DK141984B - Filterelement til et tobaksprodukt, især til cigaretter. - Google Patents

Description

(11) FREMLÆGGELSESSKRIFT 14198*+ nÉn \pa/ DANMARK (6,) lntc|3 A 24 D 3/04 §(21) Ansøgning nr. 6598/73 (22) Indleveret den 27· n0V. 1973 (23) Løbedag 27. nOV. 1973 (44) Ansøgningen fremlagt og fremlæggelsesskriftet offentliggjort den 4. aug. 1 98Ο

DIREKTORATET FOR

PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET (3°) Priorltet ^8 den

27. fet. 1973, 336277, US

(71) BRITISH-AMERICAN TOBACCO COMPANY LIMITED, Westminster House 7, Mill-"Hank, London, S.W.1, GB.

(72) Opfinder: James Rodney Hammersmith, 1225 Reeds Lane, Jeffersonville,

Indiana, US: Philip Hancock Clogbill II, 846 Rivercrest Court, Apt. 3^·» Louisville, Kentucky, US.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Firmaet Chas. Hude.

(54) Filterelement til et tobaksprodukt, isaar til cigaretter.

Opfindelsen angår et filterelement til et tobaksprodukt, især til cigaretter og af den art, der består af et rørformet hylster af forholdsvis stift, for tobaksrøg uigennemtrængeligt materiale, hvori der er anbragt et for tobaksrøg gennemtrængeligt filtermateriale, og hvor der findes mindst én aksial røgkanal, hvis vægge er af et for tobaksrøg uigennemtrængeligt materiale, og hvis ene ende ved filterelementets anbringelse på en tobaksstreng vil kommunicere direkte med tobakken i denne, medens kanalens anden ende befinder sig i afstand fra filtermaterialets længst fra tobaksstrengen beliggende endeflade.

Filterelement, som består af et hylster, der indeholder et filtermateriale, anvendes i større og større udstrækning til cigaret- 141984 ter, og effektiviteten af sådanne filterelementer er større jo større mængder af partikelformet stof i tobaksrøgen, som filteret standser og derved fjerner fra den røg, der suges ind af rygeren. Det er uundgåeligt, at denne fjernelse af partikler fra tobaksrøgen også nedsætter dennes smag, og jo mere effektivt et filter er, jo mere vil smagen nedsættes.

Foruden filterelementet, der er anbragt i den ene ende af cigaretten, virker selve tobaksstrengen i cigaretten som filter, idet tobaksrøgen også ved passage gennem tobaksstrengen afgiver en del partikler, således at tobaksrøgen for det første unddrages disse og for det andet får nedsat smag. Den største nedsættelse af tobaksrøgens smag forekommer ved de første drag af cigaretten, hvor tobaksrøgen passerer en lang længde tobak plus filterelementet, og efterhånden som gløden nærmer sig dette, vil tobaksstrengens filtervirkning aftage, samtidig med at tobakkens smag bliver kraftigere.

Ved anvendelse af et meget effektivt filter vil de første drag af cigaretten være så svagt smagende, at det må siges at være en mangel ved cigaretten, og der er derfor foreslået foranstaltninger til at afhjælpe denne mangel, således at smagen af en cigaret ikke varierer alt for meget under rygningen.

I det danske patentskrift nr. 128.342 er den omtalte mangel afhjulpet ved, at der i tobaksstrengen er anbragt et eller flere aksiale rør, der danner røgkanaler, hvorigennem røgen kan passere uhindret.

Ved begyndelsen af rygningen af cigaretten passerer en stor del af røgen gennem disse kanaler, således at filtereffekten af tobaksstrengen delvis elimineres, og derved opnås en kraftigere smagvirkning af de første drag. Mår gløden når ned til mundingen af den længste kanal, vil røgen i hovedsagen passere tobaksstrengen, således at dennes filtervirkning bliver effektiv. Ved den videre rygning opbrændes kanalens væg, der f.eks. kan være af papir.

Da røgkanalerne skal indsættes i tobaksstrengen i cigaretten, kan denne ikke fremstilles på konventionel måde, men der må træffes særlige foranstaltninger til indlæggelse af røgrørene. Ved afbrændingen af røgkanalerne blandes de herfra hidrørende smagsstoffer med smagsstofferne fra tobakken.

3 141984

Fra det tyske fremlæggelsesskrift nr. 1.298.029 kendes et filterelement til cigaretter, hvor der i filterelementet findes en eller flere aksiale røgkanaler, der strækker sig fra tobaksstrengen til et sted, der ligger i afstand fra filterets frie endeflade. Formålet med disse kanaler er at frembringe en variation i tobakssmagen, idet en del af røgen passerer filtermaterialet, og en del af røgen passerer røgkanalerne samtidig.

Filterelementet ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved, at den længst fra tobaksstrengen beliggende ende af kanalen er lukket bortset fra en dyseagtig åbning, som er væsentlig mindre end kanalens lysning.

Ved denne udformning af filterelementet opnås en særlig og ny virkning, nemlig den at tobaksrøgen umiddelbart efter antændelsen af cigaretten passerer hele tobaksstrengen og derefter røgkanalen eller kanalerne samt endelig et begrænset område af filtermaterialet, således at røgen ved begyndelsen af rygningen i hovedsagen har samme tobakssmag som en cigaret uden filter. Filtermaterialet umiddelbart omkring kanalens udløb vil imidlertid på grund af den snævre dyse-agtige åbning ret hurtigt blive tilstoppet af partikler i tobaksrøgen, således at dette område yder tobaksrøgen større modstand end resten af filtermaterialet, hvorfor tobaksrøgen derefter vil gå uden om kanalen eller kanalerne og blive suget igennem filtermaterialet.

Ved en hensigtsmæssig dimensionering og anbringelse af røgkanalen eller røgkanalerne kan forholdet tilpasses således, at tobaksrøgen forholdsvis hurtigt efter de første drag tvinges igennem filteret, og derved opnås, at dette yder en effektiv beskyttelse for rygeren, samtidig med at også de første drag af cigaretten har tilfredsstillende smagsstyrke.

Et filterelement ifølge opfindelsen kræver ingen særlig udformning af tobaksstrengen eller den del af cigaretten, hvormed filteret skal forbindes, således at cigaretten kan fremstilles på konventionel måde.

Kanalen kan hensigtsmæssigt være dannet af en aksial rille på filterhylsterets overflade, hvilket medfører en enkel fremstillings- 4 141984 proces.

Variationer af røgkanalernes virkning kan tilvejebringes ved hjælp af flere kanaler med forskellig længde, således som det er angivet i krav

Ifølge krav 4 kan kanalen have formindskende tværsnit hen imod den lukkede ende, hvorved der også tilvejebringes en variationsmulighed.

I det følgende forklares opfindelsen under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 er et perspektivisk billede af en foretrukket udførelses-form for et filterelement ifølge opfindelsen, med en enkelt kanal i periferien, fig. 2 er et snit gennem et filterelement ifølge fig. 1, indføre i et rygeligt tobaksprodukt, fig. 3 er et snit gennem et filterelement ifølge opfindelsen indført i et rygeligt tobaksprodukt med to kanaler i filteret, hvor kanalerne er ulige lange, fig. 4 er et snit gennem et filterelement ifølge opfindelsen, indført i et rygeligt tobaksprodukt, hvor kanalerne, der er dannet i filterelementet, har samme længde, fig. 5 er et snit gennem et filterelement ifølge opfindelsen indført i et rygeligt tobaksprodukt, hvor kanalen, der er dannet i periferien af filterelementet, er tilspidset, fig. 6 er et snit gennem et filterelement ifølge opfindelsen, indlagt i et rygeprodukt, hvor kanalen er dannet inden i filterele-mentets legeme i stedet for langs periferien, fig. 7 er et snit efter linien 8-8 i fig. 6, fig. 8 er et diagram, der viser milligrammængden af hele det partikelformede stof, der leveres ved hvert sug ved et filter ifølge 141984 5 opfindelsen og ved et andet filter, fig. 9 er et diagram, der viser effektiviteten på basis af hvert sug hos et cigaretfilter ifølge opfindelsen og et andet filter, og fig. 10 er et diagram over hele mængden af det leverede partikelformede stof på basis af hvert sug, til belysning af virkningen af varierende åbningsstørrelse.

Det i fig. 1 viste filterelement 1 består af et højeffektivt filtermateriale 2, der er lejret i et stift plasthylster 3, i hvilket der er dannet en kanal eller rille 4. Ved enden af denne kanal eller rillen 4 er der tildannet en åbning 5. I fig. 2 er filterelementet 1, der er vist i fig. 1, indlagt i en cigaret bestående af et tobakssektion 6 og et svøb 7, som omslutter både tobakssektionen 6 og filterelementet 1. Det bemærkes, at i fig. 2 støder den åbne ende 8 af kanalen 4 op til tobakssektionen, medens der ikke er nogen rille ved enden 9 af mundstykket på det rygelige tobaksprodukt .

I fig. 3 er et filterelement 11 indlagt i et rygeligt tobaksprodukt bestående af en tobakssektion 16. Både filterelementet 11 og tobakssektionen 16 er omsluttet af et svøb 17. Filterelementet 11, der er vist på fig. 3, har en længere kanal 12, hvis åbne ende 13 støder op til tobakssektionen 16, medens en åbning 14 findes ved kanalens modsatte ende. En kortere kanal 18 er også dannet i filterelementet. Denne kanals åbne ende støder også op til tobakssektionen, medens der er dannet en åbning 20 i den modsatte ende af kanalen. Også her ender kanalen kort før enden af cigarettens mundstykke.

På fig. 4 er der vist et filterelement 21, der svarer til filterelementet 11. Filterelementet 21 er ligeledes indlagt sammen med en tobakssektion 26 i et svøb 27. De to kanaler 22 og 22' i filterelementet 21 har de åbne dele 23 og 23' af kanalerne stødende op til tobakssektionen 26, medens de lukkede dele af kanalerne er forsynet med åbninger 24, 24'.

I fig. 5 er filterelementet igen forbundet med en tobakssektion 36, 6 U198Å idet de to dele er indhyllet i et svøb 37. Filterelementet 31 har en enkelt kanal 32. Denne kanal adskiller sig fra kanalerne, der er beskrevet under henvisning til de foregående figurer, ved at den er således tilspidset, at kanalens største tværsnit befinder sig ved den åbne ende 33, der støder op til tobakssektionen 36.

Kanalen indsnævres gradvis frem til åbningen 34, der findes ved den lukkede ende af kanalen. Også her ender kanalen kort før cigarettens mundstykke.

Fig 6 viser et filterelement 51 i kombination med en tobakssektion 56, idet de to sektioner er indesluttet i et fælles svøb 57. I dette filterelement 51 er der tilvejebragt en kanal 52 inde i det højeffektive filtermateriale 53, i stedet for ved periferien af dette materiale. Den åbne ende af kanalen 54 støder også her op til tobakssektionen 56, og en åbning 55 er dannet i kanalens lukkede ende.

Filterelementerne, der er vist på hver af figurerne, er ikke nødvendigvis tegnet i bestemt målestoksforhold, men der er blot vist forskellige mulige udførelsesformer for opfindelsen. Generelt er kanalerne vist med en længde, der er omtrent 80% af hele filterelementets længde. Generelt bør kanalen eller kanalerne have en længde på 50-85% af filterelementets længde. I hvert tilfælde er kanalernes og åbningernes størrelser for tydelighedsskyld vist større, end de i virkeligheden skal være. Parametrene for de forskellige længder og størrelser skal gives mere detaljeret nedenfor.

Ved konstruktionen af et egnet filter af den her beskrevne type er adskillige faktorer af særlig betydning. Den totale effektivitet hos denne filtertype bestemmes for en stor del af den særlige filterelementtype, der er valgt til filtrets hovedlegeme.

De normalt vigtige parametre er således blårtypen, vægten af strengen, omkredsen og fiberfordelingen.

Hos filteret ifølge opfindelsen er yderligere vigtige faktorer: Størrelsen af åbningen ved enden af kanalen, de ikke-porøse vægge, der udforer kanalen, og det oprindelige forhold mellem modstanden for røgstrømmens vej gennem kanalen og åbningen i sammenligning med den oprindelige modstand gennnem filterelementets hovedlegeme.

U1984 7

Af vigtighed er også formen og anbringelsen af åbningen, blårets kompression, kanalens dimensioner og fibrenes orientering i hoved-filterelementet, navnlig den del af det, der støder op til åbningen.

Det oprindelige modstandsforhold hos filteret ifølge opfindelsen er defineret som tryktabet hos hovedfiltersektionen divideret med tryktabet gennem den afkortede strømningsvej, som består af kanalen, åbningen og den korte sektion af filterelementet. Disse værdier er opnået uafhængigt ved en luftstrøm på 17,5 cm /sek. Procentmængderne af det indledende rørsug, som strømmer gennem kanalen eller rillen og åbningen, sammenlignet med strømmen gennem hovedfiltersektionen ved varierende modstandsforhold er angivet i tabel 1.

Tabel 1

Oprindeligt modstandsforhold sammenlignet med rørstrømning % sugevolumen gennem

Forhold Rille - åbning Hovedfilterelement 0,1 10 90 0,5 33 67 1.0 50 50 3.0 75 25 5.0 83 17 I almindelighed vil filteret ifølge opfindelsen, uanset det anvendte hovedfilterelement, med det største modstandsforhold give den laveste indledende effektivitet, og den største forøgelse af effektivitetsgraden ved senere sug. De indledende modstandforhold, man ønsker hos filtrene ifølge opfindelsen, er fra 0,5 til 5,0, fortrinsvis 1,0-3,0. Når det oprindelige modstandsforhold er under 0,5, kan den ønskede effekt ikke opnås. Ved et modstandsforhold på over 5,0 er der problemer ved åbningen, idet denne er for stor til at blive effektivt blokeret ved de indleden sug, eller problemer med blokeringer, som bliver afbrudt ved de senere sug. Ved den foretrukne størrelse på 1-3 er den indledende modstand gennem rillen-åbningen i en kort filtersektion åbenbart lige så stor som eller mindre end modstanden gennem hovedfilterelementet. Følgelig vil fra 50 til 75% af røgen under det første sug passere 8 141984 gennem rillen-åbningen med den lavere effektivitet. Da denne vej gradvis blokeres, vil mere og mere af røgen passere gennem hovedfil ter sektionen. I almindelighed er modstanden gennem rillen-åbningen ved det fjerde eller femte sug større end modstanden gennem hovedfilterelementet, således at den største del af røgen passerer gennem hovedfilterelementet. Normalt er åbningen ved det sidste sug næsten fuldstændig blokeret, og i hovedsagen hele røgmængden vil passere gennem hovedfilterelementet.

Virkningen af disse forhold kan ses i fig. 8 og 9. I fig. 8 er hele leveringen af det partikelformede stof pr. sug vist, både for et standardcelluloseacetatfilter og for et filter ifølge opfindelsen. Man ser, at de milligram, der leveres pr. sug, i virkeligheden er ens for det første og det niende sug ved filteret ifølge opfindelsen, medens leveringen af det partikelformede stof ved det normale celluloseacetatfilter pr. sug er blevet mere end fordoblet inden for dette interval af sugninger. Årsagen til,at der således sker en udjævning af den leverede mængde af tjære pr. sug, fremgår af fig. 9, hvor filterets effektivitet for hvert sug er vist. Som det ses, ændres effektiviteten af standardcellulose-acetatfilteret meget lidt mellem det første og det niende sug, medens effektiviteten af filteret ifølge opfindelsen vokser fra ca. 40 til 60% under den samme rygeperiode.

Den optimale størrelse for den dannede åbning ved enden af kanalen er, når man anvender en enkelt kanal og åbning, fra 12 til 30 Birmingham- eller Stubs-måleenheder. Fortrinsvis er åbningens størrelse i et sådant filterelement fra 12 til 21 Birmingham- eller Stubs-måleenheder. Størrelsen af kanalen, der fører til hullet, bør være fra ca. 1 til 3 mm i diameter, selv om kanalstørrelsen udtrykkes ved en diameter, er det tværsnitsarealet af kanalen og ikke dens konfiguration eller diameter, som er de kritiske faktorer .

Kanalens areal bør ikke være for stort, da der ellers er fare for, at arealet af filtermaterialets hovedlegeme vil være for lille.

Længden af kanalen er ikke kritisk. Den vælges således, at den relative modstand mellem filtermaterialets hovedlegeme og kanalen, åbningen og den korte sektion af filtermaterialet ligger inden for de ovenfor angivne størrelsesområder.

U1984 9

En vis sammenpresning er nødvendig for at sikre en ophobning af det partikelformede materiale i den del af filtermaterialet, der støder op til åbningen for enden af kanalen. Den hertil nødvendige særlige hastighed opnås netop ved dimensionering af kanalen og åbningen som angivet ovenfor.

Når der anvendes mere end δη kanal med én åbning, som f.eks. vist i fig. 3 og 4, bør åbningernes samlede areal hensigtsmæssigt være lidt større end arealet af åbningen ved kun én kanal for at opnå det samme resultat. Da ophobningen af det partikelformede materiale rundt om åbningen i filtermaterialet i almindelighed antager en i det væsentlige halvkugleformet konfiguration, kræves der mere partikelformet stof til blokering af én åbning end af flere åbninger med det samme areal. Derfor forøger man den samlede størrelse af flere åbninger sammenlignet med den enkelte åbning, så at der i det væsentlige kræves den samme mængde partikelformet stof til blokering af flere åbninger, som der kræves ved en enkelt åbning, og der opnås den samme programmeringstype. Med et flertal af åbninger, som f.eks. vist i fig. 3, hvor kanalerne har ulige længde, kan én kanal, f.eks. kanalen 12, være den kanal, gennem hvilken røgen strømmer under de første få sug af cigaretten, hvorefter røgstrømmen kan skifte til den anden kanal, som kanal 18, og til sidst gennem hovedlegemet af filtermaterialet. Naturligvis kan man, selvom der kun er vist to kanaler på fig.

3, også anvende et andet antal.

Virkningen af varierende åbningsstørrelser inden for det angivne område er vist på fig. 10. Med det samme filterelementmateriale anvendt i hvert tilfælde er den totale levering af partikelformet stof i milligram pr. sug afbildet som funktion af antallet af sug fra 1 til 9. Man ser, at når åbningsstørrelsen bliver mindre, er der en større udjævning af leveringen af det partikelformede stof pr. sug, medens andre faktorer er uændrede. Man ser igen tydeligt udjævningen af leveringen af det partikelformede stof i sammenligning med et kontrolfilter.

Om ønsket kan den enkelte kanal i de fleste af de viste udførelsesformer eller én eller flere af de på fig. 3 og 4 viste kanaler fyldes eller delvis fyldes med et stof til opnåelse af et særligt resultat. F.eks. kan der anbringes et aromatiseringsmiddel i ka- 10 141984 nalen for at aromatisere de første sug af røgen. Når et sådant stof er indesluttet i kanalen, skal det være af en sådan type og i en sådan mængde, at den omhandlede virkning af filteret ikke går tabt.

Hovedfilterelementet, såsom det der er vist véd henvisningstallet 2 i fig. 1, kan tildannes af forskellige filtermaterialer. P.eks. kan det tildannes af papir eller celluloseacetat. Det vælges i almindelighed på grund af dets filtreringseffektivitet, og med et filterelement ifølge opfindelsen bør filtreringseffektiviteten for det partikelformede stof være mindst ca. 50%.

Som vist på fig. 1 er filtermaterialets hovedlegeme omgivet· af en plastmuffe, hvori kanalen er dannet. Åbningen er tildannet ved enden af kanalen og strækker sig igennem muffen. Plastmuffen har en dobbelt funktion: 1. Den forhindrer en knusning af filteret, som ville ødelægge kanalen.

2. Den gør kanalens vægge uigennemtrængelige, således at filtreringen ikke sker gennem disse vægge.

Plastmuffen udgør ikke et kritisk træk ved opfindelsen, når blot den er i stand til at udvise de nævnte to funktioner. Således kan, f.eks. efter dannelsen af kanalen i filtermaterialet,dette materiales periferi forsynes med en sådan belægning, så at man sikrer den nødvendige tillukning og forøger den mekaniske styrke.

I afhængighed af det særligt anvendte filtermateriale kan varme-forsegling også anvendes.

Tabel 2 viser virkningerne af de forskellige parametre, der er omtalt ovenfor, når man anvender filteret ifølge opfindelsen.

De forskellige parametre er angivet, og virkningen af en forøgelse af enhver af disse parametre er angivet med hensyn til det oprindelige filtertryktab, den oprindelige filtereffektivitet, mængden af den oprindelige strømning gennem kanalen og åbningen, det endelige filtertryktab og den endelige filtereffektivitet. En forøgelse af hver af disse målte virkninger er vist som "+", en formindskelse som og ingen ændring som "O".

11 141S δ Λ

For at fagmanden bedre kan udøve opfindelsen, er der givet følgende eksempler.

Eksempel 1-3 I disse eksempler blev filterelementet dannet af celluloseacetat-fibre med en denier på 1,6 pr. fiber og 24.000 denier pr. filter og med en injiceret sekundær krympning. Tre filterelementer blev fremstillet med åbningsstørrelser på henholdsvis 19, 17 og 15 Stubs-måleenheder eller diametre på 1,1, 1,5 og 1,8 mm. De totale leveringer af det partikelformede stof i mg pr. cigaret, det indledende tryktab i mm vandsøjle, de indledende modstandsforhold og filtereffektiviteten er vist i tabel 3. Det ses, at hos hver af disse filtre er der en tydelig forøgelse i filterets effektivitet fra det første sug til det sidste sug.

Eksempel 4 I dette eksempel havde celluloseacetatfilterelementet 1,6 denier pr. fiber og 48.000 denier i total. Åbningens diameter var 1,8 mm eller 15 Stubs-måleenheder. Den totale levering af partikelformet materiale var 12,2 mg pr. cigaret, og det oprindelige tryktab i mm vandsøjle var 94. Det indledende modstandsforhold var 23 mm. Cigaretten viste en filtereffektivitet gennemgående på 50% med en indledende effektivitet på 34% og en endelig effektivitet på 65%.

Eksempel 5 I dette eksempel anvendtes der et celluloseacetatfilterelement med 2,5 denier pr. fiber og en total denier på 44.000. Åbningens diameter var 1,8 mm eller 15 Stubs måleenheder. Den totale levering af det partikelformede materiale for cigaretterne var 17,6 mg. Det indledende tryktab var 56 mm vandsøjle, og det indledende modstandsforhold var 35 mm. Cigaretten viste en total effektivitet på 31% bestående af en oprindelig effektivitet på 16% og en sluttelig effektivitet på 47%.

12 141984

•P

bo i 0 hr1 •H 'H -P 5 Η Φ ri .0 -jj

0) Sh > ^ H

£££ °.° + 0+ . H CA H

Η Ή <D 5

CO^^H £ H

-- -· > — --

I H

+> i -P -P

-¾ >i} Η tj 0 0 H-P l·! Ή ffl 4 (Λ OJ Ti ‘h +» fOl ro ro

-p ø o i + + o + ØH

4J -P R R

dHfl øh

Η ·Η cd *P

COH-P H--- ---1 ·Η I fc i cd ,

g id b£ H

s 3 id - co cn is R SH -P IA -4- <i-

-P 0 R O

CO RA H

R »cd H CD + + + I __

cd bO bC •H O

-P bO I

H R ri ® R H cd

H ti S S

cd --+3

I CQ

ti ·ϋ

(D O

-P -P S

Η Φ 4 N CVI

CM-H-P ΙΑ -P ·* ~ *>

^ ίΐΐί H-d Η H <M

Η > H Cd H

0 Η -Η I I + + CD "ri 2 _Q 0 -P A -P Λ cd Ή “J d p fh -P (D Eh do

•Η Η H H

R H

H CD --- “i “ ~ § % s

+5 >1 CD

H hH

•H -P

CH s

-P CQ H CO CO

-p I + + + HH ΟΊ l>~ UD

HA “J S

cd cd Hø •H-P -P ί> •p ‘d -

•H bri SS

ti R H S

H-P __

H I R

ø R R cd

CQ *H cd CQ H

H cd -P 0

ø -P CQ CQ A

R -PR H-P R

R 0 0 0 0 R CD

S H -P a R - CD ø

R -P Cd H 0 CQ 0 -PH

ω cqq)>hR-p ø °ø cf\ C-~ la

-p-p cq R-HCD ø H SSHHH

0 0 bO cd -P R bOH 0 0 I

SbC RH^dØ RPR HØ

ø S H ø 0 -P -H R HA

RRRRHHRØØ HR

0 O ,0 ø H-H A R 0 R-P

fRH °< W Pd'H «(Ή bO wca