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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Artikel zum Rauchen mit Filtermundstück, wie
Filterzigaretten, und insbesondere Zigarettenfilter, die ein Kohlematerial
enthalten.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Artikel
zum Rauchen mit Filtermundstück,
insbesondere Zigaretten, umfassen im Allgemeinen einen Tabakstock,
einen Filter und einen Streifen Belagpapier, mit dem der Filter
am Tabakstock angebracht ist. Der Tabakstock umfasst allgemein ein
Strangstück
aus zerkleinertem Tabak (z.B. in Form von geschnittenem Fülltabak),
das in ein(e) Zigarettenpapier oder -umhüllung gewickelt ist. Der Filter
weist gewöhnlich
einen Einsatz aus faserigem Material (einen „Filtereinsatz") auf, der vorzugsweise
aus einem Zelluloseacetatkabel (Tow) hergestellt ist. Die Lüftung des
Hauptstromrauchs wird durch Bereitstellen wenigstens einer Reihe
oder mehreren Reihen von Perforationen im Mundstückbelagpapier an einer Stelle
am Filtereinsatz entlang erzielt. Lüftung sorgt für die Verdünnung des
angesaugten Hauptstromrauches mit Umgebungsluft zum Erreichen des
Teerabgabegrads pro Rauchzug.
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Während des
Rauchens zieht ein Raucher Hauptstromrauch aus der Kohle am angezündeten Ende der
Zigarette. Der angesaugte Zigarettenrauch strömt zunächst in den stromaufwärts befindlichen
Filterabschnitt des Filters ein und strömt dann durch den stromabwärts befindlichen
Filterabschnitt neben dem Mundstückende
des Zigarettenfilters.
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Gewisse
Zigaretten haben Filtersegmente, die Materialien wie Kohlekügelchen,
Silicagel, Zeolit und dergleichen aufweisen. Beispielhafte Zigaretten
und Filter werden in den
US-Patenten
Nr. 2.881.770 an Tovey; Nr.
3.353.543 an
Sproull et al.; Nr.
3.101.723 an
Seligman et al. und Nr.
4.481.958 an
Ranier et al. und in den
Europäischen Patentanmeldungen
Nr.532.329 und Nr.
608.047 beschrieben.
Gewisse im Handel erhältliche Filter
haben Kohleteilchen oder -körnchen
(z.B. ein Aktivkohlematerial) allein oder in einem Zelluloseacetatkabel
(Tow) verteilt, andere im Handel erhältliche Filter haben darin
verteilte Kohlefäden,
während
noch andere im Handel erhältliche
Filter so genannte „Hohlfilter"- oder „Dreifachfilter"-Ausführungen
haben. Beispielhaft gehören
zu den im Handel erhältlichen
Filtern SCS IV Dual Solid Charcoal Filter und Triple Solid Charcoal
Filter von Filtrona International, Ltd., Triple Cavity Filter von
Baumgartner und ACT von Filtrona International, Ltd. Siehe auch
Clarke et al., World Tobacco, S. 55 (November 1992). Eine ausführliche
Besprechung der Eigenschaften und Zusammensetzung von Zigaretten
und Filtern findet sich in den
US-Patenten
Nr. 5.404.890 an Gentry et al. und
5.568.819 an Gentry et al.
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Beispiele
für konzentrische
Filteranordnungen, die granulierte Kohle aufweisen, werden in der
Europäischen Patentanmeldung Nr.
579.410 und
US-Patent
Nr. 3.894.545 an Crellin et al beschrieben.
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Die
Einsatz-Zwischenraum-Einsatz-Ausführung umfasst gewöhnlich ein
Paar voneinander beabstandeter Filtereinsätze und ein Bett aus körniger Aktivkohle
im dazwischen liegenden Hohlraum oder Zwischenraum. Bei ihrer Herstellung
wird entlang einem kontinuierlichen Filterbelagstreifen eine Folge
von voneinander beabstandeten Filtereinsätzen hergestellt. Der Filterbelag
wird dann teilweise um einen Abschnitt der Folge von Einsätzen gefaltet
und granuliertes Kohlematerial in die zwischen den teilweise umhüllten Filtereinsätzen definierten
Zwischenräume
gegossen oder anderweitig eingeführt.
Der Filterbelag wird dann geklebt und geschlossen und der resultierende
kontinuierliche Strang wird dann an gut definierten Stellen gemäß einer
gewünschten
Länge durchgetrennt,
gewöhnlich
in der Form von Mehrfachen des an der Zigarette mit Filtermundstück selbst
tatsächlich
benutzten Filterelements.
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Bei
Maschinen und Kohlematerialien vom Stand der Technik litt die Prozesslenkung
bei hohen Maschinengeschwindigkeiten gewöhnlich unter nicht einheitlichem
Zumessen, Verstreuen und Pulverisierung des Granulats. Die Einheitlichkeit
unter Filterstäben
wurde beeinträchtigt
und einige Hohlräume
waren weniger gefüllt
als andere.
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Zum
Beispiel enthalten gewisse „Kohle"-Dosiervorrichtungen vom Stand der Technik
einen Vorrat an Kohlegranulat in einem Bunker und lassen den Rand
eines rotierenden Dosierrads durch die relativ stationäre Ansammlung
von Kohlegranulat rotieren. Eine derartige Anordnung erzeugte eine
Pulverisierungswirkung auf das Kohlegranulat, wobei diese Wirkung
allgemein im Verhältnis
zur Maschinengeschwindigkeit zunahm. Rikoschettieren und Entweichen
von Feinstaub während
Herstellungsvorgängen,
insbesondere bei Maschinen und Materialien vom Stand der Technik,
erzeugten oft unakzeptable Mängel
im Endprodukt (wie z.B. Schmierstellen oder unvollständige Füllungen)
und beschleunigten unerwünschte
Maschinen-„Ausfallzeiten" zum Reinigen der
Maschine und der Arbeitsumgebung.
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Granulierte
Kohle, eine Sammlung unregelmäßig geformter
und unterschiedlich großer
Teilchen, neigt dazu, von einem Füllvorgang zum nächsten uneinheitlich
in ein bestimmtes Raumvolumen gepackt zu werden. Dementsprechend
würde bisher
unvollständiges
und nicht einheitliches Füllen
von Hohlräumen
die automatische Filtereinsatzherstellung plagen. Das unregelmäßige Zusammenpacken
würde auch
unerwünschte
Kanäle
durch das Bett entstehen lassen, die das Durchströmen von
wesentlichen Teilen des Hauptstromrauches durch oder um das Bett
zulassen würden,
so dass die Wechselwirkung zwischen dem Hauptstromrauch und dem
Kohlegranulat verringert würde.
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Es
ist schon bekannt, granulierte Aktivkohlematerialien zu Zigarettenfiltern
hinzuzunehmen, um das Entfernen von Bestandteilen aus dem Hauptstromrauch
zu fördern.
Diese Kohlegranulatformen, wie sie bereits in Zigarettenfiltern
verwendet wurden, werden durch Karbonisieren eines organischen Materials
wie Nussschalen oder ein Holzmaterial und durch „Aktivieren" des karbonisierten
Materials, indem es einer Wärmebehandlung
bei etwa 800 bis 1000 Grad Celsius mit Dampf oder Kohlendioxid unterzogen
wird, hergestellt. Das Ergebnis der Aktivierungsbehandlung des Materials
ist eine poröse
(wabenartige) Innenstruktur und eine sehr große spezifische Oberfläche, meist
im Bereich von 300 bis 2500 Quadratmetern pro Gramm, gemessen mit dem
Verfahren nach Brunauer, Emmett und Teller („BET"-Verfahren) für Aktivkohle.
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Derartige
granulierte Aktivkohlematerialien haben aber eine Oberflächenrauheit
und Gestalten, die unregelmäßig und
von Körnchen
zu Körnchen
verschieden sind. Diese Unregelmäßigkeiten
und Verschiedenheiten granulierter Kohlematerialien bewirken in
der kommerziellen Herstellung von kohlehaltigen Zigarettenfilterstäben und
Zigaretten Probleme. Beispielsweise verschlimmern die unregelmäßigen Formen
das Rikoschettieren der Teilchen, während sie durch Filtereinsatzherstellungsmaschinen
geführt
werden, was das Produkt mit verirrten Kohleteilchen verschmutzt,
Staub in die Arbeitsumgebung einträgt und ein Abschalten zum Säubern der
Filtereinsatzherstellungsmaschine notwendig macht und zu nicht einheitlichem
und unvollständigem Füllen der
Hohlräume
in den Einsatz-Zwischenraum-Einsatz-Filterstäben führt.
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Es
ist auch bekannt, dass granulierte Aktivkohlematerialien eine bedeutende
Auswirkung auf den Geschmack einer Zigarette haben, da ihr zufällig breiter
Porengrößenverteilungsbereich
nicht nur zum Einfangen von Komponenten in der Gasphase eines Hauptstromtabakrauchs, sondern
auch von Teilen der Partikelphase neigt, d.h. einige oder eine größere Anzahl
von Teerbestandteile(n), die zum Geschmack und Aroma des Zigarettenrauchs
beitragen. Aus Nussschalen oder Holz hergestellte Aktivkohlegranulate
sind auch dafür
bekannt, dass sie Verunreinigungen aufweisen, von denen man glaubt,
dass sie eine weitere mögliche
Ursache für
einen schlechten Geschmack sind, der der Verwendung von granulierter
Kohle in Zigaretten zugeschrieben wird.
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Außerdem versteht
es sich, dass der Prozess der Aktivierung von Kohlegranulat den
Kornkörper
zu schwächen
neigt, so dass er weniger robust ist und mehr bruch-, pulverisierungs-
und staubbildungsanfällig ist,
wenn er durch Dosiervorrichtungen von Maschinen zum Herstellen von
Filterstäben
geführt
wird. Es versteht sich auch, dass die Aktivierungsbehandlung die
Kosten der Herstellung von Granulat erhöht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Dementsprechend
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zigarette mit
einem Zigarettenfilter bereitzustellen, der eine Form von Kohle
aufweist, die im Zigarettentabakhauptstromrauch vorhandene Gasphasekomponenten
effizient und wirksam adsorbieren kann mit geringerer Auswirkung
auf den wahrgenommenen Geschmack der Zigarette beim Rauchen.
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Dementsprechend
ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Zigarette mit einem
Zigarettenfilter bereitzustellen, der eine Form von Kohle und/oder
anderen Materialien aufweist, die Gasphasekomponenten des Hauptstromrauchs
effizient und wirksam adsorbieren kann, aber physisch robust ist,
um automatischen Filtereinsatzherstellungsvorgängen standzuhalten, und keine übermäßige Aktivierungsbehandlung
und damit verbundene Kosten erfordert.
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Noch
eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die automatische
Produktion von Kohle enthaltenden Filterstäben zu verbessern.
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Noch
eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vollständigeres
und gleichmäßigeres Füllen von
Hohlräumen
bei der Herstellung von Einsatz-Zwischenraum-Einsatz-Filtern zu fördern.
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Noch
eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Materialzerstreuung
und -rikoschettieren bei der Herstellung von Filtereinsätzen zu
vermeiden (vermindern), um das Auftreten von verschmiertem Produkt
oder Stauben und die Notwendigkeit zum Säubern der Filtereinsatzherstellungsanlage
zu verringern.
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Diese
und andere Aufgaben werden mit der vorliegenden Erfindung erzielt,
bei der ein Filter eines Artikels zum Rauchen aus Aktivkohlekügelchen
gleichmäßiger Kügelchenform
gemäß Anspruch
1 und vorzugsweise mit einem vorausgewählten Bereich von Porengrößenverteilung
und Aktivitätsniveau
aufgebaut ist. Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Kohle enthaltender
Zigarettenfilter erzielt, der Gleichmäßigkeit der Produktbildung,
Gleichmäßigkeit
der Produktleistung, leichtes Erzielen der Gleichmäßigkeit
für diese
beiden und eine verbesserte absolute Leistung bietet.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Einsatz-Zwischenraum-Einsatz-Filter vorgesehen,
dessen Hohlraum mit Kohlekügelchen
einer einheitlichen Kügelchenform
und vorzugsweise etwa der gleichen Größe, vorzugsweise im Bereich
von 0,2 bis 0,7 mm Durchmesser, bevorzugt im Bereich von 0,2 bis
0,4 mm bei oder um einem Durchmesser von 0,35 mm Durchmesser, gefüllt ist.
Bei derartigen Größen wird
eine ausreichende und effektive Gasphaseentfernung bei mäßigen bis
niedrigen Aktivierungsgraden, die vorzugsweise im Bereich von 1600
Quadratmetern pro Gramm oder weniger (gemessen mit dem BET-Verfahren
nach Brunauer, Emmett und Teller) liegen, erreicht. Dementsprechend
wird die Robustheit oder Härte
der Kohlekügelchen
geschützt,
um ihre Beständigkeit
gegen Bruch und die Bildung von unerwünschtem Staub während der
automatischen Herstellung von Filterstäben zu verbessern.
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Das
Aufrechterhalten der Kügelchengröße an oder über einem
vorausgewählten
Durchmesser fördert einen
ruhigeren Fluss und einheitlicheres Zusammenpacken der Kügelchen
während
der Herstellungsprozesse.
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Körnige Aktivkohle
weist einen überwiegenden
Teil (größten Teil)
ihrer Porengrößeverteilung
im Mikroporenbereich (weniger als 20 Ångström) auf, was als optimal für die Entfernung
von Gasphasebestandteilen gilt. Außerdem wurde festgestellt,
dass Aktivkohlekügelchen
(besonders körnige
Kohle auf Teerbasis) verglichen mit Aktivkohle(-granulat) auf Holz-
oder Kokosnussbasis ein kleineres Vorkommen von Makroporen (größer als
500 Ångström) hat.
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Vorzugsweise
wird die körnige
Kohle so hergestellt, dass sie eine Porengrößenverteilung vorherrschend
im Bereich von Mikroporen oder kleinen Mesoporen (50 Ångström Durchmesser
oder kleiner) hat, mit viel weniger der Poren im Bereich von Makroporen
(500 Ångström Durchmesser
oder kleiner), wobei der Rest der Poren in dem dazwischen definierten
Bereich liegt.
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Körnige Kohle
kann auch dafür
ausgelegt sein, Aromastoffe so zu führen, dass sie in den Hauptstromrauch
freigesetzt werden können.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Neue
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu
den oben erwähnten
werden durchschnittlichen Fachpersonen beim Durchlesen der folgenden
ausführlichen
Beschreibung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen offenbar,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile beziehen und
in denen:
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1 ein
Seitenaufriss einer Zigarette ist, die einen Tabakstock und einen
Mehrkomponentenfilter gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst, wobei Teile davon im Schnitt dargestellt werden,
um Details im Inneren zu illustrieren;
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2 ein
Seitenaufriss ähnlich 1 ist,
der aber einen mit Kohlekügelchen
in zwei verschiedenen Größen gefüllten Hohlraum
zeigt;
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3 eine
Querschnittansicht eines einzelnen Kügelchens ist, das fakultativ
einen Kern und eine Oberflächenbeschichtung
aus Aromastoff umfasst;
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4 eine
vergrößerte teilweise
Querschnittansicht eines mit Kohlekügelchen gefüllten Filterhohlraums ist,
die Punkt-zu-Punkt-Kontakt zwischen den Kügelchen zeigt;
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5 ein
Seitenaufriss einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
ist, die einen Tabakstock und einen Mehrkomponentenfilter umfasst,
wobei Teile davon im Schnitt dargestellt sind, um innere Details
zu illustrieren;
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6 ein
Seitenaufriss noch einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung ist, die einen Tabakstock und einen Mehrkomponentenfilter
umfasst, wobei Teile davon im Schnitt dargestellt sind, um innere
Details zu illustrieren;
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7 ein
Diagramm der 1,3-Butadienabgabe Rauchzug um Rauchzug in Prozent
für körnige Kohle mehrerer
verschiedener Größen ist;
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8 ein
Diagramm der 1,3-Butadienabgabe Rauchzug um Rauchzug als eine Funktion
verschiedener PICA- und körniger
Kohlen sowie der 1,3-Butadienabgabe vom Kontrollprodukt, einer 1
R4F-Standardzigarette, ist und
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9 ein
Säulendiagramm
ist, das die Wirkung von Kohle und nichtadsorbierenden Trägerstoffen
auf die 1,3-Butadienabgabe
in Prozent zeigt.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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In 1,
auf die nun Bezug genommen wird, stellt eine bevorzugte Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung eine Zigarette 10 bereit, die
einen Tabakstock 12 und einen mit Belagpapier 16 am
Stock angebrachten Mehrkomponentenfilter 14 umfasst. Der
Filter 14 hat die Form einer Einsatz-Zwischenraum-Einsatz-Ausführung mit
voneinander beabstandeten Zelluloseacetateinsätzen 18, 20 und
einem Hohlraum 22 dazwischen, der mit einer körnigen Kohle 24 einer
Kügelchenform
gefüllt
ist.
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Das
Kohlekügelchenmaterial 24 umfasst
einzelne Kügelchen
eines vorausgewählten
gleichmäßigen Durchmessers,
die die vorteilhafte Tendenz haben, einander an einzelnen Kontaktpunkten
zu berühren,
wenn sie als Bett in einem Hohlraum eines Einsatz-Zwischenraum-Einsatz-Zigarettenfilters
bereitgestellt werden. Ein derartiger Einzelpunktkontakt ergibt
ein Bett des Kohlematerials mit minimaler Kanalbildung oder minimalem
Kurzschließen
von durch den Hohlraum 22 gezogenem Tabakrauch. Dementsprechend
wird maximaler Kontakt zwischen der Gasphase des Zigarettenrauchs
und der Kohleoberfläche
der Kügelchen
für eine äußerst effiziente
Adsorption der Ziel-Gasphasenkomponenten erreicht.
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Der
Filterhohlraum
22 ist vorzugsweise mit Kohlekügelchen
der gleichen Größe gefüllt oder
umfasst alternativ Kügelchen
mit zwei verschiedenen Größen, eine
größer als
die andere. Kleinere Kügelchen
werden gleichmäßig zwischen
größeren Kügelchen
eingebettet, wie in
2 gezeigt wird. Speziell ist
2 ein
Seitenaufriss ähnlich
1,
wobei Filterhohlraum
22 mit einer Kombination aus großen Kügelchen
26 und
kleineren Kügelchen
28,
die gleichmäßig zwischen
den größeren Kügelchen
eingebettet sind, gefüllt
ist. Die zwei Größen von
Kügelchen
können
mathematisch ausgewählt
werden, um die Füllung
des Hohlraums
22 zu maximieren und dadurch das Bilden von
Umgehungskanälen
an den äußeren Rändern des
Hohlraums zu minimieren. Durch Auswählen des maximalen zu verwendenden
Kügelchendurchmessers
wird der Durchmesser des zylindrischen Filterhohlraums
22 berücksichtigt
und optimale Leistung wird erreicht, indem Kügelchen benutzt werden, die
einen Durchmesser im Bereich von 1/10 bis 1/40 des Hohlraumdurchmessers
haben. Wenn auch kleinere Kügelchen
28 in Kombination
mit den größeren Kügelchen
26 hinzugenommen
werden, haben die kleineren Kügelchen
allgemein einen Durchmesser von etwa 22 % des der größeren Kügelchen.
Eine bevorzugte mathematische Beziehung ist ein Verhältnis von
für den Radius der kleineren
Kügelchen
28 relativ
zum Radius der größeren Kügelchen
26.
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Als
weitere Alternative kann körniges
Material auch ausgewählt
werden, um dem Rauchstrom Aromastoffe zu verleihen, nachdem andere
Filterkomponenten einen Großteil
der zum Entfernen vorgesehen Gasphasekomponenten entfernt haben.
In einer bestimmten Ausgestaltung kann die Filterkomponente der
in 1 gezeigten mit einem zusätzlichen im Rauchstrom stromabwärts liegenden
Hohlraum, der mit aromatisiertem körnigem Material gefüllt ist, ähnlich sein.
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Die
Tendenz zum einzelnen Kontaktpunkt zwischen den Kohlekügelchen 24 minimiert
die Reibung zwischen den Kügelchen
und lässt
sie während
des Herstellungsprozesses auf eine Flüssigkeiten ähnliche Weise rasch fließen, um
sich selbst zu einer dicht zusammengepackten Gruppierung im Filterhohlraum 22 zusammenzufinden.
Eine derartige freie Fließfähigkeit
ermöglicht
rasches und effizientes Füllen
des Hohlraums 22 mit wenig oder fast keinen vergeudeten
verstreuten Kohlekügelchen.
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Die
Kohlematerialien können
mit in der Technik bekannten Methoden zubereitet werden. Darüber hinaus
können,
wenn Aktivkohle als das Kohlekügelchenmaterial
ausgewählt
wird, die in den
US-Patenten
Nr. 4.917.835 ,
5.456.868 und
6.033.506 offenbarten Kohlen
genutzt werden sowie andere in der Technik bekannte Kohlezubereitungen.
Körnige
Kohle einer einheitlichen und echt kugelförmigen Gestalt können von
der Kureha Chemical Industry Co., Ltd. von Japan oder der Mast Carbon
Ltd, Henley Park, Guilford GU3 2AF, Großbritannien, bezogen werden.
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Wie
oben erwähnt,
bettet sich Kohlekügelchenmaterial 24 sofort
in eine dicht zusammengepackte Gruppierung bei minimaler Bildung
von Kanälen,
die sonst den Wirkungsgrad des Filterbetts im Filterhohlraum 22 verringern
könnten.
Dies ist eine direkte Folge des Punkt-zu-Punkt-Kontakts zwischen
den glattflächigen Materialkügelchen.
Derartiges gleichmäßiges Zusammenpacken
fördert
weniger Variation in den hergestellten Filtern sowie weniger Variation
in ihrer Gesamtleistung. Anders als Granulatbettfüllungen,
die sich oft setzen, wodurch die Bildung von Umgehungskanälen oder
anderen Leerräumen
bewirkt wird, wird der Filterhohlraum 22 während des
Herstellungsprozesses mit Kohlekügelchenmaterial
im Wesentlichen vollständig
gefüllt
ohne anschließendes
merkliches Setzen.
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In 5,
auf die jetzt Bezug genommen wird, stellt eine weitere Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung eine Zigarette 10A bereit, die
einen Stock aus rauchbarem Material 12 wie zerkleinertem
Tabak und einen mit Belagpapier 16 an dem Stock 12 angebrachten
Mehrkomponentenfilter 14 umfasst. Nach dem Anzünden der
Zigarette 10A wird vom Tabakstock 12 Hauptstromrauch
erzeugt und aus ihm und durch den Filter 14 gezogen.
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Hierin
werden die relativen Positionen „stromaufwärts" und „stromabwärts" zwischen Filtersegmenten und anderen
Merkmalen in Bezug auf die Richtung des Hauptstromrauchs beschrieben,
während
er aus dem Tabakstock 12 und durch den Mehrkomponentenfilter 14 gezogen
wird.
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Vorzugsweise
umfasst der Filter 14 ein erstes stromaufwärts liegendes
Kohle enthaltendes Segment 50 und eine Mundende- (Mundstück-)komponente 52.
In dieser Ausgestaltung umfasst das Kohle enthaltende Segment 50 eine
Einsatz-Zwischenraum-Einsatz-Filterbaugruppe,
die eine zentrale Filterkomponente 54 aufweist, eine Tabakendkomponente 56 in
beabstandeter Beziehung zur zentralen Filterkomponente 54,
um dazwischen einen Hohlraum 58 zu definieren, der mit
Kohlekügelchenmaterial 24 wie
körniger
Aktivkohle gefüllt ist.
Die Tabakendkomponente 56 befindet sich neben dem Tabakstock 12 und
umfasst vorzugsweise einen Einsatz aus Zelluloseacetatkabel (Tow)
mit niedrigem Ziehwiderstand („RTD").
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Wie
oben besprochen, umfasst das Kohlekügelchenmaterial 24 einzelne
Kügelchen,
die einander an einzelnen Punkten berühren. Ein derartiger Einzelpunktkontakt
ergibt ein Bett aus Kohlematerial mit minimaler Kanalbildung oder
minimalem Kurzschließen
von durch den Hohlraum 58 gezogenem Tabakrauch. Dementsprechend
wird maximaler Kontakt zwischen der Gasphase des Zigarettenrauchs
und der Kohleoberfläche
der Kügelchen
für eine äußerst effiziente
Adsorption der Ziel-Gasphasekomponenten
erreicht.
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Darüber hinaus
können,
wie oben angegeben, die Kohlematerialien durch in der Technik bekannte
Methoden zu körnigen
Konfigurationen ausgebildet werden. Wenn Aktivkohle als das Kohlekügelchenmaterial ausgewählt wird,
können
die in den
US-Patenten Nr. 4.917.835 ,
Nr.
5.456.868 und Nr.
6.033.506 beschriebenen
Kohlen benutzt werden sowie andere in der Technik bekannte Kohlezubereitungen.
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Die
Mundende- (Mundstück-)komponente 52 hat
vorzugsweise die Form eines Zelluloseacetateinsatzes oder eines
anderen geeignet faserigen oder Vliesmaterials mit mäßigem bis
niedrigem Wirkungsgrad des Entfernens von Teilchen. Vorzugsweise
ist der Wirkungsgrad des Entfernens von Teilchen niedrig, wobei
der Denier- und der Gesamtdenierwert so ausgewählt ist, dass der erwünschte Gesamtziehwiderstand
des Mehrkomponentenfilters 14 erreicht wird.
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Vorzugsweise
ist wenigstens ein Teil oder die Gesamtheit des Kohlebetts 24 ein
Aromaträger
oder ansonsten mit einem Aroma imprägniert.
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Die
zentrale Filterkomponente
54 des Mehrkomponentenfilters
14,
wobei weiter auf
5 Bezug genommen wird, umfasst
vorzugsweise einen Einsatz
60 aus faserigem Filtermaterial,
vorzugsweise Zelluloseacetatkabel mit mäßigem bis niedrigem Teilchenwirkungsgrad
und Ziehwiderstand (RTD) zusammen mit einem oder mehreren Aromaträgergarnen
62.
Wenn Hauptstromtabakrauch durch die zentrale Filterkomponente
54 und
am Garn
62 entlang gezogen wird, wird Aromastoff in den
Strom von Hauptstromrauch freigesetzt. Aromafaden enthaltende Filtereinsätze können von
der American Filtrona Company, 8410 Jefferson Davis Highway, Richmond,
Virginia 23237-1341 bezogen werden und ein geeigneter Aufbau für die zentrale
Filterkomponente
54 wird in
US-Patent
Nr. 4.281.671 beschrieben.
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Vorzugsweise
ist wenigstens eine umlaufende Reihe von Perforationen 64 im
Mundstückbelagpapier 16 an
einer Stelle an der zentralen Komponente 54 entlang und
stromabwärts
vom Bett der aromatisierten körnigen
Kohle 20, vorzugsweise am stromaufwärts liegenden Endteil der zentralen
Komponente 54 neben dem Bett 24 ausgebildet. Die
bevorzugte Positionierung maximiert den Abstand zwischen dem Mundstückende 66 der
Zigarette und den Perforationen 64, der vorzugsweise wenigstens
12 mm (Millimeter) oder mehr beträgt, so dass die Lippen eines
Rauchers die Perforationen 64 nicht verdecken. Vorzugsweise
liegt der Lüftungsgrad im
Bereich von 40 bis 60 % und bevorzugt etwa 45 bis 55 % in einer
6 mg FTC-Teerabgabezigarette.
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Das
körnige
Kohlebett kann in einem ganz gefüllten
Zustand wenigstens 70 bis 120 mg (Milligramm) oder mehr Kohle umfassen
oder 160 bis 180 mg oder mehr körnige
Kohle in einem zu 85 % oder besser gefüllten Zustand im Hohlraum 58.
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Beispielhaft
beträgt
die Länge
des Tabakstocks 12 vorzugsweise 49 mm und die Länge des
Mehrkomponentenfilters 14 beträgt vorzugsweise 34 mm. Die
Länge der
vier Filterkomponenten von Zigarette 10A ist wie folgt:
die Tabakendkomponente 56 beträgt vorzugsweise 6 mm; die Länge des
körnigen
Kohlebetts 24 beträgt
vorzugsweise 12 mm für
eine Kohlebefüllung
von 180 Milligramm, die zentrale Komponente 54 beträgt vorzugsweise
8 mm und die Mundendekomponente 52 beträgt vorzugsweise 8 mm.
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Tabakstab
12 kann
mit konventioneller Zigarettenumhüllung umhüllt sein oder es kann gestreiftes
Papier für
diesen Zweck verwendet werden. Gestreiftes Zigarettenpapier hat
voneinander beabstandete integrierte Zellulosestreifen
68,
die den fertigen Tabakstock der Zigarette
10 umgeben, um
die Massenbrenngeschwindigkeit der Zigarette so zu ändern, dass
das Risiko der Entzündung
eines Substrats, wenn die Zigarette
10 glimmend darauf
liegen gelassen wird, geringer ist.
US-Patente Nr. 5.263.999 und
Nr.
5.997.691 beschreiben gestreiftes
(„banded") Zigarettenpapier.
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In 6,
auf die jetzt Bezug genommen wird, stellt eine weitere bevorzugte
Ausgestaltung eine modifizierte Zigarette 10B mit den gleichen Filtersegmenten
wie Zigarette 10A von 6 aber mit
einer leicht verschiedenen Anordnung der Segmente zueinander bereit,
und zum Kennzeichnen gleicher Teile werden gleiche Bezugszeichen
verwendet. In Zigarette 10B befindet sich das Aroma freisetzende
Garnelement 62 in der Mundendekomponente 52 am
Mundstück-
(Mund-)ende der Zigarette 10B stromabwärts vom aromatisierten Kohlekügelchenbett 24 und
durch die zentrale Komponente 54 davon beabstandet. In
dieser Ausgestaltung ist eventuell ein Weichmacher wie Triacetin
auf das Aromagarn 62 aufgetragen, um das Garn in seiner
Solllage in Komponente 52 zu halten und zu verhindern,
dass das Garn während
des Rauchens aus dem Filter gezogen wird. Alternativ kann das Aromagarn 62 zum
Erreichen des gleichen Ergebnisses zusammengeflochten werden. Wie
in der Ausgestaltung von 5 ist an einer Stelle entlang
der zentralen Filterkomponente 54 neben dem aromatisierten
Kohlekügelchenbett 24,
aber stromabwärts
von ihm, für
Lüftung 64 gesorgt.
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Aktiviertes
Kohlekügelchenmaterial
zur Verwendung in den oben beschriebenen Zigarettenfiltern kann mit
vielen bekannten Kügelchenherstellungsverfahren
wie beispielsweise in den
US-Patenten Nr. 3.909.449 und
4.045.368 und dem
britischen Patent Nr. 1.383.085 beschrieben
hergestellt werden. In vielen Fällen
umfassen die Ausgangsmaterialien Teer aus Rohöl- und Kohleverarbeitung. Grundsätzlich reicht
jede(r) beliebige, schmelzfähige
Kohle enthaltende Substanz (oder Kohlevorläufer) aus, wenn sie in einem
Fluid suspendiert werden kann, um eine Kugelform zu erhalten, und
erhärtet
und danach karbonisiert und aktiviert werden kann.
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Der
Maschinenbetrieb mit körniger
Kohle hat gegenüber
traditionellerer pulverförmiger
oder granulierter Kohle (wie der von PICA USA Inc, 432 McCormick
Boulevard, Columbus, Ohio 43213-1585 hergestellten und verkauften
granulierten Kohle) große
Vorteile. Es wurde festgestellt, dass bei einer Filterstabherstellungsmaschine,
die für
eine Ladung von 180 mg granulierter Kohle in einem 12-mm-Hohlraum
eines Zigarettenfilters bei einem durchschnittlichen Füllgrad von
86 % eingestellt ist, die Filterstabherstellungsmaschine ohne Ändern der
Maschineneinstellungen und mit der gleichen Menge von Kohle und
der gleichen Hohlraumlänge
mit körniger
Kohle durchschnittlich eine Füllung
von etwa 91 Volumenprozent bei zufriedenstellenden Werksmaschinengeschwindigkeiten,
z.B. 1500 Filtereinsätze
pro Minute, erreichte. Des Weiteren wurde entdeckt, dass der Betrieb
der Kügelchenmaschine
mit körniger
Kohle beträchtlich
weniger Staub erzeugte und dass die von der Maschine aufgesammelte
externe Kohle wiederverwendbar und nicht zerbrochen war, wie dies
bei granulierter Kohle oft der Fall ist.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der verbesserte Geschmack
einer Zigarette, die Kohlekügelchen
anstelle von Kohlegranulat im Filter enthält. Wie unten ausführlich erläutert wird,
wurde festgestellt, dass amerikanische Raucher auf der Basis einer
Vorzugsskala von 1 bis 7 Punkten den Vorzugsgrad einer Kontrollzigarette
ohne Kohle auf einer höchsten
Stufe einstuften (im Einklang mit ihrer Präferenz für kohlefreie Filter) und die
gleichen Raucher einen niedrigeren Präferenzgrad für eine Kohlekügelchenzigarette
angaben, aber wenn sie das gleiche Zigarettenmodell mit körniger Kohle
rauchten, stieg ihr Präferenzgrad
auf eine Stufe zwischen den anderen zwei Bewertungen an. Derartige
Ergebnisse sind Beweis für
eine bedeutende Verbesserung der Beliebtheitsbewertung von Kohlekügelchen
gegenüber
dem Kohlegranulatmodell.
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Es
wurde festgestellt, dass körnige
Aktivkohle einen bedeutenden Teil ihrer Porengrößeverteilung im Mikroporen-
und Mesoporenbereich (kleiner als 50 Ångström) mit einer relative kleinen
Verteilung im Makroporenbereich von mehr als 500 Ångström hat. Man
glaubt, wobei man nicht an die Theorie gebunden sein möchte, dass
körnige
Kohle bei der kleineren Zahl von Makroporen eine geringere Tendenz
zum Herausfangen von Teerelementen aus dem Hauptstromrauch hat und
stattdessen Aromakomponenten des Rauchs durch das Bett von Kohlekügelchen
passieren lässt.
Im Gegensatz dazu hat Kohlegranulat (PICA-Kohle) einen größeren Anteil der Porengrößenverteilung
im Makroporengrößenbereich
(ein Größenbereich
von mehr als oder bei 500 Ångström), was
zum Herausfangen größerer Teer
und Aroma umfassender Teilchen neigt.
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Außerdem ist
Kohlegranulat aus organischen Stoffen wie Kokosnussschalen, Nussschalen
oder Holz hergestellt und seine natürliche Herkunft trägt, so glaubt
man, eine viel höhere
Aschezahl und Anwesenheit von diversen Metallen und anderen Materialien
bei, die in körniger
Kohle nicht gefunden werden. Man glaubt auch, dass dieser Aspekt
dazu beiträgt,
dass körnige
Kohle eine günstige
subjektive Auswirkung gegenüber Kohlegranulat
hat.
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In
Bezug auf die maschinelle Verarbeitungsfähigkeit und die Auswahl eines
Kohlematerials für
Zigarettenfilteranwendungen gibt es drei zentrale Bedenken. Ein
Bedenken ist die Tendenz der Filterstabherstellungsmaschine selbst,
während
Zigarettenherstellungsvorgängen
Staub zu erzeugen. Staub kann weiterhin ein Problem beim Transportieren
der Produkte sein. Ein weiteres Bedenken sind die Kosten der Ausführung der
Wärmebehandlung
zum Aktivieren von Kohle. Je größer das Abbrennen,
desto größer ist
das vergeudete Gewicht von Ausgangsmaterial. Außerdem wird die Kohle bei höheren Aktivitätsniveaus
infolge dessen, dass die Kohle an Masse und Dichte verliert, bröckliger.
Des Weiteren gibt es dahingehend Begrenzungen, wie kurz ein Hohlraum
sein kann, der in Einsatz-Zwischenraum-Einsatz-Filterstabherstellungsvorgängen hergestellt und
gefüllt
werden kann. Gegenwärtig
wird bei Filterstabherstellungsmaschinen eine Hohlraumlänge von
wenigstens etwa 4 bis 6 mm bevorzugt. Hohlräume mit Längen von unter 4 mm erzeugen
Herstellungsschwierigkeiten und werden nicht bevorzugt.
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Der
Wirkungsgrad der Gasphaseentfernung wird von Teilchengröße und Kügelchendurchmesser
beeinflusst, wobei die kleineren Kügelchen effizienter sind. Allgemein
gilt außerdem,
dass je mehr Kohle aktiviert wird, desto größer ist ihr Wirkungsgrad bei
der Gasphaseentfernung, die maschinelle Bearbeitungsfähigkeit (Staubentwicklungsfaktor)
und die Kosten der Aktivierungsbehandlung sind aber ausgleichende
Erwägungen in
Bezug darauf, wie viel Aktivierung erwünscht ist. Ein Gleichgewicht
wird erreicht durch Verringern des Kügelchendurchmessers auf einen
bevorzugten Kügelchendurchmesserbereich
von etwa 0,2 mm bis 0,7 mm, bevorzugt 0,2 bis 0,4 mm, bei einem
Aktivierungsgrad, der der BET-Oberfläche im Bereich von 1000 bis
1600 Quadratmeter pro Gramm (nach dem Verfahren von Brunauer, Emmet
und Teller gemessen, im Folgenden „m2/g
BET"), vorzugsweise
im Bereich von 1100 bis 1300 m2/g BET, äquivalent
ist. Äußerst kleine
Kügelchen neigen
aber dazu, in einem Filterhohlraum so dicht zusammengepackt zu werden,
dass sie in einem eventuell unerwünschten Ausmaß einen
zusätzlichen
Druckabfallgrad am Hohlraum verursachen. Bei einigen Anwendungen
wie den bevorzugten Ausgestaltungen ist ein übermäßiger Druckabfall vorzugsweise
zu vermeiden. Dementsprechend ist die bevorzugte Kügelchengröße ein Durchmesser
von etwa 0,35 mm. Die bevorzugten Größenbereiche fördern auch
den ordnungsgemäßen und
sauberen Betrieb der Filterstabherstellungsmaschine.
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Je
kleiner das Kohlekügelchen,
umso dichter werden die Kügelchen
zusammengepackt, was den Druckabfall erhöht. Dementsprechend steht der
Tendenz hin zu einem immer kleineren Kügelchendurchmesser zum Erfassen
des Wirkungsgrads der Gasphaseentfernung die Notwendigkeit gegenüber, innerhalb
der vorbestimmten Grenzen für
den Druckabfall am Filter zu bleiben, um innerhalb der Erwartungen
von Rauchern in Bezug auf den Ziehwiderstand (RTD) beim Rauchen
einer Zigarette zu bleiben.
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7 ist
eine grafische Darstellung der 1,3-Butadienabgabe Rauchzug um Rauchzug
vom Mundende einer Zigarette für
verschieden große
Kohlekügelchendurchmesser.
Die genannten körnigen
Kohlematerialien umfassen 75 mg von körniger Aktivkohle mit 0,7 mm
Durchmesser in einer Bettlänge
von 2,7 mm (Kurve 100 in 7), 75 mg
von körniger
Aktivkohle mit 0,5 mm Durchmesser in einer Bettlänge von 2,6 mm (Kurve 102) und
75 mg von körniger
Aktivkohle mit 0,35 mm Durchmesser in einer Bettlänge von
2,5 mm (Kurve 104). Jeder Hohlraum befand sich im völlig gefüllten Zustand.
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Es
wurde festgestellt, immer noch mit Bezug auf 7, dass
ein kleinerer Kügelchendurchmesser
die Leistung beim Entfernen von 1,3-Butadin steigert und durch alle
Rauchzüge
hindurch voll effektiv ist. Insbesondere wurde festgestellt, dass
75 mg Kügelchen,
die von der Kureha Chemical Industry Co., Ltd. von Japan geliefert
wurden, bei einem Durchmesser von 0,35 mm mit einer voll gefüllten Hohlraumlänge von
2,5 mm im Wesentlichen sämtliches
1,3-Butadien der Zigarette durch alle acht ihrer Rauchzüge hindurch
herausfangen, selbst bei relativ niedrigen Werten des Verhältnisses
von Oberfläche
zu Masse.
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Das
Oberflächenaktivitätsniveau
des körnigen
Materials in 7 liegt im Bereich von 1000
bis 1600 m2/g BET, vorzugsweise 1100 bis
1300 m2/g BET. Es ist zu beachten, dass
das von Linie 104 repräsentierte Ergebnis
ein fast vollständiges
Entfernen von 1,3-Butadien ist und dass Linie 102 eine
bedeutende (fast 90-prozentige) Verringerung von 1,3-Butadien darstellt.
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8 ist
eine grafische Darstellung der 1,3-Butadienabgabe Rauchzug um Rauchzug
aus dem Mundende einer Zigarette für verschiedene Durchmesser
von körniger
Kohle: 75 mg Kohlekügelchen
mit 0,35 mm Durchmesser in einem 2,5 mm langen Hohlraum (Kurve 108 in 8),
48 mg Kohlegranulat (PICA-Kohle) mit 40 × 60 Mesh in einem 2,5 mm langen
Hohlraum (Kurve 110), 46 mg Kohlegranulat (PICA-Kohle)
mit 20 × 50 Mesh
in einem 2,5 mm langen Hohlraum (Kurve 112), 180 mg Kohlegranulat
(PICA-Kohle) mit 20 × 50
Mesh in einem 12 mm langen Hohlraum (Kurve 114) und eine
1 R4F-Standardkontrollzigarette
(Kurve 116).
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Beim
Vergleichen von 7 und 8 stellt
man fest, dass Kohlegranulat von 40 × 60 Mesh mit einer Ladung
von 48 mg in einem 2,5-mm-Hohlraum (Kurve 110 in 8)
im Wesentlichen das gleiche Ergebnis wie das von Kohlekügelchen
mit 0,35 mm Durchmesser (Kurve 108 in 7)
ergibt. Die PICA-Kohle mit 40 × 60 Mesh
ist aber dafür
bekannt, dass der Umgang mit ihr in Vorgängen von Filterstabherstellungsmaschinen
(bedeutende und störende
Staubentwicklung) äußerst schwierig
ist. Der Umgang mit Kohlekügelchen
mit einem Durchmesser von 0,35 mm ist aber bei einer Ladung von
75 mg einfach, ohne bedeutende Staubentwicklung in Maschinenvorgängen, wegen
der günstigen
allgemeinen Fließcharakteristik
von körniger
Kohle und wegen ihrer größeren Dichte
und Härte
(da sie sich auf einem niedrigeren bis mäßigen Aktivierungsniveau befindet). Dementsprechend
erreicht körnige
Kohle die gleiche Leistung wie hochfeines Kohlegranulat (PICA-Kohle), aber
bei einer Größe, die
von Zigarettenherstellungsmaschinen leicht gehandhabt werden kann.
Dies ist ein bedeutender Vorteil.
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Allgemein
sind die Kohlekügelchen
ein dichteres und härteres
Material als PICA-Partikelkohle. Dementsprechend gibt es bei Herstellung
und Transport von Zigarettenfiltern mit körniger Kohle weniger Staubentwicklung
und sie neigt zum ordentlicheren und vollständigeren Füllen von Hohlräumen als
granulierte Kohle.
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Mit
Kohlekügelchen
mit einem Durchmesser von 0,35 mm bei einem Ladungsgrad von 75 mg
in einem Zustand mit gefüllten
Hohlraum wird ein ausgezeichneter Wirkungsgrad der Gasphaseentfernung
erzielt, wie der von Linie 104 in 7 repräsentierte.
Eine derartige Kohleladung füllt
aber einen 2,5 mm langen Hohlraum bei einem Standardzigarettenumfang
(24 Millimeter) vollständig,
wobei diese Hohlraumlänge
schwierig herzustellen ist. Dementsprechend wird eventuell bevorzugt,
zu den Aktivkohlekügelchen
andere Kügelchen
einer ähnlichen
oder vorzugsweise der gleichen Größe hinzuzunehmen, allerdings
mit kleiner oder keiner Aktivität, um
Kosten zu sparen und die Verarbeitungsfähigkeit zu verbessern. Versuche,
die 75 mg körniger
Kohle mit Glaskügelchen
bei einer volumetrischen Teilung von 1/3 Kohle und 2/3 Glaskügelchen
kombinierten, zeigten im Wesentlichen die gleiche Leistung in der
Gasphaseentfernung wie bei der gleichen, allein wirkenden 75-mg-Ladung. Dementsprechend
wird eventuell bevorzugt, eine Ladung von 75 mg Aktivkohlekügelchen
mit zusätzlichen
Kügelchen
aus nicht aktivierter Kohle, vorzugsweise der gleichen Durchmessergröße mit ausreichender
Masse, um einen 6 mm langen Hohlraum zu füllen oder einen solchen zusätzlichen
Betrag, wie er eventuell zum Füllen
des traditionell vom Zigarettenhersteller eingesetzten Hohlraums
benötigt
wird. Eine derartige Kombination aus aktivierten und nicht aktivierten
Kohlekügelchen
ergibt die gleichen Ergebnisse zu geringeren Kosten, da es nicht
nötig ist,
den Hohlraum vollständig
mit den kostspieligeren Aktivkohlekügelchen zu füllen. Ein
weiterer Vorteil dieser Entdeckung ist, dass ein Zigarettenhersteller
eine Hohlraumgröße für sein Spektrum
von Zigarettenmarken auswählen
kann und die Freiheit zum Auswählen
verschiedener Kohlemengen für
verschiedene Klassen oder Füllungsdichten
und zum Füllen
eines beliebigen restlichen Raums im vorausgewählten Hohlraum mit nichtaktiviertem
(oder weniger aktiviertem) körnigem
Material, körnigem
Aromaträgermaterial
oder einem sonstigen geeigneten Füllstoffmaterial hat. Bei sich ändernden
Raucherpräferenzen oder
als Reaktion auf andere Umstände
kann der Anteil der körnigen
Aktivkohle im Filter ohne Komplikationen, wie z.B. ohne die Hohlraumgröße in der
Zigarettenanordnung ändern
zu müssen
oder ohne die Größe von Filter-
und Zigarettenherstellungsmaschinen ändern zu müssen, geändert werden. Dies ist ein
bedeutender Vorteil in Zigarettenherstellungsvorgängen.
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9 ist
ein Säulendiagramm,
das relativ ähnliche
Ergebnisse für
die Gesamtabgabe von 1,3-Butadien in Prozent für Filter nur mit körniger Kohle
und mit körniger
Kohle, die mit einem nichtadsorbierenden Füllstoff dispergiert ist, illustriert.
Säule 120 in 9 repräsentiert
eine 1 R4F-Standardkontrollzigarette
und zeigt eine 1,3-Butadienabgabe von etwa 86 % vom Mundende der
Zigarette nach etwa acht Rauchzügen
während des
Rauchens. Säule 122 und
Säule 124 stellen
einen 5 ähnlichen
Zigarettenaufbau dar, aber mit Zelluloseacetat und ohne Kohle (Säule 122)
bzw. 380 mg Glaskügelchen
und ohne Kohle (Säule 124).
Nach etwa acht Rauchzügen
ist die Gesamtabgabe von 1,3-Butadien in Prozent vom Mundende jeder
Zigarette hoch, etwa 91 % für
Säule 122 und
82 % für
Säule 124.
Säulen 126, 128 und 130 stellen
jeweils einen 5 ähnlichen Zigarettenaufbau dar,
in jedem Fall ist der Filterhohlraum aber mit verschiedenen Stoffen
gefüllt.
Die von Säule 126 repräsentierte
Zigarette weist einen Hohlraum auf, der mit 75 mg Aktivkohlekügelchen
mit einem Durchmesser von 0,35 mm gefüllt ist. Nur etwa 1 % der 1,3-Butadienabgabe
passiert nach acht Rauchzügen durch
das Mundende der Zigarette von Säule 122 und ähnliche
Ergebnisse werden mit den von Säulen 128 und 130 repräsentierten
Zigaretten erzielt, bei denen die Filterhohlräume mit 75 mg Aktivkohlekügelchen
mit 0,35 mm Durchmesser aber in Kombination mit nichtadorbierenden Füllstoffen
gefüllt
sind. Die Zigarette von Säule 128 weist
190 mg Glaskügelchen
auf, die in den Kohlekügelchen
dispergiert sind, und die Zigarette von Säule 130 weist 380
mg von in den Kohlekügelchen
dispergierten Glaskügelchen
auf. In jedem Fall beträgt
die Gesamtabgabe von 1,3-Butadien in Prozent aus dem Mundende der
Zigarette nach acht Rauchzügen
etwa 2 %. Zusammenfassend ist zu sagen, dass Filter, die Aktivkohlekügelchen
in Kombination mit nichtadsorbierenden Füllstoffen aufweisen, etwa die
gleichen Ergebnisse erbringen wie Filter mit einem äquivalenten
Gewicht von Aktikkohlekörnchen
in unverdünnter
Form.
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Die
folgende Tabelle 1 zeigt die Porengrößeverteilung von Aktivkohlen
einschließlich
PICA-Kohle mit 20 × 50
Mesh pro Zoll und 40 × 60
Mesh pro Zoll sowie körnige
Kohle mit einem Durchmesser von 0,7 mm, 0,5 mm und 0,35 mm von zwei
verschiedenen Chargen. TABELLE 1
| | *DFT-Porenvolumen |
| Probe | Schüttdichte (g/cm3) | BET-Oberfläche (m2/g) | Mikrovol.
(cm3/g) | Gesamtvol.
(cm3/g) |
| PICA
20 × 50
Mesh | 0,37 | 1578 | 0,5459 | 0,5983 |
| PICA
40 × 60
Mesh | 0,39 | 1468 | 0,5566 | 0,5967 |
| Kügelchencharge 1
0,7 mm Durchm. | 0,57 | 1129 | 0,4614 | 0,4849 |
| Kügelchencharge 2
0,5 mm Durchm. | 0,58 | 12471 | 0,4791 | 0,4906 |
| Kügelchencharge 1
0,35 mm Durchm. | 0,59 | 1289 | 0,4821 | 0,5154 |
| Kügelchencharge 2
0,5 mm Durchm. | 0,58 | 1150 | 0,4562 | 0,4618 |
| Kügelchencharge 2
0,35 mm Durchm. | 0,58 | 1244 | 0,4750 | 0,5030 |
- *DFT: gemäß der Dichtefunktionstheorie
berechnet, die eine statistische Thermodynamiktheorie auf Molekularbasis
ist, die es erlaubt, die Adsorptionsisotherme mit den mikroskopischen
Eigenschaften des Systems in Beziehung zu setzen (Quelle: P.A. Webb
and C. Orr, Analytical Methods in Fine Particle Technology, Micrometrics
Instrument Corporation, Norcross, GA 1977, Seite 81).
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PICA-Kohle
hat eine Schüttdichte
von etwa 0,37 Gramm pro Kubikzentimeter, während körnige Aktivkohle der bevorzugten
Kohle eine Schüttdichte
von mehr als 0,5, vorzugsweise im Bereich von 0,55 bis 0,6 g/cm3, hat.
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Man
muss erkennen, dass die körnigen
Aktivkohlen der bevorzugten Ausgestaltungen mit anderen Adsorbenzien
wie Zeoliten, Molekularsieben, zusammengesetzten oder geschichteten
Materialien, Ton, Aluminiumoxid, anderen Metalloxiden, Metallsilikaten
und Metallphosphaten, Silicagelen und modifizierten Silicagelen
wie 3-Aminopropylsilyl-(APS)-Silicagelkügelchen gemischt oder kombiniert
werden oder anderweitig kooperieren können.
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Die
folgende Tabelle 2 zeigt die Gesamtabgabe der angezeigten Gasphasenkomponenten
in Prozent im Verhältnis
zu einer 1 R4F-Standard-Kontrollzigarette
für Zigarettenfilterkonstruktionen,
bei denen ein Filterhohlraum wie in 5 gezeigt
mit den angegebenen Materialien gefüllt ist.
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Vorzugsweise
werden die Kohlekügelchen
dadurch, dass Aromastoff auf eine Charge Aktivkohle in einer Mischtrommel
(Rollfass) aufgesprüht
wird, oder alternativ in einem Wirbelbett mit Stickstoff als Fluidisierungsmittel,
wobei Aromastoff dann auf die Kohle im Bett aufgesprüht werden
kann, aromatisiert. Es liegt auch in der Erwägung der vorliegenden Erfindung,
Aromastoffe oder andere Filterkomponenten oder das Kohlekügelchenbett
separat oder eine beliebige der obigen Möglichkeiten mit dem Zusatz
von Aromastoffen, die an einem oder mehreren Filterbelagpapieren
und/oder dem Mundstückbelagpapier
entlang getragen werden, anzuordnen.
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Fachkundige
Personen werden erkennen, dass die vorliegende Erfindung mit anderen
als den beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt werden kann, die zum Zweck
der Veranschaulichung und nicht zur Begrenzung vorgelegt werden.
Beispielsweise können
Zigarettenfilter körnige
Kohle aufweisen, die in einer faserigen Masse wie Zelluloseacetatkabel
eingeschlossen ist. Fakultativ können
die Kügelchen
jeweils einen Kern und eine Aromastoff-Oberflächenbeschichtung umfassen.
Die vorliegende Erfindung wird nur von den folgenden Ansprüchen begrenzt.
