DE1767073C3

DE1767073C3 - Filter für Tabakrauch

Info

Publication number: DE1767073C3
Application number: DE1767073A
Authority: DE
Inventors: Henry George Totton Horsewell; Thomas William Charles Southampton Hampshire Tolman
Original assignee: British American Tobacco Co Ltd
Current assignee: British American Tobacco Investments Ltd
Priority date: 1967-03-29
Filing date: 1968-03-28
Publication date: 1973-09-27
Also published as: SE340778B; NL6804308A; GB1150192A; BR6897893D0; FI46456B; US3550600A; DE1767073B2; BE712942A; CH480030A; FR1557464A; DE1767073A1; FI46456C; DK122056B; NL134995C

Description

Die Erfindung betrifft ein Filter für Tabakrauch unter Zusatz von Schwermetallsalzen zum Reinigen von Tabakrauch. Tabakrauch besteht aus einer »5 »Partikel-Phase«, in der schwerflüchtige Bestandteile des Rauches in fester oder flüssiger Form vorliegen, und aus einer »Dampf-Phase«, in der die flüchtigeren Rauchbestandteile, als Dämpfe gemischt mit sogenannten Permanentgasen, enthalten sind.

Viele Filterarten für Tabakrauch enthalten z. B. faseriges, fadenförmiges oder blattförmiges Filtermaterial, das die »Partikel-Phase« auf mechanischem Wege entfernt. Üblicherweise werden in solche Filter zusätzlich Stoffe eingebracht, um die Filterwirkung gegenüber Teilen der »Dampf«-Phase bzw. spezifischen Verbindungen darauf zu verstärken. Diese Zusatzstoffe stellen üblicherweise Verbindungen dar, die weniger angenehm, einen nachteiligen Einfluß auf den Geschmack des gefilterten Rauches bewirkende Bestandteile aus dem Tabakrauch entfernen.

Aus der deutschen Patentschrift 537 734 ist es bekannt, zum Zweck des Entfernens des Nikotins aus dem Tabakrauch diesen mit Schwermetallsalzen getränkte Filter passieren zu lassen. Weiterhin ist es aus der britischen Patentschrift 973 854 bekannt, auf Zigarettenfilter wäßrige Lösungen von Zinkacetat aufzubringen und durch anschließendes Erhitzen in Zinkoxid zu überführen.

Insbesondere gegenüber HCN und H_aS sind jedoch viele Schwermetalle nicht bzw. nicht ausreichend wirksam. Zinkoxid ζ. B. hat sich als unwirksam erwiesen.

Aus der britischen Patentschrift 999 057 ist es bekannt, Filter für Tabakrauch mit einem Polyalkenimin auszurüsten. Damit werden spezifische Filtereffekte insbesondere gegenüber Nikotin, Phenol und Säuren erzielt.

Mit der vorliegenden Erfindung werden demgegenüber Maßnahmen angegeben, mit deren Hilfe im verbesserten Maße weniger angenehme Bestandteile des Tabakrauches, insbesondere Schwefelwasserstoff, Hydrogensulfide und Cyanwasserstoff, zusammen mit Phenolen aus dem Tabakrauch ausgefiltert werden können.

Der vorliegenden Erfindung, die von einem Filter der eingangs näher bezeichneten Gattung ausgeht, liest die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, mit deren Hilfe wesentliche Mengen von den zu den weniger angenehmen Bestandteilen des Tabakrauches gehörenden Schwefelwasserstoffes bzw. Hydrogensulfide sowie Cyanwasserstoffes zusammen mit beachtlichen Mengen wasserdampfflüchliger Phenole, deren Anwesenheit im Tabakrauch unerwünscht sein kann, aus dem Rauch brennenden Tabaks zurückgegehalten werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Filtermaterial mit Zinkacelat und einer organischen oder anorganischen Base derart beaufschlagt ist, daß die Oberfläche des Filtermaterials während des Filtervorganges alkalisch reagiert. Diese Base kann z. B. Polyäthylenimin, Triäthanolamin, Natriumacetat, Natriumkarbonat oder Borax sein.

Zinkacetat ui die Base können zusammen oder getrennt auf dk-es Filter-Trägermaterial in flüssiger Form, z. B. als Lösung oder Suspension, durch Sprühen, Tauchen oder Walzenauftrag aufgebracht werden. Die anschließende Trocknung kann unter Raumbedingungen oder durch Ausfrieren und Vakuumsublimation erfolgen. Der Auftrag kann jedoch auch gemeinsam oder getrennt durch Aufstäuben der entsprechenden feingemahlenen festen Zusatzstoffe erfolgen. Auch eine Kombination der vorgenannten Verfahrensschritte kann angewendet werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Filterzusatzstoffe ■ in Mengen von je 1 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Einsatzgewicht des Filtermaterials, aufgebracht sind.

Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung beträgt der Anteil der Basen 2 bis 6 Gewichtsprozent, bezogen auf das Einsatzgewicht der Filterstoffe.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert:

Beispiel 1

Zunächst wurde eine Lösung aus 24 g Polyäthylenimin und 60 g Zinkacetatdihydrat in 61 Wasser hergestellt. Diese Lösung wurde dann auf einen durchgehenden Streifen eines bekannten Tabakfilterpapiers aufgebracht. Das Papier wurde anschließend unter Raumbedingungen getrocknet. Die Analyse des so behandelten Papiers ergab einen Gehalt von 2% Polyäthylenimin und 5^a/„ Zinkacetat, berechnet als wasserfreies Zinkacetat und bezogen auf das Einsatzgewr.ht des Papiers.

Beispiel 2

24 g Polyäthylenimin und 120 g Zinkacetatdihydrat wurden in 61 Wasser gelöst. Diese Lösung wurde dann, wie im Beispiel 1 beschrieben, auf einen Papierstreifen aufgesprüht. Die Analyse ergab, daß das so behandelte Papier 2% Polyäthylenimin und 10% Zinkacetat, berechnet als wasserfreies Zinkacetat und bezogen auf das Einsatzgewicht des Papiers, enthält.

Beispiel 3

60 g Polyäthylenimin und 60 g Zinkacetatdihydrat wurden in 61 Wasser gelöst. Nach dem Aufsprühen und Trocknen dieser Lösung, wie im Beispiel 1 beschrieben, enthielt der Papierstreifen, wie die Analyse ergab, 5% Polyäthylenimin und 5% Zinkacetat, berechnet als wasserfreies Zinkacetat und bezogen auf das Einsatzgewicht des Papiers.

Bei

spie!

60 g Polyäthylenimin und 120 g Zinkacetatdihydrat wurden in 6 1 Wasser gelöst. Nach dem Aufsprühen und Trocknen, wie im Beispiel 1 beschrieben, enthält das Papier 5% Polyäthylenimin und 10°/₀ Zinkacetat.

Aus dem entsprechend den obigen Beispielen behandelten Papierstreifen wurde jeweils eine zusammenhängende Filterstange mit dem Durchmesser einer Zigarette hergestellt. Von diesen Stangen wurden dann jeweils 15 mm lange Stücke abgeschnitten und an Zigaretten angeordnet. Diese Zigaretten wurden mechanisch mit Hilfe einer Rauchmaschine, die je Minute einen Zug mit jeweils 2 Sekunden Zugdauer und einem Zugvolumen von 35 ml ausführt, abgeraucht. Die Anteile der aus dem Rauch entfernten wasserdampfflüchtigen Phenole des Cyanwasserstoff^ und des Schwefelwasserstoffs wurden jeweils bestimmt und die Ergebnisse in der nachfolgenden Tabelle 1

ίο gegenübergestellt.

Tabelle

	Zusatzstoffe	Polyäthylenimin.	Druckabfall	Absorbierte Rauchbestandteile CVo)	Cyanwasser stoff	Schwcfel- wnssc rstofir
	Gewichtsprozent	2	dor 15-mm-rilter	wasserdampf- fiüchtige
Beispiel	Zn-Ac	2	(cm Wassersäule bei 1050cm^:/min Luftdurchfluß	Phenole	58	59
	5	5	menge)	44	60	71
1	10	5	3,4	51	74	71
2	5	3,4	52	74	91
3	10	3,4	46
4	3,4

B e i s ρ i e 1 5 ^a5

Von einer Filterstange, die aus Celliiloseacetatfasern mit einer Einzelfaserstärke von 5 Denier und einer Gesamtstärke von 72 000 Denier besteht, wurden Filtermundstuckabschnitte von 15 mm Länge abgeschnitten. Auf jedes dieser fiundstücke wurden dann 0,25 ml einer Lösung von 1,12 g Polyäthylenimin und 2,0 g Zinkacetatdihydrav in 100 ml Wasser aufgebracht. Die so behandelten Mundstücke wurden 15 Minuten stehengelassen und dann in einem Kühlschrank eingefroren. Im vollkommen durchgefrorenen Zustand wurden sie in einen Druckkessel überführt und durch Vakuumsublimation bei einem Druck von 0,005 Torr getrocknet. Die Analyse der getrockneten Mundstücke ergibt einen Gehalt von 2 Gewichtsprczent Polyäthylenimin und 3% Zinkacetat, berechnet auf wasserfreies Zinkacetat und bezogen auf das Einsatzgewicht der Mundstücke.

Beispiel 6

Analog dem Beispiel 5 wurden Filtermundstücke mit einer Lösung von 1,12 g Polyäthylenimin und 5,0 g Zinkacetatdihydrat in 100 ml Wasser behandelt. Die Analyse dieser Mundstücke ergab einen Gehalt von 2% Polyäthylenimin und 7,5% Zinkacetat.

45

Beispiel 7

Analog dem Beispiel 5 wurden Filtermundstücke mit einer Lösung von 2.8 g Polyäthylenimin und 2,0 g Zinkacetatdihydrat in 100 ml Wasser behandelt. Die Analyse ergab einen Gehalt von 5% Polyäthyienimin und 3% Zinkacetat.

Beispiel 8

Entsprechend dem Beispiel 5 wurden Filtermundstücke mit einer Lösung von 2,8 g Polyäthylenimin und 5,0 g Zinkacetatdihydrat in 100 ml Wasser behandelt. Wie die Analyse ergab, enthalten sie 5% Polyäthylenimin und 7,5% Zinkacetat.

Die entsprechend den Beispielen 5 bis 8 behandelten Mundstücke wurden 48 Stunden lang in einer Konditionierkammer bei etwa 57⁰C und 60% relativer Feuchtigkeit gehalten. Danach wurden die Mundstücke an Zigaretten angebracht und wie im Anschluß an Beispiel 1 beschrieben abgeraucht. Die absorbierten Anteile von wasserdampfflüchtigen Phenolen, Cyanwasserstoff und Schwefelwasserstoff wurden bestimmt und die Ergebnisse in Tabelle 2 gegenübergestellt.

	Zusatzstoffe	Polyäthylenimin	Tabelle 2	Absorbierte Rauchbestandteile ("/«)	Cyanwasser stoff	■Schwefel- wasscrsloiT
	Gewichtsprozent	2	Druckabfall der 15-mm-FiIter	wasserdampf- flüchtige
Beispiel	Zn-Ac	2	(cm Wassersäule bei 1050 cm'/min Luftdurchfluß-	Phenole	85	47
	3	5	menge)	46	85	63
5	7,5	5	6,1	52	72	65
6	3	6,1	56	69	77
7	7,5	6,1	50
8	6,1

!Beispiel 9

Es wurde zunächst eine Lösung von 1,04 g Natriumacetattrihydrat und 1,26 g Zinkacetatdihydrat in 100 ml Wasser hergestellt. Dann wurden Streifen von Tabakfilterpapier mit einem Gewicht von je 0,83 g mit je 4 ml dieser Lösung besprüht und unter Raumbedingungen getrocknet. Wie die Analyse ergab, enthielten die

Papierstreifen 5°/₀ Natriumacetattrihydrat und 5%

Zinkacetat. ... . . ,_n

Beispiel 10

Es wurden Filtermundstücke aus einem analog dem Beispiel 9 behandeilen Material hergestellt, wobei zur Tränkung eine Lösung von 1,04 g Borax und 1,26 g Zinkacetatdihydrat in 100 ml Wasser verwendet wurde. Entsprechend der Analyse enthielten die Mundstück*. 5% Borax und 5% Zinkacetat.

Beispiel 11

Aus einem analog dem Beispiel 9 behandelten Filtermaterial wurden Mundstücke hergestellt, wobei zur Tränkung eine Lösung von 1,04 g Triäthanolamin und 1,26 g Zinkacetatdihydrat in 100 ml Wasser verwendet wurde. Entsprechend der Analyse enthielten die Mundstücke 5% Triäthanolamin und 5% Zinkacetat.

Aus den gemäß Beispiel 9 bis 11 behandelten Papierstreifen wurden Filtermundstücke von 15 mm Länge hergestellt, an Zigaretten angebracht und wie im Beispiel 1 beschrieben abgeraucht. Die aus dem Rauch absorbierten Anteile wasserdampfflii.chtiger Phenole, des Cyanwasserstoffs und des Schwefelwasserstoffs wurden bestimmt und die Ergebnisse in Tabelle 3 gegenübergestellt.

Tabelle 3

Heispiel i

Zusatzstoffe
je 5 Gewichtsprozent

Druckabfall
der 15-nun-Filter
(cm Wassersäule
bei 1050cm³/min
Luftdurchflußmenge)

Absorbierte Rauchbestandteile (^D/„)

wasserdampfflüchtige
Phenole

Cyanwasserstoff

Schwefelwasserstoff

K)
11

Zn-Ac Na-Ac
Zn-Ac Borax
Zn-Ac Triäthanolamin

44
45
48

60
60

82 74 62

Keines der entsprechend den vorgenannten Beispie'en behandelten Filter hat einen nachteiligen Einfluß auf den Tabakrauch erkennen lassen.

Die vorstehend aufgeführten Beispiele zeigen, daß die Kombination basischer Stoffe mit Zinkacetat eine sehr wesentliche Absorption von Schwefelwasserstoff sowie Cyanwasserstoff ergibt, wobei sie auch einen beachtlichen Anteil der wasserdampfflüchtigen Phenole aus dem Rauch entfernt. Zinkacetat allein ist in der Lage, Schwefelwasserstoff und Cyanwasserstoff zu absorbieren, Polyäthylenimin allein dagegen kann Cyanwasserstoff und Phenole absorbieren. Allein angewendet sind jedoch in jedem Falle beachtlich hohe Gehalte dieser Zusatzstoffe erforderlich, um eine vergleichbare Absorption zu erreichen. Erst die Kombination basischer Stoffe mit Zinkacetat ergibt mindestens eine vergleichbare, im allgemeinen jedoch höhere Absorption aller drei Komponenten zusammen und erlaubt dabei eine veränderliche Einstellung des Absorptionsgrades vom Schwefelwasserstoff in Verbindung mit eiiiir hohen Absorption von Cyanwasserstoff bei einer gleichzeitigen beachtlichen Absorption der Phenole. Diese Kombination bielet weiterhin den Vorteil, daß bereits ein besonders niedriger Anteil von Zinkacetat, beispielsweise von 3%. schon zu einer hohen Absorption von Cyanwasserstoff führt, die dann bei einer Steigerung des Zinkacetatanteils im wesentlichen nicht mehr gesteigert wird, während die Absorption von Schwefelwasserstoff mit den Anteilen der beiden Komponenten, d. h. dem Zinkacetatanteil und dem der basischen Stoffe gleichermaßen, wächst. Diese besondere Wirkung der Kombination des basischen Stoffes mit dem Zinkacelat wird darauf zurückgeführt, daß der basische Stoff die durch

4" die Absorption gebildeten Reaktionsprodukte durch Aufrechterhaltung eines alkalischen Milieus stabilisiert.

Die überlegene Wirkung der erfindungsgemäßen Maßnahmen geht unter anderem auch aus den in den

•t5 nachfolgenden Tabellen 4, 5, 6 und 7 aufgestellten Ergebnissen von Vergleichsversuchen hervor. Diese zeigen, daß besonders durch die erfindungsgemäße Kombination überraschende synergistische Effekte erzielt werden.

Tabelle 4

	Zusatz auf (in Gewich Polyäthylenimin	1	Papierfilter tsprozcnt) Zinkazetat	ALspefillerl bcstandtei HCN	c Raucli- Ie in % H₁S
Durch Polyälhylenimin (PAI) bewirkter Anteil Durch Zinkazctal bewirkter Anteil	0 5 0 0 0 5	0 0 0 5 0 5	20 40 20 20 45 25 20 74 54	5 5 0 5 26 21 5 71 66
Durch Zinkazelat I PAI bewirkter Anteil		45	21
Summe der durch /inka/clul und PAI einzeln bewirkten Anieili* ...	9	45
SviicTiiistischcr l-.fl'ckt

Tabelle 5

Zusatz auf	■•apierfiltcr	Zinkazetat	Ausgefilterte	Rauch
(in Gewichtsprozent)	0	bestandteile	in»/»
Salriumazetat	0	HCN	H₁S
0		20	5
■ 5	0	18	4
	5	2	— 1
0		20	5
0	0	45	26
	5	25	21
0		20	5
5		60	82
		40	77
	23	20
	17	57

Durch Natriumazetat bewirkter Anteil

Durch Zinkazetat bewirkter Anteil

Durch Zinkazetat und Natriumazetat gemeinsam bewirkter Anteil

Summe der durch Zinkazetat und Natriumazetat einzeln bewirkten Teile

Synergistischer Effekt

Tabelle 6

Zusatz auf	Papierfilter	Zinkazetat	Ausgefilterte	Rauch
(in Gewichtsprozent)	0	bestandteile	in⁰/.
Triethanolamin	0	HCN	H₁S
0		20	5
5	0	19	3
	5	Λ 1	-2
0		20	5
0	0	45	26
	5	25	21
0		20	5
5		56	62
	24	19
	12	38

Durch Triäthanolamin bewirkter Anteil

Durch Zinkazetat bewirkter Anteil

Summe der durch Zinkazetat und Triäthanolamin

einzeln bewirkten Anteile

Synergistischer Effekt

Tabelle 7

Zusatz auf Papierfilter	Zinkazetat	Ausgefilterte	Raucb-
(in Gewichtsprozent)	0	bestandteile	in %
Borax	0	HCN I	H,S
0		"20	5
5	0	14	1
	5	-6+)	—4
0		20	5
0	0	45	26
	5	25	21
0		20	5
5		60	74
		40	69
	19	17
	21	52

Durch Borax bewirkter Anteil

Durch Zinkazetat bewirkter Anteil

Durch Zinkazetat und Borax gemeinsam bewirkter Anteil

Summe der durch Zinkazetat und Borax einzeln bewirkten Anteile

Synergistischer Effekt

*) Diese Werte zeigen, daß Borax als alleiniger Zusatz sowohl die Retention von HCN als auch die von H₁S verringerL

Der Gebrauch des Gegenstandes der Erfindung, Tabak und Tabakerzeugnisse (Tabakverordnung) voi

soweit dieser nicht zur Lieferung außerhalb des 19.12.1959 (Bundesgesetzblatt Teil I, Nr. 52 voi

Geltungsbereiches des Lebensmittelgesetzes bestimmt 65 22.12.1959, S. 730) insbesondere § 1, AnL 1, Ziff.

ist, ist zur Zeit auf Grund der Verordnung über nicht zugelassen.

30yo39/2S

Claims

Patentansprüche:

1. Filter für Tabakrauch unter Zusatz von Schwermetallsalzen zum Reinigen von Tabakrauch, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial mit Zinkacetat und einer organischen oder anorganischen Base derart beaufschlagt ist, daß die Oberfläche des Filtermaterials während des Filtervorganges alkalisch reagiert.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterzusatzstoffe in Mengen von je 1 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Einsatzgewicht des Filtermaterials, aufgebracht sind.

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Basen 2 bis 6 Gewichtsprozent, bezogen auf das Einsatzgewicht der Filterstoffe, beträgt.