NL7908701A - Filtermateriaal, in het bijzonder voor sigaretten- filter. - Google Patents

Description

*JÈ £- VO 8785

Filtermateriaal, ia het bijzonder voor sigarettenfilters.

De uitvinding heeft betrekking op filtermateriaal voor het verwijderen van ten minste een voorafbepaalde substantie uit nagenoeg gasvormige media. De uitvinding heeft tevens betrekking op filters die een dergelijk filtermateriaal bevatten als-5 mede op de toepassing van dit filtermateriaal.

Er zijn diverse filterconstructies en filterma-terialen voorgesteld voor het filtreren van tabaksrook en andere nagenoeg gasvormige media. Bij de vervaardiging van sigaretten stelt men zich ten doel er voor te zorgen dat in het gedeelte van 10 de sigarettenrook dat wordt geïnhaleerd bepaalde vastgestelde maximale waarden van dergelijke schadelijke stoffen als teer, nicotine en koolmonoxyde niet worden overschreden. Hierdoor ontstaan echter problemen bij de vervaardiging van sigaretten, aangezien de concentratie van b.v. teer, nicotine en koolmonoxyde afhanke-15 lijk is van onder meer de keuze van de ruwe tabak, de plaats waar de tabak wordt gekweekt, de omstandigheden waaronder deze wordt opgeslagen enz. Het probleem wordt verder geaccentueerd wanneer men het skala van variabele factoren in aanmerking neemt waardoor de verschillende tabaksoogsten binnen dezelfde regio’s worden be-20 invloed wat betreft dergelijke schadelijke stoffen als b.v. cadmium.

Er dient tevens aan te worden herinnerd, dat sigarettenrook aanzienlijke hoeveelheden aromatische en andere stoffen met aangename eigenschappen bevat ook nadat de rook door een filter is gezogen.

De filtermaterialen die zijn vervaardigd om scha- 25 delijke stoffen uit de tabaksrook te verwijderen zijn tot dusver weinig bevredigend geweest. Dit is begrijpelijk wanneer men de moeilijke filtratie-omstandigheden in aanmerking neemt die b.v.

heersen bij het filteren van tabaksrook. Tabaksrook kan worden be- 3 10 3 schouwd als een aerosol, die 10 - 10 deeltjes per cm bevat, 30 waarbij de diameter van de deeltjes varieert van kleiner dan 0,1 micrometer tot ongeveer 1 micrometer, en de gemiddelde diameter 7908701 Λ- 2 van de deeltjes onder normale omstandigheden 0,5 - 0,6 micrometer "bereikt. De door deze deeltjes in de rook gevormde deeltjesfase beslaat ongeveer 5-10 gew.$ van de rook, waarbij de rest van de rook,, bij benadering 90 - 95%, een gasfase vormt die in hoofdzaak 5 zuurstof, stikstof, koolmonoxide en kooldioxyde omvat. De snelheid van de rook waarmee deze door een sigarettenfilter passeert . > kan zo hoog zijn als ongeveer 35 cm/sec, zodat de verblijftijd van de rook, gedurende welke tijd deze in contact kan worden gebracht met het filtermateriaal,. van de orde van grootte van slechts 0,04 10· sec is, .voor een sigarettenfilter· van normale lengte. De temperatuur van de sigarettenrook die het filter bereikt neemt, wanneer de brandende top van de sigaret het filter nadert, toe van ongeveer kamertemperatuur tot 75 - 90°C. Moderne tabaksflitermateria-len omvatten normaal h.v. gasdoorlaatbare organische materialen, 15 in hoofdzaak cellulose-acetaatvezels of geactiveerde kool. Combinaties van deze materialen worden veel toegepast. Bij toepassing van gebruikelijk, organisch filtermateriaal worden de deeltjes door in hoofdzaak mechanische processen uit de tabaksrook verwijderd, aangezien dit materiaal niet in staat is in de gasfase aanwezige 20 schadelijke stoffen te verwijderen.

Aldus functioneren uit cellulose-estervezels bestaande filters in hoofdzaak doordat zij een deel van het fijn-verdeelde materiaal van de tussen de vezels passerende rook vasthouden. Door kroezen of een soortgelijke deformatie van de vezels 25 in het filter wordt het oppervlak van de vezels, die de met de rook in aanraking komende oppervlakken vormen, vergroot. Filters die alleen dergelijke vezels omvatten zullen echter geen merkbare hoeveelheden ongewenste componenten die zich in de gasfase van de rook bevinden verwijderen.

30 Er zijn verschillende stoffen aangebracht op de in de filters toegepaste synthetische vezels waardoor de vezels effectiever fijnverdeeld materiaal kunnen vasthouden. Dergelijke pogingen hebben echter niet het gewenste resultaat opgeleverd.

78 0 8 7 01 3 • « *

De toepassing van filtermaterialen die geactiveerde kool omvatten heeft bepaalde voordelen opgeleverd door de capaciteit van de geactiveerde kool in de gasfase aanwezige schadelijke stoffen te kunnen adsorberen. Een nadeel van geactiveer-5 de koolfilters is echter hun lage selectiviteit, d.v.z. dat dergelijke filters uit de gasfase tevens aromatische stoffen en nico-tineverbindingen adsorberen, met andere woorden verbindingen die voor de roker wenselijk zijn, en het tabaks- of sigarettenver-bruik stimuleren. Aldus dient de hoeveelheid actieve kool in een 10 sigarettenfilter te worden beperkt waardoor de capaciteit van het filter andere, ongewenste bestanddelen in de tabaksrook te adsorberen lager wordt.

Het is inderdaad mogelijk de hoeveelheid geactiveerde kool in het sigarettenfilter op te voeren en aldus voldoen-15 de hoeveelheden bepaalde schadelijke stoffen te verwijderen, waarvan het bezwaar is dat tevens de trekweerstand van het filter wordt verhoogd, hetgeen in hoofdzaak te wijten is aan de zakachtige poriën van de geactiveerde kool. Ook krijgt de rookfase daardoor een koolsmaak.

20 Naast de voarnoemde filters is voor het filteren van tabaksrook en andere nagenoeg gasvormige media voorgesteld filterconstructies en filtermaterialen toe te passen, waarin als actieve media organische stoffen aanwezig zijn, zoals metaalgroepen en/of organische zouten. Deze media functioneren zelf als filter-25 materiaal of worden gebonden aan dragermateriaal, zoals geactiveerde kool, verschillende typen vezels, cellulose, cellulose derivaten enz. Deze filterconstructies en filtermaterialen zijn echter niet bijzonder effectief gebleken omdat met het oog op de korte contacttijd tussen het filtermateriaal en het gasvormige medium een 30 hoog rendement is vereist, en daarbij de ruimte die beschikbaar is voor het herbergen van het filtermateriaal beperkt is, in het bijzonder voor sigarettenfilters.

Een belangrijk nadeel van tot dusver toegepaste filteropstellingen of stoffen schuilt in het feit dat'hun actieve 790 8 7 01 k specifieke oppervlak niet voldoende groot is voor een effectieve filtering terwijl er tevens geen actieve middelen in kunnen worden opgenomen of geïnfiltreerd. Men heeft aldus pogingen ondernomen om het filterrendement te verhogen. Dit heeft onder meer 5 geleid tot de toepassing van z.g. plasticiden voor het "binden van de cellulose-acetaatvezels of voor het binden van verschillende structurele vezeieenheden ter vorming van een netwerk. Deze pogingen zijn niet succesvol gebleken omdat men in het beste geval een netwerksysteem op macroschaal van kleine drie-dimensionale 10 oppervlakken bereikt, d.w.z. in hoofdzaak bindingen tussen de individuele vezels.

Wanneer b.v. cellulose of celluloseschuim wordt behandeld, een waterige suspensie van cellulosevezels wordt gevormd en deze massa met een waterbestendige polymeerfilm wordt behan-15 deld, is het mogelijk een type driedimensionaal ruimtelijk netwerk te verkrijgen, hoewel dit donsachtige produkt geen vooraf ingestelde driedimensionale holten bevat, maar in plaats daarvan.een spectrum van holten en tussenruimten van verschillende afmetingen beslaat dat niet gelijkgesteld kan worden aan poriën met gelijke 20 afmetingen die zich uniform verdeeld van oppervlak tot oppervlak uitbreiden.

Wat in feite is vereist en tevens het doel van de uitvinding is zijn verknopingen tussen gepolymeriseerde moleculen of moleculaire structuren, teneinde een sterk effectieve, 25 capillair netwerk-achtige matrix te verkrijgen die zodanig is gemaakt dat het mogelijk is de driedimensionale structuur van het capillaire-netwerk-matrix systeem (het capillaire systeem daarvan) vooraf te bepalen door keuze van de graad van verknoping.

Het is een hoofddoel van de uitvinding te voor-• 30 zien in een nieuw en voordelig filtermateriaal waarmee de voornoemde nadelen kunnen worden vermeden.

Voor dit doel wordt volgens de uitvinding een filtermateriaal, bruikbaar voor het uit een gasvormig of nagenoeg gasvormig medium, in het bijzonder tabaksrook, verwijderen van 790 87 01 J) 5 ten minste één voorafbepaalde stof, in het "bijzonder cadmiumver-bindingen en/of koolmonoxyde voorgesteld, dat een verknoopt polymeerdragermateriaal omvat dat tot een voorafbepaalde graad op-zvefbaar is en dat de vorm heeft van een driedimensionaal net-5 werk. met open poriën waarin nagenoeg uniform ten minste één middel is verdeeld dat de capaciteit bezit nagenoeg selectief de genoemde stof uit het door het filter passerende medium te verwijderen. De voomoemde en andere nadelen worden- door middel van de uitvinding vermeden, welke voor ziet in een effectief goedkoop 10 f litermat er i aal dat gemakkelijk op industriële schaal kan worden vervaardigd en dat een poreuze basis- of skeletvormige substantie omvat met open, doorlopende poriën, in en op welke skeletvormige substantie reactieve of katalytische reaetieve stoffen, zoals actieve metaalgroepen of verbindingen en/of organische verbindin-15 gen, en tevens stoffen, zoals menthol of therapeutisch actieve middelen die met het door het filtermateriaal gefilterde medium gemengd zullen worden, bijzonder uniform op betrekkelijk eenvoudige en nauwkeurige reproduceerbare wijze kunnen worden verdeeld.

Aldus is het volgens de uitvinding tevens mogelijk aan de rook el-20 ke gewenste stof toe te voegen, zoals een aromatische stof en de samenstelling van de rook met betrekking tot de smaak daarvan uit te balanceren en in te stellen.

De actieve stof of stoffen kunnen op elke gewenste wijze aan deze skeletvormige substantie worden gebonden, hetzij 25 voor, gedurende of na de verknopingsreactie, waarbij voor dit doel een of meer verknopingsmiddelen worden toegepast, b.v. bifunctio-nele verbindingen, zoals epichloorhydrine, dichloorhydrine, di-epoxybutaan enz. of straling. De actieve stof of stoffen is of worden geschikt toegevoegd in een hoeveelheid van 2-50, bij voor.-30 keur 5 - 35$, berekend op het gewicht van het filtermateriaal, welke verbindingen chemisch aan de skeletvormige substantie worden gebonden, b.v. aan anionische groepen van de skeletvormige substantie of het uitgangsmateriaal daarvan, of zij kunnen door infiltratie in de skeletvormige substantie worden opgenomen. Combi- 790 8 7 01 ✓ β naties van deze bindingsmethoden zijn tevens mogelijk. De poriën-afmeting en de totale specificiteit kunnen op elke gewenste waarde of op een optimale waarde in verhouding tot de hoeveelheid actieve stof die in het filtermateriaal moet worden opgenomen, en 5 in verhouding tot die omstandigheden waarbij het filtermateriaal kan worden toegepast, worden ingesteld door geschikte keuze van uitgangsmateriaal en de graad van verknoping.

Het verknoopte polymere materiaal kan een verknoopt polymeer met hydroxylgroepen omvatten, geschikt een ver-10 knoopt koolhydraatpolymeer, waarbij een verknoopt polyhexose of een verknoopt polyhexosederivaat de voorkeur heeft. Het polyhexose of polyhexose-derivaat kan natuurlijke of synthetische koolhydraat-polymeren omvatten of daaruit afkomstig zijn, zoals cellulose, zetmeel of inuline of dextran of mengsels daarvan.

15 De metalen die in hoofdzaak voor de uitvinding van belang zijn omvatten Ca, Mg, Ba, Fe, Al, Cu en de overgangsmetalen, in het bijzonder de overgangsmetalen Ti, V, Cr, Mn, Fe,

Co, Ui, Mo en Pd, waarbij het metaal of de metalen die in het filtermateriaal worden opgenomen worden gekozen met als uitgangs-20 punt de selectieve eigenschappen die in het bijzonder in het fil-terproces in kwestie gewenst zijn. De uitdrukking metaal als hierin toegepast heeft de betekenis van het metaal zelf alsmede verbindingen daarvan. In dit opzicht kunnen metalen of metaalverbindingen worden gekozen die een katalytische activiteit op speci-25 fieke schadelijke verbindingen in het door filtermateriaal gefiltreerde medium uitoefenen, en wel zodanig dat deze schadelijke verbindingen worden ontleed of gecombineerd tot minder schadelijke of tot onschadelijke verbindingen. Onder dergelijke schadelijke verbindingen die in de tabaksrook aanwezig zijn vindt men 30 koolmonoxyde en vaterstofcyanide alsmede carcinogene stoffen, zoals fenol, catechol, resorcinol en benzopyreen.

Een filtermateriaal volgens de uitvinding dat bijzonder geschikt is voor het verwijderen van cadmium-bevattende verbindingen uit nagenoeg gasvormige media, in het bijzonder tabaks- 790 8 7 01 * · »w τ rook, omvat als actieve stof ten minste een calciumverbinding, geschikt in de vorm van een vrij anorganisch calciumzout, hoewel calcium ook chemisch gebonden kan worden aan ionische groepen, in het bijzonder carboxyl, sulfonzuur of fosforzuurgroepen, in de 5 skeletvormige substantie die het verknoopte polymeer bevat. De hoeveelheid calcium in het filtermateriaal kan met voordeel 2,5 -25% van het gewicht van het filtermateriaal bereiken.

Een bepaald filtermateriaal volgens de uitvinding dat in staat is koolmonoxyde uit nagenoeg gasvonnige media, 10 in het bijzonder tabaksrook, te verwijderen, omvat met voordeel ijzer en/of koper in geoxydeerde vorm of in chloride-vorm, waardoor het koperoxyde in het medium dat door het filtermateriaal stroomt wordt geoxydeerd tot kooldioxyde.

Het filtermateriaal volgens de uitvinding voor 15 het filtreren van tabaksrook omvat geschikt zowel calciumverbin-dingen als ijzer- en/of koperverbindingen, waarbij het gehalte aan ijzer en/of koper bij voorkeur groter is dan 1/10 van het cal-ciumgehalte.

Het filtermateriaal bevindt zich bij voorkeur 20 in fijnverdeelde vorm, en omvat in hoofdzaak bolvormige korrels en granulaten, b.v. in de vorm van kogels of cilinders met een doorsnede van 0,005 - 3 am, waarbij de vorming van een filter dat uit dit filtermateriaal bestaat of dit filtermateriaal bevat, met een gewenste, voorafbepaalde stromingsweerstand kan worden verge-25 makkelijkt door een geschikte keuze van de vorm of afmeting van de granulaten of korrels.

Het filtermateriaal volgens de uitvinding kan in combinatie of gemengd met andere materialen die gewoonlijk als filtermateriaal bruikbaar zijn worden toegepast. Het filtermateri-30 aal volgens de uitvinding kan b.v. geschikt worden gecombineerd of gemengd met deeltjes of korrels van een filtermateriaal dat alleen een verknoopt polymeer, poreus materiaal en/of deeltjes of korrels van geactiveerde kool omvat, meestal geactiveerde kool verkregen door pyrolyse en activering van een voomoemd fiitermateri- 7908701 8 aal dat de actieve stof "bevat, De voornoemde toevoegsels kunnen worden toegepast voor het aanvullen van de eigenschappen van het filtermateriaal, h.v. voor het instellen van het totale adsorptie-vermogen van het filtermateriaal en de hydrofiele en hydrofobe 5 eigenschappen daarvan. Deze laatste eigenschappen kunnen tevens worden veranderd of ingesteld door een juiste keuze inter alia van de samenstelling van de skeletvormige substantie.

De hoofddoeleinden van het filter of het filtersysteem volgens de uitvinding, dat bruikbaar is voor de behande-10 ling van gasvormige media, in het bijzonder voor de behandeling van aerosolen, in het bijzonder binnen het beperkte volume dat b.v. in een sigarettenfilter aanwezig is, zijn de volgende: 1. De verwijdering van schadelijke stoffen uit rook; 15 2. De verwijdering van belangrijke hoeveelheden teerachtige bestanddelen uit rook; 3. De verwijdering van voorafbepaalde hoeveelheden alkaloïden uit rook; k. De verwijdering van irriterende stoffen uit 20 de gasfase van rook; 5» Het vasthouden van bevredigende hoeveelheden . smaak- en geurstoffen in de rook, en zelfs de verbetering van de smaak en geur kwaliteit van de rook.

Deze hoofddoeleinden van de uitvinding worden op 25 de volgende wijze bereikt:

De teerachtige en fijnverdeelde componenten worden uit de rook verwijderd door te voorzien in een- groot geschikt oppervlak waartegen deze componenten kunnen botsen. Tot dusver bekende filterconstructies zijn in dit opzicht niet afdoende ge-30 weest, hoewel zij een voldoende weerstand tegen trek behielden. De meerderheid van geactiveerde koolfilterconstructies heeft inderdaad een voldoend groot filteroppervlak, maar aangezien een groot aantal van de poriën van de kooldeeltjes zich niet van oppervlak tot oppervlak uitstrekt, zoals gewenst is, maar doodlopende ruim- 790 8 7 01 9 ten vormt, is een deel van het filteroppervlak betrekkelijk inactief.

Het filtermateriaa! volgens de uitvinding leidt tot een aantal verrassend positieve effecten als gevolg van het 5 feit dat het dragermateriaal stoffen bevat die adsorptie en/of absorptie geven en een aantal irriterende gasvormige stoffen verwijderen. Het filter kan oppervlakte-actieve middelen bevatten, die samenwerken ter verwijdering van giftige stoffen uit de rook. Alkaloïden en andere componenten kunnen worden verwijderd door 10 een geschikte chemische reactie met stoffen die in het filter aanwezig zijn, welke stoffen chemisch worden gecombineerd met de alkaloïden en andere componenten ter vorming van verbindingen die in de filterstructuur achterblijven. Het is 'bijzonder bruikbaar gebleken de oppervlakken van de korrelvormige deeltjes te behande-15 len met een geschikt oppervlakte membraansubstantie, b.v. met celluloseacetaat en dergelijke.

Speciale selectieve eigenschappen kunnen tevens worden verkregen door een bepaald percentage van de deeltjes of korrels van het filtermateriaal of van de filtermateriaaltoevoeg-20 seis te bekleden met een semi-permeabele laag van organisch materiaal, b.v. een laag van cellulose-acetaat.

Het is bekend dat het irriterende effect op de slijmvliezen bij sigarettenroken ten minste gedeeltelijk te wijten is aan de aanwezigheid in de gasfase van verbindingen, zoals 25 aldehyden, sulfiden, waterstofcyanide enz. Het filter volgens de uitvinding verwijdert aanzienlijke hoeveelheden van deze verbindingen. Fenolen en zure materialen, waarvan bekend is dat deze in tabaksrook aanwezig zijn en waarvan met reden wordt verondersteld dat zij schadelijk zijn, worden tevens in aanzienlijke hoe-30 veelheden verwijderd. Het filter van de uitvinding omvat een toevoegmiddel voor een fysische en chemische behandeling van rook, met inbegrip van een pH-regeling door verwijdering van zure componenten en het binden of fixeren van schadelijke componenten.

7908701 * 10

Een belangrijke factor in dit opzicht is dat volgens de uitvinding de concentratie van de actieve stoffen en hun -wederzijdse hoeveelheden in de filtermatrix in een ruim gebied kunnen worden gevarieerd.

5 De vervaardiging van het filtermateriaal volgens de uitvinding zal nu worden beschreven aan de hand van de nu volgende voorbeelden.

Voorbeeld I

Een filtermateriaal met het vermogen cadmium uit 10 tabaksrook te verwijderen werd op de volgende wijze vervaardigd: 100 g Gedroogde verknoopte chromatografische gel met een deeltjesafmeting in droge toestand van 0,5 - 0,75 mm en een maximale opzwelbaarheid van 5 ml/g werd onder zorgvuldig roeren gesuspendeerd in 700 ml gedestilleerd water bij een tempera-15 tuur van 30°C, waarna men de gel 5 uur liet staan. De bovenstaande waterlaag (ongeveer 200 ml) werd daarna afgeschonken en een hoeveelheid van Ï0%'s calciumchloride-oplossing overeenkomende met de hoeveelheid afgeschonken water toegevoegd. De gel, teza- . men met de toegevoegde calciumchloride-oplossing, werd daarna 20 zorgvuldig gedurende 2 uur geroerd, waarna men het mengsel een uur liet staan waardoor de gel kon bezinken. De bovenstaande oplossingen werden af geschonken, waarna de geldeeltjes die waren bezonken werden afgefiltreerd en gedroogd, eerst bij een temperatuur van 50°C gedurende 2b uur en daarna bij een temperatuur van 75°C 25 gedurende 10 uur en tenslotte bij een temperatuur van 85°C gedurende een verdere 10 uur. De geldeeltjes werden daarna overgebracht naar een Büchner-trechter en tenslotte gedroogd bij een onderdruk en een temperatuur van Uo°C gedurende een uur. Vastgesteld kon worden dat de korrelvorm nagenoeg onveranderd was, terwijl de 30 opzwelbaarheid .bleek te zijn afgenomen van de oorspronkelijke 5 ml/ g tot ongeveer 2 ml/g.

Voorbeeld II

Verschillende andere verknoopte gelen in de vorm van deeltjes met bij benadering dezelfde deeltjesafmeting als de 790 8 7 01 11 gel toegepast in voorbeeld I maar met een maximale opzwelbaarheid variërende tussen 5 en bij benadering 20 ml/g werden op de wijze van voorbeeld I behandeld. Bij een dergelijke behandeling nam de opzwelbaarheid daarvan af met ongeveer 50 tot 6q%.

5 Andere voorbeelden van uitvoeringsvormen van de uitvinding werden hierna gegeven.

Voor het beproeven van het filtermateriaal op het vermogen daarvan cadmium uit sigarettenrook te verwijderen werden de volgende proeven uitgevoerd.

10 1000 ml Aarde werd in elk van een aantal kunst- 109 stof-potten gebracht. Hadio-actief Cd werd als het chloride aan de aarde in elke pot toegevoegd in een hoeveelheid die overeenkwam met bij benadering 50 microcurie, In elke pot werden twee tabaksplanten (Virginia) gedurende ongeveer ^ tot 6 maanden in een 15 laboratoriumbroeikas gekweekt uit zaad. Het af gevoerde water werd bij tijdsintervallen aangevuld door de potten tot hun oorspronkelijke gewicht van water te voorzien. · Verschillende delen van de tabaksplanten werden afzonderlijk geoogst en aan de lucht ge-. . 109 droogd. De radio-actieve Cd tabak werd gemengd met commerciële 20 tabak in een verhouding van 1 op 10 en daaruit werden sigaretten gemaakt die werden voorzien van hetzij commerciële cellulose-acetaatfilters met een gewicht van bij benadering 200 mg of filters van bij benadering hetzelfde gewicht maar die een verknoopt polyhexosederivaat omvatten, waaraan Ca^HPO^ op de wijze als be-25 schreven in voorbeeld I, was toegevoegd. De maximale opzwelbaarheid van het filtermateriaal bedroeg bij benadering 4 ml/g.

De radio-activiteit van dergelijke sigaretten werd gemeten en de sigaretten werden daarna gerookt, 'allen op dezelfde wijze, in een rookmachine. De hoeveelheid rook die in de 30 zij stroom verloren was gegaan en aldus niet door het filter van de resp. sigaretten was geleid, bedroeg ongeveer 30 - 35$. De radioactiviteit van de filters van de gerookte sigaretten werd daarna gemeten met een Well-kristal isotoopteller. Het resultaat van deze meting wordt weergegeven in tabellen A en B, waarin de radio- 7908701 12 .

activiteitswaarden gemiddelde waarden zijn van drie uit gevoerde analyses en waartij de netto-tellingen de actuele tellingen minus de tellingen veroorzaakt door achtergrond-radio-activiteit betekenen.

TABEL A

5 Radioactiviteit in vijf Radioactiviteit in cellulose sigaretten die Cd^9 acetaatfilter na roken bevatten (netto tel- (netto tellingen per 100 sec) lingen per 100 sec) _ 15 892 720 10 1U 172 U50 iü 236 729 13 783 307 12 987 567 (Achtergrond radioactiviteit: 15 Ö20 + 37 tellingen per 100 sec)

TABEL B

Radioactiviteit in vijf Radioactiviteit in filter sigaretten die Cd^9 gemaakt volgens de uitvin- bevatten_ ding na roken_ 20 (netto tellingen per 100 sec) (netto tellingen per 100 sec) 13 768 7 805 12 978 -8 672 11 23k 6 078 11 701 7 3β2 25 12 503 8117 12 675 7 018 (Achtergrond radioactiviteit; 678 + 37 tellingen per 100 sec)

De hoeveelheid rook die in de zijstroom verloren 30 was gegaan (normaal ongeveer 30 - 35 vol.$) werd niet geanalyseerd zodat het, indien men de totale effectiviteit van de filter- 7908701 w 13 constructie wenst te berekenen, uiteraard noodzakelijk is de samenstelling van deze hoeveelheid te analyseren.

De resultaten van tabellen A en B tonen aan dat het cellulose-acetaatfilter niet efficiënt is wat betreft de ad-5 sorptie van cadmium terwijl het calcium-bevattende filter op dit punt juist zeer efficiënt is. De hoeveelheid cadmium in de zij-stroom werd niet gemeten maar uit andere onderzoekingen kan worden berekend dat deze hoeveelheid ten minste bij benadering 30# is.

Volgens een bepaalde uitvoeringsvorm van de uit-10 vinding kunnen de filterings- en doorstroomeigenschappen van de nieuwe filtersubstantie verder worden verbeterd door desgewenst aan het filterpreparaat of de gevormde deeltjes b.v. (HHj^CO^ in een waterige oplossing in een geschikte concentratie toe te voegen of daarmee te infiltreren en HH^ÏÏCO^ gedurende het 15 bereidingsproces te verwijderen door b.v. een geregelde warmte- behandelingstrap. In deze werkwijze worden H^O en CO,-, in gasvorm uit de korrels verwijderd, waardoor er extreem poreuze en spijlvormige deeltjes worden gevormd die verrassend goede gaspermeabili-teitseigenschappen vertonen en toch een effectieve filtercapaci-20 teit behouden. Het is tevens mogelijk andere zouten en verbindingen toe te passen, zoals ammoniumcarbamaat, HHgCOOÏÏH^ en ammonium-fosfaat (Hïï^JgPO^. Door een dergelijke infiltratie en door keuze van geschikte gemakkelijk· vluchtige substituenten is het mogelijk filterkorrels te verkrijgen met een grote en een voorafbepaal-25 de inwendig variabele ruimtestructuur. Bij toepassing van ammo- niumcarbonaten is het b.v. mogelijk door het regelen van de tempe-ratuurgradiënt en de drukomstandigheden gedurende de genoemde warmtebehandeling en dus door het regelen van de verdamping van gas, de porositeit te vergroten en aldus de gaspermeabiliteit van 30 het filtexmateriaal op te voeren tot 200#.

Volgens een speciale uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt de filtersubstantie tevens daardoor gekenmerkt dat deze een dragerstof omvat die bestaat uit een verknoopt polymeer, welke dragerstof een lage trekweerstand en een groot effectief 79087 01 λ' e ,

1U

filteroppervlak voor katalytisch actieve redox groepen, d.w.z. reductie-oxydatiesysteem heeft. Het katalytisch actieve reductie-oxydatiesysteem kan h.v. ijzer- en koperverbindingen omvatten. Voorbeeld III

5 Aan verknoopte gelen van het type als beschreven in voorbeelden I en II -werden ijzer- en/of goedkope verbindingen in zodanige hoeveelheden toegevoegd dat Fe en/of Cu, in katalytische actieve vorm, 15 gewS van het Ca-gehalte van het uiteindelijke filtermateriaal omvatten. Proeven met sigarettenrook 10 uit sigaretten volgens de genoemde tabellen A en B en gefiltreerd door dit filtermateriaal tonend een verlaging van het koolmonoxy-degehalte met gemiddeld 50 tot 55% vergeleken met het koolmonoxyde-gehalte van de rook uit sigaretten met cellulose-acetaatfilters . Vrijwel dezelfde resultaten werden verkregen bij het weglaten van 15 de hoeveelheid Ca in het filtermateriaal.

Volgens een speciale uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt in het verknoopte polymere poreuze materiaal een gegeven aantal sulfhydryl-groepen geïntroduceerd, welk polymere materiaal b.v. gebaseerd kan zijn op zetmeel, cellulose, dextra-20 nen en/of hydroxyl-, gealkyleerde of veresterde of veretherde derivaten. Deze uitvoeringsvorm wordt beschreven in de volgende' voorbeelden. Met behulp van dergelijke sulfhydrylgroepen is het mogelijk aan het filtermateriaal skeletvormige verbindingen te binden die op hun beurt in staat zijn schadelijke componenten in 25 b.v. sigarettenrook, die door het filtermateriaal passeert, te binden.

Volgens een bijzonder geschikte uitvoeringsvorm van de uitvinding - waarbij gebleken is dat een verrassend goed. filtereffect wordt verkregen - wordt de verknoopte filtersubstan-30 tie gesubstitueerd met b.v. 2-hydroxyalkylgroepen of andere groepen die in staat zijn het lipofiele karakter van het uiteindelijke filtermateriaal te vergroten, waardoor een filtermateriaal wordt .verkregen met in het algemeen goede filtereigenschappen, een lage weerstand ten opzichte van trek en een groter lipofiel karakter, 79087 01

Sc 15 waardoor het vermogen van het filtermateriaal hydrofobe verbindingen uit b.v. sigarettenrook, die door het filtermateriaal passeert, op te nemen, wordt vergroot.

Volgens een verdere geschikte uitvoeringsvorm 5 van de uitvinding wordt in de filter substantie van het filter, welke substantie een korrelvormige vorm heeft·, met een gemiddelde deeltjesafmeting, tussen 50 en 500 micrometer, bij voorkeur tussen 100 en 300 micrometer, een trinatriumorthofosfaat opgenomen hetgeen geschiedt door de korrels in een waterige oplossing van 10 trxnatrium-orthofosfaat te suspenderen bij een temperatuur van 20°C en daarna de korrels te drogen en aan te brengen op een rookartikel. Deze uitvoeringsvorm heeft verrassend goede resultaten gegeven wat betreft de verwijdering van zure en fenolcomponenten uit sigarettenrook.

15 Voorbeeld IV

Filtert ippen met een lengte van 15 mm, een gewicht van bij benadering 200 mg die gelijke delen cellulose-ace-taat-pluis en.een fijnverdeelde filtersubstantie volgens de uitvinding omvatten, die is verzadigd met trinatriumorthofosfaat, 20 werden vervaardigd en bevestigd aan proef sigaretten. Deze laatste werden in een rookmachine die 2 trekken uitvoerde met een duur van 2 sec per minuut gerookt. Het rookvolume van elke trek bedroeg 35 ml. De hoeveelheid vervluchtigbare fenolen die door dit type filter uit de rook, die daardoor passeerde, werd verwijderd werd 25 berekend en vergeleken met de hoeveelheid fenolen verwijderd door filters die alleen bestaan uit bij benadering 200‘mg cellulose acetaatpluis bij het op dezelfde wijze roken van soortgelijke sigaretten. Door de filters die het trinatriumorthofosfaat bevatten nam de fenolverwijdering toe met tussen 35 en bk%.

30 Doordat men van te voren in staat is de hoeveel heid van de actieve component in het verknoopte materiaal, waarin de actieve component uniform is verdeeld te garanderen en te regelen, is het mogelijk filtereffecten te bereiken die tot dusver niet mogelijk waren. De actieve component kan tevens alkalimetaal- 790 8 7 01

• X

? ' • jé verbindingen en aardalkalimetaal verbindingen omvatten die in staat zijn de hoeveelheid schadelijke stoffen te verminderen en de hoeveelheid teer uit b.v. sigarettenrook te verminderen.

Volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding 5 wordt de verknoopte filtersubstantie gesubstitueerd met b.v. een aromatische stof of een ander gewenst toevoegsel, b.v. aan een inclusie-complex dat een dragergroep en/of een dragerverbinding en/of een aromatische stof bevat en waaruit de daaraan toegevoeg- · de aromatische stof gedurende het roken wordt vrijgemaakt, wan-10 neer de tabaksrook door het filter passeert.

Het fijnverdeelde filtermateriaal volgens de uitvinding heeft een geschikte deeltjesafmeting die overwegend tussen ongeveer 10 en 800 micrometer ligt en bij voorkeur overwegend tussen ongeveer 50 en UOO micrometer. Gevonden is dat een deel-..

15 tjesafmeting tussen 50 en 300 micrometer de beste resultaten oplevert, hoewel variaties wenselijk kunnen zijn afhankelijk van de eigenschappen van de eventuele andere componenten, zoals componenten van het type cellulose-acetaatvezel, koolfiltermateriaal enz. Aldus blijken deeltjesafmetingen van 0,1 tot 2 mm geschikt te 20 zijn voor bepaalde filtercobstructies.

De modificeerbare dragermatrix van de uitvinding omvat een verknoopt polymeer dragermateriaal in de vorm van een vooraf regelbare opzwelbare matrix die een vooraf regelbaar ge- - dimensioneer! en uniform verdeeld capillair poriënsysteem met v, - 25 open poriën in een driedimensionaal netwerkmateriaal vormt, de dragermatrix, welke poriën zich uitstrekken van oppervlak naar oppervlak, waarbij de opzwelbaarheid van de dragermatrix gevarieerd kan worden, b.v. tussen bij benadering 2 - 50 ml, bij voor-· keur tussen 3-20 ml, per g droge filtermassa, welke filtermassa 30 wordt toegepast met ten minste ëën actieve stof die vrijwel uniform daarin is verdeeld voor het filtreren van gasvormige media.

De uitvinding is niet beperkt tot de voorbeelden. Het filtermateriaal’kan b.v. worden voorzien met toevoegsels voor het op een gewenste waarde instellen van de pH van het medium dat 790 8 7 01

• ♦ - V

17 door het filter passeert. Een belangrijke factor in dit verband is dat de uitvinding een ruime variatie» in het bijzonder met betrekking tot de concentratie en de onderlinge verhoudingen van de actieve stoffen in het filtermateriaal toelaat.

7S0 87 01

Claims (10)

1. Filtermateriaal voor het verwijderen van ten minste ëën voorafbepaalde stof uit een nagenoeg gas vormig medium, met het kenmerk, dat het filtermateriaal een verknoopt koolhy-draatpolymeer, bij‘voorkeur een verknoopt polyhexose of een ver- 5 knoopt polyhexosederivaat omvat, dat tot een voorafbepaalde graad opzwelbaar is en de vorm heeft van een macroporeus netwerk met doorlopende poriën vastgelegd door de verknoopte koolhydraat-molecuulstructuren, waarin uniform ten minste één middel is verdeeld dat in staat is de genoemde stof op nagenoeg selectieve 10 wijze uit het door het filter passerende medium te verwijderen.

2. Filtermateriaal volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het polyhexose of polyhexosederivaat omvat of afkomstig is uit natuurlijke koolhydraatpolymeren, zoals cellulose, zetmeel of inuline, of synthetische koolhydraatpolymeren, zoals dex- 15 tran of mengsels daarvan.

3. Filtermateriaal volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het dragermateriaal opzwelbaar is in een vloeistof die tevens in vloeibaré of dampvorm aanwezig is in het medium dat door middel van het filtermateriaal moet worden gefil- 20 treerd. U„ Filtermateriaal volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat het middel ten minste een metaal uit de groep Ca, Mg, Ba, Al, Cu, overgangsmetalen en alkalimetalen omvat.

5. Filtermateriaal volgens conclusies 1 - Ij·, in het 25 bijzonder ter verwijdering van cadmium-bevattende verbindingen uit een nagenoeg gasvormig medium, met het kenmerk, dat het middel ten minste ëën calciumverbinding omvat geschikt in de vorm van een vrij anorganisch calciumzout.

6. Filtermateriaal volgens conclusies 1-5, met 30· het kenmerk, dat het middel ijzer en/of koper in katalytisch actieve groepen in een reductie-oxydatie systeem omvat. 7908 7 01 4 »

7. Filtermateriaal volgens conclusies 1-6, met het kenmerk, dat het de vorm heeft van afzonderlijke of onderling gebonden deeltjes of korrels,” waarvan de vorm vooraf is bepaald en waarvan de poriën uniform zijn verdeeld in en zich uitstrekken 5 van oppervlak tot oppervlak door resp. de deeltjes en de korrels.

8. Filtermateriaal volgens conclusies 1 - 7, met het kenmerk, dat dit gecombineerd of gemengd is met deeltjes, of korrels van een poreus materiaal dat alleen een verknoopt polymeer omvat. 10 9* Filtermateriaal volgens conclusies 1 - 8, met het kenmerk, dat dit gecombineerd of gemengd is met deeltjes of korrels van geactiveerde kool, geschikt geactiveerde kool verkregen door pyrolyse en activering van materiaal volgens conclusies 1 - 7.

10. Filtermateriaal volgens conclusies 1-9, met het kenmerk, dat ten minste een bepaald percentage van de deeltjes of korrels is bekleed met een semi-permeabele laag van organisch materiaal, b.v. een laag van callulose-acetaat.

11. Filter, in het bijzonder voor het filtreren van 20 tabaksrook, met het kenmerk, dat dit filtermateriaal volgens conclusies 1-10 bevat.

12. Werkwijze voor .het- filteren van nagenoeg gasvormige media, zoals tabaksrook, met het kenmerk, dat een filter met een filtermateriaal volgens conclusies 1-10 wordt toegepast. ** 790 8 7 01