räuchertabak-Produkt mit einem Gehalt von 10.000 ppm Nikotin und 150 ppb TSNAs und ein Oriental-Tabak-Produkt mit einem Gehalt von 5.000 ppm Nikotin und 50 ppb TSNAs zur erhalten. Weiter kann ein Tabak-Produkt für Schritt 3, das eine Mischung mit einem 75%/25% Anteil an Tabak mit niedrigem Nikotin-Gehalt/niedrigem Gehalt von TSNAs ist, vorbereiteter Tabak von einem Tabak mit etwa 0 ppm Nikotin/TSNAs gemischt werden mit herkömmlichem Burley-Tabak, Räuchertabak oder Oriental-Tabak in einem Verhältnis von 75%/25%, um so ein Burley-Tabak-Produkt mit einem Gehalt an 7.500 ppm Nikotin und 2.000 ppb TSNAs, ein Räuchertabak-Produkt mit einem Gehalt an 5.000 ppm Nikotin und 75 ppb TSNAs und ein Oriental-Tabak-Produkt mit einem Gehalt von 2.500 ppm Nikotin und 25 ppb TSNAs zu erhalten.
  • Es wird erkannt, dass Tabak-Produkte häufig eine Mischung vieler verschiedener Typen von Tabaken sind, die in vielen verschiedenen Teilen der Welt unter verschiedenen Wachstums-Bedingungen gezüchtet wurden. Als Ergebnis kann die Menge an Nikotin und TSNAs von Tabak-Ernte-Menge zu Tabak-Ernte-Menge differieren. Nichtsdestoweniger kann man unter Anwendung herkömmlicher Verfahrensweisen leicht eine mittlere Menge an Nikotin und TSNAs pro Ernte-Menge, die zum Schaffen einer gewünschten Mischung verwendet wird, bestimmen. Durch Einstellen der Menge jedes Typs von Tabak, aus dem die Mischung besteht, kann ein Fachmann in diesem Bereich die Menge an Nikotin und/oder TSNAs mit anderen Überlegungen wie beispielsweise Aussehen, Geschmack und Rauchbarkeit ausbalancieren. Auf diese Weise kann eine Vielzahl von Typen von Tabak-Produkten, die unterschiedliche Werte an Nikotin und/oder Nitrosaminen aufweisen, sowie unterschiedliches Aussehen, unterschiedlichen Geschmack und unterschiedliche Rauchbarkeit haben, geschaffen werden. Solche Typen von Tabak-Produkten können sich in ähnlicher Weise verhalten, wenn Oxalsäure mono-(–)menthylester oder sein(e) Salz(e) gemäß bevorzugten Ausführungsformen darauf aufgebracht wird/werden.
  • Zwar wird in den bevorzugten Ausführungsformen der Oxalsäuremono-(–)menthylester oder sein(e) Salz(e) zusammen mit einem rauchbaren Material einschließlich Tabak verwendet; jedoch können beliebige anderer rauchbare Materialien in anderen Ausführungsformen bevorzugt sein. Beispielsweise können die rauchbaren Pflanzen-Materialien verschiedene Kräuter-Rauch-Materialien einschließen. Wollkraut (gemeine Königskerze) und Beifuß sind allgemein bevorzugte Basis-Materialien in Mischungen von pflanzlichen Rauch-Materialien. Einig andere, gemeinhin bevorzugte Pflanzen-Materialien, die auch rauchbare Materialien sind, schließen ein: Weidenborke, Hartriegel-Borke, Pipsissewa (Pyrola umbellata), Pyrola, Kinnikinnik, Manzanita, Madrone-Blätter, Brombeere, Himbeere, Loganbeere, Thimblebeere und Salmonbeere.
  • Umhüllungs-Material
  • Verschiedene Umhüllungs-Materialien, die die Füllmenge von rauchbarem Material umgeben, können bevorzugt sein. Beispiele geeigneter Umhüllungs-Materialien schließen Zigaretten-Papier-Umhüllungen ein, wie sie von der Firma Schweizer-Mauduit International in Alpharetta, Georgia, erhältlich sind. Zigaretten-Papier umhüllt die Stange aus Tabak in einer Zigarette und kann hergestellt sein aus Flachs, Holz oder einer Kombination von Fasern. Bestimmte Eigenschaften wie beispielsweise Basis-Gewicht, Porosität, Opazität, Zugfestigkeit, Textur, Asche-Aussehen, Geschmack, Helligkeit, gutes Glühen und Fehlen von Staub werden ausgewählt, um so eine optimale Leistung im fertigen Produkt zu erzielen und darüber hinaus auch Lauf-Eigenschafts-Standards der bei hoher Geschwindigkeit ablaufenden Produktions-Prozesse zu erfüllen, wie sie von Zigaretten-Herstellern bevorzugt werden.
  • Ein poröseres Papier ist eines, das erlaubt, dass Luft leicht in eine Zigarette eintritt. Porosität wird gemessen in Coresta-Einheiten und kann so gesteuert werden, dass dies den Anteil und die Richtung des Luftstroms durch die Zigarette bestimmt. Je höher die Zahl der Coresta-Einheiten ist, desto poröser ist das Papier. Teer- und Nikotin-Ausbeuten werden allgemein gesteuert, ohne den Geschmack der Zigarette durch die Wahl des Papiers zu verändern. Die Verwendung von hochgradig porösen Papieren kann dazu beitragen, niedrigere Teer-Werte in einer Zigarette zu schaffen. Höhere Papier-Porosität erhöht die Verbrennbarkeit einer Zigarette dadurch, dass dem Prozess mehr Luft zugeführt wird, was die Hitze und die Brenn-Rate erhöht. Eine höhere Brenn-Rate kann die Zahl von Zügen erniedrigen, die ein Raucher pro Zigarette nimmt. Papiere mit Porositäten bis hinauf zu 200 Coresta-Einheiten oder höher sind allgemein bevorzugt, jedoch machen verschiedene Arten von Zigaretten Gebrauch von Papieren unterschiedlicher bevorzugter Porositäten. Beispielsweise machen Zigaretten mit American-Blend-Tabaken typischerweise Gebrauch von Papieren mit 40 bis 50 Coresta-Einheiten. Zigaretten mit gerauchtem Tabak, die langsamer brennen, können allgemein Gebrauch von Papieren mit höheren Porositäten, die im Bereich von Papieren mit einer Porosität von 60 bis 80 Coresta-Einheiten liegen, machen. Höhere Porositäten können erhalten werden durch elektronisches Perforieren (EP) des Papiers.
  • Zigaretten-Papiere sind erhältlich, die aus verschiedenen Basis-Fasern hergestellt sind. Flachs und Holz sind allgemein bevorzugte Basis-Fasern. Zusätzlich zu Papieren aus 100% Flachs und 100% Holz sind auch Papiere erhältlich, in denen Flachs- und Holz-Fasern in verschiedenen Verhältnissen gemischt sind. Papiere auf Holz-Basis sind in weitem Maße bevorzugt aufgrund ihrer niedrigen Kosten, jedoch bevorzugen bestimmte Verbraucher den Geschmack von Papieren auf Flachs-Basis.
  • Geeignete Zigaretten-Papiere können erhalten werden von der Firma RFS (US), Inc., einer Tochtergesellschaft der im Privateigentum stehenden Firma PURICO (IOM) Ltd. aus dem Vereinigten Königreich, die der derzeitiger Besitzer der Ecusta-Mühle der Firma P. H. Glatfelter Company ist, die Tabak-Papiere herstellt. In bevorzugten Ausführungsformen ist ein Papier mit einer Porosität von etwa 26 Coresta EP bis 90 Coresta EP bevorzugt. Geeignete Papiere schließen Papiere mit der Nummer 409 mit einer Porosität von 26 Coresta-Einheiten und einem Citrat-Gehalt von 0,85% und Papiere mit der Nummer 00917 mit einer Porosität von 26 Coresta EP ein. Jedoch kann es in bestimmten Ausführungsformen bevorzugt sein, ein Papier zu verwenden, das eine gerin gere Luft-Durchlässigkeit aufweist, beispielsweise ein Papier, das nicht einem Vorgang der elektronischen Perforation unterzogen wurde und das eine niedrige inhärente Porosität aufweist, beispielsweise weniger als 26 Coresta-Einheiten.
  • In bevorzugten Ausführungsformen ist das Zigaretten-Papier geeignet für eine Verwendung in „sich selbst auslöschenden" Zigaretten. Beispiele von Zigaretten-Papieren, die zur Verwendung in sich selbst auslöschenden Zigaretten geeignet sind, schließen beispielsweise Papiere ein, die mit einem Citrat- oder Phosphat-haltigen Feuer-hemmenden Mittel gesättigt sind oder ein oder mehrere Feuer-hemmende Bänder entlang der Länge des Papiers einschließen. Solche Papiere können auch dickere Papiere mit reduzierter Entflammbarkeit einschließen.
  • Umhüllungs-Materialien, die in dem US-Patent Nr. 5,220,930 (Gentry) beschrieben sind, können in bestimmten Ausführungsformen bevorzugt sein. Mehr als eine Schicht aus umgebendem Umhüllungs-Material kann verwendet werden, sofern dies erforderlich ist; siehe beispielsweise US-Patent Nr. 5,261,425 (Raker et al.). Andere Umhüllungs-Materialien schließen Stopfen-Umhüllungs-Papier und Tipping-Papier ein. Stopfen-Umhüllungs-Papier umschließt die Außenschicht der Zigaretten-Filter und hält das Filter-Material in zylindrischer Form. Hochgradig poröse Stopfen-Umhüllungs-Papiere sind bevorzugt bei der Herstellung von Zigaretten mit ventiliertem Filter.
  • Tipping-Papier vereinigt das Filter-Element mit dem Tabak-Strang. Tipping-Papiere werden typischerweise hergestellt in weißer oder gelb-brauner Farbe oder in einem Kork-Muster und sind sowohl bedruckbar als auch bei hohen Geschwindigkeiten verklebbar. Solche Tipping-Papiere werden verwendet zur Herstellung von Zigaretten, die hinsichtlich ihres Aussehens charakteristisch bzw. unterscheidungskräftig sind, sowie zur Verschleierung der Verwendung von Aktivkohle im Filter-Element. Vorperforierte Tipping-Papiere werden allgemein in Zigaretten mit ventilierten Filtern verwendet.
  • Im Fall von Zigarren wird oft ein rekonstituiertes Tabak-Hüllblatt um die Außenseite der maschinell hergestellten Zigarren gewickelt, um ein einheitliches End-Aussehen zu schaffen. Das Umhüllungs-Material kann gedruckte Fasern einschließen, um dem Material das Aussehen eines natürlichen Tabak-Blatts zu geben. Solches Umhüllungs-Material wird hergestellt unter Verwendung von Tabak-Blatt-Nebenprodukten. Rekonstituiertes Tabak-Bindemittel hält das „Bündel" oder die Tabak-Blätter während der Herstellung von durch Maschinen hergestellten Zigarren in zylindrischer Form. Regkonstituiertes Tabak-Bindemittel wird auch unter Verwendung von Tabak-Blatt-Nebenprodukten hergestellt.
  • Eine extrem kleine Menge eines Seitennaht-Klebers ist bevorzugt, um die Enden der Zigaretten-Papier-Umhüllung um den Tabak-Strang (und ein Filter-Element, sofern ein solches zugegen ist) zu befestigen. Irgendein geeigneter Kleber kann verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Seitennaht-Kleber eine Emulsion aus einem Ethylen-Vinylacetat-Copolymer in Wasser.
  • Die Zigaretten-Umhüllung kann extrem kleine Mengen von Tinten einschließen, die Öle, Lacke, Pigmente, Farbstoffe und Verarbeitungs-Hilfsmittel sowie Lösungsmittel und Oxidations-Inhibitoren enthalten. Tinten-Komponenten können solche Materialien wie Leinsamen-Lack, Leinsamen-Öl-Polymere, weiße Mineralöle, Tone, Siliciumoxide, natürliche und synthetische Pigmente und dergleichen einschließen, wie sie in diesem technischen Bereich bekannt sind.
  • Rauch-Gegenstände
  • Die Rauch-Gegenstände der bevorzugten Ausführungsformen können verschiedene Formen aufweisen. Bevorzugte Rauch-Gegenstände können typischerweise stabförmig sein und schließen beispielsweise Zigaretten und Zigarren ein. Darüber hinaus kann der Rauch-Gegenstand Tabak für eine Pfeife sein. Beispielsweise kann der Rauch-Gegenstand die Form einer Zigarette mit einem rauchbaren Material (beispielsweise Tabak-Schnitt-Füllung) haben, das in ein umgebendes Papier-Umhüllungs-Material gehüllt ist. Beispielhafte Zigaretten sind beschrieben in dem US-Patent Nr. 4,561,454 (Guess). In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rauch-Gegenstand eine Zigarette mit einem rauchbaren Tabak-Füll-Material oder Tabak-Stab.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Zigarette bereitgestellt, die relativ niedrige Werte an „Teer" pro Zug im Mittel abgibt, wenn sie unter FTC-Rauch-Bedingungen geraucht wird (beispielsweise eine Zigarette mit „ultra-niedrigem Teer-Gehalt").
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Zigarette bereitgestellt, die ein rauchbares Tabak-Füllstoff-Material oder einen Tabak-Stab mit relativ niedrigem oder vernachlässigbarem Nikotin-Gehalt und ein Filter-Element aufweist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Zigarette bereitgestellt, die ein rauchbares Tabak-Füllstoff-Material oder einen Tabak-Stab mit einem relativ niedrigen Gehalt an TSNAs und ein Filter-Element aufweist.
  • Die Menge an rauchbarem Material innerhalb des Tabak-Stabs oder Tabak-Strangs kann schwanken und kann gewählt werden nach Wunsch. Packungs-Dichten für Tabak-Stäbe von Zigaretten liegen typischerweise zwischen etwa 150 und etwa 300 mg/cm3 und vorzugsweise zwischen etwa 200 und etwa 280 mg/cm3, jedoch können höhere oder niedrigere Mengen für bestimmte Ausführungsformen bevorzugt sein.
  • Typischerweise umgibt ein Tipping-Material das Filter-Element und einen benachbarten Bereich des rauchbaren Stabs bzw. Strangs, so dass sich das Tipping-Material etwa 3 mm bis etwa 6 mm entlang der Länge des rauchbaren Stabs erstreckt. Typischerweise ist das Tipping-Material ein herkömmliches Papier-Tipping-Material. Verschiedene Tipping-Materialien mit verschiedenen Porositäten können bevorzugt sein. Beispielsweise kann das Tipping-Material im wesentlichen luftundurchlässig sein, luftdurchlässig sein oder kann behandelt werden (beispielsweise durch mechanische oder andere Perforations-Verfahren) so dass es einen Bereich von Perforationen, Öffnung oder Lüftungsöffnungen aufweist, wodurch ein Mittel bereitgestellt wird, um eine Luft- Verdünnung für die Zigarette bereitzustellen. Die Gesamt-Oberfläche der Perforationen und die Positionierung der Perforationen entlang dem Umfang der Zigarette kann variiert werden, um die charakteristischen Leistungs-Eigenschaften der Zigarette zu steuern.
  • Der Hauptstrom-Zigarettenrauch kann mit Luft von der Atmosphäre über die natürliche Porosität der Zigaretten-Umhüllung und/oder des Tipping-Materials verdünnt werden, oder über Perforationen, Öffnungen oder Lüftungsöffnungen in der Zigaretten-Umhüllung und/oder in dem Tipping-Material. Luftverdünnungs-Einrichtungen können entlang der Länge der Zigarette angeordnet sein, typischerweise an einem Punkt entlang dem Filter-Element, der in einer maximalen Entfernung vom Mund-Ende des Filters ist. Die Maximal-Entfernung wird diktiert durch Faktoren wie beispielsweise Herstellungs-Beschränkungen, die mit dem Typ des verwendeten Tipping-Materials und der Zigaretten-Herstellungs-Vorrichtung und dem entsprechenden Verfahren in Verbindung stehen. Beispielsweise kann für ein Filter-Element mit einer Länge von 27 mm die Maximal-Entfernung zwischen etwa 23 mm und etwa 26 mm vom extremen Mund-Ende des Filter-Elements sein. In einem bevorzugten Aspekt ist die Luft-Verdünnungs-Einrichtung in Richtung auf das extreme Mund-Ende der Zigarette relativ zu dem den Rauch verändernden Filter-Segment angeordnet. Beispielsweise kann für ein Filter-Element mit einer Länge von 27 mm einschließlich eines den Rauch verändernden Filter-Segments von 12 mm und einem Mund-End-Segment von 15 mm ein Ring von Luft-Verdünnungs-Perforationen entweder 13 mm oder 15 mm von dem extremen Mund-Ende des Filter-Elements entfernt angeordnet sein.
  • Der Ausdruck „Luft-Verdünnung", wie er in der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen verwendet wird, ist das Verhältnis (allgemein als Prozentwert ausgedrückt) von Volumen an Luft, das durch die Luft-Verdünnungs-Einrichtung bezogen wird, zu dem Gesamtvolumen Luft und Rauch, das durch die Zigarette gezogen wird und am äußersten Mund-End-Abschnitt der Zigarette austritt. Für Luft-verdünnte oder mit einer Ventilations-Einrichtung versehene Zigaretten kann die Menge an Luft-Verdünnung schwanken. Allgemein ist die Menge an Luft-Verdünnung für eine Luft-verdünnte Zigarette größer als etwa 10%, typischerweise größer als etwa 20% und oft größer als etwa 30%. Typischerweise kann bei Zigaretten mit relativ kleinem Umfang (beispielsweise etwa 21 mm oder weniger) die Luft-Verdünnung etwas geringer sein als bei Zigaretten mit größerem Umfang. Die Obergrenze der Luft-Verdünnung für eine Zigarette ist typischerweise weniger als etwa 85% und noch häufiger weniger als etwa 75%. Bestimmte relativ Hoch-Luft-verdünnte Zigaretten haben Luft-Verdünnungs-Mengen von etwa 50 bis etwa 75%, oft etwa 55 bis etwa 70%.
  • Zigaretten bestimmter Ausführungsformen können weniger als etwa 0,9, oft weniger als etwa 0,5 und üblicherweise zwischen etwa 0,05 und etwa 0,3 FTC „Teer" pro Zug im Mittel ergeben, wenn sie unter FTC-Rauch-Bedingungen geraucht werden (FTC-Rauch-Bedingungen schließen ein Volumen von 35 ml umfassende Züge von 2 Sekunden Dauer ein, getrennt von etwa 58 s des Glimmens). Zigaretten mit „ultra-niedrigem Teer-Gehalt" sind solche Zigaretten, die weniger als etwa 7 mg FTC „Teer" pro Zigarette ergeben. Typischerweise ergeben solche Zigaretten weniger als etwa 9 Züge, und oft etwa 6 bis etwa 8 Züge, wenn sie unter FTC-Rauch-Bedingungen geraucht werden. Zwar sind Zigaretten mit „ultra-niedrigem Teer-Gehalt" allgemein bevorzugt, jedoch kommen in bestimmten Ausführungsformen Zigaretten in Betracht, die weniger als etwa 0,05 oder mehr als etwa 0,9 FTC „Teer" pro Zug ergeben.
  • In bestimmten Ausführungsformen werden Zigaretten bereitgestellt, die eine niedrige oder vernachlässigbare Menge an Nikotin ergeben. Solche Zigaretten ergeben allgemein weniger als etwa 0,1, oft weniger als etwa 0,05, häufig weniger als etwa 0,01 und sogar weniger als etwa 0,005 FTC Nikotin pro Zug im Mittel, wenn sie unter FTC-Rauch-Bedingungen geraucht werden. In anderen Ausführungsformen kann eine Zigarette erwünscht sein, die höhere Werte an Nikotin liefert. Zigaretten können etwa 0,1, 0,2, 0,3 oder mehr FTC Nikotin pro Zug im Mittel liefern, wenn sie unter FTC-Rauch-Bedingungen geraucht werden.
  • Zigaretten, die eine niedrige oder vernachlässigbare Menge an Nikotin ergeben, können zwischen etwa 1 mg und etwa 20 mg und häufig etwa 2 mg bis etwa 15 mg FTC „Teer" pro Zigarette ergeben und können relativ hohe Verhältnisse FTC „Teer" zu FTC Nikotin aufweisen, beispielsweise zwischen etwa 20 und etwa 150.
  • Zigaretten der bevorzugten Ausführungsformen können einen wünschenswert hohen Widerstand gegen Zug zeigen, beispielsweise einen Druckabfall von zwischen etwa 50 und etwa 200 mm Wasserdruck bei 17,5 cc/s Luftstrom. Typischerweise werden Werte des Druckabfalls bei Zigaretten gemessen unter Verwendung von Instrumenten, die erhältlich sind von der Firma Cerulean (früher Firma Filtrona Instruments and Automation) aus Milton Keynes, Vereinigtes Königreich. Zigaretten bevorzugter Ausführungsformen zeigen vorzugsweise Werte eines Widerstands gegen das Ziehen von etwa 70 bis etwa 180, noch mehr bevorzugt etwa 80 bis 150 mm Wasserdruck-Abfall bei 17,5 cc/s Luftstrom.
  • Zigaretten bevorzugter Ausführungsformen können ein den Rauch veränderndes Filter-Segment einschließen. Das den Rauch verändernde Filter-Segment kann den Gehalt an einer oder mehreren unerwünschten Komponenten im Rauch reduzieren und/oder kann einen verstärkten Tabak-Rauch-Geschmack, einen reicheren Rauch-Charakter, ein verbessertes Gefühl im Mund und eine erhöhte Zufriedenheit beim Rauchen liefern, sowie auch eine Verbesserung der wahrgenommenen charakteristischen Zug-Eigenschaften der Zigarette.
  • Katalysator-System zum Reduzieren von Karzinogenen im Rauch
  • In einer bevorzugten Ausführungsform schließen Rauch-Gegenstände, die Oxalsäuremono-(–)menthylester oder sein(e) Salz(e) einschließen, auch ein Katalysator-System ein, das katalytische Metall- und/oder Kohlenstoff-Teilchen und eine Nitrat oder Nitrit-Quelle einschließt. Das Katalysator-System ist in das rauchbare Material so eingearbeitet, dass es die Konzentration an bestimmten unerwünschten Komponenten im resultierenden Rauch verringert. In Ausführungsformen, in denen die Teilchen Metall-Teilchen sind, werden die Teilchen vorzugsweise hergestellt durch Erwärmen einer wässrigen Lösung einer Metall-Ionen-Quelle und eines Reduktionsmittels, vorzugsweise eines reduzierenden Zuckers oder einer Metall-Ionen-Quelle mit Hydroxid. Vorzugsweise werden die Metall-Teilchen in Lösung gebildet, wird die Nitrat- oder Nitrit-Quelle der Lösung zugesetzt und wird die Lösung auf das rauchbare Material aufgebracht. Jedoch kommen auch Ausführungsformen in Betracht, in denen die Teilchen und die Nitrat- oder Nitrit-Quelle getrennt dem rauchbaren Material zugesetzt werden. Das Katalysator-System und Rauch-Gegenstände, die ein solches System einschließen, sind im einzelnen beschrieben in der parallel anhängigen US-Patentanmeldung Nr. US 2003 000,538 , eingereicht am 9. November 2001, Titel: „Method and Product for removing carcinogens from tobacco smoke (Verfahren und Produkt zum Entfernen von Karzinogenen aus Tabak-Rauch)".
  • Metall-Teilchen
  • In bevorzugten Ausführungsformen werden Teilchen einer katalytischen metallischen Substanz auf die rauchbaren Materialien aufgebracht. Der Ausdruck „metallisch", wie er in der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen verwendet wird, ist ein breiter Ausdruck und wird in seinem üblichen Sinn verwendet, der einschließt (ohne dies jedoch darauf zu beschränken) reine Metalle, Mischungen aus zwei oder mehr Metallen, Mischungen aus Metallen und Nicht-Metallen, Metalloxide, Metall-Legierungen, Mischungen oder Kombinationen irgendeines der vorgenannten Materialien und andere Substanzen, die wenigstens ein Metall enthalten. Geeignete katalytische Metalle schließen die Übergangsmetalle, Metalle in der Hauptgruppe und ihre Oxide ein. Viele Metalle sind in diesem Prozess wirksam, jedoch bevorzugte Metalle schließen beispielsweise Pd, Pt, Rh, Ag, Au, Ni Co und Cu ein.
  • Viele Übergangsmetalloxide und Hauptgruppen Metalloxide sind wirksam, jedoch schließen bevorzugte Metalloxide beispielsweise AgO, ZnO und Fe2O3 ein. Zinkoxid und Eisenoxid sind besonders bevorzugt, basierend auf ihren physikalischen Eigenschaften, den Kosten und dem Karzinogenverhalten des Oxids. Ein einziges Metall oder Metalloxid kann bevorzugt sein, oder eine Kombination aus zwei oder mehr Metallen oder Metalloxiden kann bevorzugt sein. Die Kombination kann eine Mischung von Teilchen einschließen, von denen jedes eine unterschiedliche Metall- oder Metalloxid-Zusammensetzung aufweist. Alternativ dazu können die Teilchen selbst mehr als ein Metall oder Metalloxid enthalten. Geeignete Teilchen können Legierungen von zwei oder mehr unterschiedlichen Arten von Metallen oder Mischungen von Legierungen von Metallen und Nicht-Metallen einschließen. Geeignete Teilchen können auch Teilchen einschließen, die einen Metall-Kern mit einer Schicht des entsprechenden Metalloxids, das die Oberfläche des Teilchens ausmacht, aufweisen. Die Metall-Teilchen können auch Metall- oder Metalloxid-Teilchen auf einem geeigneten Träger-Material einschließen, beispielsweise einem Siliciumoxid- oder Aluminiumoxid-Träger. Alternativ können die Metall-Teilchen Teilchen einschließen, die einen Kern aus einem Träger-Material einschließen, das im wesentlichen umfasst, ist von einer Schicht katalytisch aktiven Metalls oder Metalloxids. Zusätzlich zu den oben genannten Konfigurationen können die Metall-Teilchen in jeder anderen geeigneten Form vorliegen, mit der Maßgabe, dass die Metall-Teilchen die bevorzugte mittlere Teilchengröße aufweisen.
  • Die Teilchen können hergestellt werden nach irgendeinem geeigneten Verfahren, wie es in diesem technischen Bereich bekannt ist. Bei der Herstellung von Metall-Teilchen schließen geeignete Verfahrensweisen ein, sind jedoch nicht beschränkt auf Draht-Elektrizitäts-Explosion, Hochenergie-, Kugelmahlen, Plasma-Verfahren, Verdampfungs- und Kondensations-Verfahren und dergleichen. Jedoch werden in bevorzugten Ausführungsformen die Teilchen hergestellt über eine Reduktion von Metall-Ionen in wässriger Lösung, wie dies nachfolgend beschrieben wird.
  • Zwar ist irgendein geeignetes Metall-Teilchen, Metalloxid-Teilchen oder Kohlenstoff-haltiges Teilchen (wie nachfolgend beschrieben) bevorzugt, jedoch ist es besonders bevorzugt, ein Metall-Teilchen, Metalloxid-Teilchen oder Kohlenstoff-haltiges Teilchen zu verwenden, das einen relativ niedrigen Wert des Transfers zu Zigaretten-Kondensat und anderem Rauch-Kondensat aufweist, der bei Verbrennung des rauchbaren Materials produziert wird. Beispielsweise hat Palladium einen niedrigeren Transfer-Wert als Silber. Auch neigen Metalloxide dazu, einen relativ niedrigen Transfer-Wert aufzuweisen. Jedoch kann es in bestimmten Ausführungsformen bevorzugt sein, ein Metall-Teilchen, Metalloxid-Teilchen oder Kohlenstoff-haltiges Teilchen zu verwenden, das einen relativ hohen Transfer-Wert zu Rauch-Kondensat aufweist. Beim Bereitstellen einer Verbindung, die wirksam die Zersetzung von Nitrat-Salzen katalysiert, ist es auch allgemein bevorzugt, dass das Metall-Teilchen, Metalloxid-Teilchen oder Kohlenstoff-haltige Teilchen eine relativ niedrige spezifische Wärme aufweist.
  • Kohlenstoff-haltige Teilchen
  • In bestimmten Ausführungsformen werden Teilchen aus einer katalytischen, Kohlenstoff-haltigen Substanz auf die rauchbaren Materialien aufgebracht. Der Begriff „Kohlenstoff-haltig", wie er in der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen verwendet wird, ist ein breiter Begriff und wird in seinem üblichen Sinn verwendet, der (ohne Beschränkung) einschließt: Graphit-artigen Kohlenstoff, Fullerene, dotierte Fullerene, Kohlenstoff-Nanoröhrchen, dotierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen, andere geeignete Kohlenstoff-enthaltende Substanzen und Mischungen oder Kombinationen irgendwelcher der vorgenannten Substanzen.
  • Die Kohlenstoff-haltigen Teilchen können hergestellt werden nach irgendeinem geeigneten Verfahren, wie es in diesem technischen Bereich bekannt ist. Wenn man Graphit-artige Teilchen herstellt, können geeignete Verfahrensweisen einschließen, sind jedoch nicht beschränkt auf Mahl-Verfahren und dergleichen.
  • Fullerene schließen ein, sind jedoch nicht beschränkt auf Buckminster-Fulleren (C60) sowie C70- und höhere Fullerene. Die Struktur von Fullerenen und Kohlenstoff-Nanoröhren kann es erlauben, dass sie mit anderen Atomen dotiert sind, beispielsweise Metallen wie beispielsweise Alkalimetallen, einschließlich Kalium, Rubidium und Caesium. Diese anderen Atome können in den Kohlenstoff-Käfig oder das Kohlenstoff-Nanoröhrchen eingeschlossen sein, wie es für bestimmte Atome beobachtet wird, wenn sie in endohedrales Fulleren eingeschlossen sind. Atome können auch in eine Kristall-Struktur eingeschlossen werden, z. B. die bct-Struktur von A4C60 (worin A = K, Rb, Cs ist und C = Buckminster-Fulleren ist), oder die bcc-Struktur von A6C60 (worin A = K, Rb, Cs ist und C = Buckminster-Fulleren ist). Fullerene können auch dimerisiert oder polymerisiert sein. Bestimmte Fullerene wie beispielsweise C70-Fullerene sind bekannte Radikal-Fallen, und als solche können sie geeignet sein zur Verwendung in einem Katalysator-System ohne Gegenwart von Nitrat oder anderen Radikal-Fallen-Erzeugern.
  • Fullerene werden vorzugsweise hergestellt durch Kondensieren von gasförmigem Kohlenstoff in einem Inertgas. Der gasförmige Kohlenstoff wird erhalten beispielsweise durch Richten eines intensiven Pulses von Laser-Strahlung auf eine Graphit-Oberfläche. Die freigesetzten Kohlenstoff-Atome werden mit einem Strom von Helium-Gas gemischt, wodurch sie sich unter Bildung von Clustern von Kohlenstoff-Atomen kombinieren. Die Gas-enthaltenden Cluster werden dann in eine Vakuum-Kammer geleitet, wo sie sich ausdehnen und auf eine Temperatur von einigen wenigen Graden über dem absoluten Nullpunkt abgekühlt werden. Die Cluster werden dann extrahiert. Andere geeignete Verfahrensweisen zum Herstellen von Fullerenen sind in diesem technischen Gebiet bekannt und können ebenfalls verwendet werden.
  • Kohlenstoff-Nanoröhrchen können hergestellt werden durch Entladung im elektrischen Lichtbogen zwischen zwei Graphit-Elektroden. Bei dem Entlade-Verfahren im elektrischen Lichtbogen verdampft Material von einer Elektrode und schlägt sich auf der anderen in Form von Nano-Partikeln und Nano-Röhrchen nieder. Eine Reinigung wird erreicht durch kompetitive Oxidation entweder in der Gas- oder in der Flüssig-Phase. Kohlenstoff-Nanoröhrchen können auch katalytisch gezüchtet werden. In katalytischen Verfahrensweisen züchtet man Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthaltende Filamente auf Metall-Oberflächen, die einem Kohlenwasserstoff-Gas bei Temperaturen typischerweise zwischen 500 und 1.100°C ausgesetzt werden. Andere Verfahrensweisen zum Bilden von Kohlenstoff-Nanoröhrchen schließen Laser-Verdampfungs-Verfahren ähnlich denen ein, wie sie zur Bildung von Fullerenen verwendet werden. Jedoch kann jedes beliebige geeignete Verfahren zum Bilden von Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet werden.
  • Teilchengröße
  • Die Teilchen von bevorzugten Ausführungsformen haben vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße von mehr als etwa 0,5 Mikron (0,5 μm), noch mehr bevorzugt größer als etwa 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9 oder 2 μm. Die bevorzugte Größe kann abhängig sein von der metallischen oder Kohlenstoff-haltigen Substanz. Teilchengrößen können so groß sein wie 150 μm oder mehr, noch mehr bevorzugt von 150, 140, 130, 120, 110, 100, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, 19, 18, 17, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3 μm oder weniger (als Durchmesser gerechnet). In anderen Ausführungsformen kann eine bevorzugte Teilchengröße sein weniger als oder gleich etwa 0,5 μm (500 nm) oder 400, 300, 200, 100, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20. 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 nm oder weniger. In bevorzugten Ausführungsformen sind die Teilchen von im wesentlichen einheitlicher Größen-Verteilung; mit anderen Worten: Die Mehrheit der Metall-Teilchen, die zugegen sind, haben einen Durchmesser, der allgemein innerhalb eines Bereichs von etwa ±50% oder weniger des mittleren Durchmessers liegt, vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von etwa ±45%, 40%, 35%, 30% oder weniger des mittleren Durchmessers, noch mehr bevorzugt innerhalb eines Bereichs von ±25% oder weniger des mittleren Durchmessers und am meisten bevorzugt innerhalb eines Bereichs von ±20% oder weniger des mittleren Durchmessers. Der Begriff „Mittel" schließt sowohl das arithmetische Mittel als auch das gewichtete Mittel ein.
  • Zwar kann eine einheitliche Größen-Verteilung allgemein bevorzugt sein; jedoch können einzelne Teilchen, die Durchmesser oberhalb oder unterhalb des bevorzugten Bereichs aufweisen, zugegen sein und können sogar die Hauptmenge der vorhandenen Teilchen ausmachen, mit der Maßgabe, dass eine wesentliche Menge von Teilchen, die Durchmesser im bevorzugten Bereich haben, zugegen sind. In anderen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, dass die Teilchen eine Mischung aus zwei oder mehr Teilchengröße-Verteilungen darstellen, beispielsweise eine Teilmenge der Mischung kann eine Verteilung von Teilchen im Nanometer-Größenbereich sein, und eine Teilmenge der Mischung kann eine Verteilung von Teilchen im Mikrometer- Größenbereich einschließen. Die Teilchen bevorzugter Ausführungsformen können verschiedene Formen aufweisen. Beispielsweise kann ein Teilchen ein einzelnes, integriertes Teilchen darstellen, das nicht an anderen Teilchen haftet oder physikalisch oder chemisch mit anderen Teilchen verbunden ist. Alternativ dazu kann ein Teilchen zwei oder mehr agglomerierte oder in Cluster-Form vorliegende kleinere Teilchen ausmachen, die zusammengehalten werden durch physikalische oder chemische Anziehungskräfte oder Bindungen unter Bildung eines einzigen größeren Teilchens. Die Teilchen können verschiedene Strukturen auf Atom-Ebene aufweisen, was einschließt, nicht jedoch beschränkt ist beispielsweise auf kristalline Strukturen, amorphe Strukturen und Kombinationen daraus. In verschiedenen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, verschiedene Kombinationen von Teilchen einzuschließen, die verschiedene Eigenschaften haben, einschließlich (nicht jedoch beschränkt auf) Teilchengröße, Teilchenform oder Teilchenstruktur, chemische Zusammensetzung, Kristallinität und dergleichen.
  • Nitrat- oder Nitrit-Quelle
  • Jede beliebige geeignete Quelle von Nitrat oder Nitrit kann bevorzugt sein. Bevorzugte Nitrat- oder Nitrit-Quellen schließen die Nitrat- oder Nitrit-Salze von Metallen ein, die gewählt sind aus den Gruppen Ia, Ib, IIa, IIb, IIIa, IIIb, IVa, IVb, Va, Vb und der Übergangsmetalle des Periodensystems der Elemente.
  • In bevorzugten Ausführungsformen schließen die Nitrat- oder Nitrit-Quelle ein Nitrat ein von Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Caesuim, Magnesium, Calcium, Strontium, Yttrium, Lanthan, Cer, Neodym, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Erbium, Scandium, Mangan, Eisen, Rhodium, Palladium, Kupfer, Zink, Aluminium, Gallium, Zinn, Bismuth, Hydrate davon und Mischungen daraus. Vorzugsweise kann das Nitrat-Salz sein ein Alkalimetallnitrat oder Erdalkalimetallnitrat. Noch mehr bevorzugt kann die Nitrat- oder Nitrit-Quelle gewählt sein aus der Gruppe von Calcium-, Magnesium- und Zink-Nitrat, wobei Magnesiumnitrat das am meisten bevorzugte Salz ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann Mg(NO3)2·6H2O als Nitrat-Quelle bevorzugt sein. Zwar sind Nitrat- und Nitrit-Salze allgemein bevorzugt, jedoch kann jedes beliebige geeignete Metall-Salz oder jede beliebige geeignete metallorganische Verbindung oder jede beliebige andere Verbindung, die in der Lage ist, Stickstoffoxid freizusetzen, bevorzugt sein.
  • Zwar ist es nicht erwünscht, dass man auf irgendeinen besonderen Mechanismus beschränkt ist; es wird jedoch angenommen, dass die Nitrat- oder Nitrit-Quelle Stickstoffoxid-Radikale bildet und dass dieser Reaktions-Prozess durch die metallischen oder Kohlenstoff-haltigen Teilchen in der Verbrennungszone von Tabak katalysiert wird. Die Stickstoffoxid-Radikale dienen – so wird angenommen – als Falle für andere organische Radikale, die für die Bildung von PAHs und anderen karzinogenen Verbindungen verantwortlich sind.
  • Die Temperatur, bei der eine spezielle Nitrat- oder Nitrit-Quelle unter Bildung von Stickstoffoxid zerfällt, kann schwanken. Da ein Temperatur-Gradient im Bereich der Verbrennungszone eines Tabak-Strangs existiert, kann die Wahl und Konzentration der Nitrat- oder Nitrit-Quelle so gewählt werden, dass dies eine optimale Produktion von Stickstoffoxid während der Verbrennung liefert. Bestimmte Nitrate und Nitrite allein, insbesondere diejenigen der Metalle der Gruppe Ia, fungieren als wirksame Verbrennungs-Promotoren und beschleunigen die Verbrennungsrate des rauchbaren Materials und senken die Gesamtausbeute an Rauch, senken jedoch nicht notwendigerweise die Quantität an PAHs innerhalb des Rauchs. Die Stickstoffoxid-Ausbeute solcher Nitrate kann auch relativ niedrig sein.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann es bevorzugt sein, dass die Metall-Ionen-Quelle und die Nitrat- oder Nitrit-Quelle dieselbe Verbindung darstellen, beispielsweise Palladium(II)-Nitrat.
  • Katalysator-Herstellung
  • In bevorzugten Ausführungsformen können metallische Teilchen aus einer wässrigen Lösung hergestellt werden. Beispielsweise können Metall-Teilchen hergestellt werden aus einer Ionen-Quelle, die eine oder mehrere Quellen für Metall-Ionen und einen oder mehrere reduzierende Zucker enthält. Geeignete Metall-Ionen-Quellen schließen jede beliebige ionische oder metallorganische Verbindung ein, die in wässriger Lösung löslich ist und in der Lage ist, Metall-Ionen zu ergeben, die zu Teilchen eines katalytischen Metalls reduziert werden können oder zur Bildung eines Metalloxids verwendet werden können. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform schließt die Katalysator-Quelle ein Metall wie beispielsweise Palladium ein, und die Palladium-Ionen-Quelle schließt wasserlösliche Palladium-Salze ein. Veranschaulichende, nicht-beschränkende Beispiele von geeigneten Palladium-Salzen schließen einfache Salze wie beispielsweise Palladiumnitrat, Palladiumhalogenide wie beispielsweise Palladiumdi- oder -tetrachloriddiammin-Komplexe wie beispielsweise Dichlorodiamminpalladium(II) (Pd(NH3)2Cl2) sowie Palladatsalze, insbesondere Ammoniumsalze wie beispielsweise Ammoniumtetrachloropalladat-(II) und Ammoniumhexachloropalladat-(IV) ein.
  • Eine Form von Palladium, die besonders bevorzugt sein kann, ist Ammoniumtetrachloropalladat-(II), (NH4)2PdCl4. Ammoniumtetrachloropalladat ist allgemein gegenüber Ammoniumhexachloropalladat bevorzugt, da unter typischen Bedingungen zur Herstellung der Metall-Teilchen ein höherer Umwandlungsgrad Metall-Ionen zu Metall für Ammoniumtetrachloropalladat-(II) beobachtet werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine wässrige Lösung eines reduzierenden Mittels hergestellt, der die Metall-Ionen-Quelle zugesetzt wird. In bevorzugten Ausführungsformen kann das reduzierende Mittel ein reduzierender Zucker sein, jedoch können andere geeignete reduzierende Mittel bevorzugt sein. Obwohl jede beliebige Verbindung, die in der Lage ist, das Metall-Ion zu reduzieren, verwendet werden kann, ist aus praktischer Sicht das reduzierende Mittel vorzugsweise nicht-toxisch und bildet vorzugsweise keine toxische Nebenprodukte, wenn es während des Rauchens pyrolysiert wird. Darüber hinaus ist das reduzierende Mittel vorzugsweise wasserlöslich.
  • Bevorzugte reduzierende Mittel sind die reduzierenden Zucker. Geeignete reduzierende Mittel schließen organische Aldehyde, speziell Hydroxyl-Gruppen enthaltende Aldehyde wie beispielsweise die Zucker Glucose, Mannose, Galactose, Xylose, Ribose und Arabinose ein. Andere Zucker, die Hemiacetal oder Keto-Gruppen enthalten, können verwendet werden, beispielsweise Maltose, Sucrose, Lactose, Fructose und Sorbose. Reine Zucker können verwendet werden, jedoch können auch rohe Zucker und Sirupe wie beispielsweise Honig, Mais-Sirup, Invert-Sirup oder Invert-Zucker und dergleichen verwendet werden. Andere reduzierende Mittel schließen Alkohole ein, vorzugsweise mehrwertige Alkohole wie beispielsweise Glycerin, Sorbitol, Glycole, speziell Ethylenglycol und Propylenglycol und Polyglycole wie beispielsweise Polyethylen- und Polypropylenglycole. In alternativen Ausführungsformen können andere reduzierende Mittel verwendet werden, wie beispielsweise Kohlenstoffmonooxid, Wasserstoff oder Ethylen.
  • Die Lösung wird vorzugsweise erwärmt, bevor die Metall-Ionen-Quelle der Lösung zugesetzt wird, und wird danach bei erhöhter Temperatur gehalten, um die Zeit zur Umwandlung der Metall-Ionen in Metall-Teilchen zu verringern. In einer bevorzugten Ausführungsform können ein reduzierender Zucker wie beispielsweise Niederinvert-Zucker als reduzierendes Mittel bevorzugt sein. In bestimmten Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, einen Überschuss oder einen Mangel an reduzierendem Mittel zu haben, das in der Lösung zugegen ist. Allgemein ist es bevorzugt, eine wässrige Lösung herzustellen, die etwa 5 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% des reduzierenden Zuckers enthält, vorzugsweise etwa 6 Gew.-% bis etwa 16 oder 17 Gew.-%, noch mehr bevorzugt etwa 7, 8, 9, 10 oder 11 Gew.-% bis etwa 12, 13, 14 oder 15 Gew.-%. Wenn das reduzierende Mittel Invert-Zucker ist, ist es bevorzugt, eine 11 Gew.-%ige bis etwa 12 Gew.-%ige Lösung herzustellen. Die Menge an reduzierendem Mittel, das bevorzugt ist, kann in Abhängigkeit von dem Typ des bevorzugten reduzierenden Mittels und der Menge an Metall-Ionen-Quelle, die der Lösung zugesetzt werden soll, schwanken.
  • Es kann bevorzugt sein, die Lösung in einem eine innere Glas-Schicht aufweisenden Gefäß herzustellen, das mit einem Heizmantel ausgerüstet ist. In bestimmten Ausführungsformen kann es jedoch bevorzugt sein, die Lösung in einer anderen Art von Gefäß herzustellen, das aus einem anderen Typ von Material aufgebaut oder mit einer Schicht aus einem anderen Typ von Material versehen ist, beispielsweise Kunststoff, nicht-rostender Stahl, Keramik und dergleichen. Es ist allgemein bevorzugt, die Reaktion in einem geschlossenen Gefäß durchzuführen. In bestimmten Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, die Reaktion unter verringertem Druck oder bei erhöhtem Druck durchzuführen, oder alternativ dazu unter einer Inertgas-Atmosphäre wie beispielsweise Stickstoff oder Argon.
  • Bei der Herstellung der wässrigen Lösung des reduzierenden Zuckers ist es bevorzugt, entionisiertes, ultrafiltriertes Wasser zu verwenden. Zwar werden in bevorzugten Ausführungsformen die Metall-Teilchen aus einer wässrigen Lösung hergestellt; es kann jedoch in anderen Ausführungsformen wünschenswert sein, ein anderes geeignetes Lösungsmittel-System zu verwenden, beispielsweise ein polares Lösungsmittel wie beispielsweise Ethanol oder eine Mischung aus Ethanol und Wasser. Zusätzliche Komponenten können in der Lösung ebenfalls zugegen sein, mit der Maßgabe, dass sie nicht wesentlich nachteilig die katalytische Aktivität der Metall-Teilchen beeinträchtigen.
  • Nach Zusatz des reduzierenden Zuckers zu dem entionisierten, ultrafiltrierten Wasser wird die Lösung vorzugsweise unter konstantem Mischen unter Vermeidung von „Hot Spots" (überhitzten Bereichen) in der Lösung erwärmt. Obwohl es in bestimmten Ausführungsformen wünschenswert sein kann, die Teilchen aus einer bei Raumtemperatur gehaltenen Lösung herzustellen oder sogar aus einer Lösung, die unter Raumtemperatur gekühlt wurde, ist es allgemein bevorzugt, die Lösung so zu erwärmen, dass die Reaktion zwischen dem reduzierenden Zucker und der Metall-Ionen-Quelle beschleunigt wird, sobald sie einmal der Lösung zugesetzt wurde. Die Lösung kann auf irgendeine geeignete Temperatur erwärmt werden, jedoch werden vorzugsweise ein Sieden der Lösung und eine Zersetzung des reduzierenden Zuckers vermieden. In einer bevorzugten Aus führungsform, in der Nieder-Invertzucker der reduzierende Zucker ist, wird die Lösung typischerweise auf eine Temperatur von etwa 95°C oder mehr erwärmt, vorzugsweise auf eine Temperatur von oberhalb Raumtemperatur bis etwa 90°C, noch mehr bevorzugt von etwa 50°C, 55°C, 60°C oder 65°C bis etwa 85°C und am meisten bevorzugt von etwa 70°C oder 75°C bis etwa 80°C.
  • Die Metall-Ionen-Quelle wird der erwärmten wässrigen Lösung des reduzierenden Mittels zugesetzt, die gerührt wird, während die Metall-Ionen mit dem reduzierenden Zucker unter Herstellung von Metall-Teilchen reagieren. Es ist allgemein bevorzugt, eine ausreichende Menge an Metall-Ionen-Quelle zuzusetzen und so eine Lösung herzustellen, die von weniger als etwa 3.000 ppm bis mehr als etwa 5.000 ppm Metall enthält. Vorzugsweise wird ausreichend Metall-Ionen-Quelle zugesetzt und so eine Lösung hergestellt, die von etwa 3.250, 3.500 oder 3.750 ppm bis etwa 4.250, 4.500, 4.750 ppm Metall enthält, noch mehr bevorzugt von etwa 3.800, 3.850, 3.900 oder 3.950 ppm bis etwa 4.050, 4.100, 4.150 oder 4.200 ppm Metall und am meisten bevorzugt etwa 4.000 ppm Metall.
  • Die Reaktions-Zeit zur Umwandlung von Metall-Ionen zu Metall-Teilchen kann in Abhängigkeit von dem reduzierenden Mittel und der bevorzugten Metall-Ionen-Quelle schwanken, liegt jedoch allgemein im Bereich von etwa 30 min oder weniger bis etwa 24 h oder mehr, und liegt typischerweise im Bereich von etwa 1 bis 2 h bis etwa 3, 4 oder 5 h. In einer bevorzugten Ausführungsform, in der Ammoniumtetrachloropalladat die Metall-Ionen-Quelle ist, kann eine wesentliche Umwandlung von Palladium-Ionen in Palladium-Metall erreicht werden nach 3 h bei einer Lösung, die auf eine Temperatur von etwa 75°C erwärmt wurde. Obwohl in bestimmten Ausführungsformen eine niedrigere Umwandlung annehmbar sein kann, ist es jedoch allgemein wünschenswert, eine Umwandlung von Metall-Ionen zu Metall von wenigstens 50% zu erreichen, vorzugsweise von wenigstens 60%, noch mehr bevorzugt von wenigstens 70% und am meisten bevorzugt von wenigstens 75, 80, 85% oder mehr.
  • Die auf diese Weise hergestellten Metall-Teilchen haben allgemein Durchmesser von etwa 1 μm oder weniger. In bestimmten anderen Ausführungsformen können metallische Teilchen mit einzelnen Durchmessern und mittleren Durchmessern unter etwa 20 nm oder oberhalb von etwa 1 μm produziert werden. Die Größe der Metall-Teilchen kann bequemerweise bestimmt werden unter Verwendung herkömmlicher Verfahren wie beispielsweise Röntgenstrahl-Beugung oder anderen Verfahren zur Bestimmung des Teilchen-Durchmessers, beispielsweise Laser-Scattering.
  • Nachdem eine ausreichende Umwandlung von Metall-Ionen zu Metall oder Metalloxid erreicht wurde und die metallischen Teilchen gebildet wurden, wird die Nitrat- oder Nitrit-Quelle der Suspension zugesetzt. Irgendeine geeignete Verbindung, die Nitrat- oder Nitrit-Ionen in wässriger Lösung ergibt, kann bevorzugt sein. Vorzugsweise ist die Nitrat- oder Nitrit-Quelle ein Alkalimetall- oder Erdalkalimetall-Nitrat oder -Nitrit. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Nitrat- oder Nitrit-Quelle Magnesiumnitrat (Mg(NO3)2·6H2O). Es ist allgemein bevorzugt, eine ausreichende Menge an Nitrat- oder Nitrit-Quelle zuzusetzen und so eine Lösung herzustellen, die weniger als etwa 70 ppm bis mehr als 100 ppm Stickstoff (in Form von Nitrat oder Nitrit) enthält. Vorzugsweise wird ausreichend Nitrat- oder Nitrit-Quelle zugesetzt, um eine Lösung zu produzieren, die von etwa 75, 80 oder 85 ppm bis etwa 90 oder 95 ppm Stickstoff enthält, noch mehr bevorzugt von etwa 80 ppm Stickstoff.
  • Allgemein ist es bevorzugt, dass die Suspension von Metall-Teilchen nicht übermäßig konzentriert oder verdünnt ist, so dass dadurch eine effiziente Aufbringung der Suspension auf das rauchbare Material erleichtert wird.
  • Zwar ist es allgemein bevorzugt, eine Suspension aus Teilchen herzustellen, wie sie oben beschrieben wurde, indem man Metall-Ionen in Lösung reduziert und anschließend die Nitrat- oder Nitrit-Quelle zusetzt; es kann jedoch in anderen Ausführungsformen bevorzugt sein, ein unterschiedliches Verfahren anzuwenden, um die Teilchen herzustellen. Wenn die metallischen oder Kohlenstoff-haltigen Teilchen nicht in Lösung hergestellt werden, können die Teilchen mit einer passenden Flüssigkeit unter Bildung einer Suspension gemischt werden. Aufgrund ihrer hohen Oberfläche kann es schwierig sein, die Oberfläche der Teilchen ausreichend zu benetzen, um so eine einheitliche Suspension herzustellen. In solchen Fällen kann jedes geeignete Verfahren bevorzugt sein, um die Bildung einer Suspension zu erleichtern, einschließlich (jedoch nicht beschränkt auf) mechanische Verfahrensweisen wie beispielsweise Ultraschall-Behandlung oder Erwärmen, oder chemische Verfahrensweisen wie beispielsweise die Verwendung kleiner Mengen von oberflächenaktiven Mitteln, vorausgesetzt, die oberflächenaktiven Mittel stören nicht die katalytische Aktivität der Teilchen. Sobald einmal die Suspension gebildet ist, kann die Zugabe der Nitrat- oder Nitrit-Quelle wie oben beschrieben ablaufen.
  • Zwar ist es allgemein bevorzugt, die metallischen oder Kohlenstoff-haltigen Teilchen und die Nitrat- oder Nitrit-Quelle auf das rauchbare Material in Form einer Suspension aufzubringen; es kommen jedoch auch andere Verfahren der Aufbringung der Teilchen und der Nitrat- oder Nitrit-Quelle in Betracht. Beispielsweise können die Teilchen dann, wenn sie in trockener Form vorliegen, dem rauchbaren Material als Pulver zugesetzt werden. Es kann vorteilhaft sein, das rauchbare Material mit einer geeigneten Substanz wie beispielsweise Wasser vor der Aufbringung des Pulvers zu befeuchten, um eine bessere Haftung der Teilchen auf dem rauchbaren Material zu erreichen.
  • Wenn die Kohlenstoff-haltigen oder metallischen Teilchen dem rauchbaren Material in Pulverform zugesetzt werden, kann die Nitrat- oder Nitrit-Quelle in fester Form ebenfalls dem rauchbaren Material in Pulverform zugesetzt werden, und zwar entweder in einem getrennten Schritt vor oder nach der Zugabe der Teilchen oder gleichzeitig mit den Teilchen, beispielsweise in Mischung mit den Teilchen. Geeignete Verfahrensweisen, wie sie in diesem technischen Bereich wohlbekannt sind, können zur Herstellung einer geeigneten Feststoff-Form der Nitrat- oder Nitrit-Quelle angewendet werden. In besonders bevorzugten Ausführungsformen wird die Feststoff-Form der Nitrat- oder Nitrit-Quelle hergestellt durch Gefriertrocknungs- oder Sprühtrocknungs-Verfahren, die beide zu extrem kleinen Teilchengrößen führen können. Es ist allgemein bevorzugt, dass die Nitrat- oder Nitrit-Quelle in Form von Teilchen vorliegt, die einen mittleren Durchmesser in der Größenordnung des bevorzugten mittleren Durchmessers der Teilchen haben. Die Nitrat- oder Nitrit-Quelle kann auch bereitgestellt werden als Lösung, die auf das rauchbare Material aufgebracht wird, als getrennter Schritt von der Zugabe des Teilchenpulvers, vorzugsweise vor der Zugabe der Teilchen in trockener Form zu dem rauchbaren Material.
  • Optimierung des Katalysator-Systems
  • Es gibt viele Aspekte, die betrachtet werden müssen, wenn man versucht, das Katalysator-System zu optimieren, von denen der erste die Umwandlung des Palladium-Salzes in Palladium-Metall in der wässrigen reduzierenden Lösung ist. Diese Umwandlung erfordert eine chemische Reduktions-Reaktion in einer wässrigen Lösung. Frühere Arbeiten wurden gerichtet auf die Umwandlung des Palladium-Salzes in Palladium-Metall in einer herkömmlichen Casing-Lösung. Es wurde in der Patent-Literatur vorgeschlagen, dass das bevorzugte reduzierende Mittel für diese Reaktion in der Casing-Lösung Fructose ist, ein bekannter reduzierender Zucker. Ein Ursprung von Fructose in der Casing-Lösung ist derjenige eines Niederinvert-Zuckers. In einem Versuch, dieser früheren Untersuchungen mit Casing-Lösung zu wiederholen und eine besser konsistente/steuerbare Reaktion hervorzubringen, wurden alle Komponenten in der Casing-Lösung eliminiert, von denen davon ausgegangen wurde, dass sie für die Reduktions-Reaktion nicht essentiell sind (z. B. Propylenglycol, Lackritz, Kakao und dergleichen), während die Komponenten, von denen angenommen wurde, dass sie essentiell sind (z. B. Wasser, Palladium-Salz und Niederinvert-Zucker) in denselben Mengenverhältnissen beibehalten wurden, wie sie in der Casing-Lösung gefunden wurden, nämlich 93 g Wasser zu 1 g Palladium-Salz zu 8 g Niederinvert-Zucker pro Pfund Tabak. Eine weitere Komponente, die in der ursprünglichen Casing-Lösung vorhanden war, von der jedoch nun angenommen wird, dass sie für die Reduktions-Reaktion nicht essentiell ist, ist Mg(NO3)2·6H2O. Diese Komponente war in frühen Formulierungen zugegen, jedoch ergab eine Nitrat-Analyse des behandelten Tabaks, dass Mg(NO3)2·6H2O sich in einem bestimmten Ausmaß zersetzt, wenn es in wässrigen Lösungen eingemischt wird, die Palladium-Metall enthalten. Durch frühes Testen wurde auch gefunden, dass eine Re duktion von Karzinogenen in Zigaretten nicht reproduzierbar war, wenn man zuließ, dass Mg(NO3)2·6H2O in Kontakt mit dem Palladium-Metall über längere Zeit war. Sobald Mg(NO3)2·6H2O aus der Reaktionslösung entfernt wurde und stattdessen der Reaktionslösung vor der Katalysator-Aufbringung auf den Tabak zugesetzt wurde, waren konsistent und reproduzierbare Werte des Reduzierens von Karzinogen in experimentellen Zigaretten erhältlich.
  • Ein Merkmal der bevorzugten Reduktions-Reaktion ist die prozentuale Umwandlung von Palladium-Salz in Palladium-Metall in der wässrigen Lösung, die Niederinvert-Zucker als reduzierendes Mittel enthält. Bei einer Temperatur von etwa 70 bis 75°C erhöht sich der Prozentwert der Umwandlung typischerweise stetig mit der Zeit, und nach den ersten drei Stunden der Reaktion sind mehr als 60–70% des Salzes typischerweise in das Metall umgewandelt. Die meiste Menge des Palladium-Salzes ist typischerweise in Metall innerhalb der ersten Stunde umgewandelt (etwa 50%). Längere Reaktionszeiten (beispielsweise oberhalb von 3 Stunden) erhöhen allgemein den Prozentwert der Umwandlung nur mäßig. Unterstellt man das Ziel eines Ausbalancierens maximaler Umwandlung in einem annehmbaren Produktions-Zeitplan, sind drei Stunden allgemein bevorzugt als Minimal-Zeit für den Ablauf dieser Reaktion vor der Aufbringung der Katalysatorlösung auf den Tabak.
  • Zur Erhöhung der Produktions-Raten und Erniedrigung der Produktions-Kosten ist es wünschenswert, den Prozentwert der Umwandlung von Palladium-Salz in Palladium-Metall zu erhöhen. Ein unmittelbarer Vorteil der Erhöhung des Prozentwerts der Umwandlung ist das Vermögen, weniger Palladium-Salz insgesamt in der Reaktion zu verwenden, da eine Erhöhung der prozentualen Umwandlung mit weniger Salz tatsächlich äquivalente Mengen Palladium-Metall in der Reaktion erzeugen kann. Dies führt zur Verringerung des Verbrauchs des höchst teueren Reagenz in der Reaktion.
  • Es existieren mehrere Möglichkeiten zur Erhöhung des Prozentwerts der Umwandlung dieser Reaktion. Die Reduktions-Reaktion beruht darauf, dass ein Aldehyd oxidiert wird und Elektronen an den Pd(II)-Kern freisetzt, wodurch metallisches Palladium gebildet wird.
  • Figure 00520001
  • In einem besonders bevorzugten Katalysator-System, wie es oben beschrieben wurde, wird angenommen, dass die Aldehyd-Quelle der reduzierende Zucker Fructose ist. In der Theorie kann jede beliebige Verbindung, die eine funktionelle Aldehyd-Gruppe enthält, das Palladium-Salz in Palladium-Metall reduzieren. Jedoch zur Anwendung der resultierenden Mischung auf Tabak ist es bevorzugt, dass das reduzierende Mittel nicht-toxisch ist. Wie vorstehend im Hinblick auf das besonders bevorzugte Katalysator-System diskutiert wurde, wird Niederinvert-Zucker als das „reduzierende Mittel" für diese Reaktion verwendet, und es wird angenommen, dass die Fructose-Komponente von Niederinvert-Zucker das aktive reduzierende Mittel ist. Interessanterweise wurde gezeigt, dass reine Fructose, wenn sie als reduzierendes Mittel für die Palladium-Reduktion geliefert wird, nicht sehr wirksam ist, selbst wenn Fructose in 10-fach molarem Überschuss verwendet wird. Diese Beobachtung legt nahe, dass es ein weiteres „coreduzierendes Mittel" oder möglicherweise einen Katalysator für das reduzierende Mittel gibt, der in der Niederinvert-Zucker-Lösung enthalten ist. Aufgrund der komplexen Mischung, die mit dem Niederinvert-Zucker verbunden ist, wird es weiter eine Herausforderung sein, genau zu entdecken, welches das reduzierende Mittel oder die reduzierenden Mittel ist/sind, wenn man Niederinvert-Zucker als Reagenz verwendet. Nichtsdestoweniger funktioniert das besonders bevorzugte System bemerkenswert gut, sieht man die Tatsache, dass der Mechanismus für die Palladium-Reduktion in diesem System noch nicht gut verstanden wird.
  • Aufbringung des Katalysators auf rauchbares Material
  • Nachdem die Nitrat- oder Nitrit-Quelle der Suspension zugesetzt wurde, die metallische oder Kohlenstoff-haltige Teilchen enthält, wird sie auf das rauchbare Material aufgebracht. Wenn das rauchbare Material Tabak ist, ist es bevorzugt, die Suspension auf geschnittenes Tabak-Füllmaterial vor der Zugabe des „Top Flavors" aufzubringen. Wenn der „Top Flavor" nicht aufgebracht wird, dann ist es bevorzugt, die Suspension auf das geschnittene Füllstoffmaterial als letzten Schritt aufzubringen, beispielsweise bevor es zu einem Tabak-Strang ausgebildet wird. Die katalytischen Teilchen können aufgebracht werden vor, während oder nach Aufbringung einer Casing-Lösung, jedoch werden in einer bevorzugten Ausführungsform die katalytischen Teilchen nach der Aufbringung der Casing-Lösung aufgebracht. Casing-Lösungen sind vor dem Schneiden aufzubringende Lösungen oder Saucen, die Tabak zugesetzt werden und allgemein aus einer Vielzahl von Komponenten bestehen, wie beispielsweise Zucker und aromatische Substanzen. Solche Casing-Lösungen werden allgemein dem Tabak in relativ großen Mengen zugesetzt, beispielsweise ein Teil Casing-Lösung auf fünf Teile Tabak.
  • Die Teilchen und die Nitrat- oder Nitrit-Quelle sind vorzugsweise gut in dem Tabak dispergiert, und so wird eine einheitliche Wirksamkeit im Bereich der gesamten Masse an rauchbarem Material und über die gesamte Zeitdauer sichergestellt, während der das Material geraucht wird. Im Fall von Zigaretten-Tabak, in dem eine Mischung aus verschiedenen Tabaken bevorzugt ist, kann die Suspension auf eine oder mehrere der Blend-Komponenten aufgebracht werden oder kann – sofern erwünscht – auf alle Blend-Komponenten aufgebracht werden. Vorzugsweise wird die Suspension auf alle Blend-Komponenten aufgebracht und so ein im wesentlichen einheitliches Aufbringen der Teilchen und der Nitrat- oder Nitrit-Quelle sichergestellt.
  • Für bestimmte Typen von Suspensionen von Teilchen kann eine Verschlechterung der Leistung beobachtet werden, wenn man eine übermäßig lange Zeitdauer ablaufen lässt, bevor die Suspension auf das rauchbare Produkt aufgebracht wird. Diese Verschlechterung der Leistung kann zurückzuführen sein auf verschiedene Faktoren, einschließlich Verlust von Teilchen aus der Suspension aufgrund ihrer Ansammlung an den Innenflächen des Reaktionsgefäßes oder einer unerwünschten Erhöhung der Teilchengröße über die Zeit. Wenn die Suspension Palladium-Teilchen einschließt, wird die Suspension allgemein auf das geschnittene Tabak-Füllmaterial aufgebracht innerhalb von etwa 10 h, nachdem der gewünschte Grad der Metall-Ionen-Umwandlung erreicht wurde und die Nitrat- oder Nitrit-Quelle der Suspension zugesetzt wurde. Die Suspension wird vorzugsweise aufgebracht innerhalb von 9, 8, 7 oder weniger Stunden, noch mehr bevorzugt innerhalb von etwa 6, 5 oder 4 Stunden und meisten bevorzugt innerhalb von 3, 2, oder 1 Stunden oder weniger. Jedoch kann es in bestimmten Ausführungsformen, einschließlich derjenigen, die Gebrauch von Palladium-Teilchen machten, möglich sein, die Suspension nach einer Verzögerung von mehr als 10 h aufzubringen, wobei man trotzdem eine annehmbare Katalyse-Leistung aufrechterhält.
  • Es ist bevorzugt, die Suspension auf das rauchbare Material in Form eines feinen Nebels aufzubringen, beispielsweise eines solchen, wie er unter Verwendung eines Atomisators produziert wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Suspension auf Tabak aufgebracht, vorzugsweise auf geschnittenes Tabak-Füllmaterial, und zwar in einer umlaufenden Trommel, die mit zahlreichen Sprühköpfen ausgestattet ist. Ein solches Verfahren der Aufbringung stellt ein gleichmäßiges beschichtungsmäßiges Aufbringen der Metall-Teilchen auf das Tabak-Produkt sicher. Der Tabak kann während oder nach der Aufbringung der Lösung erwärmt werden und so eine Verdampfung eines Überschusses eines Lösungsmittels erleichtert werden.
  • Es ist bevorzugt, eine ausreichende Menge der Suspension der metallischen oder Kohlenstoff-haltigen Teilchen auf das rauchbare Material aufzugeben, so dass das rauchbare Material von etwa 500 ppm oder weniger bis etwa 1.500 ppm oder mehr des Metalls oder Kohlenstoffs in Form von katalytischen Teilchen enthält. Vorzugsweise enthält das rauchbare Material etwa 500 ppm bis etwa 1.000, 1.100, 1.200, 1.300 oder 1.400 ppm des Metalls oder Kohlenstoffs in Form katalytischer Teilchen, noch mehr bevorzugt 500, 600 oder 700 bis etwa 800, 900 oder 1.000 ppm und am meisten bevorzugt 800 ppm. Es ist allgemein bevorzugt, dass das rauchbare Material etwa 0,4 bis etwa 1,5 Gew.-% Stickstoff (aus Nitrat oder Nitrit) enthält. Vorzugsweise enthält das rauchbare Material etwa 0,5 oder 0,6 Gew.-% bis etwa 1,0, 1,1, 1,2, 1,3 oder 1,4 Gew.-% Stickstoff, noch mehr bevorzugt etwa 0,6, 0,7 oder 0,8 Gew.-% bis etwa 0,9 Gew.-% und am meisten bevorzugt etwa 0,9 Gew.-% Stickstoff. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht ein 1 Kilogramm Tabak aus 800 mg Metall oder Kohlenstoff in Form katalytischer Teilchen und 9 g Stickstoff in Form der Nitrat- oder Nitrit-Quelle.
  • Sobald einmal die metallischen oder Kohlenstoff-haltigen Teilchen und die Nitrat- oder Nitrit-Quelle aufgebracht wurden, kann das rauchbare Material weiter verarbeitet und in irgendeine gewünschte Form gebracht oder lose verwendet werden, beispielsweise in Zigarren, Zigaretten oder Pfeifentabak, und zwar in irgendeiner geeigneten Weise, wie sie Fachleuten mit üblichem Sachverstand in diesem technischen Bereich wohlbekannt ist.
  • Die obige Beschreibung offenbart einige Verfahrensweisen und Materialien gemäß der vorliegenden Erfindung. Solche Modifikationen werden Fachleuten in diesem technischen Bereich aus einer Betrachtung dieser Offenbarung und der praktischen Umsetzung der Erfindung, wie sie in der vorliegenden Beschreibung offenbart ist, offenbar. Konsequenterweise ist es nicht beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung auf die speziellen Ausführungsformen, die in der Beschreibung offenbart sind, beschränkt wird, sondern sie soll alle Modifikationen und Alternativen abdecken, die in den wahren Umfang der Erfindung kommen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche abgedeckt ist.

Claims (10)

  1. Rauch-Gegenstand, wobei der Rauch-Gegenstand umfasst: – ein rauchbares Material; und – eine Verbindung, die gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Oxalsäuremono-(–)menthylester, einem Salz von Oxalsäuremono-(–)menthylester und Mischungen daraus.
  2. Rauch-Gegenstand nach Anspruch 1, worin die Verbindung auf dem rauchbaren Material abgelegt ist.
  3. Rauch-Gegenstand nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin das Salz ein Metall-Salz ist.
  4. Rauch-Gegenstand nach Anspruch 3, worin das Metall-Salz ein Alkalimetall-Salz oder ein Erdalkalimetall-Salz ist.
  5. Rauch-Gegenstand nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, worin das Metall-Salz gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus einem Natrium-Salz, einem Kalium-Salz, einem Calcium-Salz, einem Magnesium-Salz und Mischungen daraus.
  6. Rauch-Gegenstand nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, umfassend eine Zigarette.
  7. Rauch-Gegenstand nach einem vorangehenden Anspruch, weiter umfassend ein Filter.
  8. Rauch-Gegenstand nach Anspruch 7, worin das Filter Aktivkohle umfasst.
  9. Rauch-Gegenstand nach einem vorangehenden Anspruch, worin das rauchbare Material Tabak umfasst.
  10. Verfahren zum Mentholieren einer Zigarette, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass man – eine Zigarette, die eine Tabak-Füllmenge umfasst, und eine Verbindung bereitstellt, die gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Oxalsäuremono-(–)menthylester, einem Salz von Oxalsäuremono-(–)menthylester und Mischungen daraus, wobei die Verbindung auf der Tabak-Füllmenge abgelegt ist; und – die Tabak-Füllmenge verbrennt, wodurch Hitze, die durch Verbrennung der Tabak-Füllmenge erzeugt wird, die Verbindung pyrolysiert und dadurch Menthol als Pyrolyse-Verbindung ergibt.
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