DE68916902T2

DE68916902T2 - Selektive Abgabe und Retention von Nikotin-Nebenprodukten aus Zigarettenrauch.

Info

Publication number: DE68916902T2
Application number: DE68916902T
Authority: DE
Inventors: Richmond R Cohen; David J Gibboni
Original assignee: Hoechst Celanese Corp
Current assignee: CNA Holdings LLC
Priority date: 1988-10-17
Filing date: 1989-10-10
Publication date: 1995-03-09
Anticipated expiration: 2009-10-11
Also published as: CN1041871A; JPH02145179A; CN1031033C; EP0366982B1; EP0366982A2; DE68916902D1; KR900005914A; EP0366982A3; KR960014866B1; US4896683A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven Steuerung der Nikotinabgabe bezüglich der abzugebenden teilchenförmigen Bestandteile aus dem Zigarettenrauch unter Verwendung eines Zigarettenfilterelements, das zumindest eine aktive wasserlösliche Modifikationskomponente enthält.
Obwohl auf Fasern basierende Zigarettenfilterelemente gut bekannt und über eine große Zahl von Jahren verwendet worden sind, ist die Auswahl der Bestandteile für diese Klasse von Filtern ziemlich beschränkt über die Jahre wegen des Kostenfaktors und des Mangels an allgemeiner Eignung von vielen natürlichen Fasern für die Hochgeschwindigkeitsfilterherstellung unter Verwendung aus dem Stand der Technik bekannter, Filterstäbchen erzeugender Apparate gewesen. Zusätzlich stehen die Anforderungen an die herkömmlichen Zigarettenfilterelemente heutiger Tage im Konflikt, insbesondere hinsichtlich der allgemeinen Filtrationswirksamkeit und den erhöhten Anforderungen für die selektive Filtration der Zigarettenrauchbestandteile.
Während verschiedene Fasern und Fasermischungen versucht und bewertet worden sind, favorisieren eine wesentliche Zahl von Zigarettenfilterelemente alte Technologien wegen gewisser Kosten- und Handhabungsvorteile. Zum Beispiel kann ein Celluloseacetatband einfach in schneidbare Filterstäbchen unter Verwendung eines im wesentlichen nicht-modifizierten Filterstäbchen erzeugenden Apparates des Standes der Technik ohne schwerwiegende Störprobleme verarbeitet werden. Dieser Vorteil wird weiter verfolgt trotz erhöhter Anforderungen für wesentliche Mengen an Additiven, einschließlich organischer Weichmacher wie Triacetin, Diacetin, Zitronensäure, sowie Schmiermitteln, Duftstoffen, Heilstoffen, selektiven Filtermitteln und dergleichen. Im allgemeinen werden solche Additive als wäßrige Lösungen auf das geöffnete Faserband in aus dem Stand der Technik bekannter Tauch-, Spray- oder Printdrucktechnik aufgebracht.
Den Vorteilen der Celluloseacetatfaser als Filtersubstrat stehen jedoch gewisse Nachteile gegenüber. Zum Beispiel sind solche Fasern relativ schwach im Vergleich zu thermoplastischen Synthetika, wie eine Polyolefinfaser oder -filament. Diese Eigenschaft begrenzt das Ausmaß der Spannung und der Kräuselung erheblich, das ein Celluloseacetatfaserband von niederem dpf vor der Einführung in eine herkömmliche Filterstäbchen erzeugende Maschine tolerieren wird.
Synthetika wie Polyolefinfasern jedoch haben einige Nachteile. Diese entstehen aus der Tatsache, daß Polyolefinsubstrate im allgemeinen hydrophob sind und dazu neigen, chemisch inert zu sein, während eine Vielzahl bekannter Zigarettenfilteradditive hydrophil sind. Aus diesem Grund ist es manchmal sehr schwierig, solche Additive in geeigneter Menge und funktioneller Bedingung in Filterelemente unter Verwendung hydrophober synthetischer Fasern als eine Hauptsubstratkomponente einzubringen und einzubehalten.
Ein anderes die Zigarettenfilterherstellung betreffendes Problem betrifft die Schwierigkeit in der Optimierung der Faserdenier und allgemeinen Filterwirksamkeit der synthetischen Faserfilter ohne entsprechenden Verlust in Dimensionsstabilität, Härte und Druckabfall oder -zug guer zum Filterelement.
Aus der GB-A-2 189 127 ist eine Zigarettenfilterherstellung bekannt, in der die Filterelemente durch Behandeln eines spezifischen Substrates mit (A) einem oder mehrereren von Natriumbicarbonat, Natriumcarbonat, Kaliumpermanganat und Mangandioxid und (B) einer Lösung oder Dispersion einer nichtionischen Spinnlösung, die ein spezifisches wäßriges Dispergiermittel enthalten kann.
Die GB-A-1 255 657 beschreibt einen Dreikomponenten-Tabakfilter mit zwei oder mehr Filterabschnitten, die einen Absorbenzbereich, ein wäßriges Feuchtigkeitsmittel mit einer auf dem Material des Absorbenzbereiches aufgebrachten hygroskopischen Substanz und einen schwach absorbierenden Bereich aufweisen.
Die DE-A-1 517 320 beschreibt Additive für Tabakprodukte wie Carbonate, Bicarbonate oder Bisulfite von Alkali- oder Erdalkalimetallen.
Aus der EP-A-0 348 741 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle der Nebenprodukte aus dem Zigarettenrauch bekannt, in dem der Filter ein kompaktes Polyolefinfasern enthaltendes Filtersubstrat und ein Modifizieradditiv enthält, das die Filterwirkung verstärkt, sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Filter.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, selektiv sowohl die Filterabgabe und Filterretention von Nikotinnebenprodukten im Zigarettenrauch zu steuern, im Vergleich mit den Durchströmkonzentrationen des gesamten teilchenförmigen Materials.
Diese Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern der Nikotin-Filter-Retention und Durchströmungseigenschaften eines Zigarettenfilterelementes erreicht, das ein oder eine Kombination von Celluloseacetat oder thermoplastischen synthetischen Fasersubstraten enthält. Diese können eine oder mehrere Substrate allein oder in Kombination in Form eines (a) gewebten Faserbandes, (b) eines Bandes eines nichtgewebten Materials, (c) eines Faserbandes oder (d) eines fibrillierten Filines beinhalten, die (A) durch Behandlung eines oder mehrerer Substrate des Filterelements oder dessen Stopfenkomponente mit einer wäßrigen Lösung oder Suspension, die eine wirksame Menge eines nicht-toxischen wasserlöslichen anorganischen Salzes einer starken Säure als ein aktives Modifiziermittel enthält, wobei die starke Säure aus Salzsäure und Bromwasserstoffsäure ausgewählt ist, und worin das nicht- toxische wasserlösliche Metallsalz der Säure auf das eine oder die mehreren Substrate des Filterelements oder dessen Stopfen als eine gepufferte Lösung oder Suspension mit einem pH innerhalb eines Bereichs von etwa pH 8 bis etwa pH 12 aufgebracht wird, (B) Fertigstellung des gewünschten Filterelements, wobei durch die Behandlung des Substrats oder der Stopfenkomponente des Filterelements mit dem Salz einer starken Säure der Filterdurchtritt der Nikotinrauchkomponenten bezüglich der Gesamtteilchen-Durchtrittskonzentration abnimmt.
Im allgemeinen hängt die Filterwirksamkeit insbesondere der Feststoffanteil-Entfernung im wesentlichen von der Faserdenier, Filterlänge und -dichte ab, aber selektive Filtriereigenschaften, insbesondere die Steuerung über gasförmige Duftkomponenten, sowie Nikotinretention und Durchströmeigenschaften, werden weniger leicht vorhergesehen und bleiben so ein dauerndes Problem bei der Filterherstellung.
Die vorliegende Erfindung beschreibt einen Weg der leichteren Abrundung von Zigarettenfiltern für spezifische Tabakmischungen, um die Geschmacks- und Gesundheitsanforderung in einem sich schnell ändernden Markt zu befriedigen.
Wo die Tabakmischung erhöhte Filterretention erfordert, um einen geeigneten Durftstoffausgleich zu erhalten, wurde gefunden, daß die Retention selektiv, relativ zum Gesamtteilchen- Durchtritt, ohne wesentliche Änderung der Faserdenier und Filterdichte, durch bloße Zugabe einer wirksamen Menge eines nicht-toxischen wasserlöslichen Metallsalzes einer starken Mineralsäure zu einem oder mehreren Filtersubstraten gefördert wird. Die Salze der Salzsäure oder der Bromwasserstoffsäure sind für solche Zwecke als nützlich gefunden worden.
Aktive Salze der letzteren Art beinhalten zum Beispiel ausgewählte Metallsalze der Gruppe 1(a), 2(a) und der Übergangselemente, einschließlich Calcium, Kalium, Zink, Lithium und Magnesium. Solche Salze beinhalten spezifisch zum Beispiel ZnCl&sub2;, LiBr, KBr, CaBr&sub2;, MnCl&sub2; und MgCl&sub2;.
Salze der vorstehend definierten Art werden individuell wie benötigt als eine gepufferte Lösung oder Suspension mit einem pH innerhalb eines Bereiches von etwa pH 8 bis etwa pH 12 und vorzugsweise etwa pH 8,0 bis etwa pH 10,5, auf eines oder mehrere geeignete Substrate aus Faser- oder filbrilliertem Film in einer Art und in wirksamen Mengen wie nachstehend beschrieben aufgebracht.
Zigarettenfilterstäbchen oder -elemente beinhalten in Kombination
(a) einen Filterstopfen eines kompakten Substrats mit einem oder mehreren Celluloseacetat- oder synthetischen thermoplastischen Faser enthaltendem Substrat, wie eines faser- oder filmbildenden Polyolefins, Polyesters oder Polyamids;
(b) eine Vielzahl von aktiven Filterbereichen, die innerhalb des kompakten Substrats verteilt sind, worin die Orte im wesentlichen aus Feststoff- und/oder Feststoff/Flüssig-Phasen des gewünschten wasserlöslichen Salzes einer starken oder einer schwachen Säure und eines nicht-toxischen Metalls bestehen. Während die Orte mit der Lagerung etwas variieren können, besteht die bevorzugte Anfangskonfiguration aus Kristallen oder Feststoffen in Verbindung mit einer kleinen umgebenden Flüssigphase in Form einer gesättigten oder konzentrierten wäßrigen Salzlösung; und
(c) eine Stopfenhülle wie Papier oder Film, die das kompakte Substrat sichert, um den Stab und schließlich ein gewünschtes Filterelement mit der gewünschten Nikotinretentions- oder Durchtrittseigenschaften, wie vorstehend beschrieben, zu bilden.
Wenn gewünscht, können eine oder mehrere aktive Modifiziersalzkomponenten auf separate Filtersubstratoberflächen (vgl. Fig. 2-3) aufgebracht werden, die dann einzeln oder im Speicher als Garniturfütterung in einen Filterstäbchen herstellenden Apparat eingeführt werden. In solchen Fällen kann die Aufbringung der aktiven Modifiziersalzkomponente auf herkömmliche Weise durch Sprühen der Garniturzuführungskomponente bewirkt werden oder eine Lösung des aktiven Modifiziersalzes kann durch den erhaltenen gebildeten Filterstab mit Vakuum gezogen werden. Auf jeden Fall wird der Filterstab oder das -element unter kontrollierter Wärme und Feuchtigkeit ofengetrocknet, bevor es gelagert oder direkt mit einem Tabakstopfen kombiniert wird, um die Herstellung des Filterelements zu vervollständigen.
Eine "wirksame Menge einer aktiven Modifizierkomponente" für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist eine Menge des Salzes von insgesamt etwa 2 Gew. -% oder mehr und vorzugsweise etwa 3 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des trockenen Filterstopfensubstrats. Wie vorstehend angegeben, wird das Salz am besten in Form einer Vielzahl von Filterstellen bzw. -orte verteilt, die gleichförmig auf einem Filtersubstrat verteilt sind, und getrocknet, um Feststoff oder Feststoff/Flüssig-Phasen innerhalb des Filterelements zu bilden.
Als Filterelemente können Filterelemente verwendet werden, die zusätzlich oberflächenaktives Material in einer Konzentration von etwa 0,1 bis 10 Gew.-% und vorzugsweise 0,5 bis 10 Gew.-% von eines oder mehrere (1) eines Polyoxyalkylenderivats eines Sorbitanfettsäureesters, (2) eines Fettsäuremonoester eines Polyhydroxyalkohols oder (3) eines Fettsäurediesters eines Polyhydroxyalkohols enthalten.
Geeignete oberflächenaktive Mittel können zum Beispiel Ethoxylate, Carboxylsäureester, Glycerinester, Polyoxyethylenester, Anhydrosorbitolester, ethoxylierte Anhydrosorbitolester, ethoxylierte natürliche Fette, Öle und Wachse, Glycolester von Fettsäuren, Polyoxyethylenfettsäureamide, Polyalkylenoxidblockcopolymere, Poly(oxyethylen-co-oxypropylen) und dergleichen beinhalten.
Der Ausdruck "Substrat", wie vorstehend definiert, betrifft einen Strang bzw. ein Band, Faserband oder Matte eines Faser- oder fibrillierten Films, der als Garniturzuführung für einen Filterstäbchen erzeugenden Apparat verwendbar ist, einschließlich eines oder mehrerer eines geöffneten Faserbandes aus Celluloseacetatfaser oder thermoplastischer synthetischer Faser von Mono-, Bi- oder Trikomponentenfasern einschließlich Side- by-Side- und Hülle-Kern-Varietäten mit einer Hülle eines niedereren Schmelzpunktes als der Kern. Matten solcher Fütterung, wie vorstehend angeführt, werden üblicherweise in eine Garnitur eines Filterstäbchen herstellenden Apparates allein oder in einen Komplett- oder Teilspeicher (vgl. Figuren 2 und 3) eingeführt.
Eine solche Garniturfütterung kann üblicherweise bis zu etwa vier oder mehr Matten der Substratkomponente(n) einer homogenen oder gemischten Varietät beinhalten, wobei die gewünschten aktiven Komponenten auf eine oder beide Seiten der ausgewählten Substrate aufgebracht werden, und die Art und die Zahl der behandelten Seiten hängt von der gewünschten Filterselektivität und Wirksamkeit sowie Gefühl-, Härte- und Zugeigenschaften ab.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist es unwesentlich, ob die Garniturfütterung in situ hergestellt (d.h. unmittelbar stromaufwärts der Garnitur) oder eher hergestellt und vor Verwendung gelagert wird.
Es ist ebenfalls als geeignet gefunden worden, eine oder mehrere nicht-gewebte Gewebe der gleichen oder verschiedenen Faserzusammensetzung und -denier als Garniturfütterung zu verwenden, insbesondere, wenn nicht das gesamte Substrat in dem Filterelement als eine Trägeroberfläche für die aktive(n) Modifizierkomponente(n) verwendet wird.
Wenn ein Band eines nicht-gewebten Gewebes oder ein Faserband als Garniturfütterungsbestandteil gemäß vorliegender Erfindung verwendet wird, kann dieses wieder nützlicherweise bis zu etwa 100 Gew.-% Celluloseacetat- oder synthetisches thermoplastisches Substrat enthalten und vorzugsweise 10 bis 100 Gew.-% einer Polyolefin(mono-, bi- oder trikomponenten)faser des Side-by-Side- und Hülle/Kern-Typs, hier als Stapelfaser bezeichnet, oder kann aus Matten oder Bändern bestehen, die Filamente homogener oder gemischter Denier oder Kombinationen von Fasern wie
(a) Polypropylen/Polyethylen, Polypropylen/Polyvinylidenchlorid, Polypropylen/Celluloseacetat, Polypropylen/Rayon, Polypropylen/Nylon, Celluloseacetat/Polyethylen, plastifiziertes Celluloseacetat, Polypropylen/Papier; oder
(b) Polypropylen/Polystyrol/Polyethylen und dergleichen, in bevorzugten Verhältnissen von etwa (a) 10%-90%/90%-10% oder (b) 10%-90%/45%-5%/45%-5%, bezogen auf das Fasergewicht, gemäß US-A-3,393,685 bestehen.
Fibrillierter Film kann als eine Substratkomponente zur Verwendung allein oder in Kombination mit anderen Substratkomponenten als Garniturfütterung gemäß vorliegender Erfindung angewendet werden. Solche kann zum Beispiel mit gemäß in den US- A-4,151,886 US-A-4,310,594 und US-A-3,576,931 beschriebener Komponenten erhalten werden.
Für die vorliegenden Zwecke und als Teilschritt der Vervollständigung der Herstellung des gewünschten Filterelements ist die Verwendung einer herkömmlichen Filterstäbchen herstellenden Apparatur wichtig. Eine solche Vorrichtung enthält im allgemeinen Bandtrompete, Garnitur, formgebende Einrichtungen, Hülleinrichtungen und Schneideinrichtungen mit den gemäß in den US-A-3,144,023 und US-A-2,794,480 beschriebenen Bestandteilen und Verfahren. Falls erforderlich können jedoch Modifikationen durchgeführt werden, um in-situ- oder Vorsprüh-, Tauch-, Druck-, Vakuumzug- oder andere herkömmliche Anwendungsmethoden zum Einführen einer oder mehrerer der Salzkomponenten gemäß vorliegender Erfindung vor oder nach der Bildung eines Filterstopfens durchgeführt werden.
Falls gewünscht, können Faserbandballen oder eine andere Garniturfütterung kontinuierlich unter Verwendung einer oder mehrerer Druckrollen aus Reservoiren, die die gewünschte(n) aktive(n) Komponente(n) enthalten, tauchbeschichtet oder fütterbar in Kontakt gebracht werden und anschließend der Fabrikationsschritt, wie vorstehend beschrieben, mittels herkömmlicher Trocknung unter Verwendung von Quetschwalzen, erwärmter Trockenwalzen, Öfen oder dergleichen vervollständigt werden. Eine geeignete Trocknung kann bei Temperaturen innerhalb des Bereiches von etwa 70 bis 125ºC eintreten.
Falls gewünscht, kann das als Garniturfütterung geeignete nicht-gewebte Material aus Fasern homogener oder gemischter Denier unter Verwendung aus dem Stand der Technik bekannten Techniken erhalten werden. Vorzugsweise fallen solche nichtgewebten Materialien in einen Gewichtsbereich von etwa 10 bis 50 g/m², und eine Bandbreite von etwa 10,16 bis 30,48 cm erlaubt im allgemeinen einen erfolgreichen Durchtritt durch die Garnitur eines bei Herstellungsgeschwindigkeiten arbeitenden herkömmlichen Filterstäbchen herstellenden Apparates.
Wie vorstehend ausgeführt, kann eine geeignete Garniturfütterung etwa eine bis vier oder sogar mehr Substratmatten von identischem oder verschiedenem Gewicht, Dimensionen, Bindungseigenschaften, Absorptionseigenschaften, Faserzusammensetzung und Denier beinhalten. Eine Vielzahl von solchen Matten kann als Ganzes oder teilweise in einen Speicher und in Maschinen-, Quer- oder Diagonalrichtung, falls gewünscht, eingebracht werden. Für die besten Ergebnisse ist jedoch ein relativ leicht thermisch gebundenes Gewebe, Band, Faserband oder fibrillierter Film im Speicher mit einem nicht-gewebten Gewebe oder zwischen zwei nicht-gewebten Geweben (vgl. Figur 2) gefunden worden, die gute Salzretention, Filterzug und -härte zeigen.
Der Einschluß einer zusätzlichen niederschmelzenden Faser wie Polyethylen, in Kombination mit anderen Polyolefinfasern als Garniturfütterung ist ebenfalls als nützlich gefunden worden, um Bandstopfen von breiter variierender Bindung und Absorptionseigenschaften zu erhalten.
Aus Kostengründen sind offene Faserbänder und nicht-gewebte Bänder als insbesondere nützliche Kombination gefunden worden, da sie die Verwendung von relativ billigen Polyolefinmatten von gemischter Denier erlauben und die genaue Verteilung von Modifiziersalzkomponenten vereinfachen, ohne daß bekannte Techniken und eine Ausrüstung wie eine Druckwalze und Sprühköpfe für die Substratbeschichtung wegfallen müssen.
Weitere Komponenten, zusätzlich zu den vorstehend definierten aktiven Modifiziersalzkomponenten, können auch angewendet werden, wie zum Beispiel wäßrige Lösungen, Emulsionen, Suspensionen oder Dispersionen eines oder mehrerer Feuchtmittel. Beispielhaft seien polyhydrierte Alkohole wie Glycerine, Glykole oder dergleichen; Aromastoffe und Parfüme wie Ketosen und Polysaccharide, einschließlich Wintergrün, Minze, Pfefferminze, Schokolade, Süßholz, Zimt, Fruchtaromen, Zitrus oder dergleichen; Heilstoffe wie Menthol und Dekontaminierungshilfsmittel und andere an sich bekannte Additive gemäß den US- A-4,485,828 und US-A-4,715,390 genannt.
Um eine genaue Kontrolle über die Anwendung der Additive beizubehalten, ist es nützlich gefunden worden, wenn das aufnehmende Substrat vorsichtig kontrolliert wird und konsistent ist hinsichtlich des Feuchtigkeitsgehaltes vor Umwandlung in ein Filterelement. Zusätzlich wird ein Filterelement und seine aufgebrachten Additivbestandteile nützlicherweise weiter isoliert oder abgeschirmt von direktem Kontakt mit den Lippen durch Aufbringen der aktiven Komponente auf ein Band, Faserband oder nicht-gewebtes Gewebe, welches umgekehrt in Schichten eingebracht ist zwischen zwei oder mehreren nicht-behandelten nicht-gewebten Geweben von geringerer Durchlässigkeit (vgl. Fig. 3). Falls gewünscht, kann das erhaltene Filterelement auch äußerlich mit Kork oder ähnlich inerten wärmeisolierenden Materialien (nicht gezeigt) beschichtet werden. Die Menge und die Wirksamkeit der aufgebrachten Modifiziermittel auf die Filterelemente in der vorstehenden Weise wird im wesentlichen durch die Substratbreite und die Anzahl der Substrate, welche gleichzeitig in eine Garnitur eingebracht werden, sowie die Ausmaß der behandelten Oberfläche, die dem Zigarettenrauch in dem Filterelement exponiert ist, begrenzt.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung können sowohl behandelte und Kombinationen von behandelten und unbehandelten Gewebebändern, Strängen oder dergleichen nützlicherweise unter Verwendung herkömmlicher Stopfhüllen wie Papier mit einem Gewicht innerhalb eines Bereiches von etwa 25 bis 90 g/m² oder mehr, falls gewünscht, umhüllt werden.
Die vorliegende Erfindung wird weiter durch die Figuren 1 bis 4 näher erläutert, in welchen Figur 1 schematisch einen herkömmlichen Zigarettenfilterstäbchen herstellenden Apparat zeigt, der in der Lage ist, behandeltes Substrat gemäß vorliegender Erfindung in Zigarettenfilterelemente umzuwandeln; die Figuren 2 bis 4 zeigen schematisch weitere Modifikationen und Verbesserungen gemäß vorliegender Erfindung, wobei ein oder mehrere Bänder, Faserbänder, Bänder von nicht-gewebten und fibrilliertem Film mit einer oder mehreren aktiven Modifizierkomponenten durch Srpühen, Eintauchen oder durch Vakuumzug durch umhüllte Filterstopfen behandelt werden, wobei die Verwendung von Vielfachsubstraten in dieser Art die erhöhte Filterelementmasse und verbesserte Druckfestigkeit oder Härte begünstigt.
Gemäß Figur 1 wird ein einziges kontinuierliches Substrat wie ein offener Faserstrang, Faserband, fibrillierter Film oder Band eines nicht-gewebten Gewebes (10) von der Ablaufspule (11) oder einem Ballen (nicht gezeigt) und quer zu einer oder mehreren sich gegenüberstehenden Sprühköpfen (20), die mit Fütterungsrohren (21) von außen liegenden Quellen (nicht gezeigt) fütterbar verbunden sind, gefüttert, um einen oder mehrere aktive Modifizierkomponenten (22) aufzubringen. Das erhaltene behandelte Substrat wird anschließend durch Lufttrocknungseinrichtungen (nicht gezeigt) und bei Durchtritt durch Trockenrollen (12) getrocknet, um den gewünschten Grad der Trockenheit zu erhalten, und dann durch Führungsrollen (17) in eine Garniturtrompete (15) und Garnitur (14) eines Zigarettenfilterstäbchen herstellenden Apparats (1) geleitet, der aus einem Garniturbereich (2) einschließlich (nicht gezeigter) Einrichtungen zum Formen und Halten des Substratfutters, Umhülleinrichtungen und Schneideeinrichtungen zum Umwandeln der umhüllten Stopfen oder Stäbchen in Filterelemente (16) besteht. Die Umhülleinrichtung wird herkömmlich mit Bandhüllen von der durch Trägerrollen (19) getragenen Hüllabspulrolle (5) und über einen kontinuierlichen Garniturriemen (3) zum Einführen in den den Stäbchen herstellenden Apparat versorgt.
Der Apparat weist herkömmliche Einrichtungen zum Versiegeln einer Bandhülle um einen Filterstopfen (nicht gezeigt) auf, wobei der umhüllte Stopfen anschließend durch Schneideinrichtungen in im allgemeinen zylindrische Filterelemente (16) gewünschter Länge (normalerweise 90 mm oder mehr) geschnitten wird, welche durch den Filterschacht (18) (teilweise gezeigt) zum Verpacken in den Container (23) entfernt werden.
Figur 2 zeigt schematisch eine weitere Anordnung zum separaten Aufbringen einer oder mehrerer Filtermodifiziersalzkomponenten oder anderer Additive auf Substrate (10A) und (10B), wobei verschieden angeordnete durch Fütterrohre (21A) gefütterte Sprühköpfe (20A) separat aktive Modifizierkomponenten (identische oder andere) (22A) auf separate Substrate (10A, 10B) aufbringen, welche dann zumindest teilweise unter Verwendung von Luft und Wärmerollen (12A) getrocknet werden, bevor sie durch die Garnitur (14A) des Stäbchen herstellenden Apparats (1A) geführt werden, um Filterelemente (16A), wie zuvor, zu bilden. Substrate (10A, 10B) werden von Ablauf spulen (11A,11B) oder Ballen (nicht gezeigt) gefüttert und in einen Speicher zu erwärmten Quetschwalzen gebracht, anschließend durch Führungsrollen (17A) in die Garnitur (14A) geführt, wobei die gezeigten Garniturfütterungen oder Substratkomponenten mit ähnlichen Bezugszeichen in jeder der Figuren 1 bis 3 bezeichnet sind.
Figur 3 zeigt schematisch eine weitere Modifikation der Ausrüstung und des Verfahrens gemäß den Figuren 1 und 2, wobei einige Substrate desselben oder verschiedenen Typs (10C, 10D, 10E) wie vorstehend beschrieben von Rollen oder Kisten (nicht gezeigt) durch eine durch Wärmerollen (12B) geschaffene Presse gefüttert werden, wobei das Mittelsubstrat (10D) vorzugsweise von verschiedener Breite ist und höhere Absorptions- oder Adsorptionseigenschaften zum Zurückhalten der aktiven Komponenten (22B) als die zwei äußeren unbehandelten Substrate (10C, 10E) aufweist. Wie gezeigt, wird Substrat (10D) auf beiden Seiten besprüht, um es selektiv einer oder mehreren aktiven Modifizierkomponenten (22B), die durch von Fütterrohren (21B) gefütterten Sprühköpfen (20B) zu exponieren, wobei ein Substrat (10E) vorzugsweise so angeordnet ist, um den Überschußtropfen oder die fehlgeleiteten aktiven Komponenten, die nicht durch das Band (10D) zurückgehalten oder eingefangen werden, aufzufangen. Anschließend werden alle drei Substrate zumindest teilweise beim Druchlauf in den Speicher durch erwärmte Quetschwalzen (12B) wie zuvor luftgetrocknet, und durch Führungsrollen (nicht gezeigt) in die Garnitur eines Filterstäbchen herstellenden Apparates gemäß den Figuren 1 und 2 geführt.
Figur 4 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Modifikation, in der eines oder mehrere Substrate, wie vorstehend definiert, (10C), separat von einem Ballen oder einer Kiste (24C) gefüttert, über Führungsrollen (17C) geführt und in ein Reservoir (25C), das eine oder mehrere aktive Modifizierkomponenten (22C) in Lösung, Suspension oder Emulsion enthält, eingetaucht und anschließend durch Quetschwalzen (26C), durch einen Wärmeofen (27C), Zugrollen (28C), einen Dreistufentrockenofen (29C), dann zur Garnitur (14C) eines Zigarettenstäbchen herstellenden Apparates gemäß den Figuren 1 bis 3 geführt oder abgepackt und für weitere Verwendungen gelagert werden.
Falls ein kontinuierliches Faserband als eine Substratkomponente verwendet wird, wird die Zubereitung des Bandes üblicherweise durch Ziehen der Faser aus einem oder mehreren Gattern durch eine Fluidquell- oder Texturierdüse (nicht gezeigt) gezogen und dann wie vorstehend weiterbehandelt.
Substrate, die wie auf die vorstehende Weise verwendet werden, können nützlicherweise eine Vielzahl von vorstehend beschriebenen synthetischen Filamenten enthalten. So ist es möglich, Polyester, Polyamide, Acryle sowie Polypropylene oder dergleichen zu verwenden. Aufgrund ihrer relativ niederen Dichte im Vergleich zu anderen synthetischen faserbildenden Materialien und ausgezeichneten Spinneigenschaften werden Kombinationen aus filamentbildenden Copolymeren von Propylen mit Ethylen oder anderen Niederolefinmonomeren insbesondere als Bänder, nicht-gewebte Bänder und fibrilliertes Filmmaterial verwendet.
Der Massedenier eines Bandes zum Ausführen der vorliegenden Erfindung kann herkömmlicherweise zwischen etwa 2.000 und 10.000 liegen und dieses Substrat kann als eine gekräuselte Faser von einer einzigen Rolle oder einem Ballen oder einem Verbund von einigen Rollen oder Ballen kombiniert und durch eine Fluiddüse gleichzeitig geführt werden. Für die beste Wirksamkeit des Faserbandes als Zigarettenfilter jedoch wird es bevorzugt, daß zumindest einige Bänder im wesentlichen unverdrillt und untexturiert vor dem Eintritt in die Fluiddüse sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beispiele näher erläutert.

Beispiel I

(A) In Ballen verpackte 4,5 dpf "y"-Querschnittspolypropylenfaser, die durch Schmelzspinnen isotaktischen Polypropylens mit einer Schmelzflußrate (MFR) von 16 erhalten worden ist, wird gebrochen, geöffnet, kardiert, gekräuselt und gezogen, um ein dünnes Band von etwa 30,48 bis 35,56 cm Breite zu bilden. Dieses Band wird ohne weitere Behandlung durch die Garnitur eines herkömmlichen Filterstäbchen bildenden Apparates (Modell PM-2 von Molins Ltd., Großbritannien) geführt und die Garniturfütterung komprimiert, um Filterstopfen zu bilden, die mit BXT-100-Polypropylenfilm umhüllt werden, um 108 mm lange Filterstäbchen zu erhalten. Die Stäbe werden anschließend geschnitten und in 27 mm-Längen von im wesentlichen gleichem Gewicht sortiert*1, gestreckt und auf R.J. Reynolds' Camel Light Tabakstopfen aufgebracht, während 48 Stunden in einem Feuchtigkeitsraum von 55% bis 65% relativer Luftfeuchtigkeit bei 22ºC gelagert*2, anschließend als Kontrollproben C-1 und C-2 verwendet und identisch auf 35 mm Länge in zwei Sekundenzügen pro Minute auf einer Borgwaldt-Rauchmaschine geraucht*3. Das teilchenförmige Material in dem erhaltenen Rauch wird in einem vorher abgewogenen Cambridge-Filterpad eingefangen und das Pad erneut gewogen, um das Gesamt- und durchschnittliche teilchenförmige Material (TPM), das durch den Zigarettenfilter geht, zu bestimmen. Das Cambridge-Pad wird anschließend über Nacht in wasserfreiem Isopropylalkohol getränkt und in dem erhaltenen Extrakt der Nikotin- und Wassergehalt in an sich bekannter Weise unter Verwendung eines Gaschromatographen bestimmt*4.
*1 Alle getesteten Filterelemente hatten einen Zugwiderstand (RTD) innerhalb eines Bereiches von 111-136 mm Hg (Water Gauge).
*2 Gemäß CORESTA Standard Methode #10
*3 Modell RM 20/CS 20 und RM 1/G
*4 Hewlett Packard Modell HP5890
(B) Faserband von demselben Ballen wird identisch behandelt, um zehn Testfilterelemente gemäß Beispiel IA zu erhalten, mit der Ausnahme, daß die geschnittenen Filterelemente anschließend mit 1%-, 2%- und 5%-igen Lösungen von KHCO&sub3;, K&sub2;CO&sub3;/KHCO&sub3;-Mischsalzen, Mg(OAc)&sub2;, Mn(OAc)&sub2; und MgCl&sub2; unter Verwendung eines Saugkolbens behandelt werden, um jedes Filterelement mit einer Menge der Lösung aufzuziehen und zu imprägnieren, die ausreichend ist, um sie auf eine gleichförmige Weise mit etwa 20 mg des Modifiziersalzes zu behandeln. Die Testfilterelemente werden anschließend luft- und ofengetrocknet, in einem Feuchtigkeitsbehälter während 48 Stunden gelagert und anschließend auf einen R.J. Reynolds' Camel Light Tabakstopfen wie zuvor aufgebracht. Die bekannten Tests für Nikotin, Gesamtpartikelbestandteile (TPM) und Filterwirksamkeit werden wie zuvor durchgeführt, gemittelt auf eine Zigarette und in Tabelle I als S-1 bis S-19 gezeigt. Tabelle I Probe Lösung
S-1 bis S-17 sind nicht Bestandteil der Erfindung

Claims

1. Verfahren zum Steuern der Nikotin-Filter-Retention und Durchströmeigenschaften eines Zigarettenfilterelementes, enthaltend Celluloseacetat- oder thermoplastische synthetische Fasergewebe oder eine Kombination der beiden, gekennzeichnet durch

a) Behandlung des einen oder der mehreren Substrate des Filterelementes oder dessen Filterstopfenkomponente mit einer eine wirksame Menge eines nicht-toxischen wasserlöslichen anorganischen Salzes einer starken Säure als ein aktives Modifiziermittel enthaltenen wäßrigen Lösung oder Suspension, wobei die starke Säure aus Salzsäure und Bromwasserstoffsäure ausgewählt ist, und worin das nicht-toxische wasserlösliche Metallsalz der Säure auf das eine oder die mehreren Substrate des Filterelementes oder dessen Stopfen als eine gepufferte Lösung oder Suspension mit einem pH innerhalb eines Bereiches von etwa pH 8 bis etwa pH 12 aufgebracht wird,

b) Fertigstellung des gewünschten Filterelementes, wobei durch die Behandlung des Substrates oder der Stopfenkomponente des Filterelementes mit dem Salz einer starken Säure der Filterdurchtritt der Nikotinrauchkomponenten bezüglich der Gesamtteilchen-Durchtrittskonzentration abnimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Bereich der gepufferten Lösung oder Suspension auf etwa pH 8,0 bis etwa pH 10,5 gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als das nicht-toxische Metallsalz der starken Säure zumindest ein aus ZnCl&sub2;, LiBr, KBr, CaBr&sub2; und Mgcl&sub2; ausgewählter Bestandteil verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zigarettenfilter aus einem oder mehreren Substraten in Form von zumindest einem (a) gewebtem Faserband, (b) einem Band eines nicht-gewebten Materiales, (c) einem Faserband und (d) einem fibrillierten Film hergestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zigarettenfilterelement bis zu 100 Gew.-% Celluloseacetat enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat des Zigarettenfilters bis zu 100 Gew.-% eines synthetischen thermoplatischen Substrates enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zigarettenfilter bis zu 100 Gew.-% Polyolefin enthält.