Filter für Tabakerzeugnisse Die Erfindung betrifft ein Geschmacksstoffe und elementaren Kohlenstoff enthaltendes Filter für Tabak erzeugnisse und die Verwendung dieser Filter für Zi garetten.
Die Erfindung bezweckt, ein Geschmacksstoffe enthaltendes Filter für Tabakerzeugnisse, besonders für Zigaretten, zur Verfügung zu stellen, welches dem hindurchtretenden Rauch einen angenehmen Ge schmack und ein angenehmes Aroma verleihen kann, den Geschmacksstoff gewöhnlich über längere Zeit räume hinweg ohne wesentlichen Verlust oder Änderung seines Charakters zurückhält und ihn nur, und zwar mit gelenkter Geschwindigkeit abgibt, wenn der Tabakrauch durch das Filter gesogen wird.
Man hat bereits versucht, Geschmacksstoffe in Fil ter für Tabakrauch einzuverleiben. Zum Beispiel hat man Papier, Baumwolle oder Schwamm als Filterstoffe verwendet und ihnen pharmazeutische Verbindungen, Essig oder Rosenwasser hinzugefügt. Diese Versuche waren jedoch nicht von wesentlichem Erfolg begleitet, und obgleich derartige Vorschläge schon 70 Jahre alt sind, ist es bisher nicht gelungen, einem Filter für Ta bakrauch in erfolgreicher Weise einen Geschmacksstoff zuzusetzen. Die bekannten Filter halten z. B. den Ge schmacksstoff bei der Lagerung nicht zurück, geben ihnen nicht in zufriedenstellender Weise ab und erleiden oft bei der Lagerung und bzw. oder bei der Her stellung des Tabakerzeugnisses Geschmacksänderungen.
Durch die Erfindung werden diese Nachteile über wunden. Das erfindungsgemässe Filter, insbesondere für Zigaretten, ist dadurch gekennzeichnet, dass es elemen taren Kohlenstoff und einen Geschmacksstoff enthält, der bei 20 C einen Dampfdruck von 1 Mikron bis 200 mm Hg aufweist.
Das kohlenstoffhaltige Filter besteht zweckmässig aus einem Grundstoff, z. B. Papier oder Werg, der mit elementarem Kohlenstoff in Form von Kohlenstoffteil- chen versehen ist.
Die Kohlenstoffteilchen können < 0,044 bis etwa 0,84 mm gross sein, d. h. sie können so klein sein, dass sie auch durch ein Sieb mit 0,044 mm Maschenweite hindurchgehen, oder sie können so gross sein; dass sie noch durch ein Sieb mit 0,84 mm Maschenweite hin durchgehen. Im Falle eines Grundstoffes aus Papier können die Teilchen vorzugsweise < 0,037 bis 0,42 mm gross sein. Im Falle von Werg als Grundstoff können die Teilchen vorzugsweise 0,074 bis 0,42 mm gross sein.
Die Kohlenstoffteilchen können Poren enthalten, die einen Durchmesser zwischen etwa 17 und 1000, vorzugsweise zwischen etwa 50 und 200 A aufweisen.
Als Grundmaterial für das Filter kann jedes nicht aus elementarem Kohlenstoff bestehende Filtermaterial, wie die im Handel erhältlichen Filterstoffe, verwendet werden, welches ein Adsorptionsmittel ist oder ein sol ches enthält, z. B. Papier, Celluloseacetat, Molekular siebe, kristalline Cellulose, Aluminiumoxyd, Fullererde, Reisstärke, Cellulosepapier, Cellulosepulver oder Dia- tomeenerde.
Der elementare Kohlenstoff kann auf den Grund stoff auf an sich bekannte Art aufgebracht werden, z. B. durch Aufstäuben oder Aufstreichen des Kohlen stoffs auf das Trägermaterial.
Als Geschmacksstoff kann jeder Geschmacksstoff verwendet werden, der bei 20 C einen Dampfdruck von 1 Mikron bis 200 mm Hg aufweist. Typische Ge schmacksstoffe dieser Art sind Borneol, Geranylacetat, Carveol, Piperonal, Citral, Eucalyptal, Geranylformiat, Benzylbutyrat, Citronellylacetat, Fenchylalkohol, Isobu- tylphenylacetat, Isopulegol, Menthol,
Nonylalkohol, Un- decanaldehyd, Citronellol, Indol, Terpineol, Decanalde- hyd, Benzylalkohol und Phenyläthylacetat.
Der Geschmacksstoff kann je nach seiner Natur und dem gewünschten Geschmack in Mengen anwesend sein, die innerhalb weiter Grenzen variieren. Natürlich muss eine genügende Menge des Geschmacksstoffes ange wandt werden, damit eine geschmacklich merkliche Menge davon an den durch das Filter hindurchstreichen den Rauch abgegeben wird.
Der Geschmacksstoff kann auf den elementaren Kohlenstoff aufgebracht werden, indem der kohlenstoff haltige Grundstoff mit einer Lösung, Emulsion oder Suspension des Geschmacksstoffes behandelt oder in die selbe eingetaucht wird, oder indem eine Lösung, Emul sion oder Suspension des Geschmacksstoffes auf den kohlenstoffhaltigen Grundstoff aufgesprüht oder aufge strichen wird. Eine andere Methode zum Aufbringen des Geschmacksstoffes besteht darin, dass der Ge schmacksstoff mit dem elementaren Kohlenstoff ge mischt wird, bevor der letztere mit dem Grundmaterial vereinigt wird. Ebenso kann der Geschmacksstoff mit dem Kohlenstoff und einem Klebstoff, z.
B. Polyvinyl- pyrrolidon, gemischt und das Gemisch auf den Grund- stoff aufgetragen werden, oder man kann ein aus ele mentarem Kohlenstoff, Geschmacksstoff und einem Harz, wie Carboxymethylcellulose, bestehendes. An strichmittel herstellen und z. B. das Papier mit diesem Gemisch bedrucken oder z. B. den Werg damit be sprühen. Man kann auch die ganze Zigarette bzw. das ganze Tabakerzeugnis zusammen mit seinem Filter in eine Atmosphäre des Geschmacksstoffes einbringen, z.
B. indem man die Zigarette in ein geschlossenes Ge fäss legt, in dem sich der Geschmacksstoff in Dampf form befindet. Der gleiche Geschmacksstoff oder die gleichen Geschmacksstoffe, die sich in dem Kohlenstoff enthaltenden Filter befinden, oder zusätzliche Ge schmacksstoffe können sich in anderen Teilen des Ta bakerzeugnisses befinden. Im Falle einer Zigarette kön nen sich die Geschmacksstoffe z. B. in dem Zigaretten papier und in der Tabakfüllung sowie nur in Filterab schnitten der Zigarette befinden. Zusätzliche Ge schmacksstoffe werden jedoch nicht in der gleichen Weise festgehalten, sondern neigen dazu, bis zu einem gewissen Grad in das kohlenstoffhaltige Filter zu wan dern.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Er findung ist das kohlenstoffhaltige Filter, als inneres Fil ter, von einem herkömmlichen weissen Filter umgeben, so dass es sich beim Rauchen zwischen dem kohlen stoffhaltigen Filter und dem Mund des Rauchers be findet. Das herkömmliche weisse Filter, welches als Nichtkohlenstoffilter bezeichnet werden kann und prak tisch keinen freien Kohlenstoff enthält, kann aus ab sorbierenden Stoffen, z. B.
Papier, Celluloseacetat, Mo lekularsiebe, kristalline Cellulose, Aluminiumoxyd, Ful- lererde, Reisstärke, Cellulosepapier, Cellulosepulver oder Diatomeenerde, bestehen.
Es wird angenommen, dass die durch die Erfindung erzielte Wirkung darauf beruht, dass der in dem kohlen stoffhaltigen Filter enthaltende Geschmacksstoff beim Rauchen durch die Schwebestoffe des Rauchs ersetzt wird. In dieser Beziehung ist es besonders wichtig, dass das kohlenstoffhaltige Filter einen so hohen Zugwider stand hat, dass es den in ihm enthaltenen Geschmacks stoff freigibt. Bei Zigaretten liegt der Zugwiderstand des kohlenstoffhaltigen Filters zweckmässig zwischen etwa 7,6 und 63,5 mm, vorzugsweise zwischen etwa 25,4 und 50 mm, Wassersäule.
Wenn ausserdem ein weisses Filter verwendet wird, wie es bei der bevorzug ten Ausführungsform der Erfindung der Fall ist, soll das weisse Filter vorzugsweise einen Zugwiderstand zwi schen etwa 12,7 und 25,4 mm Wassersäule besitzen; der Zugwiderstand kann jedoch etwas grösser oder klei ner sein. Der gesamte Zugwiderstand der Zigarette ein schliesslich der Tabakfüllung soll normalerweise nicht höher als etwa 152 mm, vorzugsweise nicht höher als <B>127</B> mm, Wassersäule sein.
Der Zugwiderstand kann folgendermassen bestimmt werden: Mit Hilfe eines Vakuumsystems wird ein Luftstrom von 1050 ml/Min. angesaugt, indem das konische Ende eines normalen Kapillarrohres in den Zahndamm des Zigarettenhalters eingesetzt und die Ablesung auf dem Wassermanometer auf den richtigen Zugwiderstand ein gestellt wird. Bevor die Normalkapillare eingesetzt wird, wird der Wasserspiegel des Manometers auf Null einge stellt.
Dann wird das Stummelende oder der Filterpfropfen einer Zigarette bis zu einer Tiefe von 5 mm in den Zahn damm des Zigarettenhalters eingesetzt. Bei einer Luft strömung von 1050 ml/Min. wird der Druckabfall hin ter der Zigarette unmittelbar als Zugwiderstand in mm Wassersäule von dem schräggestellten Wassermanome ter abgelesen.
<I>Beispiel 1</I> 7,5 mm lange Filterpfropfen aus elementarem Koh lenstoff enthaltendem Werg werden 150 Min. bei 100 C in. einem Exsiccator untergebracht, der Menthol ent hält. Dann werden die Pfropfen mit 20 ml Äthanol extrahiert und chromatographisch auf ihren Mentholge- halt analysiert.
Die Pfropfen haben 6,7 mg Menthol je Pfropfen adsorbiert. Dann werden die 7,5 mm langen kohlenstoffhaltigen Wergpfropfen mit 7,5 mm langen Celluloseacetatpfropfen zusammengesetzt und die Dop pelpfropfen an einer 65 mm langen Zigarette befestigt.
4 Zigaretten werden mit der Maschine bis auf eine Stummellänge von 25 mm geraucht, und die Gesamt schwebestoffe werden auf einem Cambridge-Filter ge sammelt, welches Teilchen von 0,3 Mikron Grösse auf wärts zurückhält (Wirkungsgrad 99 %). Die Zugdauer beträgt 2 Sek. und der Zeitabstand zwischen aufein anderfolgenden Zügen 1 Min. Das Zugvolumen beträgt 35 ml.
Der Cambridge-Filterkörper wird aus dem Hal ter herausgenommen und über Nacht mit 4 ml 95 % igem Äthanol extrahiert. 0,001 ml der Lösung wird in eine chromatographische Säule eingespritzt und das Menthol mit einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor bestimmt. Der mittlere Mentholgehalt beträgt 0,7 mg je Zigarette.
Die subjektive Bewertung der Zigaretten durch ein Rauchergremium zeigt, dass das Menthol während des Rauchens der Zigarette in zunehmendem Masse in den Rauch übergeht.
<I>Beispiel 2</I> Doppelfilter, bestehend aus einem Innenfilter aus mit elementarem Kohlenstoff imprägniertem Papier und einem Aussenfilter aus Celluloseacetat-Werg, wer den an normalen Zigarettenstäben befestigt. Mit einer Injektionsspritze werden 2,0 mg Menthol in den inne ren Filterpfropfen eingespritzt. Die Zigaretten werden gemäss Beispiel 1 mit der Maschine geraucht, und der Mentholgehalt des Rauches wird nach Beispiel 1 gaschromatographisch bestimmt.
Der mittlere Menthol gehalt des Rauches beträgt 0,5 mg je Zigarette.
Die subjektive Bewertung der Zigaretten durch ein Rauchergremium zeigt, dass das Menthol gut in den Rauch übergeht.
<I>Beispiel 3</I> 3289 g natürliches brasilianisches 1-Menthol werden in 1500 ml Äthanol unter gelindem Erwärmen gelöst. Die Lösung enthält 73,5 GewA Menthol.
Diese Lösung (Lösung A) wird mittels einer Farben spritzpistole auf elementares Kohlenstoff enthaltendes Papier (30 mg Kohlenstoff je 10 mm Pfropfenlänge) aufgespritzt, nachdem das Papier durch die Kräuselvor- richtung hindurchgegangen ist, jedoch bevor der Filter stab auf bekannte Weise hergestellt wird. Die Strö mungsgeschwindigkeit aus der Spritzpistole beträgt 12,5 ml/Min.
Die 73,5 % ige Menthollösung wird dann mit einer gleichen Menge Äthanol verdünnt. Die Lösung enthält nun 238 mg Menthol je ml. Diese Lösung (Lösung B) wird, wie oben beschrieben, auf das aus kohlehaltigem Papier bestehende Filtermaterial aufgesprüht.
4 auf diese Weise mit Menthol getränkte Filter wer den mit 20 ml Äthanol extrahiert und gaschromato- graphisch auf ihren Mentholgehalt analysiert. Die mit der Lösung A besprühten Filter enthalten im Mittel 2,81 mg Menthol je Filterpfropfen. Die mit der Lö sung B besprühten Filter enthalten im Mittel 0,99 mg Menthol je Filterpfropfen.
Es werden Zigaretten hergestellt, die einen 10 mm langen inneren Filterteil aus dem mit der Lösung A oder mit der Lösung B getränkten kohlenstoffhaltigen Papier und einen 10 mm langen äusseren Filterteil aus Celluloseaeetat aufweisen. Die Doppelfilter werden an normalen Zigarettenstäbchen befestigt.
Die Zigaretten werden in normaler Weise mit der Maschine geraucht. 4 Zigaretten werden bis auf eine Stummellänge von 25 mm geraucht, und die Gesamt schwebestoffe werden auf einem Cambridge-Filter ge sammelt, welches Teilchen von einer Grösse von 0,3 Mi- kron ab mit 99,9 % igem Wirkungsgrad zurückhält. Die 2 Sek. dauernden Züge werden in Zeitabständen von 1 Min. ausgeführt. Das Zugvolumen beträgt 35 ml.
Der Cambridge-Filterkörper wird aus dem Halter herausge nommen und über Nacht mit 4 ml 95 % igem Äthanol extrahiert. 0,001 ml der Lösung werden in eine chroma- tographische Säule eingespritzt, und das Menthol wird mit einem Flammenionisationsdetektor bestimmt. Der Rauch der Zigarette, die mit dem mit der Lösung A behandelten Filter hergestellt ist, enthält im Mittel 0,09 mg Menthol je Zigarette. Der Rauch der Zigarette, die mit dem mit der Lösung B behandelten Filter her gestellt ist, enthält im Mittel 0,05 mg Menthol je Ziga rette.
Andere Proben der Zigaretten werden in solcher Weise geraucht, dass der Gesamtschwebestoffgehalt eines jeden Zuges einzeln auf einem Filterkörper aufge fangen wird. Auf diese Weise wird der Rauch von 8 Zi garetten auf je einem Filterkörper gesammelt, und die Gesamtschwebestoffmenge jedes zweiten Zuges wird analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Menge des Menthols im Rauch nach dem ersten Zug zunimmt.
Die subjektive Bewertung des Rauchs dieser Zigaret ten zeigt, dass das Menthol gut in den Rauch übergeht. <I>Beispiel 4</I> Celluloseacetat-Werg (Titer 8/75 000 den) wird fol gendermassen behandelt: Der flockige Werg wird ausgebreitet, mit einem Klebstoff (PVP-TEG) besprüht und mit einer gewoge nen, zuvor mit Citral versetzten Menge elementarem Kohlenstoff bestäubt. Dann wird der Werg durch ein 90 mm langes hohles Rohr (normales Zigarettenfilter- rohr) gezogen.
Zigaretten werden mit einer normalen Tabakfüllung unter Verwendung von 10 mm des behan delten Filterstabes und eines 10 mm langen äusseren Filterpfropfens aus unbehandeltem Celluloseacetat (nied riger Zugwiderstand und niedriger Filterwirkungsgrad) hergestellt. Nach diesem Verfahren werden fünf Proben mit den folgenden Zusätzen hergestellt: Kohlenstoff Darco HDB 3 ml Citral werden zu 10 g Kohlenstoff (Darco HDB) zugesetzt. Der so behandelte Kohlenstoff wird über Nacht in einem verschlossenen Behälter stehengelassen.
45 cm Celluloseacetat-Werg, auf welches ein Klebstoff aufgesprüht worden ist, werden mit 1,0139 g des be handelten Kohlenstoffs (21,5 mg Kohlenstoff/10 mm Pfropfen) eingestäubt.
Kokosnusskohle Barnebey-Cheney 10 g Kokosnusskohle (Barnebey-Cheney) werden, wie oben beschrieben, mit 4 ml Citral getränkt (18,7 mg/<B>10</B> mm Werg).
<I>Pulverförmiger</I> Kohlenstoff Pittsburg BPL 3 ml Citral werden zu 10g Kohlenstoff (Pittsburg BPL), wie oben beschrieben, zugesetzt (23,6 mg/10 mm Werg).
Nuchar -Kohlenstof f 4 ml Citral werden, wie oben beschrieben, zu 10 g Nuchar -Kohlenstoff zugesetzt (22,6 mg/10 mm Werg).
Mit diesen verschiedenen Filtern werden Zigaretten mit normalen Tabakfüllungen hergestellt.
Die subjektive Bewertung des, Rauches die ser Zigaretten zeigt, dass im Falle des Nuchar - Kohlenstoffs und des Pittsburg BPL -Kohlenstoffs mehr Geschmacksstoff in den Rauch übergeht als im Falle der Kokosnusskohle. <I>Beispiel 5</I> Zigaretten werden nach Beispiel 4 hergestellt, jedoch mit Eukalyptol bzw. Carveol als Geschmacksstoffen. Die Bewertungen der Zigaretten liefern die gleichen Er gebnisse wie in Beispiel 4.