FI59710B

FI59710B - Tobaksroekfilter

Info

Publication number: FI59710B
Application number: FI751836A
Authority: FI
Inventors: Robin Arthur Crellin; Christopher Robert Jenkins; James William Percy Phelpstead
Original assignee: British American Tobacco Co
Priority date: 1974-06-24
Filing date: 1975-06-19
Publication date: 1981-06-30
Also published as: AU502214B2; DE2527569A1; FI59710C; ZA753759B; BR7503922A; AU8207275A; CA1035660A; JPS5832587B2; DK283275A; CH609218A5; JPS5119200A; DE2527569C2; US4062368A; MX142927A; NL7507449A; FI751836A; BE830354A; GB1507456A

Description

TSZZ fal M1. kuulutusjulkaisu _λ_.λ w (11) utläggningsskmft 59710 C ^y -y *** - ^ * (51) Kv.lk?/lnt.CI.3 A 24 D 3/16 SUOMI —FINLAND (21) PM«tnlhak«mu·—PKwwameiuilnc 751036 (22) Htkemlipllvl — Arweicjilnpdtf 19-06.75 (23) Alkupilvt—Glltlgh«udag 19-06.75 (41) Tullut luikituksi — Bllvtt offuntllf 25.12-75

Patentti* ja rekisterihallitut .... ________ . , . ,.

. ._. . . , (44) NlhtMktlpunoo |· kuul.|ulktltun pvm. — , „

Patent- och registerstyrelsen ' · aimMcm utiagd odi utijkrwtun pubikurad 30.06.6l " (32)(33)(31) Pyr*·**/ ttuolkuut—Bugird prlorltut 21.06.7^

Englanti-England(GB) 27958/7^ " (7l) British-American Tobacco Company Limited, Westminster House, 7» Millbank,

London S.W.l, Englanti-England(GB) (72) Robin Arthur Crellin, Romsey, Hampshire, Christopher Robert Jenkins, Southampton, Hampshire, James William Percy Phelpstead, Southampton, Hampshire, Engianti-En gl and(GB) (71*) Leitzinger Oy (5*0 Tupakansavun suodatin - Tobaksrökfilter Tämä keksintö kohdistuu tupakansavun suodattimeen kaasumaisten aineosien vähentämiseksi ilman epämiellyttävää vaikutusta savun makuun, joka suodatin sisältää aktiivihiilihiukkasia.

Säiemäisestä ja/tai kuitumaisesti levyaineesta tehdyt suodattimet ovat tunnettuja, jotka poistavat tupakansavun tietyn osan mekaanisilla välineillä. Tupakansavu sisältää lisäksi kaasumaisia komponentteja, joita ei voida poistaa mekaanisella suodatuksella, vaan ainoastaan absorptiolla ja/tai adsorptiolla tai kemiallisella re- «ν' aktiolla.

Aktiivihiilirakeiden on todettu olevan sopiva adsorboimis- ja/tai adsorboimisaine. Kuitenkin hiilellä on epäedullinen vaikutus makuun, josta syystä lisätään luonnon tai synteettisiä maun parannusaineita tai tupakkauutetta epämiellyttävän maun peittämiseksi.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada suodatin tupakansavua varten käyttäen hiiltä kaasumaisen aineosan vähentämiseksi savusta, mutta ilman epäedullista vaikutusta makuun.

2 59710

Hiilen suodatusomainaisuuksien lisäämiseksi ja sen tekemiseksi paremmaksi, on tunnettua kyllästää hiili epäorgaanisilla suoloilla, oksideilla, haihtumattomilla aminoyhdisteillä, kelaattiaineella tai vesi-liuokoisella ioninvaihtoaineella. Hiiliosasten sitomiseksi yhteen suodatintangon valmistuksessa, sideaineena on käytetty polymeerisiä kestomuoveja, esimerkiksi polyeteeniä tai polyvinyylipyrrolidonia. Näissä tapauksissa hiiliosaset on jo kyllästetty kyllästysaineella pinnan ominaisuuksien modifioimiseksi tai sidottu yhteen kiinteän massan muodostamiseksi. Myöskin on tunnettua käyttää suodattavana aineena päällystämätöntä hiiltä yhdessä synteettisen polymeerin, kuten vaahdotetun polyhydroksietyylimetakrylaatin kanssa, kumpikin erityisessä muodossa.

Keksinnön mukaisella suodattimelle on tunnusomaista se, että hiili-hiukkaset, joiden osaskoko on pääasiallisesti 300 - 1700 pm, on päällystetty kauttaaltaan erillisinä ja toisiinsa sitoutumattomina sul-kukerroksella, joka koostuu pääasiallisesti orgaanisesta,typpeä sisältämättömästä polymeeriaineesta, joka on haihtumaton, pääasiallisesti veteen liukenematon ja myrkytön, jonka sulkukerroksen päällys-tystaso on 0,1 - 8 paino-% hiilihiukkasista laskettuna ja jonka kerroksen aldehydit läpäisevät.

Lähtöaineena voidaan käyttää kaupan olevia hiilityppejä. Kuten edellä on mainittu, osaskoon pitäisi olla pääasiallisesti rajoissa 300 - 1700 mikronia. Tavallisesti rajat tulevat olemaan 500 - 1700 mikronia, pieni osa, esimerkiksi sanokaamme noin 2 % hyvin hienoja osasia, ts. osaskoko alle 500 mikronia, voi olla läsnä. Sopivimmin hiili on puristamattomien rakeiden muodossa, mutta voidaan käyttää myös puristettuja tai pallotettuja rakeita. Kuitenkaan rakeet eivät saa olla toisiinsa sitoutuneita.

Ohuen sulkukerroksen paksuus tulee riippumaan käytetystä päällystys- aineesta ja tarvittavan suodatuksen suorittamisesta. Vaikka hiilipin- nan päällä olevan päällysteen paksuus voi vaihdella, keskimääräinen -4 paksuus tulee olemaan 5 x 10 mikronia. Tavallisia käytännöllisiä tarkoituksia varten on hankala määrittää tällaisia pieniä paksuuksia ja paksuus, johon päällyste on kokoonpantu, voidaan paremmin ilmaista .x <* ' ’ 3 59710 "päällystystaso" —määritelmällä,, joka on päällystetyn ja päällystämättömän hiilen painoero, jaettuna päällystämättömän hiilen painolla ja ilmaistu prosentteina. Päällystystäkö on tavallisesti rajoissa 0,1 - 8 %. Yksinkertaiset kokeet vahvistavat, missä pääl-lystystason rajoissa tarvittava työ voidaan suorittaa luotettavasti. Päällysteaine voidaan levittää hiilirakeiden pinnalle tunnetulla upottamismenetelmällä tai jollakin muulla päällystysmenetel-mällä, joissa menetelmissä aine mitä läheisimmin koskettaa rakeiden huokosten pintaa tai törmää näiden huokosten pinnalle.

Sopivia päällysteaineita ovat vinyyliyhdisteen synteettinen polymeeri, esimerkiksi polyhydroksietyylimetakrylaatti, polymetyylimetakrylaatti, polymetakryylihappo, polyvinyyliasetaatti ja polyvinyylialkoholi. Voidaan käyttää myöskin kondensaatiotyyppisiä synteettistä polymeeriä, esimerkiksi polyesteriä tai selluloosajohdannaisia, kuten selluloosa-asetaattia tai karboksimetyyliselluloosaa tai silikoneja tai luonnon polymeerejä, esimerkiksi tärkkelystä, pektiiniä tai alginaattia.

Kahden tai useamman edellä mainitun aineen seoksia voidaan myöskin käyttää. Luonnollisesti sellaisten aineiden käyttöä, jotka ovat myrkyllisiä tai ovat sinänsä epämiellyttävän hajun tai maun lähteitä, on vältettävä.

Päällystettyjä hiilirakeita voidaan käyttää suodattimessa rakeisena raekerroksena paperia, säiemäistä tai kuitumaista suodatusainetta tai vaahtosuodatusainetta, kuten selluloosa-asetaattirohdinta, paperia - tai avoinsoluista vaahtokestomuovia olevan kahden osan välissä. Rae- kerros voidaan pitää kahden huokoisen tai rei'itetyn levyn välissä tai huokoisessa putkessa. Päällystetyt hiilirakeet voivat vaihtoehtoisesti olla dispergoitu juuri mainittua laatua oleviin suodatus-aineisiin. Savukkeen suodattimeen liitetyn päällystetyn hiilen määrä voi vaihdella välillä 10 - 200 mg, sopivimmin 10 - 100 mg.

Seuraavat esimerkit havainnollistavat tapoja, joilla keksintö voidaan toteuttaa ja saavuttaa tehokkaat suodatusvaikutukset. Annetut suodatus-tehokkuusluvut esittävät tupakansavussa olevien haihtuvien aldehydien kokonaismäärän vähenemistä. Esimerkeissä muodostetulla päällysteellä oli sulkukerrosominaisuudet edellä mainituissa kvantitatiivisissa rajoissa .

Λ.' '

Esimerkki 1 4 59710

Rakeista hiiltä, jonka laatu oli"MP3" (toimittaa Chemviron Ltd) ja jonka keskimääräinen osaskoko oli 1100 mikronia, pestiin etanolissa ja kuivattiin ennen päällystysprosessia.

Välittömästi ennen käyttöä valmistettiin kolme 2-hydroksietyyli-metakrylaatti (HEMA) monomeerin päällysteliuosta etanolia sisältävässä t-butyyliperoktoaatti-alkuunpanoaineessa. HEMA:n tilavuusprosentti-suhteet etanoliin ja alkuunpanijaan olivat vastaavasti 1:100:0,4, 2:100:0,4 ja 3:100:0,4, jolloin edellä määritellyt päällystystasot olivat vastaavasti 0,85 %, 1,5 % ja 2,2 %.

Päällystystä varten jokaisella tasolla noin 20 g hiiltä pantiin esikuivattuun, ennalta punnittuun verkkopussiin ja kuivattiin siinä muuttumattomaan painoon pitämällä se lämpötilassa 80°C tyhjössä yön yli. Hiiltä sisältävä pussi jäähdytettiin ja upotettiin päällys-teliuokseen 10 minuutiksi ja sen jälkeen kuivattiin läpeensä pitämällä se suodatussuppilossa 10 minuuttia. Sitten näin saatu monomeerinen päällyste polymeroitiin kuumentamalla sitä 80°C:ssa kaksi tuntia tyhjössä. Lopuksi hiili pestiin kolme kertaa etanolilla reagoimattoman monomeerin ja liukoisen pienen molekyylipainon omaavan polymeerin poistamiseksi. Uudelleenkuivauksen jälkeen 80°C:ssa tyhjössä yön yli päällystetty hiili punnittiin päällystystason määräämiseksi.

Ellei muuta ilmoiteta, jokaista päällystystasoa varten käytettiin 100 mg päällystettyä hiiltä kolminkertaisen suodattimen kahden sellu-loosa-asetaattiosan välisenä kerroksena. Tällaisia suodattimia liitettiin savuketupakkatankoihin ja savukkeita poltettiin suodattimien läpi standardiolosuhteissa yksi 30 ml: n imaisu minuutis-* sa kestoajan ollessa 2 sekuntia. Kuten on esitetty seuraavassa taulukossa, hyvät suodatustehokkuudet kaikille haihtuville aldehydeille saavutettiin kaikilla päällystystasoilla. Ryhmä tupakoitsijoita arvosteli savukkeita, jotka oli varustettu sellaisilla suodattimilla, jotka sisälsivät päällystettyä hiiltä ja suodattimilla, jotka sisälsivät kerroksen päällystämätöntä hiiltä. Ryhmä totesi, että suodattimet, jotka oli varustettu päällystämättömällä hiilellä, aikaansaivat hiilisuodatinsavukkeiden epämiellyttävät sivumakuominaisuudet, kun taas tämä epämiellyttävä maku oli pois käytettäessä suodattimia, jotka sisälsivät päällystettyä hiiltä.

5

5971 O

Päällystys- Suodatuste- taso hokkuus %__%_ 0,85 61 1,5 65 2,2_ 66_

Esimerkki 2

Esimerkissä 1 selitettyjä hiiliosasia päällystettiin samalla tavalla samalla yhdisteellä käyttäen seuraavaa menetelmää.

Päällysteliuokset valmistettiin muuten samoin kuin esimerkissä 1, ' mutta vakiopainoon kuivattu hiili lisättiin dekantterilasissa olevaan liuokseen ja tätä sekoitettiin silloin tällöin päällystämisen aikana. Liuoksen juoksuttamisen jälkeen suodattimen läpi hiiltä kuumennettiin kaksi tuntia 80°C:ssa tyhjössä monomeeripäällysteen polymeroimiseksi. Jäähdyttämisen jälkeen hiili pestiin, valutettiin, kuivattiin ja punnittiin. Saadut päällystystasot olivat 4,8 % ja 4,0 %. Savukkeita poltettiin samoinkuin esimerkissä 1 suodattimien läpi, jotka sisälsivät päällystettyä hiiltä. 4,8 %:n päällystystasolla saavu- . tettiin hyvä suodatustehokkuus. Ryhmä tupakoitsijoita ei todennut makua, joka liittyy hiilisuodattimiin.

Päällystys- Suodatuste-taso hokkuus _%__%_ 4.8 69 4.8 62 4,0 45

Esimerkki 3

Esimerkissä 1 selitettyjä hiiliosasia päällystettiin muuten esimerkin 1 mukaisella menetelmällä, mutta käyttäen päällysteliuoksena metakryy-lihapon 1-prosenttista etanoliliuosta, joka sisälsi 0,5 % atso-bisisobutyronitriiliä. Saadun hiilen polymetakryylihapon päällystys^ taso oli 6,5 % ja se antoi 53 %:n suodatustehokkuuden kolminkertaisella suodattimena. Poltettaessa savukkeita näiden suodattimien läpi maun, joka liittyy hiilisuodattimiin, huomattiin olevan vähenty-

5971 O

6 nyt verrattuna suodattimiin, jotka sisältävät päällystämätöntä hiiltä. Esimerkki 4

Esimerkissä 1 selitettyjä hiiliosasia päällystettiin muuten esimerkin 1 mukaisella menetelmällä, mutta käyttäen päällysteliuoksena metakryy-lihapon 1-prosenttista etanoliliuosta, joka sisälsi 0,5 % t-butyyli-peroktoaattia. Polymetakryylihapolla päällystetyn hiilen päällystystaso oli 2,0 % ja se antoi 54-prosenttisen suodatus-tehokkuuden, eikä esiintynyt mitään savun epämiellyttävää makua.

Esimerkki 5

Esimerkin 4 mukaan päällystettyjä hiiliosasia valmistettiin suodatti-miksi esimerkin 1 mukaisella tavalla. Nämä suodattimet, jotka sisälsivät 50 mg ja 150 mg päällystettyä hiiltä, antoivat suodatustehokkuu-deksi vastaavasti 32 % ja 69 %, eikä kummassakaan tapauksessa esiintynyt savussa mitään epämiellyttävää vaikutusta. Kuitenkaan pienempi tehokkuus 32 % ei ollut odottamaton kerroksen sisältäessä ainoastaan 50 mg päällystettyä hiiltä.

Esimerkki 6

Esimerkissä 1 esitettyjä hiiliosasia päällystettiin muuten esimerkin 2 mukaisella menetelmällä, mutta päällysteliuoksena käytettiin vinyy-liasetaatin 5-prosenttista n-heksaaniliuosta, joka sisälsi 0,5 % t-butyyliperoktoaattia. Polyvinyyliasetaatilla päällystetyn hiilen päällystystaso oli 4,5 % ja se antoi suodatustehokkuudeksi 54 %. Sivumaun, joka liittyy hiiltä sisältäviin suodattimiin, todettiin olevan vähentynyt verrattuna suodattimiin, jotka sisältävät päällystämätöntä hiiltä.

Esimerkki 7

Esimerkissä 1 esitettyjä hiiliosasia päällystettiin esimerkin 1 mukaisella menetelmällä käyttäen vinyyliasetaatin 5-prosenttista asetoni-liuosta, joka sisälsi 0,5 % t-butyyliperoktoaattia. Polyvinyyliasetaatilla päällystetyn hiilen päällystystaso oli 1,5 % ja se antoi suodatustehokkuuden 57 %. Sivumaun väheneminen todettiin verrattuna suodattimiin, jotka sisälsivät päällystämätöntä hiiltä.

7 59710

Esimerkki 8

Esimerkissä 1 esitettyjä hiiliosasia päällystettiin muuten esimerkin 1 mukaisella menetelmällä, mutta käytettiin vinyyliasetaatin 2-pro-senttista n-heksaaniliuosta, joka sisälsi 0,5 % t-butyyliperoktoaat-tia. Polyvinyyliasetaatilla päällystetyn hiilen päällystystaso oli .

16 % ja se antoi ,suodatustehokkuuden 36 %. Päällystystaso oli epätyydyttävän korkea ja on epävarmaa, edustaako tämä päällyste sulkua hiilen tarvittavalle huokoisuudelle toimiakseen haihtuvien aldehydien tehokkaana suodattimena.

Esimerkki 9

Esimerkissä 1 esitettyjä hiiliosasia päällystettiin esimerkin 2 mukaisella menetelmällä, jolloin käytettiin 2-prosenttista vinyyliasetaatin n-heksaanliuosta, joka sisälsi 0,5 % t-butyyliperoktoaattia. Polyvinyyliasetaatilla päällystetyn hiilen päällystystaso oli 14 % ja se antoi suodatustehokkuudeksi 43 %.

Esimerkki 10

Ristikytkyainetta, esimerkiksi eteeniglykolidimetakrylaattia voidaan lisätä polymeeriseen päällysteeseen. Tätä tarkoitusta varten esimerkissä 1 esitettyjä hiiliosasia päällystettiin polyhydroksietyyli-metakrylaatilla, käyttäen päällysteliuosta, joka sisälsi HEMA-mono-meerin ja t-butyyliperoktoaatti-alkuunpanijän lisäksi eteeniglykoli- ✓ dimetakrylaattia seuraavassa esitetyissä suhteissa. Päällyste valmistettiin esimerkkien 1 ja 2 mukaisilla menetelmillä.

β 59710 I tn tn 3 3 3 -p x CO M (N 00 tj o <#> m m 0 Λ 3 1)

CO -P

en C>1

•P

tn es n >1 '

r—I c»P Ή O

rH O

:<ö tn tO ni (¾ -P

•H P I -P

•rl (0 rH rH

h (A ε ε

>1 O

>i -P m m -P M > *

3 0 O O

Λ P I Φ p a

P

03 rH i-H

0 M <D ε g

3 -H C

H -p -H ·—I i—I

»H tn td *· *

a) -h >h O O

-P Pi M

ta---- >

rH rij rH I—I

r-t s ε g

:t0 H

:td X m ti· 01 ___

•H rH rH

rH ε g 0

e O O

<o o o

-P rH rH

ω

:<d II

g -rl ·Η

rH M rH W CN

a) a) a) -P Ή -r|

Φ C X e M

e <u ,* <u λ: ai -p p -p m 2 3 Q> 3 a) w g «g 9 5971 0

Suodatustehokkuudet olivat hyvät, eikä mitään sivumakua todettu liittyvän hiilisuodattimiin.

Esimerkki 11

Edellä mainittua laatua "MF3" olevaa hiiltä, jonka osaskoko oli 1100 mikronia, päällystettiin metyyliakrylaattimonomeerilla, joka myöhemmin polymeroitiin käyttäen hapanta katalyyttiä. Esikuivattu, tarkasti punnittu hiilinäyte (10 g) lisättiin 200 ml:aan vettä, joka oli pyöreäpohjaisessa pullossa kuumennusvaipan sisällä, joka pullo oli varustettu mekaanisella sekoittimella, jäähdyttimellä ja lasisella tuloputkella. Pulloon lisättiin metyylimetakrylaatti ja hiiltä sekoitettiin 10 minuuttia päällysteen aikaansaamiseksi monomeerilla. Rikkidioksidin annettiin porehtia kolme minuuttia pullon sekoitetun sisällön läpi tarvittavan happaman polymeroimiskatalyytin aikaansaamiseksi. Sitten pullo kuumennettiin lämpötilaan 60°C ja pidettiin tässä lämpötilassa 3-4 tuntia. Lopuksi hiili pestiin vedellä useita kertoja dekantoimalla ja kuivattiin yön yli tyhjössä 80°C;ssa. Päällystystaso _ oli 3,2 %. Päällystetyn hiilen suodatustehokkuus oli 49 % ja hiilisuotimiin liittyvä maku oli vähentynyt huomattavasti.

Kaikissa edellä esitetyissä esimerkeissä hiili oli aluksi päällystetty kyseessä olevalla monomeerilla. Kuitenkin on mahdollista päällystää hiili suoraan polymeeriliuoksella, kuten käy selville seuraavasta.

Esimerkki 12

Esimerkissä 1 esitettyjä hiiliosasia päällystettiin 10 minuuttia dekantterilasissa. joka sisälsi selluloosa-asetaatin (0,25 g) liuosta liuotettuna seokseen, joka sisälsi suhteessa 9:1 kloroformia ja etanolia (200 ml). Valuttamisen jälkeen hiili kuivattiin tyhjössä huoneen lämpötilassa. Saatu hiilen selluloosa-asetaatin päällystys-taso oli 5 %, joka antoi suodatustehokkuudeksi 63 %. Sivumaku, joka liittyy hiilisuodattimiin, oli huomattavasti vähentynyt.

Edellä olevaa esimerkkiä toteutettaessa huomattiin, että alkuunpanijan tai päällystysmenetelmän valinnalla on vähäinen vaikutus edullisen päällysteen saavuttamiseen.

Esimerkki 13 10

5971 O

Valmistettiin kolminkertainen suodatin, joka käsitti keskiosan, joka sisälsi 100 g:n hiiliraekerroksen (hiilen tyyppi BPL, jota toimittaa Pittsburgh Activated Carbon Company), joiden hiilirakeiden osaskoko oli 420 - 1200 mikronia ja jotka oli päällystetty esimerkin 1 mukaisella menetelmällä 4,5 paino-%:lla polyhydroksietyylimetakrylaattia ja jonka keskiosa oli sovitettu kahden selluloosa-asetaattiosan väliin. Savuketta poltettaessa tämän suodattimen läpi standardiolo-suhteissa 46 % haihtuvia aldehydejä poistui savusta ilman epämiellyttävää makuvaikutusta, joka liittyy hiilisuodattimiin. Partikkellmaista ainetta (TPM) poistui kaikkiaan 36 %. Vertauksen vuoksi käytettiin muuten samanlaista suodatinta, mutta päällystämättömät hiilirakeet muodostivat keskikerroksen. Savuketta poltettaessa tämän suodattimen läpi haihtuvia aldehydejä poistui 32 % ja TPM:ää 53 %, mutta epämiellyttävä makuvaikutus jäi jäljelle.

5 .

Claims

11 59710

1. Tupakansavusuodatin kaasumaisten aineosien vähentämiseksi ilman epämiellyttävää vaikutusta savun makuun, jaka suodatin sisältää aktiivihiilihiukkasia, tunnettu siitä, että hiili-hiukkaset, joiden osaskoko on pääasiallisesti 300 - 1700 um, on päällystetty kauttaaltaan erillisinä ja toisiinsa sitoutumattomina sulkukerroksella, joka koostuu pääasiallisesti orgaanisesta, typpeä sisältämättömästä polymeerlaineesta, joka on haihtumaton, pääasiallisesti veteen liukenematon ja myrkytön, ja jonka sulku-kerroksen päällystystaso on 0,1 - 8 paino-% hiilihiukkasista laskettuna ja jonka kerroksen aldehydit läpäisevät.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suodatin, tunnettu siitä, että polymeerisenä aineena on vinyyliyhdisteen synteettinen polymeeri.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suodatin, tunnettu siitä, että polymeerisenä aineena on polyhydroksietyylimetakry-laatti, polymetyylimetakrylaatti tai polymetakryylihappo.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suodatin, tunnettu siitä, että polymeerisenä aineena on polyvinyyliasetaatti.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen suodatin, tunnettu siitä, että päällystettyjen hiilihiukkasten kerros on sovitettu kahden säiemäistä, kuitumaista ainetta, paperia tai vaahtosuodatusainetta olevan osan väliin tai suljettu huokoiseen putkeen.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen suodatin, tunnettu siitä, että päällystetyt hiilihiukkaset on dispergoi-tu säiemäiseen, kuitumaiseen aineeseen, paperiin tai vaahtosuo-datusaineeseen.