EP0383018B1 - Verfahren zum Imprägnieren von Fasern eines Tabakrauchfilters mit Polycarbonsäuren bzw. sauren Salzen derselben - Google Patents
Verfahren zum Imprägnieren von Fasern eines Tabakrauchfilters mit Polycarbonsäuren bzw. sauren Salzen derselben Download PDFInfo
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Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
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- A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter-tips, filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces for cigars or cigarettes
- A24D3/06—Use of materials for tobacco smoke filters
- A24D3/14—Use of materials for tobacco smoke filters of organic materials as additive
Definitions
- This object is achieved by a method of the type mentioned, in which the environmental and Processing temperatures of crystalline polycarboxylic acids or acidic salts thereof in the form of fine solid particles with a number average particle sizes of less than 50 ⁇ m are suspended in an organic, liquid medium and the suspension obtained is applied to the fibers.
- Processing temperatures are to be understood here as those temperatures at which the hardeners are usually applied to the fiber material in the cigarette industry, in particular in the temperature range from about 20 to 60 ° C. Higher processing temperatures up to around 100 ° C can improve the stability of the suspension against segregation. How the polycarboxylic acids or acid salts thereof are brought to the specified particle size is not critical; the simplest measure for maintaining the particle size is a grinding process, followed by a sieving process.
- polycarboxylic acids or acid salts thereof are used with pK a values in the range of 1 to 5, wherein it is preferred polycarboxylic acids or acid salts thereof are used with from 2 to 6 carbon atoms, and (in addition) from 2 to 3 carboxyl groups.
- polycarboxylic acids are to be used in the form of their acidic salts, preference is given to using acidic alkali, in particular acidic potassium and ammonium salts; however, it is also possible to use sodium, rubidium and cesium salts.
- polycarboxylic acids or acidic salts thereof are selected from a group formed by maleic acid, succinic acid, glutaric acid, tartaric acid, malic acid, citric acid and acetylcitric acid; polycarboxylic acids, which are natural tobacco ingredients, including acid salts thereof, are particularly preferred.
- Polycarboxylic acids of the aforementioned specification which additionally have an OH substituent, which does not belong to a carboxyl group or has more than one, in particular citric, tartaric and malic acid.
- the polycarboxylic acids or the acid salts thereof are used in an amount of 0.1 to 10, in particular 0.5 to 5% by weight, based on the weight of the filter fiber, suspended in the medium.
- the organic liquid medium used is carboxylic acid ester from the group consisting of polyethylene glycol acetate, polyethylene glycol propionate, in particular triethylene glycol diacetate, glycerol diacetate, glycerol triacetate, glycerol tripropionate, di- (methoxyethyl) phthalate, ethylphthaloyl methyl glycolate and triethyl group; Glycerol triacetate (triacetin) is particularly preferred.
- the dispersing agents are preferably used in an amount of 0.1 to 5, in particular 0.5 to 2,% by weight, based on the polycarboxylic acids or acid salts thereof.
- the method of the invention is particularly suitable for impregnating filter material based on cellulose acetate.
- citric acid, maleic acid, malic acid and tartaric acid were first ground.
- a sieve fraction with an average particle size of less than 10 ⁇ m was collected from citric acid, maleic acid and tartaric acid; the average particle size of the ground malic acid was less than 5 ⁇ m.
- About 1% by weight of pyrogenic silicon dioxide with an average particle size of 7 ⁇ m was added to part of the samples before grinding.
- the dispersions obtained with the addition of pyrogenic silicon dioxide showed no tendency to sedimentation and were stable for weeks.
- the dispersions without the addition of silicon dioxide had to be homogenized by stirring every hour to avoid concentration gradients.
- the smoking results show that the filter materials equipped according to the invention have a nicotine retention increased by 0.1 mg.
- the selective filtration effect was not influenced by the optionally added pyrogenic silicon dioxide.
- Dispersions of the composition according to Table 4 were sprayed onto a filter material with the specifications given in Table 1.
- Table 4 Filter rod Dispersion in triacetin Composition 1 ) Order quantity 2 ) 5 9.1% by weight of malic acid + SiO2 11% by weight 6 9.1% by weight tartaric acid + SiO2 11% by weight 7 100% triacetin (comparison) 10% by weight 1) Dispersed material, based on the total weight of the dispersion 2) Dispersion, based on the weight of the fiber material
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Imprägnieren von Fasern eines Tabakrauchfilters mit physiologisch und sensorisch unbedenklichen Polycarbonsäuren bzw. sauren Salzen derselben.
- Die Einstellung des Nicotin/Kondensatverhältnisses sowie die Einhaltung der Qualitätsvorgaben in Bezug auf Nicotin- bzw. Kondensatwerte besitzen in der Cigarettenindustrie eine sehr große Bedeutung. Es sind eine Reihe von Maßnahmen bekannt, die mehr oder weniger die Nicotinabrauchwerte beeinflussen können. Hierzu gehören Designmaßnahmen zur Beeinflussung der Ventilation, z.B. durch geeignete Auswahl von Papier- und Filtermaterialien, weiterhin Blendmaßnahmen, mit denen die Tabakmischungen modifiziert werden, sowie Verarbeitungsmaßnahmen, z.B. durch geeignete Einstellung der Verfahrensparameter bei der Tabakverarbeitung.
- Die vorgenannten Maßnahmen sind im allgemeinen mit einem hohen Aufwand verbunden und bleiben nicht ohne Einfluß auf den Rauchgeschmack.
- Zur Erhöhung der Retention von Nicotin im Filter sind in der Vergangenheit vielfach Versuche unternommen worden, um die Oberfläche des Filtermaterials mit sauren Komponenten auszustatten. So beschreibt die DE-A 1 692 895 das Aufbringen von organischen Säuren wie Citronensäure auf das Filtermaterial durch Lösen der Säuren in der Hitze in Lösemitteln, z.B. Triacetin und Behandlung des Filtermaterials mit der heißen Lösung. Das Arbeiten mit heißen Triacetinlösungen ist jedoch insbesondere in Cigarettenmaschinen nicht unproblematisch. Weiterhin beschreibt die DE-C 1 300 854 für diesen Zweck die Ausrüstung des Filtermaterials mit Estern organischer Polycarbonsäuren, z.B. mit Citronensäureestern. Diese Säureester sind in den in der Cigarettenindustrie üblichen Filterhärtern, insbesondere Triacetin, löslich und können demzufolge ohne großen technischen Aufwand dem Härter zugesetzt werden. Weiterhin ist aus der US-C 3 026 626 der Einsatz von Partialestern von höheren Fettsäuren mit Polyolen zur Erhöhung der Nicotin- und Kondensatretention im Filtermaterial bekannt. Diese Partialester sind bei Umgebungstemperatur in den eingesetzten Härtern, wie Triacetin, in denen sie verteilt werden soll, bei Umgebungstemperatur unlöslich, lassen sich jedoch bei höheren Temperaturen im geschmolzenen Zustand in dem Härter homogen lösen und fallen nach dem Besprühen des Filtermaterials in feinverteilter Form aus. Die so erhaltenen Filtermaterialien zeigen eine erhöhte Nicotin/Kondensatretention, ohne daß dabei eine Selektivität zu erkennen ist. Ob diese erhöhte Retention durch den vergrößerten Zugwiderstand oder durch chemische Wechselwirkung erzeugt wird, läßt sich nicht beurteilen.
- Das Verfahren der Erfindung ist auf die Ausrüstung von Fasern eines Tabakrauchfilters mit physiologisch und sensorisch unbedenklichen Polycarbonsäuren bzw. sauren Salzen derselben gerichtet, die eine erhöhte Nicotinretention bei gleichbleibendem Zugwiderstand und gleichbleibender Kondensatretention gestattet. Bisher ist kein Verfahren bekannt geworden, bei dem in einem Standardverfahren zur Filterherstellung feste organische Säuren in das Filtermaterial eingebracht werden können, da diese in den üblicherweise in der Cigarettenindustrie eingesetzten Härtermaterialien völlig unlöslich sind.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem man die bei Umgebungs- und Verarbeitungstemperaturen kristallinen Polycarbonsäuren bzw. sauren Salze derselben in Form von feinen festen Teilchen mit einem Zahlenmittel dar Teilchengrößen von weniger als 50 µm in einem organischen, flüssigen Medium suspendiert und die erhaltene Suspension auf die Fasern aufbringt.
- Unter Verarbeitungstemperaturen sind hier diejenigen Temperaturen zu verstehen, bei denen üblicherweise in der Cigarettenindustrie die Härter auf das Fasermaterial aufgebracht werden, insbesondere im Temperaturbereich von etwa 20 bis 60°C. Höhere Verarbeitungstemperaturen bis etwa 100°C können die Stabilität der Suspension gegen Entmischungen verbessern. Wie die Polycarbonsäuren bzw. sauren Salze derselben auf die angegebene Teilchengröße gebracht werden, ist nicht kritisch; die einfachste Maßnahme zum Erhalt der Teilchengröße besteht in einem Mahlprozeß, gefolgt von einem Siebprozeß.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verwendet man Polycarbonsäuren bzw. saure Salze derselben mit pKs-Werten im Bereich von 1 bis 5, wobei man bevorzugt Polycarbonsäuren bzw. saure Salze derselben mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen und (zusätzlich) 2 bis 3 Carboxylgruppen einsetzt.
- Falls die Polycarbonsäuren in Form ihrer sauren Salze eingesetzt werden sollen, verwendet man bevorzugt saure Alkali-, insbesondere saure Kalium- sowie Ammoniumsalze; es ist jedoch auch möglich, Natrium-, Rubidium- und Cäsiumsalze einzusetzen.
- Besonders vorteilhafte Polycarbonsäuren bzw. saure Salze derselben sind aus einer Gruppe ausgewählt, die von Maleinsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Weinsäure, Äpfelsäure, Citronensäure und Acetylcitronensäure gebildet ist; besonders bevorzugt sind Polycarbonsäuren, die natürliche Tabakinhaltsstoffe sind, einschließlich saure Salze derselben. Als besonders vorteilhaft haben sich Polycarbonsäuren der vorgenannten Spezifikation erwiesen, die zusätzlich einen OH-Substituenten, der nicht zu einer Carboxylgruppe gehört, oder mehrere aufweisen, insbesondere Citronen-, Wein- und Äpfelsäure.
- Für die Verarbeitung der Suspensionen von Polycarbonsäuren bzw. sauren Salzen derselben in flüssigen, organischen Medien ist es vorteilhaft, wenn diese Suspensionen eine möglichst große Stabilität gegenüber Entmischungen aufweisen. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Zahlenmittel der Teilchengrößen dieser Komponenten weniger als 20 µm betragen.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung setzt man die Polycarbonsäuren bzw. die sauren Salze derselben in einer Menge von 0,1 bis 10, insbesondere von 0,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Filterfasergewicht, in dem Medium suspendiert ein.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verwendet man als organisches, flüssiges Medium Carbonsäureester aus der von Polyethylenglykolacetat, Polyethylenglykolpropionat, insbesondere Triethylenglykoldiacetat, Glycerindiacetat, Glycerintriacetat, Glycerintripropionat, Di-(methoxyethyl)-phthalat, Ethylphthaloyl-methylglykolat und Triethylcitrat gebildeten Gruppe; Glycerintriacetat (Triacetin) ist dabei besonders bevorzugt.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung setzt man den Polycarbonsäuren bzw. saure Salze derselben enthaltenden Suspensionen Dispergierhilfsmittel hinzu. Typische Beispiele für derartige Dispergierhilfsmittel sind pyrogenes Siliciumdioxid, chemisch modifizierte Cellulose, z.B. Methylcellulose, Carboxymethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Methylhydroxyethylcellulose und dergleichen, weiterhin chemisch analog modifizierte Stärke wie Stärkeester und/oder Ether sowie pflanzliche Gummen einschließlich chemisch analog modifizierter Derivate derselben. Die vorgenannten Dispergierhilfsmittel sind als solche im Handel erhältlich. Besonders bevorzugt im Rahmen der Erfindung ist die Verwendung von pyrogenem Siliciumdioxid.
- Die Dispergierhilfsmittel werden bevorzugt in einer Menge von 0,1 bis 5, insbesondere von 0,5 bis 2 Gew.-%, bezogen auf eingesetzte Polycarbonsäuren bzw. saure Salze derselben, verwendet.
- Das Verfahren der Erfindung eignet sich insbesondere zur Imprägnierung von Filtermaterial auf Basis von Celluloseacetat.
- Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
- Zur Durchführung der Ausführungsbeispiele wurde zunächst Citronensäure, Maleinsäure, Äpfelsäure und Weinsäure vermahlen. Von Citronensäure, Maleinsäure und Weinsäure wurde eine Siebfraktion mit einer mittleren Teilchengröße von weniger als 10 µm gesammelt; die mittlere Teilchengröße der vermahlenen Äpfelsäure betrug weniger als 5 µm. Einem Teil der Proben wurde vor der Vermahlung ca. 1 Gew.-% pyrogenes Silciumdioxid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 7 µm zugesetzt.
- Die vorstehend genannten Siebfraktionen wurden unter heftigem Rühren in Glycerintriacetat(Triacetin) suspendiert; die erhaltene Suspension wurde auf ein ausgebreitetes Filtermaterial zur Herstellung eines endlosen Filterstranges gesprüht.
- Die unter Zusatz von pyrogenem Siliciumdioxid erhaltenen Dispersionen zeigten keine Sedimentationsneigung und waren wochenlag stabil. Die Dispersionen ohne Siliciumdioxidzusatz mußten zur Vermeidung von Konzentrationsgradienten stündlich durch Rühren homogenisiert werden.
- Ein ausgebreitetes Fasermaterial (Tow) für einen endlosen Filterstrang aus Celluloseacetat wurde mit verschiedenen, in der vorstehend beschriebenen Weise erhaltenen Dispersionen gemäß Tabelle 1 bis Raumtemperatur imprägniert.
Tabelle 1 Filterstab Dispersion in Triacetin Zusammensetzung1 ) Auftragsmenge2 ) 1 9,1 Gew.-% Citronensäure 11 Gew.-% 2 9,1 Gew.-% Maleinsäure 11 Gew.-% 3 9,1 Gew.-% Citronensäure + SiO₂ 11 Gew.-% 4 100% Triacetin (Vergleich) 10 Gew.-% Filtermaterial: 3,OY/35.000; Zugwiderstand 390 mm Wassersäule; Format 126 x 7,84 mm. 1) Dispergiertes Material, bezogen auf Gesamtgewicht der Dispersion 2) Dispersion, bezogen auf Gewicht des Fasermaterials - Das oben angegebene Filtermaterial wurde zu einem endlosen Filterstrang geformt; aus den erhaltenen Filterstäben wurden filterventilierte Cigaretten gefertigt und in einer Rauchmaschine nach DIN-Norm abgeraucht. Es wurden die in Tabelle 2 zusammengefaßten Ergebnisse erhalten.
Tabelle 2 Cigarette mit Filter gemäß Tab. 1 Nicotin (mg) im Hauptrauch 1 0,77 2 0,76 3 0,76 4 0,85 (Vergleich) - Die Abrauchergebnisse zeigen, daß die erfindungsgemäß ausgerüsteten Filtermaterialien eine um 0,1 mg erhöhte Nicotinretention aufweisen. Die selektive Filtrationswirkung wurde durch das gegebenenfalls zugesetzte pyrogene Siliciumdioxid nicht beeinflußt.
- Um den Einfluß verschiedener Cigaretten mit unterschiedlichen Nicotin- und Kondensatgehalten zu testen, wurden die gleichen Filterstäbe wie im Beispiel 1, jedoch unventiliert, mit anderen Cigarettenkörpern gefahren. Es wurden die in Tabelle 3 zusammengefaßten Ergebnisse erhalten.
Tabelle 3 Cigarette mit Filter gemäß Tab. 1 Nicotin (mg) im Hauptrauch 1 1,14 2 1,12 3 1,14 4 1,23 (Vergleich) - Auch bei diesen Versuchen war eine um 0,1 mg erhöhte Nicotinabreicherung festzustellen. Ein Einfluß des Dispergierungsmittels auf die Retention war nicht festzustellen.
- Auf ein Filtermaterial mit den in Tabelle 1 angegebenen Spezifikationen wurden Dispersionen der Zusammensetzung gemäß Tabelle 4 aufgesprüht.
Tabelle 4 Filterstab Dispersion in Triacetin Zusammensetzung1 ) Auftragsmenge2 ) 5 9,1 Gew.-% Äpfelsäure + SiO₂ 11 Gew.-% 6 9,1 Gew.-% Weinsäure + SiO₂ 11 Gew.-% 7 100% Triacetin (Vergleich) 10 Gew.-% 1) Dispergiertes Material, bezogen auf Gesamtgewicht der Dispersion 2) Dispersion, bezogen auf Gewicht des Fasermaterials - Beim Abrauchen nach DIN-Norm der mit den vorgenannten Filterstäben ausgerüsteten, ventilierten und unventilierten Cigaretten wurden die in Tabelle 5 zusammengefaßten Ergebnisse erhalten.
- Auch hier ergab sich eine deutliche Zunahme der Nicotinretention im Hauptrauch.
Tabelle 5 Cigarette mit Filter gemäß Tab. 1 Cigarettentyp1 ) Nicotin (mg) im Hauptrauch 5 V 0,87 6 V 0,83 7 Vergleich 0,96 5 U 1,08 6 U 1,11 7 Vergleich 1,20 1) V = ventiliert; U = unventiliert - Für alle der hier erörterten Versuche gilt, daß die Kondensatausbeute und der Zugwiderstand gleich war, d.h. durch die Ausrüstung von Filtermaterialien gemäß dem Verfahren der Erfindung nicht beeinflußt wurden.
Claims (14)
- Verfahren zum Imprägnieren von Fasern eines Tabakrauchfilters mit physiologisch und sensorisch unbedenklichen Polycarbonsäuren bzw. sauren Salzen derselben, dadurch gekennzeichnet, daß man die bei Umgebungs- und Verarbeitungstemperaturen kristallinen Polycarbonsäuren bzw. die sauren Salze derselben in Form von feinen festen Teilchen mit einem Zahlenmittel der Teilchengröße von weniger als 50 µm in einem organischen, flüssigen Medium suspendiert und die erhaltene Suspension auf die Fasern aufbringt.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Polycarbonsäuren bzw. saure Salze derselben mit pKs-Werten von 1 bis 5 verwendet.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Polycarbonsäuren bzw. saure Salze derselben verwendet, die 2 bis 6 Kohlenstoffatome und 2 bis 3 Carboxylgruppen aufweisen.
- Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man Polycarbonsäuren bzw. saure Salze derselben aus der von Maleinsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Weinsäure, Äpfelsäure, Citronensäure und Acetylcitronensäure gebildeten Gruppe verwendet.
- Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man saure Alkali-, insbesondere Kaliumsalze oder Ammoniumsalze, der Polycarbonsäuren verwendet.
- Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man Polycarbonsäuren bzw. saure Salze derselben verwendet, die einen OH-Substituenten, der nicht zu einer Carboxylgruppe gehört, oder mehrere aufweisen.
- Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man Polycarbonsäuren bzw. saure Salze derselben mit einem Zahlenmittel der Teilchengrößen von weniger als 20 µm verwendet.
- Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Polycarbonsäuren bzw. die sauren Salze derselben in einer Menge von 0,1 bis 10, insbesondere von 0,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Filterfasergewicht, aufträgt.
- Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als organisches, flüssiges Medium Carbonsäureester aus der von Polyethylenglykolacetat, Polyethylenglykolpropionat, insbesondere Triethylenglykoldiacetat, Glycerindiacetat, Glycerintriacetat, Glycerintripropionat, Di-(methoxyethyl)-phthalat, Ethylphthaloyl-methylglykolat und Triethylcitrat gebildeten Gruppe verwendet.
- Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man den Polycarbonsäuren bzw. saure Salze derselben enthaltenden Suspensionen Dispergierhilfsmittel zusetzt.
- Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man Dispergierhilfsmittel aus der von pyrogenem Siliciumdioxid und chemisch modifizierter Stärke und Cellulose gebildeten Gruppe zusetzt.
- Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dispergierhilfsmittel in einer Menge von 0,1 bis 5, insbesondere von 0,5 bis 2 Gew.-%, bezogen auf eingesetzte Polycarbonsäuren bzw. saure Salze derselben, verwendet.
- Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man Celluloseacetatfasern imprägniert.
- Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man die Polycarbonsäuren bzw. saure Salze derselben in Triacetin suspendiert.
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