DE3635958A1 - Ventiliertes zigarettenfilter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ventilierte Filter für Ziga­ retten und schafft ein solches Filter, welches in Längsrichtung fluchtende Kernkomponenten enthält, von denen eine erste luftdurch­ lässig ist und einen relativ hohen Druckabfall in Längsrichtung des Filters erzeugt, in Radialrichtung des Filters jedoch im wesentlichen luftundurchlässig ist, während eine zweite luftdurchlässig ist und in Längsrichtung des Filters einen relativ niedrigen Druckabfall erzeugt, und mit einer gemeinsamen, vollständigen oder teilweisen Umhüllung, die sich längs der Kernkomponenten und um oder teilweise um diese herum erstreckt sowie eine Ventilation des Filters in einem Bereich gewährleistet, der sich in Längsrichtung in einem Abstand von der ersten Kernkomponente befindet. Die erste und die zweite Kernkomponente können aneinander anstoßen oder in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordnet sein und die Ventilation kann z.B. radial in eine radial luftdurchlässige zweite Komponente und/oder in einen Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten Kernkomponente erfolgen. Die Umhüllung kann eine vollstän­ dige Umhüllung aus porösem oder perforiertem Material sein, die eine über ihre Länge im wesentlichen gleichmäßige Luftdurchläs­ sigkeit aufweist. Sie kann stattdessen auch eine teilweise Umhüllung sein, welche einen oder mehrere Streifen enthält, die sich jeweils nur zum Teil um den Filterkern herum erstrecken und zwischen den longitudinalen Streifenrändern Zwischenräume frei lassen, die in Längsrichtung des Filters verlaufen und in die eine freie Ventilation stattfinden kann.

Die erste Kernkomponente ist vorzugsweise über ihren ganzen Querschnitt in Radialrichtung undurchlässig. Sie ist vorzugsweise ein einheitlicher Körper, mit Ausnahme einer etwaigen äußeren Umhüllung, die einen Teil von ihr bilden kann. Sie ist vorzugswei­ se über ihren ganzen Querschnitt im wesentlichen gleichförmig. Sie nimmt vorzugsweise den ganzen Filterquerschnitt (mit Ausnahme des von der gemeinsamen oder teilweisen Umhüllung eingenommenen Teiles) voll und ununterbrochen ein. Die erste Kernkomponente enthält daher zweckmäßigerweise einen einstückigen, im wesentlichen gleichförmigen Stopfen kreisförmigen Querschnitts, der seine eigene Umhüllung enthalten kann.

In einer Filterzigarette ist das Filter gemäß der Erfindung normalerweise so angeordnet, daß die Kernkomponente hohen Druckab­ falles zum Tabakstab hinweist und die Ventilation in das Filter stromabwärts von der Komponente hohen Druckabfalles zum Mundende hin stattfindet. Das Filter ist normalerweise in eine Filterzigaret­ te mittels einer ventilierten Spitzenumhüllung eingefügt, welche gewöhnlich Ventilationsperforationen stromabwärts der Kernkomponen­ te hohen Druckabfalles aufweisen wird. Die ventilierte Spitzenum­ hüllung kann die oben erwähnte gemeinsame Umhüllung für die erste und die zweite Kernkomponente sein, häufiger werden diese Kernkomponenten jedoch mit der gemeinsamen Umhüllung zu einer Untereinheit vereinigt werden und diese Untereinheit wird dann später mittels der ventilierten Spitzenumhüllung in eine Filterzi­ garette eingefügt. Die Untereinheiten werden vorzugsweise in Form eines fortlaufenden Stabes hergestellt, der dann in Stücke vorgegebener Länger zerschnitten wird; diese vorgegebene Länge wird gewöhnlich ein Mehrfaches der Länge der letztlichen einzel­ nen Filter betragen; bei der Herstellung von Filterzigaretten wird normalerweise ein Stab mit doppelter Filterlänge in Längsrich­ tung fluchtend zwischen zwei Tabakstäbchen angeordnet und mit diesen durch eine Spitzenumhüllung doppelter Länger verbunden und die erhaltene Anordnung wird dann in der Mitte zerschnitten, wobei man zwei Filterzigaretten erhält.

Für die Kernkomponente hohen Druckabfalls, d.h. hohen Strömungs­ widerstandes, sind die verschiedensten Strukturen und Materialien möglich. Es wird derzeit bevorzugt, eine Kunststoffolie zu verwenden, welche im wesentlichen ohne Faserung in Längsrichtung gewellt ist, so daß sie luftundurchlässig bleibt, und die in seitlicher Richtung unter Bildung eines Filterstopfens zusammen­ gefaßt ist, der in Längsrichtung längs der Wellungen durchlässig, radial jedoch im wesentlichen undurchlässig ist. Die zusammengefaß­ te gewellte Folie kann mit sich selbst verbunden werden, um einen selbsttragenden und formstabilen Stab oder Stopfen zu bilden, es ist jedoch üblicher, sie durch eine Umhüllung in ihrer Stabform zu halten. Die Kunststoffolie kann zweckmäßiger­ weise aus Polyethylen bestehen.

Die Kernkomponente mit dem niedrigen Druckabfall, d.h. kleinen Strömungswiderstand, kann konventionell ausgebildet sein, z.B. aus einem zusammengefaßten Zelluloseacetatfaserkabel oder aus zusammengefaßtem porösen Kreppapier bestehen. Sie bildet vorzugsweise einen einheitlichen Körper. Sie kann in Radialrichtung luftdurchlässig sein. Sie ist vorzugsweise über ihren ganzen Querschnitt im wesentlichen gleichförmig. Sie kann den ganzen Querschnitt des Filters (mit Ausnahme des von einer etwaigen Umhüllung eingenommenen Teiles) voll und ununterbrochen einnehmen. Die zweite Kernkomponente enthält daher zweckmäßigerweise einen einheitlichen oder einstückigen, im wesentlichen gleichförmigen Stopfen kreisförmigen Querschnitts.

Sowohl die erste als auch die zweite Kernkomponente sowie das Filter als Ganzes weisen vorzugsweise eine von Natur aus niedrige mechanische Rückhaltung auf. Insbesondere ist bei den erfindungs­ gemäßen Filtern und Filterzigaretten die prozentuale Luftverdün­ nung über das Filter vorzugsweise größer als die prozentuale "nichtventilierte" oder "geschlossene" Teerrückhaltung des Filters, d.h. die, welche für ein äquivalentes Filter oder eine Filterzigarette bei Verhinderung der Luftverdünnung über das Filter gemessen wird. Die prozentuale Luftverdünnung bedeutet hier den prozentualen Anteil des Volumens der über das Filter zugeführten Ventilationsluft in der gesamten, vom Filter abgegebe­ nen Mischung; eine 50%ige Ventilation oder Luftverdünnung bedeutet daher, daß das Volumenverhältnis von zugesetzter Luft zum ursprüng­ lichen Rauch in jedem Zug 50/50 beträgt und eine Luftverdünnung von 40% bedeutet ein Verhältnis von 40/60 usw.

Die Erfindung basiert auf den Eigenschaften der ersten und der zweiten Kernkomponente in Bezug aufeinander (in Kombination mit dem Ausmaß und dem Ort der Ventilation) und nicht auf den Absolutwerten der Eigenschaften jeder Komponente. Während es für ein erfindungsgemäß arbeitendes Filter zwar keineswegs notwendig ist, wird die erste Kernkomponente im allgemeinen einen geschlossenen oder inneren Druckabfall (d.h. einen bei unterbundener Ventilation gemessenen Druckabfall) von mehr als 490 kPa (50 mm Ws) und die zweite Kernkomponente wird einen inneren Druckabfall von weniger als 490 kPa (50 mm Ws) aufweisen. Für eine erste Kernkomponente vorgegebenen Typs (vorgegebener Zusammensetzung, Struktur, Packungsdichte usw.) wird der geschlos­ sene Druckabfall proportional zur Länge sein, was auch für die zweite Kernkomponente gilt; die geschlossenen Druckabfälle der beiden Komponenten werden sich im wesentlichen addieren, so daß sich ein gewünschter geschlossener Druckabfall für das Filter leicht erhalten läßt. Für eine zweite Kernkomponente in Form eines konventionellen Filterstopfens (z. B. eines zusammen­ gefaßten Zelluloseacetatkabels) ändert sich die geschlossene Teerrückhaltung gewöhnlich im wesentlichen linear mit dem geschlos­ senen Druckabfall, und zwar mit einem Verhältnis, das größer als 1 ist, und im allgemeinen wird eine geschlossene Teerrück­ haltung von weniger als 30% bevorzugt.

Bei der ersten Kernkomponente hängt die geschlossene Teerrückhal­ tung vorzugsweise wesentlich weniger vom geschlossenen Druckabfall ab und gewöhnlich wird eine geschlossene Teerrückhaltung von weniger als 20% bevorzugt. Die geschlossene Teerrückhaltung des Filters ist vorzugsweise kleiner als 40%.

Mit dem Filter gemäß der Erfindung lassen sich die gewöhnlich unvereinbaren Ziele erreichen, einerseits einen sehr hohen Grad an Luftverdünnung (z. B. 50 oder 60% und mehr) zu gewähr­ leisten, so daß sich eine gute Herabsetzung des CO ergibt, ohne daß andererseits der Geschmack und der Druckabfall der Filterzigarette auf unannehmbar niedrige Werte herabgesetzt wird. Dies ist auch schon bei verschiedenen bekannten Filterstruk­ turen angestrebt worden. Mit dem Filter gemäß der Erfindung lassen sich diese Ziele durch die Verwendung einer stromaufwär­ tigen Kernkomponente sehr hohen Druckabfalles und niedriger Rückhaltung in Kombination mit einer stromabwärtigen Kernkompo­ nente niedrigen Druckabfalles und niedriger Rückhaltung mit hoher Luftverdünnung stromabwärts von der Komponente hohen Druckabfalles besser realisieren als bisher; das verbesserte Verhalten läßt sich mit einem Filter erreichen, das einen im wesentlichen gleichförmigen Querschnitt ohne Implantate oder Kapillarröhren usw. hat, die beim Stand der Technik für den angestrebten Zweck vorgeschlagen wurden und die zum Verstopfen neigen, wodurch dann das Verhalten leidet; der ganze Filterquer­ schnitt kann ausgenutzt werden und das Filter kann ein konventio­ nelles Aussehen haben und sein Ende verfärbt sich während des Rauchens gleichmäßig; außerdem ist es im Hinblick auf den sehr hohen Druckabfall, der durch die erste (stromaufwärtige) Kernkompo­ nente erzeugt wird, verhältnismäßig leicht, die gewünschten hohen Luftverdünnungsgrade ohne die Verwendung eines außergewöhn­ lich porösen Spitzenmaterials zu erreichen, da verhältnismäßig kleine Ventilationsperforationen genügen; die Kombination von kleinen Ventilationslöchern mit einem hohen stromaufwärtigen Druckabfall kann das bei den bekannten ventilierten Filtern oft auftretende unerwünschte Austreten von Rauch durch die Ventilationslöcher zwischen den Zügen verhindern oder verringern.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Eigenschaften der ersten oder zweiten Kernkomponente für die Filter gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Längsschnittansicht eines in eine Filterzigarette eingefügten Filters gemäß einer Ausführungs­ form der Erfindung und

Fig. 3 eine Querschnittsansicht längs der Linie III-III in Fig. 2.

In der folgenden Tabelle 1 ist der geschlossene Druckabfall (PD) für eine Anzahl von ersten Kernkomponenten angegeben, die sich für das vorliegende, erfindungsgemäße Filter eignen, zusammen mit der geschlossenen Teerrückhaltung (TR) für diese Komponenten, wenn sie allein mit entsprechenden gleichen Kingsize- Tabakstäben gemäß UK-Norm verwendet werden. In jedem Fall besteht die betreffende erste Kernkomponente aus einem Stopfen aus longitudinal gewellter und ungefaserter Polyethylenfolie, die mit einer äußeren Umhüllung in die Form eines Stabes zusammenge­ faßt ist; die verschiedenen Druckabfälle für Stopfen der gleichen Länge beruhen auf den von Stopfen zu Stopfen unterschiedlichen Packungsdichten der zusammengefaßten Folie.

Tabelle 1

In Fig. 1 der Zeichnungen ist die Abhängigkeit der geschlossenen Teerrückhaltung (TR) vom geschlossenen Druckabfall (PD) für eine erste und eine zweite Kernkomponente dargestellt, die sich für die Erfindung eignen.

Die Kurve A wurde dadurch erhalten, daß man die geschlossene Teerrückhaltung über dem geschlossenen Druckabfall für erste Kernkomponenten (des oben in Verbindung mit Tabelle 1 erläuterten Typs) auftrug, die verschiedene Längen haben, aber sonst gleich sind. Die Kurve B wurde in der gleichen Weise für unterschiedlich lange aber sonst gleiche zweite Kernkomponenten erhalten, die jeweils die Form eines Stopfens aus zusammengefaßtem und verbundenem 8-Denier-Zelluloseacetatkabel hatten. Die Länge der zweiten Kernkomponenten variierte von 10 bis 35 mm und die der ersten Kernkomponenten von 6 bis 15 mm. Es ist ersichtlich, daß die Teerrückhaltung der ersten Kernkomponenten relativ wenig vom Druckabfall abhängt; dadurch, daß man die erste und die zweite Kernkomponente geeignet wählt und einen gewünschten Grad von Ventilation stromabwärts von der ersten Komponente vorsieht läßt sich also ein vorgegebenes und verbessertes Filterverhalten, wie es oben diskutiert wurde, leicht erreichen.

Die Verhaltenscharakteristika von Filtern und Filterzigaretten gemäß der Erfindung sind aus den in den folgenden Tabellen 2 und 3 angegebenen Werten ersichtlich. In Tabelle 2 sind der geschlossene Druckabfall (in kPa und mmWs) der Filter sowie die geschlossene Teerrückhaltung von zwei Filtern gemäß der Erfindung angegeben, die eine Länge von 20 bzw. 25 mm und einen Umfang von etwa 25 mm haben, wenn die Filter jeweils in Verbindung mit einem Kingsize-Tabakstab gemäß der UK-Norm verwendet wurden; außerdem sind diese Werte für die einzelnen Kernkomponenten angegeben. In Tabelle 3 werden diese beiden Filter mit zwei im Handel erhältlichen Marken konventioneller "Monoacetat"- Filterzigaretten der gleichen Abmessungen verglichen. In allen Fällen war das Filter gemäß der Erfindung an einem Tabakstab angebracht, der identisch mit dem kommerziell erhältlichen Vergleichsprodukt war. In allen Fällen war das konventionelle "Monoacetat"-Filter ein zusammengefaßtes Bündel von Zelluloseacetat­ faserkabel. Die Filter gemäß der Erfindung bestanden jeweils aus einem ersten, stromaufwärtigen Stopfen aus longitudinal gewellter und ungefaserter Polyethylenfolie, die mit einer äußeren Umhüllung in die Form eines Stabes zusammengefaßt war, einem angrenzenden unumhüllten stromabwärtigen Stopfen von zusammengefaßtem und verbundenem 80/40 Zelluloseacetatkabel (Faser-Denier 8, Gesamt-Denier 40 × 1000) und einer gemeinsamen luftdurchlässigen Stopfenumhüllung. In dem Filter gemäß der Erfindung, dessen Länge 25 mm betrug, war der stromaufwärtige Stopfen (aus gewellter Polyethylenfolie) 10 mm lang und der stromabwärtige Stopfen aus verbundenem Zelluloseacetatfaserkabel war 15 mm lang; in dem 20 mm langen Filter gemäß der Erfindung hatte der stromaufwärtige Stopfen aus gewellter Polyethylenfolie eine Länge von 6 mm, und der stromabwärtige Stopfen aus verbundenem Zelluloseacetatfaserkabel eine Länge von 14 mm. Die Filter waren an den Tabakstäben durch eine Spitzenumhüllung angebracht, die Ventilationsperforationen hatte, die in jedem Falle gleichartig angeordnet waren, in den Filtern gemäß der Erfindung über der zweiten Kernkomponente.

Soweit nicht anders angegeben, wurden alle hier angegebenen Meßwerte durch die anerkannten, durch CORESTA (Centre de Coope­ ration pour les Recherches Scientifiques Relatives au Tabac) empfohlenen Verfahren erhalten.

Mit den Filtern gemäß der Erfindung kann eine stärkere Verringerung nicht nur des CO, sondern auch anderer Dampfphasen-Komponenten wie HCN, Formaldehyd usw. erreicht werden, so daß sich ein besseres Dampfphasen-Teerverringerungsverhältnis ergibt als bei den bekannten Filtern.

Es ist bei den Filtern gemäß der Erfindung auch viel leichter, Adsorptionsmittel (z. B. Aktivkohle) zur weiteren Herabsetzung der Dampfphasenkomponenten einzufügen (z. B. zwischen die im Abstand voneinander angeordneten beiden Kernkomponenten) als bei den bekannten hochventilierten Filtern geringer Rückhaltung.

Tabelle 2

Tabelle 3

Der TPM(WNF)-Gehalt ist die Gesamtmenge an teilchenförmigem Material ohne Wasser und Nicotin.

In den Fig. 2 und 3 der Zeichnungen ist das in den Tabellen 2 und 3 angegebene 20 mm lange Filter gemäß der Erfindung darge­ stellt. Dieses Filter enthält eine erste stromaufwärtige Kernkompo­ nente (2) und eine an diese anstoßende stromabwärtige zweite Kernkomponente (4) in einer gemeinsamen luftdurchlässigen Stopfenum­ hüllung (6). Diese Untereinheit ist an einem umhüllten Tabakstab (8) durch eine äußere Spitzenumhüllung (10) angebracht, welche einen Ring von Ventilationsperforationen aufweist, die sich mit der Kernkomponente (4) decken. Wie Fig. 3 zeigt, ist die stromaufwärtige erste Kernkomponente (2) ein einheitlicher im wesentlichen gleichförmiger Stopfen (14) in einer Umhüllung (16), die sich voll und ununterbrochen (d. h. ohne periphere oder wesentliche interne Überbrückungskanäle) über den vollen Querschnitt des Filters innerhalb der gemeinsamen Umhüllung (6) erstrecken. Wie erwähnt, Kann das Kernelement (4) auch im Abstand stromabwärts vom Kernelement (2) angeordnet sein, wobei dann die Ventilationsperforationen sich vorzugsweise mit dem Hohlraum zwischen den beiden Kernkomponenten decken.

Claims (9)

1. Zigarettenfilter mit in Längsrichtung fluchtenden Kernkompo­ nenten, von denen eine erste luftdurchlässig ist und einen verhältnismäßig großen Druckabfall in Längsrichtung des Filters erzeugt, in Radialrichtung des Filters jedoch im wesentlichen luftundurchlässig ist, während eine zweite Kernkomponente luftdurchlässig ist und in Längsrichtung des Filters einen relativ niedrigen Druckabfall erzeugt, und mit einer gemeinsamen, vollständigen oder teilweisen Umhüllung, die sich längs der Kernkomponenten und um oder teilweise um diese herum erstreckt und eine Ventilation des Filters in einem Bereich gewährleistet, der sich in Längsrichtung im Abstand von der ersten Kernkomponente befindet.

2. Zigarettenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Kernkomponente aneinander anstoßen.

3. Zigarettenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Kernkomponente in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordnet sind.

4. Zigarettenfilter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kernkomponente in Radialrichtung des Filters luftdurchlässig ist.

5. Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kernkomponente über ihren ganzen Querschnitt in Radialrichtung undurchlässig ist.

6. Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kernkomponente über ihren ganzen Querschnitt im wesentlichen gleichförmig ist.

7. Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kernkomponente über ihren ganzen Querschnitt im wesentlichen gleichförmig ist.

8. Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kernkomponente eine Kunst­ stoffolie enthält, die im wesentlichen ohne Faserung in Längsrich­ tung gewellt und in seitlicher Richtung zu einem Stopfen zusammenge­ faßt ist, der in Längsrichtung luftdurchlässig, in Radialrichtung jedoch im wesentlichen luftundurchlässig ist.

9. Filterzigarette mit einem Tabakstab und einem Zigarettenfilter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die erste Kernkomponente zum Tabakstab hin gerichtet und die zweite Kernkompo­ nente stromabwärts von der ersten zum Mundende des Filters hin angeordnet ist und eine Ventilation in das Filter stromabwärts von der ersten Kernkomponente vorgesehen ist.