DE2806559A1

DE2806559A1 - Filter fuer raucherwaren, insbesondere zigaretten

Info

Publication number: DE2806559A1
Application number: DE19782806559
Authority: DE
Inventors: Serge Dr Neukomm
Original assignee: Sasmoco SA
Current assignee: Sasmoco SA
Priority date: 1977-02-21
Filing date: 1978-02-16
Publication date: 1978-08-31
Also published as: GB1560468A; ATA113578A; FR2380747A1; CH608177A5; CA1094905A; AT363840B; US4201234A; FR2380747B3

Description

Sasmoco S.A. , Lenzerheide (Schweiz)

Filter für Raucherwaren, insbesondere Zigaretten

SA-1170-a-DE

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf

Filter. Insbesondere betrifft sie ein neues und verbessertes Filter für Raucherwaren, welches eine stark verbesserte Filterwirkung gewährleistet.

Tabakrauch besteht im wesentlichen aus zwei Phasen: einer gasförmigen Phase und einer teilchenförmigen Phase in Form eines Aerosols. Jede Phase enthält wiederum eine grosse Anzahl schädlicher Substanzen, und aus diesem Grunde wurden bereits zahlreiche FiItersysteme entwickelt, welche die Aufgabe haben, die schädlichen Substanzen aus einer oder beiden Phasen zu eliminieren oder sie zumindest darin zu vermindern. Bestimmte Filter können mehr oder weniger spezifisch und selektiv den Gehalt dieser Phasen an bestimmten wohl-definierten Substanzen vermindern, wie es in der schweizerischen Patentanmeldung Nr. 1201/75, eingereicht am 29·9-1975 von Dr. Serge Neukomm, beschrieben ist, oder wie es bereits beispielsweise in der Bundesdeutschen Patentschrift Nr. 1767024 (F.J. Burrus & Cie) vorgeschlagen wurde.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Entwicklung eines neuartigen Filters für Raucherwaren, insbesondere Zigaretten, vom Typus der an sich bereits bekannten Hohlraum filter, welches einen Hohlraum aufweist, der durch zwei im wesentlichen zylindrische Filterenden aus Fasermaterial begrenzt ist, die sich längs des Filters im Abstand befinden und wobei der gebildete Hohlraum ein Filtermaterial in Teilchenform enthält. Das neue Filter sollte in der Lage sein, eine bedeutend höhere Kapazität der Ausfilterung schädlicher Bestandteile aus dem Tabakrauch zu bewirken.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung war ein Filter der oben beschriebenen Art, welches sehr einfach ist und sich sehr

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preisgünstig herstellen lässt.

Eine weitere Erfindungsaufgabe war ein Filter der oben beschriebenen Art, das die erhöhte Filterwirkung ausübt, ohne dass das teilchenförmige Filtermaterial zuvor einer besonderen Behandlung unterworfen werden muss.

Diese Aufgaben werden gemäss Erfindung durch ein Filter gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das teilchenförmige Filtermaterial aus zwei physikalischen Kornfraktionen besteht, und dass der mittlere Durchmesser der Teilchen der ersten Kornfraktion 20 bis 50 mal grosser als der mittlere Durchmesser der zweiten Kornfraktion ist.

Erfindungsgemässwurde gefunden, dass man die

Wirksamkeit eines Hohlraumfilters gegenüber der teilchenförmigen Phase des Rauches dadurch beträchtlich steigern kann, dass man in den Hohlraum des Filters ein Gemisch aus Teilchen einbringt, das aus wechselnden Mengenverhältnissen mindestens zweier Kornfraktionen besteht, nämlich

a) einer Fraktion von Körnern mit einem relativ grossen mittleren Durchmesser und

b) einer Fraktion von Körnchen mit einem relativ kleinen mittleren Durchmesser.

Der Begriff "mittlerer Durchmesser", bezogen auf die Körnchen jeder der beiden Fraktionen, bezieht sich auf die grösste Querausdehnung, deren Vorkommen in der betreffenden Fraktion am häufigsten ist, wobei Teilchen einer Probe der jeweiligen Fraktion untersucht werden, die statistisch entnommen wurde, und wobei man die Querausdehnungen (Durchmesser) durch Direktmessung unter dem Mikroskop bestimmt. Im allgemeinen

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entspricht die Größenverteilung der Teilchen der Fraktion nach ihrem Durchmesser mindestens angenähert der bekannten statistischen Verteilung nach Gauss.

Die Form der Körnchen in den beiden Fraktionen ist nicht kritisch.Bevorzugt verwendet man jedoch Körnchen mit unregelmässiger Gestalt, die Unebenheiten aufweisen. Dem Fachmann ist bekannt, dass solche Körnchen im allgemeinen eine verbesserte Filterwirkung aufweisen, d.h. eine verbeeserte Adsorption und/oder Absorption.

Der chemische Stoff, aus dem die Körnchen bestehen, ist ebenfalls unkritisch; man kann sämtliche teilchenförmigen Stoffe verwenden, die für diesen Zweck bereits vorgeschlagen wurden. Beispiele für solche Stoffe, die die Erfindung jedoch nicht einschränken, sind die folgenden: Aktivkohle, Kieselgel, Siliciumdioxid, Tonerde, Kaolin, Bentonit, Magnesiumsilikat usw. Weiterhin kommen organische Stoffe, die natürlicher oder synthetischer Herkunft sein können, in Frage, wie Körnchen aus Zellulose, Zelluloseacetat, Carboxymethylzellulose, Methylzellulose, Benzylzellulose, Agar-Agar, Hämoglobinpulver, Stärke, Weizenmehl, Maismehl sowie synthetische Polymere wie Polyvinylpyrrolidon, Nylon, Polystyrol usw.

Der Begriff "physikalische Fraktion" beschreibt eine Fraktion von Körnchen, die lediglich nach ihrer Grosse klassiert sind, ohne dass irgendwelche chemische Eigenschaften in Betracht gezogen sind, wie es weiter unten beschrieben wird.

Die zwei Filterenden, zwischen denen sich der die Körnchen enthaltende Hohlraum befindet, sind Elemente, die dem Fachmann bekannt sind. Diese Filterenden bestehen aus Fasern,

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die gegebenenfalls·vorbehandelt sind und die im allgemeinen in Längsrichtung des Filters angeordnet sind. Diese Fasern bestehen im allgemeinen aus Zellulose, aus Zellulosederivaten wie Zelluloseacetat oder aus anderen natürlichen oder synthetischen faserbildenden Polymeren. Die Länge dieser Filterenden bewegt sich zwischen 3 und 10 mm und beträgt im allgemeinen ungefähr 5 mm. Die gleichen Dimensionen gelten auch für den Hohlraum. Der Durchmesser der beiden Filterenden und des Hohlraumes entspricht demjenigen der Raucherware, d.h. für eine Zigarette 7 bis 10 mm, im allgemeinen ungefähr 8 mm. Es soll noch darauf hingewiesen werden, dass die Filterenden handelsüblich sind.

Der Begriff "enthaltend ein teilchenförmiges

Filtermaterial" in Verbindung mit dem Hohlraum bedeutet, dass die Teilchen das einzige Füllmaterial des Hohlraumes sein können, oder dass der Hohlraum auch noch andere Stoffe oder Körper enthalten kann, wie es weiter unten erklärt ist.

In der Zeichnung ist als Beispiel ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen Filters dargestellt. Die Zigarette 10 ist mit Tabak 11 gefüllt, der durch die Zigarettenhülle 17 aus Papier zusammengehalten wird. Das Filter 20 besteht aus einem ersten faserigen Filterende 12, einem Hohlraum 16 und einem zweiten faserigen Filterende 15 (Mundstück). Der Hohlraum 16 ist mit Teilchen 13 mit einem relativ grossen mittleren Durchmesser und mit Teilchen 14 mit einem relativ kleinen mittleren Durchmesser gefüllt.

Die Kornfraktion mit grossem mittleren Durchmesser, d.h. die erste Fraktion, besteht aus Teilchen, deren Durchmesser, d.h. die grösste Querausdehnung, zwischen 0,2 und 1,2 mm schwanken kann, vorzugsweise zwischen 0,6 und 1,0 mm, während

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die Fraktion mit Körnern von kleinem mittleren Durchmesser aus Teilchen mit einem Durchmesser von 0,006 bis 0,040 mm besteht, vorzugsweise 0,010 bis 0,030 mm. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis zwischen den beiden Durchmesserklassen (nach ihrer Mittelung nach Häufigkeit) 50:1 bis 20:1 (grosser Durchmesser: kleiner Durchmesser).

Die beiden Kornfraktionen können aus dem gleichen chemischen Stoff bestehen, oder sie können eine unterschiedliche Zusammensetzung haben, d.h. jede Fraktion kann eine Gemisch aus Teilchen unterschiedlicher chemischer Natur sein, und die Teilchen haben vorzugsweise eine unterschiedliche Zusammenseztung, damit man bestimmte spezifische Filtereffekte an den einzelnen Phasen des Tabakrauches erzielt. Es ist weiterhin möglich, dass die Fraktion aus Körnern von grossem mittleren Durchmesser ein Gemisch aus Körnchen mit verschiedener chemischer Zusammensetzung ist, was auch für die zweite Kornfraktion gilt.

Was die Mengenverhältnisse anbetrifft, so liegt erfindungsgemäss das Gemisch der beiden Kornfraktionen, nämlich der ersten Fraktion mit grossem mittleren Durchmesser und der anderen Fraktion mit kleinem mittleren Durchmesser, in einer beliebigen Zusammensetzung vor. Vorzugsweise wählt man jedoch zwei Volumteile der ersten Fraktion auf ein Volumteil der zweiten Fraktion.

Dieses Volumenverhältnis ist wichtig. Es ist ein Mass für die Fähigkeit der Teilchen der zweiten Fraktion, die einen kleinen mittleren Durchmesser haben, in den freien Räumen zwischen den Teilchen der ersten Fraktion umlaufen zu können. Ohne sich durch eine Theorie binden zu wollen, nimmt die Anmelderin an, dass die erhöhte Filterwirkung des erfindungsgemässen Filters mindestens teilweise auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass die Teilchen mit kleinem mittleren Durchmesser mehr

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oder weniger frei in den genannten Zwischenräumen unter der Wirkung des hindurchgezogenen Rauches zirkulieren können und dem Rauch demgemäss stets neue aktive Flächen zuwenden können. Das erfindungsgemässe Filter scheint daher eher ein dynamisches als ein statisches Filter zu sein.

Das genannte Volumenverhältnis wird demgemäss

zweckmässig so gewählt, dass die freien Zwischenräume zwischen den Teilchen mit grossem mittleren Durchmesser nicht vollständig gefüllt werden. Dieses Volumenverhältnis zwischen grossen Teilchen und kleinen Teilchen beträgt mindestens 2:1 und kann Werte bis zu 10:1 erreichen. Im allgemeinen wählt man Verhältnisse zwischen 4:1 und 5:1· Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Filters beträgt das genannte Verhältnis ungefähr 2:1.

Das genannte Volumenverhältnis wird zweckmässig weiterhin unter Berücksichtigung der mittleren Durchmesser der beiden Kornfraktionen gewählt. Das Volumenverhältnis der beiden Fraktionen kann sich dem kritischen Wert von 2:1 nähern und ihn sogar erreichen, wenn das Verhältnis der zwei verschiedenen mittleren Durchmesser sich dem Grenzwert von 50:1 nähert.

Die bieden Kategorien der beschriebenen Teilchen können das einzige Füllmaterial des Filterhohlraumes sein, und in diesem Falle können die kleinen Teilchen in den freien Räumen zwischen den grösseren Teilchen mehr oder weniger frei umlaufen, wie es bereits erklärt wurde. Es ist jedoch auch möglich, die Teilchen im Hohlraum mittels einer porösen Matrix in ihrer Lage festzuhalten, damit die Teilchen mit kleinem mittleren Durchmesser durch den Rauch nicht gegen die Innenfläche des Mundstückfilters fortgetragen werden, wo sie die Poren dieses Filterendes verstopfen könnten. Dies trifft besonders

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dann zu, wenn der mittlere Durchmesser der zweiten Fraktion sehr klein gewählt wurde. Die Matrix kann aus Watte, einem Schaumstoff, aus Fasern, einer Folie usw. bestehen. Sie kann in bestimmten Fällen und zweckmässig auch dadurch gebildet werden, dass man die Teilchen mit grossem mittleren Durchmesser miteinander agglomeriert. Auch dann ist ein gewisser Umlauf bzw. eine gewisse Bewegung der Teilchen mit kleinem mittleren Durchmesser unter der Einwirkung des Rauches gegeben.

Die chemische Zusammensetzung uns die Struktur der faserigen Filterenden kann für das Filterende, welches am Tabak anliegt, beliebig gewählt werden. Andererseits sollte das Mundstück- Filterende so gewählt werden, dass auf Grund seiner Struktur und der Poren die kleinen Teilchen der zweiten Fraktion auf einer Strecke zurückgehalten werden, die 5 mm, bevorzugt 3 mm, nicht übersteigt. Diese Bedingung.ist derzeit leicht zu erfüllen, beispielsweise durch die einfachen Filter aus Zelluloseacetat, die laufend hergestellt und gehand elt werd en.

Die Erfindung soll durch die folgenden Beispiele näher erläutert werden.

Beispiel 1

Ein Hohlraumfilter, dessen Tabak- Filterende aus gewöhnlicher Zellulose besteht (unter der Bezeichnung DICO von der Firma Baumgartner AG, Lausanne, Schweiz, vertrieben) mit einer Länge von 5 mm, sowie aus einem Mundstück- Filterende aus Zelluloseacetatfasern, Länge 5 mm, Durchmesser 8 mm, wird mechanisch an Zigaretten befestigt, die zwei verschiedene Mischungen aus Maryland- Tabak enthalten. Die beiden Filterenden sind durch einen Hohlraum von 5 mm Länge getrennt, welcher

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einmal lediglich Aktivkohle mit einem mittleren Korndurchmesser von 1 mm (Extremwerte 0,6 und 1,8 mm), und zum anderen Hämoglobinpulver, wie es zur Herstellung mikrobiologischer Kulturen verwendet wird und handelsüblich ist, im Gemisch mit der gleichen Aktivkohle enthält. Das Hämoglobinpulver hat eine mittlere Teilchengrösse von 0,020 mm (Extremwerte 0,002 und 0,050 mm), und das Volumenverhältnis Aktivkohle: Hämoglobinpulver beträgt 2:1. Die mittlere länge der Zigaretten ist 78 mm, die mittlere länge des Filters 17 mm und die mittlere Länge der Tabaksäule 63 mm. Diese Zigaretten werden in einer automatischen Zigarettenrauchmaschxne geprüft, wobei die Länge der Kippe .23 mm und die Länge des verbrannten Tabaks 55 nun beträgt. Die Herstellung, Probenahme und das automatische Rauchen werden nach den Normen CORESTA (Comite european de recherche et de standardisation sur la fumee de tabac, Paris, Frankreich) ausgeführt; die verwendete automatische Maschine war vom offenen Typ mit elektrostatischer Falle.' In der folgenden Tabelle werden die Vergleichsresultate der Analyse des wasserfreien Teers υϊχά des Nikotins angegeben. Die wiedergegebenen Werte sind Mittelwerte, die auf der Verwendung von 400 Zigaretten beruhen. Diese Information gilt auch für die folgenden Beispiele.

In der folgenden Tabelle bezeichnet A eine erste Mischung aμs Maryland-Tabak und B eine zweite Tabakmischung.

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Maryland-Tabak

Mittleres Gewicht wasserfreier Nikotin der Zigarette (g) Teer (mg) (mg)

A 1 Aktivkohlefilter
(Vergleich)

A 2 Aktivkohle + Hämoglobin (2/1 Vol.) (Erfindung)

1,065

1,070

15,5

5,34

1,09

0,30

B 1 nur mit Aktiv- 0,986 kohlefilter (Vergleich)

B 2 mit Filter Aktiv- 1,038 kohle + Hämoglobin (2/1 Vol.) (Erfindung)

14,57

1,36

1,11

0,06

Beispiel 2

Hohlraumfilter mit den gleichen physikochemischen Eigenschaften wie denjenigen des Beispiels 1, jedoch an Zigaretten angebracht, die mit zwei unterschiedlichen Mischungen A und B von "American blend" -Tabak gefüllt sind und die gleichen Dimensionen wie vorstehend haben, werden unter den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen untersucht, wobei die Zigaretten wie beschrieben automatisch geraucht werden. Man erhält die folgenden Ergebnisse:

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"American blend"-Tabak Mittleres Gewicht wasserfreier Nikotin

der Zigarette (g) Teer (mg) (mg)

A 1 Aktivkohle-• filter
(Vergleich) 1,154 19,50 1,23

A 2 Aktivkohle +
Hämoglobin
(2/1 vol.)
(Erfindung) 1,152 5,11 0,18

B 1 nur mit Aktivkohlefilter
(Vergleich) 1,045 15,17 1,02

B 2 mit Filter Aktivkohle + Hämoglobin

(2/1 vol.) 1,091 3,88 0,14

(Erfindung)

Beispiel 3

Ein Hohlraumfilter wie in Beispiel 1, jedoch mit

einem Filterende aus gewöhnlicher Zellulose von 6 mm Länge, einem Hohlraum von 6 mm Länge und einem Mundstück aus Zelluloseacetat von 8 mm Länge, wobei der Hohlraum die nachstehend genannten Teilchenmischungen enthält, wurde wie in Beispiel 1 angegeben untersucht. Die erste Füllung bestand aus einem Gemisch aus Hämoglobinpulver (mittlerer Durchmesser 0,020) mm mit Aktivkohlekörnern (mittlerer Durchmesser 0,625 mm), ein Volumteil Pulver auf 3 Volumteile Kohle. Die zweite Füllung bestand aus einem Gemisch aus Agar-Agar-Pulver, mittlerer Durchmesser 0,027 mm, mit Aktivkohlekörnern, mittlerer Durchmesser 0,625 mm, im oben genannten Volumverhältnis. Die dritte Füllung bestand aus relativ

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groben Magnesiumsilicatkörnern und Aktivkohlekörnern mit einem mittleren Durchmesser von 0,625 mm in gleichen Volumenteilen. Diese letztgenannte Füllung entspricht einem bekannten und vielbenutzten Filter. Jedes Filter ist an einer Zigarette mit Maryland-Tabak befestigt, mittleres Gewicht der Zigarette 1,07 g, Gesamtlänge der Zigarette im Mittel 78 mm. Die Zigaretten werden nach Standardmethoden geraucht, und die Menge des Teerkondensats nach dem Rauchen ist die folgende, gemittelt über 400 Zigaretten:

Zigaretten mit Filteraktivkohle +

Hämoglobin (Erfindung) 3,5 mg/Zigarette

Zigaretten + Filteraktivkohle/Agar-Agar (Erfindung) 5,8 mg/Zigarette

Zigarette mit Filteraktivkohle/

Magnesiumsilicat (Vergleich) 11,7 mg/Zigarette

Beispiel 4

Von Zigaretten "Players No. 6", hergestellt in der Schweiz, wurde das ursprüngliche Filter entfernt. 400 solcher Zigaretten wurden in einer Zxgarettenrauchmaschine geraucht. Eine zweite Menge von 400 Zigaretten wurde mit dem besten zur Zeit am Markt befindlichen Filter, nämlich dem Filter "Select X 4", versehen. Schliesslich wurde eine letzte Menge von 400 Zigaretten mit einem erfindungsgemässen Filter versehen, siehe Beispiel 3» welches im Hohlraum Aktivkohlekörner (mittlerer Durchmesser 0,5 ßim) und Agar-Agar-Teilchen (mittlerer Durchmesser 0,025 mm, zwischen den Grenzwerten von 0,020 und 0,030 mm), mit dem Volumenverhältnis Kohle: Agar-Agar =5:1 enthielt.

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Sämtliche Zigaretten wurden unter identischen und streng normalisierten Bedingungen geraucht, und das Kondensat an Teer nach dem Rauchen ist folgendes:

mg Kondensat pro

1) Zigaretten ohne Filter Zigarette

(Vergleich) 22,9

2) Zigaretten mit Filter

"Select X 4" 15,7

3) Zigaretten mit erfindungsgemässen Filter 11,7

Sämtliche Beispiele zeigen in klarer Weise die überraschende stark verbesserte Filterwirkung eines erfindungsgemässen Filters.

Das erfindungsgemässe Filter kann an jede Raucherware angebracht werden, beispielsweise Zigarren, Zigaretten, Zigarillos und Pfeifen usw. Seine Verwendung an Zigaretten ist jedoch bevorzugt.

Die Erfindung ist auf die in den Beispielen beschriebenen Ausführungsformen nicht beschränkt. Sie umfasst vielmehr im Rahmen des Beanspruchten sämtliche Abänderungen, die dem Fachmann geläufig sind.

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Claims

PATENTANSPRUECHE

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(IJ Filter für Raucherwaren, insbesondere Zigaretten,

mit einem Hohlraum, der durch zwei im wesentlichen zylindrische PiIterStückchen aus Pasermaterial begrenzt ist, welche im Abstand längs des Filters angeordnet sind und wobei sich im Hohlraum eine teilchenförmige FiItersubstanz befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die teilchenförmige FiItersubstanz aus zwei physikalischen Kornfraktionen besteht, und dass der mittlere Durchmesser der Körnchen der ersten Kornfraktion 20 bis 50 mal grosser ist als der mittlere Durchmesser der zweiten Kornfraktion.
2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Körnchen der ersten Fraktion einen mittleren Durchmesser im Bereich von 0,2 bis 1,2 mm und die Körnchen der zweiten Fraktion einen mittleren Durchmesser im Bereich von 0,006 bis 0,040 mm aufweisen.
3. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Körnchen der ersten Fraktion einen mittleren Durchmesser im Gebiet von 0,6 bis 1,0 mm und die Körnchen der zweiten Fraktion einen mittleren Durchmesser im Bereich von 0,010 bis 0,030 mm aufweisen.
4. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenverhältnis der ersten Kornfraktion zur zweiten Kornfraktion mindestens 2:1 beträgt.
5. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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dass die Körnchen der ersten Fraktion eine chemische Zusammensetzung haben, die derjenigen der Körnchen der zweiten Fraktion gleich oder ähnlich ist.
6. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Körnchen der ersten Fraktion eine chemische Zusammensetzung haben, die von derjenigen der Körnchen der zweiten Fraktion unterschiedlich ist.
7· Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kornfraktion ein Gemisch aus Teilchen mit unterschiedlicher chemischer Natur ist, wobei diese Teilchen anorganischer oder organischer, synthetischer oder natürlicher Herkunft sind.
8. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kornfraktion ein Gemisch aus Teilchen mit unterschiedlicher chemischer Natur ist, wobei die Teilchen anorganischer, organischer, synthetischer oder natürlicher Herkunft sind.
9- Filter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mundstück des Filters so ausgebildet ist, dass es im Inneren des Hohlraumes über eine Strecke von 3 bis 5 mm die kleinsten Körnchen der zweiten Kornfraktion zurückhält.
10. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen mittels einer porösen Matrix, die sich im Inneren des Hohlraums befindet, in ihrer Lage festgehalten sind.

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