DE1957763B2 - Tabakrauchfilter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Tabakrauchfilter, insbeson- ^r>o dere ein Zigarettenfilter, aus einem vliesartigen Filtermaterial, das aus zueinander in Wirrlage befindlichen Fasern besteht und in das Partikel eingelagert sind. Solche Tabakrauchfilter sind z. B. aus der US-PS 42 188 und der CH-PS 3 33 897 bekanntgeworden.

Bei diesen Filtern verläuft die Herabsetzung der Kondensat- und der Nikotinwerte in etwa parallel. Interessant ist aber lediglich die Herabsetzung der Kondensatwerte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein t>o Tabakrauchfilter der eingangs gekennzeichneten Art zu schaffen, mit dem es möglich ist, die Kondensatwerte wesentlich, die Nikotinwerte dagegen nicht soweit herabzusetzen.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Tabakrauchfilters wird das vliesartige Filtermaterial, das aus zueinander in Wirrlage befindlichen Fasern besteht und in das Partikel eingelagert sind, z. B. mit einer Schar von Rundmessern in gleichmäßige Streifen zerschnitten, die naturgemäß rechteckigen Querschnitt haben und zu einem endlosen Filterstab zusammengefaßt sind. Für den Tabakrauchstrom stellen diese parallel zueinander liegenden Streifen eine dichte Masse dar, so daß er ausschließlich durch den nicht von diesen Streifen erfüllten Filterraum hindurchströmt. Die Summe der Querschnittsfläche dieser nicht erfüllten Räume ergibt die »freie Durchgangsfläche«, die bei einem gewählten Zugwiderstand des Filterstopfens so einzustellen ist, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Rauchstromes zur optimalen Niederschlagung ausreichend groß ist. Diese »freie Durchgangsfläche« ist für jede Filteraufgabe unter Berücksichtigung der Filterlänge, der jeweiligen Tabakmischung, des für den günstigsten Geschmackseindruck noch zulässigen Zugwiderstandes der Gesamtzigarette etc. empirisch von Fall zu Fall neu festzulegen. Die in die Räume zwischen den Filtermaterialstreifen hineinkragenden, zermahlenen Schaumstoffteilchen bilden dabei eine Vielzahl von Turbulenzzentren, die die Voraussetzung für die gegenüber herkömmlichen Zigarettenfiltern verbesserte Adsorptionsleistung der erfindungsgemäßen Tabakrauchfilter bilden. Vorzugsweise wird dabei die mittlere Teilchengröße der Schaumstoffpartikeln kleiner als der mittlere Porendurchmesser des den Partikeln zugrunde liegenden Schaumstoffes gewählt.

Als Trägervliesfasern können beliebige faserige Materialien verwendet werden, wie Asbest, Cellulose, Celluloseacetat, Regeneratcellulose, Glasfasern, Linters etc. Als Verbindungen, die im Vlies zur Polymerisation gebracht werden, haben sich vornehmlich Styrole bewährt, aber auch Acryl- oder Methacrylsäureester, Vinylacetat, Vinylchlorid, Vinylether und Isobutylen.

Das Vlies mit den lose eingelagerten Schaumstoffpartikeln wird mit Lösungen oder Emulsionen der monomeren oder auch partiell polymerisierten, noch polymerisationsfähigen Verbindungen beansprucht oder in sie getaucht und durch beliebige Wärme- oder Lichtbehandlung, während der die Polymerisation abläuft oder zu Ende verläuft, mit den eingelagerten Schaumstoffpartikeln zu einer nicht mehr zu lösenden, lockeren Einheit verbunden.

Bei langsam verlaufenden Reaktionen ist die zusätzliche Verwendung von Polymerisations-Katalysatoren zweckmäßig. Als solche haben sich Kobalt- oder Mangansalze alizyklischer Karbonsäuren in Mengen unter 1% (bezogen auf die polymerisationsfähige Verbindung), vornehmlich 0,02 — 0,2% als günstig erwiesen.

Das erfindungsgemäße Tabakrauchfilter läßt sich noch verbessern, wenn den verwendeten polymerisationsfähigen Verbindungen Blähmittel zugesetzt werden, die im Vlies eine zumindest partielle Verschäumung des Kunststoffes möglich machen. Auch der Zusatz von an sich schäumbaren Kunststoffen hat sich zur weiteren Verbesserung der erfindungsgemäßen Tabakrauchfilter bewährt. Das Vlies wird auf diese Weise noch aufnahmefähiger für die sich an den eingelagerten, zermahlenen Schaumstoffpartikeln niederschlagenden Tabakrauchkondensate.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert und die gegenüber herkömmlichen Filtermaterialien erreichbare Verbesserung aufgezeigt.

Beispiel I

Polyurethanschaum mit einem mittleren Porendurchmesser von 1,2 mm wurde zerrieben und nach Teilchengröße fraktioniert. Für die aufgeführten Beispiele wurde eine Fraktion von 0,25 bis 0,7 mm verwendet. Die Partikel haben in diesem Korngrößenbereich unter der Voraussetzung einer Porengröße von 0,8—1,5 mm die Form flacher Schalen oder größerer Bruchstücke davon. ι ο

30 g dieser Schaumstoffpartikel wurden zu 200 g in Wasser aufgeschlagenem Zelluloseazetatfasermaterial von 1,6 Den. und einer Faserlänge von 2,0—4,0 mm gegeben, das Ganze kräftig aufgerührt und über Siebe abgesaugt. Dabei wurden die Siebflächen so gewählt, r> daß die entstandenen Blätter nach dem Trocknen (ohne Druck) ein lockeres Vlies mit einer Stärke von ca. 0,5 mm bildeten.

Die getiockenten Blätter wurden darauf durch eine 20%ige äthanolische Styrollösung geführt, getrocknet und durch Erwärmung auf 140° C gehärtet. Danach wurden sie in 0,5 mm breite Streifen von annähernd quadratischem Querschnitt geschnitten. Diese Streifen wurden in einer solchen Anzahl zu Filterstäben von 8,25 mm Durchmesser zusammengefaßt und mit einer Papierumhüllung versehen, daß aus diesen Filterstäben geschnittene, 17 mm lange Filterstopfen einen Zugwiderstand von 60 ±5 mm Wassersäule bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 17,5m!/sec besaßen. In den Filterstäben und Filterstopfen lagen die einzelnen Streifen Filtermaterial annähernd parallel zueinander und begrenzten Rauchstromkanäle von gleichem Querschnitt und gleicher Anzahl über die gesamte Filterstablänge, so daß in jedem aus dem in diesem von Hand gefertigten Beispiel zwar endlichen, sonst aber endlosen Filterstrang geschnittenen Filterstopfen die gleiche »freie Durchgangsfläche« gesichert ist.

Die aus den Stäben geschnittenen Filterstopfen wurden an Zigarettentabakstränge gesetzt und die so entstandenen Filterzigaretten entsprechend dem DIN-Entwurf Nr. 10.240 (siehe auch »Beiträge zur Tabakforschung«, 1, S. 32 [1961], 1, S. 307 [1962]) verraucht und der Hauptstromrauch sowie das Filter analytisch untersucht. Als Vergleich dienten 17 mm lange Filter aus Zelluloseazetattow mit einem Einzeltiter von 5 Den. und einem Gesamttiter von 78 000 Den. unter Verwendung von 9% Triacetin als Härter, die im gleichen Zugwiderstandsbereich wie die erfindungsgemäßen Filter lagen und wie diese an die gleichen Zigarettentabakstränge gesetzt worden waren. Die nachfolgende Tabelle 1 gibt Aufschluß über die Überlegenheit des neuen Filters gegenüber dem herkömmlichen. Der direkte Adsorptionsgrad des Filters für Nikotin ist beschrieben durch den Quotienten:

rv , , _A , ,· ir- mi .· Nikotin im Filter (mg) · 100

Direkter Adsorptionsgrud Fur Nikotin = ---.-τ---.— -.—--—-. —_r. ,—··■;

Nikotin im Rauch + Filter (mg)

Tabelle 1

	Filterzigaretten	Filterzigaretten
	17 mm Zellulose	17 mm Filter
	acetatfilter	Beispiel I
Rauch
Tabakgewicht verraucht, mg	810	802
Durchschnittliche Zugzahl	9,6	9,5
Gesamtkondensat feucht, mg	24,4	9,1
Gesamtkondensat trocken, mg	24,2	8,1
Nikotin, mg	1,31	0,57
Filter
Nikotin, mg	0,67	1,41
Direkter Adsorptionsgrad für Nikotin	33,8	71,2

30 g Schaumstoffpartikel (aus Beispiel 1) wurden zu 200 g Linters gegeben, die in Wasser aufgeschlagen worden waren. Die Linters hatten eine mittlere

Beispiel

Faserlänge von 2,5 mm. Sonst wurde wie in Beispiel 1 verfahren. Die Rauchergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Beispiel

200 entklumpte Linters und 20 g zermahlener Polystyrolschaum wurden in einer Luftwirbelkammer innig untereinander vermischt und in einen Rüttelsiebkasten gegeben, an den gegenüber einem unter der Siebfläche entlanggeführten endlosen Stahlband eine elektrische Spannung von + 18 000 Volt gelegt worden war. Die Linterfasern und die Schaumpartikeln wanderten im elektrischen Feld entsprechend ihrer elektrischen Ladung auf das geerdete Stahlband, wo sie mit 6% ihres Gewichtes an Vinylacetat besprüht wurden. Dem Sprühmittel war kurz vor dem Verarbeiten 0,1% seines W) Gewichtes an Kobaltnaphthenat zugesetzt worden. Nach einer Belichtungsstrecke wurde der Bandauftrag, nachdem die Auflage zusammen mit dem Trägerband eine Walze passiert hatte, als lockeres, zusammenhängendes Vlies abgenommen, das nach einer Lagerzeit b^r> von 10 Stunden wie in Beispiel 1 zu Streifen zerschnitten und wie dort zu endlosen Filterstäben und Filterstopfen weiterverarbeitet wurde. Die Rauchergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Beispiel 4

20Og Zelluloseacetat von 1,6 Den. und einer Faserlänge von 2,5-4,0 mm wurden in Wasser aufgeschlagen und mit 20 g zerriebenem Polyure-.hanschaum zu Blättern wie in Beispiel 1 verarbeitet, wobei jedoch kurz vor dem Trockensaugen so viel Polystyrol P in einer Körnung von 0,2 —0,3 mm auf die flüssige Phase gegeben wurde, daß nach dem Trockensaugen in der Vliesoberfläche, bezogen auf das Zelluloseacetat, 10% an Polystyrol P lose eingelagert war. Nach dem Trocknen wurde mit 6% Vinylacetat besprüht, dem 0,1% seines Gewichtes an Kobaltnaphthenat zugesetzt worden war und erwärmt, wobei das Polystyrol geschäumt wurde. Während dieser Fertiglingsphase wurde das Vlies zwischen Walzen geführt, deren

■5 Absland voneinander auf 0,5 mm eingestellt worden war. Damit war die Schichtdicke des fertigen Bogens festgelegt, der beim Hindurchführen durch eine Rundmesserschar zu einem endlosen Bündel 0,5 mm breiter Streifen zerschnitten wurde. Wie im Beispiel 1

ίο wurde dieses Streifenbündel zum endlosen Filterstrang zusammengefaßt und wie dort hinsichtlich seiner Adsorptionseigenschaften für den Tabakrauch untersucht. Die Rauchergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 2

Filterzigaretten, 17 mm Filter

Beispiel 2 Beispiel 3 Heispiel 4 Vergleich

Rauch

Tabakgewicht verraucht, mg
Durchschnittliche Zugzahl
Gesamlkondensat feucht, mg
Gesamtkondensat trocken, mg
Nikotin, mg

Filter

Nikotin, mg
Direkter Adsorptionsgrad für Nikotin

815	800	826	815
9,6	9,5	9,6	9,5
9,3	8,9	9,4	25,8
8,5	8,1	8,6	24,5
0,60	0,71	0,53	1,34
1,42	1,32	1,40	0,68
70,4	65,1	72,6	33,7

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Tabakrauchfilter, insbesondere Zigarettenfilter, aus einem vliesartigeu Filtermaterial, das aus ϊ zueinander in Wirrlage befindlichen Fasern besteht und in das Partikel eingelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel aus zerriebenem Schaumstoff bestehen und eine Größe aufweisen, die geringer ist als der Porendurchmesser ι ο des verwendeten Schaumstoffes, und daß das vliesartige Filtermaterial in Streifen zerschnitten ist, die so angeordnet sind, daß alle Querschnitte des Tabakrauchfilters die gleiche freie Durchgangsfläche aufweisen.

2. Tabakrauchfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Schaumstoffpartikel zwischen 0,1 und 1,2 mm und die Porengröße des ihnen zugrunde liegenden Schaumstoffes zwischen 0,3 und 1,5 mm liegt

3. Tabakrauchfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Schaumstoffpartikel zwischen 0,3 und 0,7 mm liegt.

4. Tabakrauchfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstoffpartikel dem Vlies in einer Menge von 5 bis 70% des Fasergewichtsanteils zugegeben sind.

5. Tabakrauchfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstoffpartikel dem Vlies in einer Menge von 10 bis 25% des Fasergewichtsanteils zugegeben sind.

6. Tabakrauchfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstoffpartikel im Vlies durch J5 Kunststoffe, deren endgültige Polymerisation erst nach ihrem Auftrag auf das Viies zu Ende geführt worden ist, in ihrer Lage fixiert sind.

7. Tabakrauchfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffe in Mengen zwischen 0,5 und 25% dem mit Schaumstoffpartikeln beladenen Vlies zugesetzt sind.

8. Tabakrauchfilter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffe in Mengen zwischen 5 und 10% den mit Schaumstoffpartikeln beladenen Vlies zugesetzt sind.