DE2234036C3 - Tabakrauchfilter - Google Patents

Description

Es ist seit langem bekannt, daß außer der Partikelphase, dem sogenannten Teer, auch die Gasphase des Zigarettenrauches unerwünschte Bestandteile enthält, die zum Teil auf die Atmungsorgane des Rauchers eine Reizwirkung ausüben und unter anderen auch ciliastatisch wirken können. Beispielsweise handelt es sich dabei um Blausäure, Alkohole, Aldehyde, Ketone und niedere, ungesättigte Verbindungen. Die Retention dieser Verbindungen zu einem gewissen Prozentsatz wurde bisher vor allem durch eine Kammerfüllung aus Aktivkohle oder aus Gemischen mit dem Hauptbestandteil Aktivkohle versucht. Die Kohlenkörnchen haben den eminenten Nachteil, ziemlich unselektiv alle Verbindungen zu absorbieren und damit auch gewisse Verbindungen, die für den Rauchgeschmack von Wichtigkeit sind, zu entfernen. Weiters absorbiert Aktivkohle auch Wasser und macht so den Rauch trocken und kratzig, während sie selbst durch die Wasserschicht an ihrer Oberfläche an Wirksamkeit verliert. Überdies besteht bei allen Filtrationsverfahren, die nur auf dem Prinzip der physikalischen Adsorption beruhen, die Gefahr, daß beim Herannahen der Glutzone einzelne Verbindungen durch die erhöhte Temperatur wieder von der Kornoberfläche desorbiert werden. Auch lagert sich der Rauchteer zum Teil auf den Kohlenkörnchen ab und verklebt und desaktiviert die aktiven Oberflächenzentren.

Daher ist es wirksamer und weniger störungsanfällig, wenn die Filterung ausschließlich oder zumindest teilweise durch eine chemische Reaktion erfolgt. Die Erfindung geht daher von einem teilchenförmigen Tabakrauchfilter aus, bei dem ein Trägermaterial mit einer organischen Verbindung der Zusammensetzung NH(ROH)2 beladen ist, wobei R einen Alkylrest mit zwei oder drei Kohlenstoffatomen bedeutet und das Gewicht der organischen Verbindung zwischen I und 100% des Trockengewichtes des Tragermaterials beträgt.

Ks ist bereits ein derartiger Filter bekanntgeworden (vgl. US-PS )4 29 518). bei dem das Hydroxvalkvlamin zur Retention bedenklicher Gase beispielsweise Diethanolamin sein kann. Um den Übergang der Amine in den Strom des Tabakrauches, der mit gesundheitsschädlichen Nebenwirkungen verbunden wäre, zu verhindern, werden die Amine in Polyol gelöst. Das Polyol selbst übt dabei jedoch keine Filterwirkung aus. Es verringert also bei gegebener Höchstmenge an aufbringbaren organischen Substanzen die Menge des wirksamen Filtermaterials.

Die Erfindung ist hingegen durch die Kombination der Maßnahmen gekennzeichnet, daß das Trägermaterial, das im wesentlichen aus porösen Silikaten mit einer mittleren Korngröße von 0,1 bis 1,0 mm, vorzugsweise 0,5 bis 0,8 mm, besteht, einen auf das Trockengewicht

Η bezogenen Wassergehalt von 20 bis 100%, vorzugsweise von etwa 50%, und eine innere Oberfläche von wenigstens 1 m²/g aufweisL

Die Funktionen des Wassers im erfindungsgemäßen Filter sind vielfach. Einmal verringert es durch Bildung einer Lösung mit dem Hydroxyalkyiamin dessen Flüchtigkeit, die durch Kapillarkondensation der organischen Verbindung auf der vielfach strukturierten Trägeroberfläche ohnehin sehr geling ist, zuverlässig auf einen vernachlässigbaren Wert, da die sekundären

2-, Hydroxyalkylamine nicht wasserdampfflüchtig sind. Weiter besitzt das Wasser selbst ausgeprägte Filterwirkung für alle chemischen Substanzen, die eine gewisse Affinität zum Wasser besitzen, d. h. die in Wasser zu einem gewissen Prozentsatz löslich sind. Diese Feststellung trifft für alle polaren Bestandteile des Tabakrauches zu, bei denen der Alkylrest im Vergleich zu den funktioneilen Gruppen noch relativ kurz ist. Endlich wird der Rauch beim Passieren der Filterzone auf einen gleichmäßigen Feuchtigkeitsgehalt gebracht,

ei was in bezug auf den Geschmack einen wesentlichen Fortschritt gegenüber anderen gasphasenaktiven Filtern darstellt. Es kann also gesagt werden, daß das erfindungsgemäße Filtermedium in äußerst günstiger Weise die Vorteile eines basischen Filters, der selektiv auf alle sauren Bestandteile anspricht, mit denen einer Wasserfiltration, die für alle wasserlöslichen Substanzen geeignet ist, verbindet, wobei die Basizität so bemessen ist, daß der Rauch nicht umgestimmt und in unerwünschter Weise verändert wird, sondern durch die konstante Befeuchtung in seinem Aroma sogar verbessert wird. (Zum Vergleich: bei Zigaretten mit Kohlefilter beträgt der pH-Wert des Rauches 4.6, bei Zigaretten mit erfindungsgemäßen Filter 4.8). Die beiden Komponenten der Beladung, Wasser und Hydrnxyalkylamin, fixieren sich gegenseitig auf dem Trägermaterial, so daß bei normaler Lagerung^die Gefahr einer Verschlechterung der Wirksamkeit Oder einer Inaktivierung nicht gegeben ist. Soweit bisher überhaupt schon die Verwendung von Wasser in Zigarettenfiltern vorgeschlagen worden ist (vgl. DE-AS 12 96 561), so erfolgte dies nicht zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe der Bindung des Hydroxyalkylamins. Es entfällt daher auch umgekehrt der durch die Erfindung erzielte Vorteil einer verstärk-

ho ten Bindung des Wassers an das Trägermaterial durch die Mischung mil dem Amin.

Bei einem Filter nach DE-AS 12 96 561 wäre es auch ausgesprochen unwirtschaftlich, zusätzlich Hydroxyalkylamin aufzubringen. Als Filtermaterial wird dort

ir, nämlich sogenanntes zeolithisches Material verwendet, welches sich dadurch auszeichnet, daß fixiertes und durch Adsorption aktiviertes Wasser in röhrchcnartigcn Poren von definierirr Größe vorliegt. Die im Bereich

von einigen Ä festliegende PorengröQe gibt diesem Material die Fähigkeit, Moleküle je nach ihrer Größe festzuhalten. Es wirkt also wie eine mikroskopische Wasserpfeife, die in der Lage ist, gewisse Substanzgruppen aus dem Rauch auszuwaschen.

Würde auf das mit Wasser getränkte zeolithische Material nach DE-AS 12 96561 Diäthanolamin aufgebracht, so wurden die röhrchenartigen Poren mit einer Flüssigkeiisschicht überdeckt. Daß Diäthanolamin nicht in die Röhrchen eindringt, ergibt sich nämlich aus dem Umstand, daß zeolithisches Material zur Trocknung von solchen Aminen verwendet wird, also in Diäthanolamin schwimmend noch Wasser aufnimmt. Das Aufbringen von Diäthanolamin auf den Filternach DE-AS 12 96 561 würde somit gerade dazu führen, daß dieser seinen typischen Vorteil, nämlich die Fähigkeit, gewisse Substanzgruppen aufgrund ihrer Molekülgröße auszufiltern, verlieren würde.

Die große innere Oberfläche des Trägermaterials, die vorzugsweise 3—6 m²/g beträgt, bewirkt vor allem eine feine Verteilung der reagierenden Stoffe und damit eine hohe Wirksamkeit des eingesetzten Materials. Außerdem erlaubt derartiges Trägermaterial den Einsatz relativ großer Mengen von Wasser und Hydroxyalkylamin, ohne daß das Aussehen des Filters leidet. Am besten bewährt hat sich das Trägermaterial, das im wesentlichen aus porösen Silikaten mit einer mittleren Korngröße von 0,5 bis 0,8 mm besteht.

Die Erfindung wird durch folgendes Beispiel verdeutlicht: 1,013 g frischdestilliertes Diäthanolamin (S.P. I62°C bei 16 Torr) wurden in 100 ml destilliertem Wasser gelöst und hierauf 10,13 g Trägermaterial der Korngröße 0,5/0,8 mm zugegeben und in einem Rotationsverdampfer bis zur beginnenden Rieselfähigkeit getrocknet. Dann wurde unter ständiger Gewichtskontrolle der Feuchtigkeitsgehalt auf 50% Wasser, bezogen auf das Trockengewicht des Trägers, gebracht.

in Als Testzigaretten wurden handelsübliche Kohlenfilterzigaretten, die aber anstelle der Kohle eine Kammerfüllung aus dem eben beschriebenen Material besitzen, verwendet.
Die Wirksamkeit dieser Anordnung bezüglich selektiver Retention bedenklicher Verbindungen, wie sie in der Gasphase des Tabakrauches anzutreffen sind, wurde durch eine gaschromatographische Vergleichsanalyse von Kohlefilterzigaretten und Zigaretten mit der eben beschriebenen Kammerfüllung bewiesen. Von jeweils sieben Zügen einer Zigarette, die auf einer Labormaschine nach standardisierten Bedingungen (Zug ä 35 ml in 2 Sekunden, 58 Sekunden Pause) abgeraucht wurden, wurden die Komponenten gaschromatographisch bestimmt. Die Filterwirksamkeit hinsichtlich einiger Verbindungen der Gasphase, die auf diese Weise ermittelt wurde, wird id nachfolgender Tabelle gezeigt, wobei gleichzeitig die Wasserlöslichkeit einzelner Verbindungen angeführt wird.

Verbindung	Wasserlöslichkeit	Relative Filterwirksamkeit in %	Aktivkohle	Kammer mit
	g/100? Wasser, 200C	leere Kammer Kammer mit		erfindungsgem.
			74	Filter
			84	78
Blausäure	mischbar	0	47	77
Propionaldehyd	20	0	93	1K
Acrolein	26,7	0	72	94
Aceton	mischbar	0	89	83
Äthanol	mischbar	0	83	96
Methyläthylkcton	29,2	0	88	79
Diäthylketon	4,6	0	90	79
Crotonaldehyd	leicht lösbar	0	89	53
Toluol	0,05	0	90	24
Äthylbenzol	schwer löslich	0	90	29
! P-XyIoI	schwer löslich	0	88	27
; m-XyloI	schwer löslich	0	88	23
o-Xylol	schwer löslich	0	82	23
Styrol	schwer löslich	0		30
Limonen	unlöslich	0

Anhand der Tabelle ersieht man genau, wie die Filterwirksamkeit bei den für den Rauchgeschmack wichtigen Bestandteilen der Gasphase im gewünschten Maße abnimmt.

Der Übergang des HydroxyälkyläminS in die Gasphase wurde in einem gesonderten Versuch gelestet: 3,034 g eines auf die beschriebene Art präparierten Filtermaterials wurde in eine Glasrohre eingefüllt und bildet dort einen Zylinder von 67 mm Länge und 9 mm Durchmesser. Diese Menge entspricht ungefähr der Füllung von JO Zigaretten. Über diese Anordnung wurden 3.5 Liier Luft in der Weise gesaugt.

daß wie bei den standardisierten Abrauchbedingungen jede Minute ein Zug (2 Sekunden Dauer, 35 ml Volumen) gemacht wurde. Diese Luft wurde über eine Kühlflamme geleitet, die mit Trockeneis/Aceton beschickt war. Nach Beendigung wurde die Kühlfalle ausgespült und die resultierende Lösung gaschromatographisch auf Diäthanolamin untersucht. Obwohl bei dieser Versuchsanordnung ein Vielfaches an Abdampfeffekt auftreten müßte, konnte mit der gewählten Analysenmethods, die 0,1 Mikrognimm Diäthynolamin noch nachweisen läßt, nichts gefunden werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Tabakrauchfilter, bei dem ein teilchenförmiges Trägermaterial mit einer organischen Verbindung der Zusammensetzung NH (ROH)i beladen ist, wobei R einen Alkylrest mit zwei oder drei Kohlenstoffatomen bedeutet und das Gewicht der organischen Verbindung zwischen 1 und 100% des Trockengewichtes des Trägermaterials beträgt, gekennzeichnet durch die Kombination der Maßnahmen, daß das Trägermaterial, das im wesentlichen aus porösen Silikaten mit einer mittleren Korngröße von 0,1 bis 1,0 mm, vorzugsweise 0,5 bis 0,8 mm, besteht, einen auf das Trockengewicht bezogenen Wassergehalt von 20 bis 100%, vorzugsweise von etwa 50%, und eine innere Oberfläche von wenigstens 1 m²/g aufweist.

2. Tabakrauchfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 50—200 mg, vorzugsweise 70-100 mg, des beladenen Trägermaterials in der Kammer eines an sich bekannten Dreifachfilters angeordnet sind.