CH631607A5

CH631607A5 - Belueftete filtermundstueck-zigarette.

Info

Publication number: CH631607A5
Application number: CH699878A
Authority: CH
Inventors: Richard Hugo Martin; William Fred Jun Owens
Original assignee: Olin Corp
Priority date: 1977-06-29
Filing date: 1978-06-27
Publication date: 1982-08-31
Also published as: NL7804842A; FI781259A7; FI64737C; DK291078A; DK150632C; GB1554998A; NO781722L; JPS5414599A; MX146458A; ZA782116B; JPS5538108B2; AU3524278A; ES244232U; NL171856B; IT7849505A0; ES244232Y; NZ186966A; US4174719A; FR2395716A1; BE868500A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf belüftete Filtermundstück-Zigaretten, bei denen die den Filter einschliessende Mundstück-Ummantelung mikroperforiert ist.

Es sind belüftete Zigaretten bekannt, bei denen eine Vielzahl von Perforationen entweder in dem den Filter umgebenden Mundstückpapier oder in einem Bereich der Zigarette selbst vorgesehen sind. Mit den amerikanischen Patenten 2 988 088,2 980 116 und 3 410 274 sind typische Beispiele für solche Zigaretten bekanntgeworden. Die Perforationen stellen ein Mittel zur Verfügung, den durch die Zigarette gezogenen Rauch mit der umgebenden Luft zu verdünnen, was zu einem kühleren, weniger streng schmeckenden Zigaretten-genuss führt. Es ist auch allgemein anerkannt, dass eine Luftverdünnung die Zuführung der gesamten partikel- und gasförmigen Bestandteile im Rauch verringert.

Eine Luftverdünnung oder eine Dämpfung des Rauchhauptstromes der Zigarette durch das Filtermundstück wurde eine beliebte und sehr verbreitete Methode zur Herabsetzung von Rauchgehaltbestandteilen bei Zigaretten. Bei Fil-termundstück-Zigaretten mit perforiertem Mundstück wird so verfahren, dass die Perforationen in einer Umfangsreihe oder in -reihen um das Mundstück herum eingeprägt werden, so dass die Löcher entweder unmittelbar auf dem Filter oder an der Verbindungsstelle zwischen dem Filter und der 5 Tabakfüllung vorgesehen werden. Wenn die Perforationen auf dem Filter angeordnet sind, ist das eigentliche Filterstück in eine poröse luftdurchlässige Filterstück-Umhüllung gewickelt, wodurch Luft in den Filter durch die Mundstückperforationen und die poröse Filterstück-Umhüllung hin-lo durch eintreten kann, wo sie sich mit dem Rauch vermischt. Hierbei sind das Mundstückpapier und die Filterstück-Um-hüllung an Flächen ihrer aneinandergrenzenden Oberflächen mit Ausnahme des perforierten Bereichs zusammengeklebt, wobei dieser perforierte Bereich klebstofffrei gelassen wird, 15 um zu verhindern, dass die Mundstückperforationen und die poröse Filterstück-Umhüllung verstopfen. Das herkömmliche Mittel zur Erzielung der Luftverdünnungswirkung mit einer perforierten Mundstück-Ummantelung ist der Einsatz eines makro-perforierten Mundstücks, welches deutlich 2o sichtbare, relativ grosse Löcher besitzt. Üblicherweise werden die Löcher durch mechanische Perforation des Mundstückpapiers vor dem Rollen der Zigarette gestanzt, obgleich elektrostatisch perforierte Mundstückpapiere mit unregelmässig verteilten Löchern ungleichförmiger Grösse in der 25 deutschen Offenlegungsschrift 2 531 285 offenbart sind. Die genannten mechanisch perforierten Mundstückpapiere zeigen einen Streifen mit einer oder mehreren Reihen von nebeneinanderliegenden Perforationen, welche mit dem blossen Auge deutlich sichtbar sind.

30 Es ist ferner bekannt, eine gleichförmig poröse Mundstück-Ummantelung, welche eine poröse Filterstück-Umhül-lung überdeckt, zu verwenden, um eine Belüftung des Hauptstromrauchs von Zigaretten zu erreichen, wie dies im US-Patent 3 805 800 offenbart ist. Bei solchen Gebilden wer-35 den die poröse Mundstück-Ummantelung und die Filterstück-Umhüllung an Flächen ihrer aneinandergrenzenden Oberflächen zusammengeleimt, wobei zumindest ein belüfteter Bereich unverleimt gelassen wird, um eine poröse Zone für ein Eintreten von Luft in den Hauptstromrauch der Zi-40 garette zu schaffen, was die gewünschte Belüftung zustandebringt.

Zwar verringern die vorgenannten bekannten belüfteten Zigaretten die Zuführung der gesamten partikel- und gasförmigen Bestandteile im Zigarettenrauch, jedoch schaffen sie 45 nicht einen gewissen Grad an selektiver Verringerung, was bezüglich einiger der unerwünschteren Bestandteile im Zigarettenrauch, wie Kohlenmonoxid, verlangt wird. Vielmehr neigen diese Zigaretten dazu, den Nikotingehalt in einem ähnlichen Umfang wie die anderen Bestandteile zu verrin-50 gern, so dass bei einer maximal erzielbaren Gesamtabnahme der Nikotinspiegel im Rauch drastisch herabgesetzt ist. Angesichts eines zunehmenden öffentlichen Interesses am Umfang des im Zigarettenrauch enthaltenen Kohlenmonoxids wurde dieser Bestandteil für die Zigarettenbranche von zu-55 nehmender Wichtigkeit.

Die vorliegende Erfindung bietet einen Alternativweg entweder für ein makroperforiertes oder ein ultraporöses Mundstück, um am Filter eine Luftverdünnung zu erhalten, während gleichzeitig bislang unerreichbare Abnahmen von 60 Kohlenmonoxid ohne eine übergrosse Verringerung des Nikotins im Zigarettenrauch erzielt werden.

Die Struktur der belüfteten Zigarette nach der Erfindung ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 definiert. Ausführungsformen davon gehen aus 65 den abhängigen Ansprüchen 2 bis 6 hervor.

Die in dieser Beschreibung verwendete Einheit der Filtrona-Luftdurchlässigkeit bedeutet dasjenige Luftvolumen, welches durch eine spezifizierte Papierfläche pro Zeiteinheit

3

631 607

bei einem konstanten Druckabfall entsprechend der folgenden Gleichung hindurchströmt:

Filtrona-Luftdurchlässigkeit = cm3 Luft/min/cm2 Papier/10 cm Wassersäule.

Somit bedeutet eine Filtrona-Luftdurchlässigkeit von 3000, dass 3000 Kubikzentimeter Luft durch einen 1 cm2 grossen Papierabschnitt in einer Minute bei einem Rückstau von 10 cm Wassersäule hindurchströmen werden.

In der Zeichnung ist eine nach der Erfindung ausgebildete Zigarette zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels perspektivisch dargestellt.

Die in der Zeichnung allgemein mit 10 bezeichnete Zigarette enthält eine in ein herkömmliches Zigarettenpapier 12 eingewickelte Tabakfüllung 11. An dem Ende der Tabakfüllung 11 liegt ein Filter 13 an, der aus irgendeinem üblicherweise verwendeten Zigaretten-Filtermaterial, wie z.B. aus Zelluloseazetatfaser, Papier, synthetischem Polymerschaum usw. bestehen kann. Der Filter 13 ist in eine gleichförmig poröse Filterstück-Umhüllung 14 gewickelt und wird dann von einer Mundstück-Ummantelung 15 eingeschlossen, welche das Zigarettenpapier 12 mit einem kurzen Abschnitt überlappt, um den Filterteil mit dem die Tabakfüllung umgebenden Zigarettenpapier befestigen zu können. Erfindungsge-mäss besitzt die Mundstück-Umhüllung 15 in zumindest einer Zone oder in einem Streifen von Reihen, die um das Zigaretten-Mundstück umfangsmässig verteilt angeordnet sind, eine Vielzahl sehr feiner Perforationen 16. Die durchschnittliche Grösse einer jeden Perforation 16 ist geringer als 0,01 mm2 offene Lochfläche und obwohl diese Perforation in der Zeichnung aus Erläuterungsgründen als Punkte eingezeichnet sind, bleiben solche mikroskopisch kleinen Löcher für das blosse Auge unsichtbar. Die Möglichkeit der Herstellung perforierter Mundstücke mit derart kleinen und genau bemessenen Löchern besteht noch nicht sehr lange, sie liess sich erst unter Einsatz eines elektrischen Funkenentladungs-Perforationsverfahrens realisieren. Eine spezielle Anordnung, die für die Herstellung solcher perforierter Mundstück-Papiere verwendet werden kann, ist durch das US-Patent 4 029 938 offenbart.

Das andere kritische Merkmal bei der Ausbildung einer Zigarette nach der Erfindung ist die Luftdurchlässigkeit der gleichförmig porösen Filterstück-Umhüllung, welche innerhalb des Bereichs von etwa 300 bis 4000 Einheiten der Filtrona-Luftdurchlässigkeit liegen muss. Erst die Kombination von einer porösen Filterstück-Umhüllung mit einer solchen Luftdurchlässigkeit mit der mikroperforierten Mundstück-Ummantelung erzeugt die überraschend hohe selektive Verringerung des Kohlenmonoxidgehaltes der erfindungsge-mäss ausgebildeten Zigaretten. Während es bislang bekannt war, dass luftdämpfende oder belüftende Gebilde die Tendenz haben, bestimmte Bestandteile des Zigarettenrauchs mehr als andere zu verringern, war es bislang nicht bekannt, dass die Beziehung zwischen der Lochgrösse der Mundstückperforationen und der Luftdurchlässigkeit der Filter-stück-Umhüllung zusammengenommen für eine maximale Selektivität von Bedeutung sind und dass eine solche Kombination zu bislang unerreichten selektiven Verringerungen des Kohlenmonoxidgehalts bei einer lediglich minimalen Abnahme des Nikotingehalts führen würde. Der Einsatz der entscheidenden Kombination aus den Mundstücken und der Filterstück-Umhüllung führt zu Kohlenmonoxid-Verringe-rungen, die mindestens um das 3fache grösser sind als die Nikotinabnahmen. Eine derartige Relativverringerung von Kohlenmonoxid und Nikotin wird als Selektivitätsverhältnis bezeichnet, welches hiermit als eine prozentuale Abnahme von Kohlenmonoxid dividiert durch eine prozentuale Abnahme von Nikotin definiert wird. Nach der Erfindung sollte das Selektivitätsverhältnis zumindest 3 und vorzugsweise 5

oder grösser sein. Es Hessen sich Selektivitätsverhältnisse in der Grössenordnung von 12 erreichen.

Beispiele

Es wurden Tabakstangen aus einer handelsüblichen Tabakmischung in herkömmliches Zigarettenpapier gerollt, auf eine Länge von 7 mm geschnitten und gewichtsmässig sortiert innerhalb eines Bereiches von ±2% des durchschnittlichen Füllgewichtes. An diese Stangen wurde ein 25 mm langes Filterstück angesetzt, das aus Zelluloseazetat bestand und von einigen gleichförmig porösen Filterstück-Umhül-lungen, welche die handelsüblichen Filtrona-Luftdurchläs-sigkeitswerte besassen, umschlossen war. Jedes umwickelte Filterstück wurde dann an einer Tabaksäule unter Verwendung eines mikroperforierten Mundstücks angebracht und die mit dem Mundstück versehenen Zigaretten vor dem Rauchen 22,5 °C und 62% relativer Luftfeuchtigkeit ausgesetzt. Die verwendeten perforierten Mundstücke wurden auf einem elektrostatischen Perforator vorbereitet, der das Papier unter Hochspannungs-Entladungen perforierte. Die Perforationen waren in einem einzigen Streifen in getrennten Reihen angeordnet, wobei benachbarte Reihen innerhalb des Streifens etwa einen mittleren Abstand von 1 mm besassen und um den Umfang des Filtermundstücks herum ausgerichtet waren. Das Mundstück war 30 mm breit und der Streifen mit den Perforationen befand sich etwa 10 mm vom tabak-stangenseitigen Rand des Mundstücks entfernt. Es wurden zwei Serien der perforierten Mundstücke in Kombination mit verschiedenen porösen Filterstück-Umhüllungen ausgewertet, dabei umfasste eine Serie vier Reihen und die andere zehn Reihen mit Perforationen je Streifen; die durchschnittlich offene Lochfläche einer jeden Perforation bei beiden Serien war kleiner als 0,01 mm2. Die perforierte Fläche solcher Mundstückpapiere weist kennzeichnenderweise eine Porosität von 1000 bis 1400 Einheiten der Filtrona-Luftdurchläs-sigkeit auf. Die mikroperforierten Mundstücke und die Filterstück-Umhüllungen wurden an ihren aneinandergrenzenden Oberflächen mit Ausnahme der perforierten Zone, welche klebstofffrei gelassen wurde, zusammengeklebt. Die Breite der klebstofffreien Fläche überragte die Perforationsstreifenbreite um 1 mm. Es wurden gleichartige Kontrollzigaretten mit den gleichen Tabakstangen und Zelluloseazetat-Filterstoffen vorbereitet, jedoch mit dem Unterschied, dass das Filterstück in eine nicht poröse Filterstück-Umhüllung gewickelt mit der Tabakstange über ein unperforiertes, nicht poröses Mundstück verbunden und der Klebstoff auf die gesamte Fläche der aneinandergrenzenden Oberflächen aufgetragen wurde.

Prüfzigaretten aus jeder Serie und eine Kontrollzigarette wurden auf einer automatischen Rauchmaschine entsprechend dem FTC-Prüfverfahren geraucht, wobei der bei jedem Zug erhaltene Rauch gesammelt und der Gehalt der unterschiedlichen Rauchbestandteile über herkömmliche Verfahren ermittelt wurde. Es Hessen sich Verringerungen verschiedener Bestandteile, bezogen auf den von den Kontrollzigaretten, welche keine messbaren Luftverdünnungs- oder -dämpfungsphänomene zeigten, abgenommenen Gehalt, feststellen. Dabei ergaben sich folgende Ergebnisse.

Tabelle I

Mund- Filterstück maximale Abnahmen in % Selektivitätsstück Filtrona- CO Teer Nikotin Verhältnis Reihen Luftdurch- CO/Nikotin mit Per- lässigkeit forationen

4 340 40 25 5 8,00

4 1 000 51 24 8 6,38

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

631607

4

Tabelle I (Fortsetzung)

Mund- Filterstück maximale Abnahmen in % Selektivitätsstück Filtrona- CO Teer Nikotin Verhältnis Reihen Luftdurch- CO Nikotin mit Per- lässigkeit ibrationen

4

3 000

71

30

6

11,83

4

21 500

85

61

41

2,07

4

40 000

92

62

33

2,79

Tabelle!!

10

340

63

28

7

9,00

10

1000

66

43

10

6,60

10

3 000

90

46

17

5,29

10

21 500

91

64

39

2,33

10

40000

95

63

45

2,11

Aus den vorstehenden Tabellen lässt sich ablesen, dass bei beiden Serien mit vier Reihen und zehn Reihen pro Streifen der Kohlenmonoxidgehalt abnimmt und der trockene Teer- und Nikotingehalt signifikant mit einer steigenden Luftdurchlässigkeit der porösen Filterstück-Umhüllung zunimmt. Jedoch bringen beide Mundstückserien bemerkenswerte selektive Abnahmen von Kohlenmonoxid und nominale Abnahmen von Nikotin bei Luftdurchlässigkeitseigenschaften von niedrigporösen Filterstück-Umhüllungen hervor. Somit wurde in der ersten Serie das Kohlenmonoxid bei einer Filterstück-Umhüllung mit einer Luftdurchlässigkeit von 3000 um 71 % herabgesetzt, währenddessen der Nikotin-gehalt lediglich um 6% verringert wurde, was zu einem Selektivitätsverhältnis von 11.83 führte. Ähnlich wurde in der zweiten Serie der Kohlenstoffmonoxidgehalt um 90% bei einer Filterstück-Umhüllung mit einer Luftdurchlässigkeit von 3000 gesenkt und der Nikotingehalt nahm nur um 17% ab, was ein Selektivitätsverhältnis von 5.29 ergab. Wenn die s Luftdurchlässigkeit der Filter-Umhüllung 21 500 oder grösser ist, ergibt sich immer noch eine weitere Abnahme von Kohlenmonoxid, jedoch steigt die Nikotinabnahme erheblich an und das Selektivitätsverhältnis sinkt auf etwa 2.0. Es ist somit ersichtlich, dass bei beiden Mundstück-Prüfserien io eine drastische und sprunghafte Veränderung der Kohlen-monoxid-Selektivität zwischen der Luftdurchlässigkeit von 3000 und 21 500 der porösen Filterumhüllung stattfindet und dass eine Filter-Umhüllung-Luftdurchlässigkeit von etwa 4000 ein Maximum zur Erzielung eines Selektivitätsver-15 hältnisses von grösser als 3 darstellt. Uberraschenderweise hat sich gezeigt, dass dann, wenn ein mikroperforiertes Mundstück mit einer porösen Filterumhüllung von niedriger und mittlerer Luftdurchlässigkeit versehen wird, eine maximale Kohlenstoffmonoxidselektivität bei lediglich geringen 20 Nikotinabnahmen erhalten werden kann, wohingegen poröse Filterstück-Umhüllungen mit einer hohen Luftdurchlässigkeit nur eine geringe Selektivität zeiget}, aber eine maximale Gesamtabnahme der Bestandteile.

Mittels eines Luftverdünnungs-Filtersystems, welches 25 aus den verschiedenen Kombinationen der porösen Filterstück-Umhüllung und dem elektrostatisch mikroperforierten Mundstück nach der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, können sich signifikante spezifische Abnahmen des Kohlenmonoxidgehalts des Zigarettenrauchs ergeben. Eine 30 mikroperforierte Mundstückausbildung führt in Kombination mit einer porösen Filterstück-Umhüllung von mittlerer oder niedriger Luftdurchlässigkeit zu hochgradig selektiven Rauchbestandteilabnahmen mit einer bislang nicht erzielten Genauigkeit. Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbin-35 dung mit bevorzugten Ausführungsformen und -beispielen beschrieben wurde, sollen diese lediglich zur Erläuterung dienen und es können zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden, ohne dass dadurch von dem grundlegenden Erfindungsgedanken, wie er für den einschlägigen Fachmann 40 leicht verständlich ist, abgewichen werden würde.

s

1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Belüftete Filtermundstück-Zigarette, gekennzeichnet durch die Kombination aus einem von einer gleichförmig porösen Umhüllung umschlossenen Filter mit einer Fil-trona-Luftdurchlässigkeit innerhalb des Wertbereichs von 300 bis 4000 Einheiten und einer den umschlossenen Filter einschliessenden Mundstück-Ummantelung, umfassend eine Zone mit Mikroperforationen, wobei die durchschnittliche Grösse jedes Perforationsloches geringer ist als

0,01 mm2 offene Lochfläche, sowie dadurch, dass die Umhüllung und die Ummantelung an ihren aneinandergrenzen-den Oberflächen mit Ausnahme der mit den Mikroperforationen versehenen Fläche zusammengeklebt sind, um zu ermöglichen, dass umgebende Luft durch die Mundstückperforationen und die poröse Umhüllung hindurchströmen kann, wodurch der Kohlenmonoxidgehalt des Rauchs der Zigarette verglichen mit anderen Rauchbestandteilen selektiv verringert wird, was zu einem Selektivitätsverhältnis zwischen Kohlenmonoxid und Nikotin von zumindest 3 führt.
2. Belüftete Filtermundstück-Zigarette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtrona-Luftdurchlässig-keit der porösen Umhüllung etwa 3000 Einheiten beträgt.
3. Belüftete Filtermundstück-Zigarette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Selektivitätsverhältnis grösser als 5 ist.
4. Belüftete Filtermundstück-Zigarette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Mikroperforationen versehene Zone in der Mundstück-Ummantelung einen Streifen nebeneinanderliegender einzelner Reihen von Perforationen umfasst, welche um den Umfang des Filtermundstücks herum ausgerichtet sind, wobei dieser Streifen mit den Perforationen zwischen und im Abstand von den Rändern der Mundstück-Ummantelung vorgesehen ist.
5. Belüftete Filtermundstück-Zigarette nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Streifen 4 bis 10 Reihen mit Perforationen bei einer Porosität von 1000 bis 1400 Einheiten an Filtrona-Luftdurchlässigkeit umfasst.
6. Belüftete Filtermundstück-Zigarette nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die klebstofffrei gehaltene Fläche der aneinandergrenzenden Oberflächen zwischen der Umhüllung und der Ummantelung zumindest um einen Millimeter über die Breite des Streifens hinausgeht.