DE1769321B2

DE1769321B2 - Filtermaterial aus Polyurethan und Verfahren zu dessen Herstellung

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Publication number: DE1769321B2
Application number: DE19681769321
Authority: DE
Inventors: Robert Louis River Vale N.J. Strickman (V.St.A.)
Original assignee: Robert L Strickman Foundation Inc New York Ny (vsta)
Current assignee: Robert L Strickman Foundation Inc New York Ny (vsta)
Priority date: 1968-04-11
Filing date: 1968-05-08
Publication date: 1975-11-06
Also published as: NL6806446A; LU56037A1; DE1769321A1; GB1194492A; BE714749A; JPS5010959A

Description

Vanadin-, Chrom-oder Molybdänsäure hergestellt Schließlich ist es auch der FR-FS 8 04 924 noch

wird. _a5 bekannt, ein poröses oder schwammartiges Material

in granulierter Form zu Filtermundstücken für Rauch-

produkte zu verarbeiten. Hinweise auf Polyurethane

fehlen aber auch in dieser Druckschrift.

Nach der Erfindung werden die Teerbestandteile 30 und die teilchenförmigen Stoffe aus dem Rauchstrom

Die Erfindung betrifft ein Filtermaterial aus Poly- dadurch entfernt, daß der Rauch mit einem Filterurethan, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung und material in Berührung gebracht wird, welches eine ein ein solches Filtermaterial enthaltendes Filter. geeignete Oberfläche besitzt, auf die die unerwünschten

Die Filtrierung von Aerosolen, beispielsweise von Bestandteile auftreffen. Das Filtermaterial kann weiter-Zigarettenrauch stellt ein viel untersuchtes Problem 35 hin so behandelt sein, daß eine Adsorption und/oder dar. Zigarettenrauch ist ein hochkomplexer Stoff. Er Absorption und Entfernung von mindestens einigen enthält Nikotin, Teerstoffe, Reizstoffe und viele andere der unerwünschten gasförmigen Reizstoffe des Rauchs Komponenten. Obwohl zur Behandlung des Rauchs erfolgt. Das Filtei kann ferner oberflächenaktive bereits viele Vorschläge gemacht wurden, wurde bis Substanzen enthalten, die zur Entfernung von unerjetzt doch noch kein Filter entwickelt, das die kon- 40 wünschten Stoffen aus dem Rauch beitragen. Schließtrollierte Eliminierung der in dem Rauch enthaltenen lieh können Alkaloide, z. B. das Nikotin und weitere unerwünschten Bestandteile gestattet, ohne daß eine Komponenten des Rauchs durch geeignete chemische nachteilige Beeinflussung des Geschmacks des Rauchs Umsetzung mit im Filter enthaltenen Substanzen zu in Kauf genommen werden muß. unlöslichen Verbindungen, die in dem Filtergefüge

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, 45 zurückgehalten werden, entfernt werden,
ein Filtermaterial zur Behandlung von Aerosolen, die Bekanntlich sind die Reizwirkung und die anderen

insbesondere im Zigarettenende Verwendung finden schädlichen Wirkungen des Tabakrauchs mindestens sollen, zu schaffen, das dazu imstande ist zum Teil auf die Gegenwart von bestimmten Stoffen,

(1) wesentliche Mengen der Teerbestandteile und ^{wie AIdeh}y^den. Sulfiden und Blausäure in der Gas-

(2) wesentliche Mengen der Alkaloide einschließlich ⁵° P^hase zurückzuführen. Das erfindungsgemäße Filterdes Nikotins zu entfeinen. material ist zur Entfernung von wesentlichen Mengen

der genannten Stoffe imstande. Darüber hinaus wird

Dartb:r hinaus soll durch die Filtration noch der der Gehalt an Phenolen und sauren Stoffen, die gleich-Feuchtigkeitsgehalt und die Temperatur des Rauch- falls im Tabakrauch enthalten sind, und von denen Stroms erniedrigt werden, und störende Stoffe sollen 55 man annimmt, daß sie schädlich sind, wesentlich vereus der Gasphase des Rauchs entfernt werden.wobei ringert.

die vom Raucher gewünschte Qualität im Hinblick Das erfindungsgemäße Filtermaterial ermöglicht

fcuf Geschmack und Aroma beibehalten werden soll. daher eine wirksame physikalische und chemische Die wird nach der Erfindung durch ein Filter- Behandlung des Rauchstroms. Diese schließt die material aus Polyurethan zur Behandlung von Tabak- 60 pH-Kontrolle durch Entfernung der sauren Bestandrauch erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß teile, die Bindung der Alkaloide und die Verringerung es aus starren Polyurethanteilchen gezackter, stach- der Temperatur des Rauchstroms auf dem Wege durch hger, schroffer Struktur von einer Teilchengröße von das Filter ein.
unter 750 μ, vorzugsweise 150 bis 600 μ besteht. _ Im folgenden soll die Erfindung an Hand der

Aus der IT-PS 5 75 332 ist es zwar bereits bekannt, 65 zeichnungen näher erläutert werden.
Polyurethanschaum als Filtermaterial für Tabakrauch F i g. 1 stellt eine teilweise aufgeschnitten gezeigte

einzusetzen, doch hat das dort beschriebene Filter- Zigarette dar, die unter Verwendung des erfindungsgematenal eine andere Zusammensetzung als das Filter- mäßen Filtermaterials hergestellt worden ist;

zwar insbesondere wenn sie zusammen mit^ einem höher funktioneilen Polyol oder einem Polyisocyanat mit mehr als 2 f unktionellen Gruppen^cL h- nut^mehr als 2 Isocaynatgruppen im Molekül Verwenderwerden. An Stelle von Polyäther-Polyolen können auch Polyhydroxylterminierte Polyester verwendet werden vorzugsweise diejenigen, die sich mindestens, teilwere _{von Triolen oder} höheren Verbindungen ableiten Dw Polyester-Polyole sind gewöhnlich ««"«Brv^aa di PlähPll d sie im aUgemeinen teurer

«· 7 ist ein auf der Linie H-II der F i g. 1 aufge-F ι fr ² nf_lprschnitf

iSSTSne Mikrophotographie (mit 75facher e) des eifindungsgemäßen körnigen Filterg^ae y_{zackte>
stach}elige und

StruktS der einzelnen Teilchen Diese

tJSaphie zeigt den Zus'and des Filtertograpm S _{von tenrauch}

nach dem 8 ^ ^ PolyesterPolyole sind ge

l Materialien bestehen, die aus dem Ziga- _l0 als die Polyäther-Polyole, da sie im

wurden. Diese sind im Vergleich und viskoser sind.

rSeUeren anderen Teilchen dunkler dargestellt. Polyole werden im allgemeine

n , erfindungsgemäße Filtermaterial stellt ein be- zahl charakterisiert. Zur HersteUung dere^g g

S einen unerwünschten Geschmack verleihen ^^°^^_o[yoXeny _die zur Herstellung

mit

S so" eine votwiegend uattr 750 μ hetende Te. -

SSSSi-* Fi-ia, ,a_rSle„e„ den starren Polyurethane sind die bekannten Um-

mit

fi

_{jedoch Poly}.

Esses ^ä£«

von dem Vernetzungsgi ad zwischen den emzelnen geeigne. s _gQ _ _2O._{Gemisch der 2},4: 2,6-

Molekülen ab, wobei die Vernetzung durch Verwen- dusovy na^ ju _{dessen Rohprodukt un}d

Sg von Ausgangsstoffen mit mehr als 2 funkt,one en ^^^^trnethandiisocyanat (MDl) sowie Gruppen erzielt werden kann. In den meisten Fallen so das p,F' ^P™ ^y _{(ppI) und} poiynethylen-polyphenyl-S d höh Grad an f unktioneUen Gruppen bei der ein R ohprodukU ) _po, _{isocyanate sind} b«-

S der hö

dings Polyisocyanate erhaltlich, die mehr als 2

ⁿt^GrES^Zedⁿ ernndungsgemäße

trESdes ernndungsgemäßen Filte, Aerials kann jedes Polyol, das bei ^ Um*uung mit einem Polyisocyanat ein starres Polyurethan

. _sulfon. _dij_SOcyanat, 4- Chlor -13- p

^ . _diphenylmethan, Mesity enii_SOcyanatodibenzyl, 1,5 - Naph-

ig

setzt, um überschüssige Isocyanatbindungen für die Schaum kann nach den bekannten Verfahren, wie der f_ei

unter Bildung von Biuret- und Aliophanat-Bindungen Präpolymer-Mjthode, der Semi-Präpolymer- (oder _cn

erfolgende Vernetzung vorzusehen. Typische Werte Quasi-Präpolymer-) Methode oder nach dem söge- _: i_S(

für das Verhältnis von Isocyanat zu organischen nannten »One-Shot-Verfahren« hergestellt werden. Äi

Hydroxylgruppen liegen bei 0,75 bis 1,25. Auf Ge- 5 Die Semi-Präpolymermethode wird im allgemeinen ha

wichtsbasis ausgedrückt bedeutet dies einen Bereich als die verläßlichere betrachtet, doch stellt das »One- I₀

von etwa 40 bis 150 Teilen Polyisocyanat pro 100 Teile Shot-Verfahren« eindeutig die wirksamere Methode _UI

Polyol. Überschüssiges Isocyanat setzt sich dabei mit dar. Beide dieser letztgenannten zwei Veifahren sind _ur

gegebenenfalls vorhandenem Wasser um, wobei Koh- besonders zur Herstellung eines zur Fertigung des _m

lendioxyd freigesetzt wird, welches als Treibmittel die io erfindungsgemäßen Filtermaterials geeigneten Schaum- g_a

Bildung des Schaums unterstützt. Man kann auch mit Stoffs geeignet. H

höheren Verhältnissen, die sich bis auf 2 oder höher Die Erzeugung von Schaumstoffen erfordert die χς

erstrecken können, arbeiten, wenn bei der Verschäu- Herstellung von Polyurethan, wobei dafür Sorge ge- m

mung Wasser anwesend ist. Die Verwendung von übei- tragen werden muß, daß das Polymere aufgeschäumt a

schüssigem Isocyanat tiägt genau wie die Verwendung 15 oder expandiert werden kann. Nach einem bekannten ) _er

von Polyisocyanaten mit mehr als 2 funktioneilen Verfahren wird zur Herstellung von Schaumstoffen · &

Gruppen zu brüchigeren Schäumen bei. Wasser eingesetzt, das sich mit dem überschüssigen ■ _m

Bei dem zur Herstellung der erfindungsgemäßen Isocyanat unter Bildung von Kohlendioxid umsetzt, J_x

Filtermaterialien duichgeführten Verfahren können wobei das letztere als Treib- oder Expandiermittel f_a

die üblichen Katalysato/en zur Erzeugung von Poly- so wirkt. Man kann aber auch zur Verschäumung Stick- ■ f_e

urethanen verwendet werden. Es werden jedoch stoff- oder Kohlendioxidgas einsetzen. Für diesen _sj,

Katalysatoren bevorzugt, die wasserlöslich sind und Zweck kann auch Luft in das polymerisierende Ge- \ _re

die dadurch durch Waschen mit Wasser aus dem misch eingeschlagen werden. Nach einer bevorzugten _n(

Reaktionsprodukt entfernt werden können. Da die Ausführungsform der Erfindung werden halogeniert^ _st

Produkte zur Verwendung in Zigarettenfiltern be- »5 Kohlenwasserstoffe, wie fluorhaltige Kohlenwasser-

stimmt sind, ist es erwünscht, daß der Katalysator stoffe eingesetzt. d,

praktisch geruchlos ist und dem Rauch keinen Ge- Unter den geeigneten fluorierten Kohlenwasser- _Z£

schmack verleiht. N,N,N',N'-Tetrakis-(2-hydroxy-pro- stoffen sind diejenigen zu nennen, die bei der bei der ζ

pyl)-äthyliiamin stellt einen besonders wirksamen Ka- Herstellung d;s Schaums herrschenden Temperatur _sc

talysator dar, da es in 2facher Weise katalytisch wirk- 30 genügend flüchtig sind, um zu verdampfen. Das : _e5

sam ist, und zwar auf Grund der Anwesenheit von Material sollte einen Siedepunkt besitzen, dei etwas \ _c.

Aminogruppen und Hydroxylgruppen. Es wirkt daher oberhalb Raumtemperatur liegt. Unter den verwend- γ

als Polyol, als Katalysator und als Vernetzungsmittel baren fluorierten Kohlenwasserstoffen sind Trichlor- _w

und verbiht auf Grund der Tatsache, daß es in das fluormethan, Dichlordifluormethan, Dichlortetrafluor- ^

Polyurethan chemisch eingebaut wird, dem Endpro- 35 äthan, Dichlormonofluormethan, Monochlordifluor- _V(

dukt oder dem Rauch keinen Geschmack. Ähnlich methan, Tiichlortrifluoiäthan und Monochlortrifluor- j_r

verhalten sich Amine, wie bis-(2-Hydroxypropyl)- methan zu nennen. Auf 100 Teile Polyol werden _Y,

2-methylpip2razin und Diethanolamin. zweckmäßigerweise 5 bis 35 Teile des Treibmittels _u

Die Katalysatoren können auch weggelassen werden, eingesetzt. _w

insbesondere, wenn man mit den Ansätzen der Bei- 40 Zur Unterstützung der Kernbildung und der Bildung _w

spiele 3 und 4 arbeitet. Beim Einsatz der herkömm- einer mehr oder weniger gleichförmigen Feinzeil- _tc

liehen Katalysatoren ist es erwünscht, daß deren struktur können die üblichen oberflächenaktiven j_

Menge zwischen 0,02 und 2,0 Teilen pro 100 Gewichts- Stoffe, insbesondere die bei der Polyurethanherstellung : ^

teilen des Polyols liegt. Bei der Verwendung von gebräuchlichen Produkte verwendet werden. Diese i

N,N,N',N'-Tetraki5-(2hydroxypropyl)-älhylendiamin 45 schließen die Silikone, insbesondere Blockcopolymere ₂

oder anderen Katalysatoren, die in das Polymere aus Silikonen und Alkylenoxyden ein. Ihr Anteil be- ^

chemisch eingebaut werden, sind gewöhnlich größere trägt gewöhnlicherweise bis zu 1 Teil pro 100 Teile j.

Anteile, wie bis zu 20 Teilsn erwünscht. Polyol. j

An Stelle der ob:n beschriebenen Katalysatoren Der starre Polyurethanschaum wird nach der BiI- j.

können auch alle bei der H;rstellung von Polyurethan- 5° dung und nachdem er bei Raumtemperatur mindestens _r

schaum Verwendung findenden herkömmlichen Kata- einen Tag lang stehengelassen wurde, ausgehärtet. Die \ ]

lysatoren eingesetzt werden. Disse schließen N-Methyl- Aushärtung kann auch bei erhöhten Temperaturen, ₂

morpholin, N-Äthylmorpholin, Trimethylamin, Tri- die im allgemeinen 130⁰C nicht übersteigen sollen, ;

äthylamin, Tributylamin und andere Trialkylamine, beschleunigt werden. Während der Aushärtungsbe- ■ ,

Teiramethylbutan-diamin, Trimsthylpiperazin, Tetra- 55 handlung verliert der Schaum seine Klebrigkeit und ,

msthylguanidin, Diäthylaminoäthanol, 3-Diäthyl- erhält seine maximale Starrheit. .

aminopropionamii, wärmeaktivierte Katalysatoren, Nach der Herstellung des starren Polyurethan-

wie Triäthylamincitrat, 3-Morpholinopropionamid, schaums wird dieser gekörnt, um körnige Teilchen mit

2-DiäthyIaminoac;tamid, das Veresterungsprodukt aus hoch unregelmäßiger Gestalt in Form von gezackten,

1 Mol Adipinsäure und 2 Mol Diäthyläthanolamin, ⁶° stacheligen, schroffen Teilchen, die das erfindungsge-

Triäthylendiamin, Ν,Ν'-Diäthylpiperazin, N,N-Di- mäße Material charakterisieren, zu erhalten. Die ii

methylhexahydroanilin und Tribenzylamin ein. Diese Körnung geschieht vorzugsweise in einer Mühle. ^:;

Katalysatoren können entweder für sich oder im Ge- Nach dem Vermählen werden die starren Poly- -

misch mit Amin-Katalysatoren Verwendung finden. urethan-Teilchen mit heißem Wasser oder Dampf be- C

Sie umfassen auch Zinnoctoat, Dibutylzinnacetat, Di- ⁶5 handelt. Diese Behandlung stellt ein ";n wichtigen Teil

butylzinndilaurat und Dibutylzinn-dioctoat usw. des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, da sie mehr

Das Polyurethan wird zunächst in Form eines als eine einfache Waschoperation darstellt, und zwar

Zwischenprodukts als starrer Schaum erhalten. Dieser auf Grund und der Tatsache, daß zusätzlich zur Ent-

Cm

fernung der wasserlöslichen Verbindung auch eine wichtig, das Reaktionsprodukt vor der endgültigen

chemische Reaktion zur Umwandlung des restlichen Verwendung der mit heißem Wasser oder Dampf

Isocyanats, das die Nasenschlcimhäute reizt und des erfolgenden Hydrolysebehandlung zu unterwerfen,

Äthylsilikats, welches von der vorhergehenden Be- um sämtliches freies Äthylsilikat zu hydrolysieren und

handlungsstufe noch anwesend sein kann, zu geruch- 5 auf diese Weise Toxizitäts- und Geruchsprobleme zu

losen Produkten mit vernachlässigbarem Dampfdruck vermeiden.

umwandelt. Die Reaktion stellt eine Hydrolyse: dar Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin- und ist besonders zur Herstellung des erfindungsge- dung werden in die teilchenförmigen Polyurethanmäßen Filtermaterials, das zur nitrierung von Zi- Filtermateiialien weitere, bestimmte anorganische garen enrauch herangezogen werden soll, geeignet. Die ₁₀ Zusatzstoffe eingearbeitet. Hierzu können Zusatz-Hydrolyse wird bei einer Temperatur von etwa 50 bis stoffe, wie Aluminiumhydroxid und Magnesiumtri-100⁰C, vorzugsweise von 80 bis 100° C, vorgenommen. silikat sowie andere Carbonate, Silikate oder Hydroxyde Man kann auch bei höheren Temperaturen, wie sie in der Erd-Alkalimetalle herangezogen werden. Es kön-Autoklaven oder durch die Verwendung von Dampf nen somit Magnesiumhydroxid, Magnesiumoxid, Maermöglicht werden, arbeiten, unter der Voraussetzung, _t5 gnesiumcarbonat, Calciumcarbonat, ein gemeinsam daß sie den gezackten Charakter, der das erfindurigsge- getrocknetes Gel von Magnesiumcarbonat und Alumäße Filtermaterial kennzeichnet, nicht nachteilig miniumhydroxyd sowie Magnesium-Aluminium-Silikat beeinflussen. Es ist wichtig, daß die beschriebene Ver- verwendet werden. Es hat sich gezeigt, daß sich unter fahrensstufe genügend lang durchgeführt wird, da diesen Stoffen ein Gemisch aus Aluminiumhydroxid festgestellt wurde, daß ein nicht vollständig hydroly- ao und Magnesium-Trisilikat zu einem für den Raucher siertes Produkt nicht nur einen äußerst unangenehmen, am angenehmsten empfundenen Geschmack führt, reizenden Geruch aufweist, sondern auch nicht die Diese beiden Stoffe werden vorzugsweise als 1:1-Gehohe rauchfilternde Kapazität besitzt, wie das voll- misch zugesetzt, wobei die Menge zwischen etwa 3 und ständig hydrolysierte Filtermaterial. 15 Gewichtsprozent des Filtermaterials ausmacht. Das

Obwohl es nicht in jedem Fall erforderlich ist, ist es 25 Verhältnis det beiden Komponenten kann jedoch bedoch erwünscht, bei der Herstellung des bei der Er- trächtlich verringert werden, wobei die Gesamtmenge zeugung des erfindungsgemäßen Filtermaterials ein zwischen 0 bis 25 Gewichtsteile pro 100 Teile der PolyZwischenprodukt bildenden starren Polyurethan- urethan-Teilchen variiert werden kann. Es ist anzuschaum bestimmte Reagenzien einzusetzen. So ist nehmen, daß diese anorganischen Zusatzstoffe zur es beispielsweise zweckmäßig, wasserlösliche »ate« 30 Entfernung bestimmter Bestandteile aus der Gasphase oder saure Salze von Metallen der Gruppen Vb und von Tabakrauch besonders beitragen und auf diese VIb mit heranzuziehen, wie beispielsweise die Alkali- Weise den Tabakrauch durch Entfernung von Reizwolframate, -molybdate, -vanadate und -chromate. stoffen aus dem Gas milder machen. Überraschender-Natriumwolframat stellt das für diesen Zweck be- weise ergibt das erfindungsgemäße Filtermaterial, vorzugte Salz dar. Die genannten Metallsalze werden 35 welches diese anorganischen Zusatzstoffe enthält, eine in Form ihrer wäßrigen Lösung, deren Konzentration hochselektive Entfernung des Nikotins aus dem Rauch, vorzugsweise bei etwa 10 bis 30 Gewichtsprozent liegt Die Teilchengröße der anorganischen Zusatzstoffe und in einer Menge, die 0,2 bis 4 Teile pro 100 Ge- kann die gleiche sein wie diejenigen der Polyurethanwichtsteile Polyol beträgt, eingesetzt. Vorzugsweise teikhen oder niedriger liegen, beispielsweise bei Werten wird mit 0,5 bis 2 Teilen pro 100 Teile Polyol gearbei- 40 unterhalb 750 μ.

tet, wobei das wasserlösliche Metallsalz in wäßriger Weiteie Zusatzstoffe, die dem erfindungsgemäßen

Lösung mit einer Konzentration von 20 bis 30 % vor- Filtermaterial zugegeben werden können, sind Cellu-

liegt. loseacetat-Fasern, Holzkohlekörner, gepulverte Cellu-

Auf die Anwendung des wasserlöslichen Salzes kann lose usw. Der Anteil dieser Stoffe sollte jedoch nicht

zwar verzichtet werden, doch sind in diesem Fall 45 über 25 Gewichtsprozent des Polyurethan-Filterma-

beachtliche Einbußen der Geschwindigkeit der zur terials hinausgehen.

Bildung der Polyurethane führenden Reaktion in Bei einer bevorzugten Methode zur Herstellung von Kiuf zu nehmen. Diese wasserlöslichen Metallsalze Polyurethanteilchen, die für die erfindungsgemäßen haben sich bei der Herstellung von Schaumstoffen mit Filtermaterialien geeignet sind, geht man so vor, daß niedriger Dichte als äußerst zweckmäßig erwiesen. 50 man zunächst einen Polyurethan-Schaumstoff aus den Letztere Eigenschaft ist sehr erwünscht, da man vor- folgenden Stoffen herstellt: zugsweise mit einem starren Polyurethanschaum-Zwischenprodukt arbeitet, das eine Dichte besitzt, die 100 Teile Polyol (gebildet durch die Kondensator unterhalb 0,048 g/cm³ liegt und die vorzugsweise in von Sorbit mit Propylenoxyd, wobei das Konden dem Bereich von 0,02 bis 0,04 g/cm³ liegt. Es ist auch 55 sationsprodukt eine Hydroxylzahl von 490 auf anzunehmen, daß bei Verwendung der genannten weist).

wasserlöslichen Metallsalze optimale Effekte im Hin- 76 Teile Tolylen-Diisocyanat (handelsübliches

blick auf die Erzeugung von Teilchen aus starrem 80/20-Gemisch der 2,4- und 2,6-Isomeren).

Polyurethanschaum mit extrem hoher Absorptions- 25 Teile Trichlorfluormethan und

fähigkeit verbunden sind. 60 0,5 bis 1,5 Teile Triäthylendiamin als Katalysator.

Weitere anorganische Stoffe, die gegebenenfalls bei

der Herstellung des starren Polyurethanschaums ein- Der Katalysator wird in dem Halogenkohlenwassei

gesetzt werden können, sind die niedrigen Alkylsilikate, stoff aufgelöst. Die Lösung wird zu dem Polyol ge

wie diejenigen mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen in der geben, worauf das Isocyanat zugesetzt und das Ge

Alkylgruppe, von denen Äthyisilikat die bevorzugte 65 misch gerührt wird. Dann beginn; die Verschäumunj

Verbindung darstellt. Es ist zweckmäßig, pi ο 100 Teile Nach Vervollständigung der Verschäumung un

Polyol bis zu 5 Teile des Alkylsilikats zu verwenden. nach dem Starrwerden der Masse wird granuliert. D

Bei der Verwendung von Äthylsilikat ist es besonders granulierte Masse mit einer Teilchengröße von 0,3 b

0,05 mm stellt ein geeignetes Material zur Herstellung einer Filtereinheit dar.

Die granulierte Masse wird 3 bis 5 Minuten mit heißem Wasser gewaschen und filtriert. Auf diese Weise wird sämtliches freies Isocyanat entfernt Die feuchten Körner werden bei Normaldruck und einer Temperatur von 60 bis 105⁰C getrocknet, gewünschtenfalls auch im Vakuum bei einer entsprechend niedriger hegenden Temperatur. Die getrockneten Körner können in das offene röhrenförmige Ende einer Zigarette eingefüllt werden, wodurch die Filtereinheit gebildet _WIrd. Die Körner können durch einen kleinen btopsel aus Baumwolle oder einem anderen geeigneten Material vom Herausfallen gehindert werden Eine derartige Anordnung ist in Fi g. 1 gezeigt, worin 10 eine Zigarette, 12 den Tabak, 14 die Körner und 16 den Stöpsel bedeuten.

„ ^nnVΐ^η<? ^VOn i^{er Umsetzu}"g ™t dem Isocyanat zu 100 Teilen des Polyols ein Gemisch aus:

10 Teilen einer 20%igen wäßrigen Natrium-Wolframat-Lösung und

¹⁰40y) ^{ÄthyIsilikat} (^kondensiert, SiO₁-GeIIaIt

zugegeben werden.

Alternativ kann das Isocyanat auch bei etwa 8O⁰P mit einem Teil (etwa V₄) des Polyols zur Bildung eines Quasi-Prapolymeren umgesetzt werden. Letzteres wird sodann mn dem Rest des Polyols in Gegen Treibmittels und des Katalysators umgesetzt

8n^V _h ^OrZQ7^gT^Wei^Se7^{erden VOr der Ve}™endung als Filter 80 bis 97 Teile der getrockneten Isocyanaten Kör ner inmg mit 3 bis 20 Teilen eines 1:!Gemisches von·.

(a) Aluminiumhydroxid und

(b) Magnesium-trisilikat

vermischt.

Alternativ können die Polyurethanteilchen auch in πίΓ""·" ^{wllu uerze}'t bekanntlich am meisten zui

der Weise hergestellt werden, daß man 30Teile eines . ,^krf^{tl0n von} Zigarettenrauch verwendet. Die Ver·

Polyols, das das Reaktionsprodukt von Pentaerythrit i^^hsversuche wurden bei vier präzisen Druckabfall

κ b^rio^itiS-di^Ä ——^son^^{u verelcichbaren Bedingun}·

Gemisch der 2,4- und 2,6-Isomeren) umsetzt Die TeW

peratur laßt man dabei nicht über 90°C ansteigen uTd

die Umsetzung wird unter trockenem Stickstoff«,

vorgenommen. Das Produkt wird abkühlen ■

und in Abwesenheit von Feuchtigkeit

zweites Produkt wird aus 75 Teilen des

benen Polyols, IO Teilen Ν,Ν,Ν'Ν'-ΤείΓ^ΓήΓ

droxypropylHthylendiamin, 3 Teilen einer wäßr'S *

Losung von Natnum-Wolframat, 2 Teilen ÄthyS _t

0 3 Teilen einer 30%igen wäßrigen Lösung von Tn

athylendiamm, 15 Teilen Trifluorchlormethan, , Ä 0,5 Teilen eines Silikon-Netzmittels vom TjrethanS hergestellt. Ungefähr gleiche Mengen der Ä * dukte werden gründlich vermischt und in eine Vom gegossen. Der resultierende Schaumstoff ist ein weS feinzelliges Material, das einen Tag lane bei R_a'l' temperatur härten gelassen wird. Der resultiert" * Schaumstoff wird in einer Mühle granul ert und _αΐ λ erhaltenen Teilchen werden mit siedendem ^A

etwa 15 Minuten lang und sodann etwa ¹I Sti bis 100°C behandelt. Die Behandlung mit kann gewünschtenfalls wiederholt werden und <=,·. * wird weitergeführt, bis das Produkt geruchsfrei ist * Die weißen Korner werden sodann in einem Ofen κΙ^: 105⁰C getrocknet. Die Fraktion mit eine™' ■ - ^{bei B} Teilchengröße als 420 μ und einer größeren Teilchengröße als 177 μ wird gesammelt.

An Stelle des vorstehend verwendeten Natrium-Wolframats können auch Kalium-Wolframat oder S Alkahmetall-Molybdate, -Vanadate, -Chromate, usw. verwendet werden.

Nach der in der Arbeit »Determination of Particulate Matter in Concentrated Aerosols — Application to Analysis of Cigarette Smoke«, Analytical Chemistry, .o Volume 31, S. 1705 bis 1709, Oktober 1959, von Wart man, Cogbill und Harlow beschriebenen Methode wurden Vergleichsversuche durchgeführt:

Vergleichsversuch 1

Das Polyurethan-Filtermaterial wurde zwischen 2 v-ellulose-Acetat-Stöpsel gelegt, um es an Ort und Meile zu halten. Die Wirksamkeitsversuche wurden unter Verwendung einer automatischen Rauchmaao scnine durchgeführt. Alle 60 Sekunden wurden Zuge mit 35 ± 0,3 cm³ und einer Dauer von 2 Sekunden gemacht. Der Rauch wurde durch ein Cambridge-Filter geleitet. Die Zigaretten wurden bis zu einer vorgewählten Stumpenlänge aufgeraucht, a₅ wobei 10 mm nicht verbrannter Tabak zurückblieben. Uer kombinierte teerartige Rückstand von 5 Zigaretten wurde hierauf abgewogen. Damit wurden

■.■-.---- _ö—~ _wcluc... letzteres wird u'^'^"f^fngemäßderFederalTradeCommissioD-

sodann mn dem Rest des Polyols in Gegenwart dV- ^M _f ^et.^hode durchgeführt. Die Druckabfallbestimmungen Treibmittels und des Katalysators umgesetzt ³° , ?w ^Unter Verwendung einer Filtrona-Vorrich-

Vorzuesweise wprH^n vnr a^ \r ___,. '. _.. ^tung (Model PDA-4LP).

Ergebnisse

Es wurde eine Serie von statistisch durchgeführten Versuchen (10) durchgeführt, um die relative Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Filtermaterials gegenüber einem Cellulose-Acetat-Tau zu bestimmen, wird derzeit bekanntlich am meisten zur

«^ genau vergieicnoaren Dcumguu-

Ä; t ι T '· ^Die Filterwirksamkeit kann durch

die folgende Gleichung (11):

In

Ml

M_n

= Kp

l ^V°ⁿ " ⁱⁿ^^{in Fil}^>" «nt*L und daraus ^K '^{St dne} Konstante.

"^achste^nden Tabellen 1 bis 4 sind die ^E^bnisse zusammengestellt: ^Tabelle 1

^{8 V}°^ ^1>Teeren« und Nikotin durch 2 Typen ^ttenfiltern

gemäß der

Erfindung

Cellulose-

Acetat

gemäß der

Erfindung

Cellulose-

Acetat

0,0766 ± 0,0018
0,0671 ± 0,0017
0,0780 ± 0,0019
0,0714 ±
0,0016

4,63 ± 0,59 5,80 ± 0,52 4.61 ± 0,34 5,70 ± 0,10

<f

Tabelle 2

Vergleich von oßenzelligem und teilchenförmigen!

Polyurethan

Tabelle

Mengen bestimmter Gase, die durch Polyurethan- und Cellulose-Acetatfilter durchlaufen (willkürliche Einheiten)

	Druckabfall	Teere	Nikotin	Γη«	Hltertyp	Cellulose-Acetat
	cm H_tO	mg	mg	VJ «la	Polyurethan	100
Material					87	100
				Sch wef el wasserst ο ff	82	100
					65
	13,6	13,3	0,75	L,y an wasserston		100
				ίο Acetaldehyd-	40	100
Gemäß der				Formaldehyd	63	100
Erfindung	14,3	16,7	1,1	Acetonacrolein	46	100
				A	45
Offenzelliger			B
Schaum			15 C

Tabelle 4

Einfluß von anorganischen Absorptionsmitlein auf die Gasphase (willkürliche Einheiten)

Absorptionsmittel

HCN

CH₈O CH₃CHO

s = CHCHO

Gemäß der Erfindung	100	100	100	100
Handelsform)
Aluminiumoxidhydrat	92	8	41	69
Silica-Gel	110	92	120	75
Handelsübliches anorga	48	130	67	52
nisches Absorptionsmittel
für die Verteilungs
chromatographie
Aktivkohle	67	25	45	15

Aus den obigen Versuchsergebnissen wird ersieht-Ii:h, daß das erfindungsgemäße Filtermaterial zur Entfernung von »Teeren« und Nikotin erheblich aktiver ist als Cellulose-Acetat (höherer Wert für K und geringeres restliches Nikotin in den Teeren). Weiterhin wird eine erhebliche Verbesserung der Filter aus teilchenförmigen Polyurethanen im Vergleich zu Polyurethanschaumstoffen (gemäß der US-Patentschrift 27 70 241) ersichtlich.

Vergleichsversuch 2 Es wurden folgende Ergebnisse erhalten: Filtertyp

40

Unter Verwendung von 85 mm Zigaretten wurden Rauchversuche durchgefühlt. Die Filter der Zigaretten wurden einmal durch ein erfindungsgemäßes Filtermaterial (zwischen zwei Celluloseacetat-Stöpseln) und andererseits durch einen Polyurethan-Schaumstoff gemäß der IT-PS 5 75 332 ersetzt. Der Druckabfall betrug bei beiden Filtern 13,5 cm H₂O.

Der dritte Zug von jeder Zigarette wurde gaschromatographisch untersucht. In den Gasen wurden folgende Mengen an den angegebenen Stoffen festgestellt, wobei die Stoffmengen bei Verwendung des anmeldungsgemäßen Filters als 100 gesetzt wurden.

Die Mengen der durchlaufenden Gase sind in willkürlichen Einheiten angegeben. Die Gase A, B, C und D sind vier nicht identifizierte Gase, die in den größten Mengen vorhanden waren.

Gas	Gemäß der	Polyurethan-Schaum
	vorliegenden	stoff gemäß der
	Erfindung	IT-PS 5 75 332
CO₂	100	147
N₂O	100	160
H₂S	100	129
HCN	100	100
Acetaldehyd	100	138
Aceton-Acrolein	100	100
Formaldehyd	100	121
A	100	136
B	100	136
C	100	137
D	100	108

Das erfindungsgemäße Filtermaterial ist, soweit nicht zur Lieferung in Gebiete außerhalb des Geltum bereiches des Lebensmittelgesetzes bestimmt ist, 2 Zeit auf Grund der »Verordnung über Tabak u Tabakerzeugnisse (Tabakverordnung)« vom 10.1 bruar 1972 (BGBl Teil I, 1972, S. 182) nicht zu] lassen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

) material gemäß der vorliegenden Erfindung. Das au Patentansprüche: ^ dieser Patentschrift bekannte Filter besteht nämlicl aus zwei Stücken Polyurethanschaum, welche eini

1. Filtermaterial aus Polyurethan zur Behänd- dazwischen angeordnete Schicht von Kohleteilchei lung von Tabakrauch, dadurch gekenn- 5 einschließen. Daher ist anzunehmen, daß bei dem au: ζ e i c h η e t, daß es aus starren Polyurethanteil- der IT-PS 5 75 332 die eigentliche Filtrierung nicht ii chen gezackter, stachliger, schroffer Struktur von dem Polyurethanschaum, sondern in den dazwischei einer Teilchengröße von unter 750 μ, vorzugsweise angeordneten Kohleteilchen erfolgt.

150 bis 600 μ besteht. Demgegenüber besteht das erfindungsgemäße Filter

2. Filter zur Behandlung von Tabakrauch, da- io material aus starren Polyurethanteilchen, die ein« durch gekennzeichnet, daß es das Filtermaterial gezackte, stachlige, schroffe Struktur besitzen.

nach Anspruch 1 und Holzkohlekörner enthält. Weiterhin ist es schon aus der DT-PS 3 75 858, den

3. Verfahren zur Herstellung eines Filterma- DT-Gbm 18 333, der US-PS 28 15 760, und dei terials nach Anspruch 1 oder 2, wobei in Gegen- US-PS 33 47 245 bekannt, Filtermittel für Zigaretten wart von genügend Treibmittel ein Polyisocyanat 15 rauch in granulierter Form einzusetzen.

und ein Polyol zu einem starren Polyurethan- In diesen Druckschriften werden zur Absorptior

schaum umgesetzt werden, dadurch gekennzeich- verschiedene Stoffe, wie Knochenkohle, Blutkohle nei, daß der erhaltene Schaum granuliert wird und usw., Meerschaum, Ionenaustauscher und Molekulardaß die Körner mit heißem Wasser oder Wasser- siebe beschrieben,
dampf behandelt und getrocknet werden. 20 Filtermaterialien, die aus Polyurethcnteilchen mil

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn- gezackter, stachliger und schroffer Struktur bestehen zeichnet, daß der Polyurethanschaum in Gegen- werden jedoch in diesen Druckschr.ften nicht beschriewart eines wasserlöslichen Salzes, einer Wolfram-, ben oder nahegelegt.