DE69513670T2

DE69513670T2 - Selektive filteranlage

Info

Publication number: DE69513670T2
Application number: DE69513670T
Authority: DE
Inventors: Annmarie Douglas; Robert Geer; Benji Morgan
Original assignee: Schweitzer Mauduit International Inc
Current assignee: Mativ Holdings Inc
Priority date: 1994-08-23
Filing date: 1995-07-28
Publication date: 2000-06-08
Anticipated expiration: 2015-07-29
Also published as: DE782400T1; EP0782400A1; JP2001506121A; ATE187041T1; US5732718A; DE69513670D1; CA2144999A1; CA2144999C; AU3204495A; EP0782400B1; WO1996005744A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft Zigarettenfilter, welche bei Rauchartikeln verwendet werden. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung Filter, welche Aktivkohle enthalten.

Stand der Technik

Filterzigaretten sind gut bekannt und eine allgemeine Form eines Rauchartikels. Filterzigaretten umfassen eine Säule aus Tabak und an einem Ende einen Filterstopfen (das heißt, einen Filter). Die Säule aus Tabak ist in Zigarettenpapier gehüllt und der Filterstopfen ist durch ein Filteranbringpapier mit der Zigarette verbunden. Obwohl es einige Ausnahmen gibt, sind herkömmliche Filter typischerweise entweder aus zusammengepreßten Streifen aus Papier bzw. Zelluloseazetatwergen gebildet. Einige Filter enthalten Aktivkohle.
Aktivkohle ist einfach in gekörnter Form bzw. Teilchenform zu erhalten. Ein Aufnehmen von Aktivkohlekörnern bzw. -teilchen in einen Filter kann Schwierigkeiten aufwerten, insbesondere, wenn es erwünscht ist, den maximalen Betrag einer Adsorptionsaktivität vorzusehen. Beispielsweise können lose Aktivkohlekörner zwischen zwei Abschnitten aus Filterwerg gefangen sein. Eine derartige Anordnung kann jedoch große Mengen von Kohlenstoff verwenden, was Kosten hinzufügt. Derartige Filter können schwierig herzustellen sein, insbesondere bei Hochgeschwindigkeits-Herstellungsverfahren. Aktivkohlekörner bzw. -teilchen können durch Klebe- bzw. Wärmeverbinden mit einem Werg verbunden sein. Es kann jedoch schwierig sein, hohe Kohlenstoffbeladungen in Verbindung mit wünschenswerten Niveaus einer Adsorptionsaktivität zu erhalten. Einige wirksame Techniken zum Binden von Kohlenstoff fügen Kosten zu dem Filter und Komplexität zu den Herstellungsvorgängen hinzu. Ferner können die Verbindungstechniken einen unerwünschten Geschmack abgeben oder die Wirksamkeit des Filters ändern. Aktivkohleteilchen können in ein Papierblatt eingefügt sein. Eine große Anzahl von Aktivkohleteilchen wird jedoch in dem Inneren des Blatts eingebettet. Während einer Verwendung strömt ein erheblicher Anteil des Gasstroms über die Oberfläche des Blatts und ist für die eingebetteten Kohlenstoffteilchen unzugänglich. Eine Unzulänglichkeit bei Papier- Aktivkohle-Blättern besteht darin, daß eingebettete Aktivkohleteilchen einen relativ kleinen Oberflächenbereich bieten, welcher für einen über das Blatt strömenden Gasstrom leicht zugänglich ist.
Ein Zusetzen eines größeren Verhältnisses von Aktivkohleteilchen in dem Blatt vermindert die Unversehrtheits- und Handhabungs-Blatteigenschaften, vermindert die relative Adsorptionsaktivität der Aktivkohle in dem hochbeladenen Blatt, steigert Kosten und Ausströmen oder Fusselbildung und kann Probleme bei der Herstellung erzeugen.
Dementsprechend besteht in der Industrie ein Bedarf an einem Filter für Rauchartikel, welcher aus einer nichtgewebten Adsorptions-Faserverbundstruktur mit Aktivkohleteilchen hergestellt ist, welche nicht teuer ist, aber gute Adsorptionsaktivitätseigenschaften (beispielsweise Gasadsorptionsaktivitätseigenschaften), Unversehrtheits- und Handhabungseigenschaften aufweist.

DEFINITIONEN

In der vorliegenden Schrift bezieht sich der Ausdruck "nichtgewebte Faserstruktur" auf eine Struktur individueller Fasern bzw. Fäden, welche eingelegt sind, aber nicht in einer sich erkennbar wiederholenden Weise. Nichtgewebte Strukturen, wie beispielsweise nichtgewebte Fasergewebe, wurden in der Vergangenheit durch eine Vielfalt von Verfahren ausgebildet, welche bei Fachkenntnis bekannt sind, wo bei diese beispielsweise Naßbildungs-Papierherstellungsverfahren, ein Luftbildungsverfahren und Kardierungsverfahren umfassen.
In der vorliegenden Schrift bezieht sich der Ausdruck "nichtgewebte Adsorptions-Faserverbundstruktur" auf eine Matrix aus Zellstoff-Fasern. Die Aktivkohle kann in Teilchenform bzw. Faserform vorliegen.
In der vorliegenden Schrift bezieht sich der Ausdruck "Zellstoff" auf Zellulosefasern aus natürlichen Quellen, wie holzigen und nichtholzigen Pflanzen. Holzige Pflanzen umfassen beispielsweise Laub- und Nadelbäume. Nichtholzige Pflanzen umfassen beispielsweise Baumwolle, Flachs, Espartogras, Wolfsmilch, Stroh, Jute, Hanf, Tabak und Bagasse.
In der vorliegenden Schrift bezieht sich der Ausdruck "Aktivkohle" auf eine generell amorphe Form von Kohlenstoff, welche durch ein hohes Adsorptionsvermögen für viele Gase, Dämpfe und kolloidale Festkörper gekennzeichnet ist. Die Aktivität dieser Form von Kohlenstoff ist ein Maß eines Oberflächenbereichs, welcher für eine Adsorption verfügbar ist, und wird in Einheiten von Fläche pro Gewichtseinheit Kohlenstoff (beispielsweise Quadratmeter pro Gramm) ausgedrückt. Aktivkohle kann in Teilchenform oder relativ faseriger Form vorliegen.
In der vorliegenden Schrift bezieht sich der Ausdruck "C&sub3;-C&sub4;-Carbonyl- Komponente" auf organische Verbindungen, welche in Tabakrauch gefunden werden, welche 3 bis 4 Kohlenstoffatome enthalten, wobei ein Sauerstoff vollständig an ein einziges Kohlenstoffatom gebunden ist. Beispielhafte Verbindungen umfassen Azeton, 2-Propenal (auch Akrolein), Propionaldehyd (auch Propanol), 2-Butenal (auch Crotonaldehyd), 2-Butanon (auch Methylethylketon) und n-Butyraldehyd.
In der vorliegenden Schrift bezieht sich der Ausdruck "selektiv vermindern" bzw. "selektive Verminderung" auf eine durch einen Filter erzeugte Verringerung der Menge einer oder mehrerer bestimmter Komponenten von Tabakrauch, welche un verhältnismäßig größer als die Verringerung anderer bestimmter Komponenten des gleichen Tabakrauchs ist. Beispielsweise können bestimmte Komponenten von Tabakrauch einer herkömmlichen Tabakstange durch einen Filter, welcher an einem Ende der Tabakstange angebracht ist, in einer Menge verringert werden, welche unverhältnismäßig größer als die Verminderung abgegebener Teilchen (beispielsweise ausgedrückt durch eine Verminderung anfallenden Teers und/oder Nikotins) ist, wenn der Tabakrauchstrom bei normaler Verwendung durch den Filter (beispielsweise über die Filteroberflächen) geleitet wird.
In der vorliegenden Schrift bezieht sich der Ausdruck "herkömmlicher Zelluloseazetatfilter" auf einen herkömmlich ausgebildeten Filter aus einem Zelluloseazetatwerg, welches mit einem Triazetin-Weichmacher behandelt ist. Die Wergfäden können verschiedene Querschnitte, etwa 2,5 bis 3 Denier pro Faden und einen Gesamtwert von etwa 30 000 bis 40 000 Denier aufweisen. Wünschenswerterweise können die Wergfäden einen Y-Querschnitt, etwa 2,7 Denier pro Faden und einen Gesamtwert von etwa 35 000 Denier aufweisen.
Der Ausdruck "Maschinenrichtung" bezieht sich in der vorliegenden Schrift auf die Beförderungsrichtung der Bildungsfläche, auf welche Fasern während einer Ausbildung eines nichtgewebten Gewebes aufgebracht werden.
Der Ausdruck "Maschinenquerrichtung" bezieht sich in der vorliegenden Schrift auf die Richtung, welche senkrecht zu der oben definierten Maschinenrichtung ist.
Der Ausdruck "Naßend-Suspensionszusatz" bezieht sich in der vorliegenden Schrift auf ein Material, welches einer wäßrigen Suspension von Fasern (bzw. Fasern und Teilchen) an dem Naßende eines Papierherstellungsvorgangs zugesetzt wird. Der Zweck des Suspensionszusatzes besteht darin, eine Gleichförmigkeit bzw. Homogenität der Faserverteilung (bzw. der Faser-Teilchen-Verteilung) in einem naßgebildeten Faserblatt zu erhöhen und ein Verbinden von Fasern (bzw. Fasern und Teilchen) in dem Blatt zu fördern. Einige Typen kationischer Benetzungsmittel können als Naßend-Suspensionszusätze verwendet werden.
Der Ausdruck "Naßend-Rückhaltezusatz" bezieht sich in der vorliegenden Schrift auf ein Material, welches einer wäßrigen Suspension von Fasern (bzw. Fasern und Teilchen) an dem Naßende eines Papierherstellungsvorgangs zugesetzt wird. Der Zweck des Rückhaltezusatzes besteht darin, die Menge an Fasern und/oder Teilchen zu steigern, welche durch das Bildungsgewebe eingefangen werden, wenn die wäßrige Suspension während des Papierherstellungsvorgangs auf das Bildungsgewebe aufgebracht wird. Allgemein ausgedrückt, erhöhen Naßend- Rückhaltezusätze eine Gleichförmigkeit bzw. Homogenität der Faserverteilung (bzw. der Faser-Teilchen-Verteilung) in einem naßgebildeten Faserblatt nicht. Ein nützlicher Naßend-Rückhaltezusatz ist Polyacrylamid.
In der vorliegenden Schrift schließt der Ausdruck "im wesentlichen bestehend aus" das Vorhandensein zusätzlicher Materialien nicht aus, welche die erwünschten Eigenschaften einer gegebenen Zusammensetzung bzw. eines Erzeugnisses nicht signifikant beeinflussen. Beispielhafte Materialien dieser Art würden ohne Beschränkung Pigmente, Antioxidationsmittel, Stabilisationsmittel, Benetzungsmittel, Wachse, Fließmittel, Teilchen oder Materialien umfassen, welche zugesetzt werden, um eine Verarbeitungseignung einer Zusammensetzung zu steigern.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung beantwortet die oben beschriebenen Bedürfnisse durch Schaffen eines Filters für Tabakrauch, welcher aus mindestens einer Schicht einer naßgebildeten nichtgewebten Absorptions-Faserverbundstruktur zusammengesetzt ist, umfassend: 1) Etwa 30 bis etwa 65 Gewichtsprozent Zellstoff-Fasern, welche eine Matrix mit einer ersten Außenfläche und einer zweiten Außenfläche ausbilden; und 2) etwa 35 bis etwa 70 Gewichtsprozent Aktivkohle, welche derart in die Matrix von Zellstoff-Fasern eingebettet ist, daß die Konzentration von Aktivkohle in unmittelbarer Nähe der ersten Außenfläche mindestens etwa 60 Prozent beträgt, wie durch eine optische Bildanalyse bestimmt wird, und die Konzentration von Aktivkohle weniger als 40 Prozent beträgt, wie durch eine optische Bildanalyse bestimmt wird. Erfindungsgemäß liefert diese Struktur einen Filter, welcher derart angepaßt ist, daß dieser die C&sub3;-C&sub4;-Carbonyl-Komponente eines herkömmlichen Tabakrauchs selektiv um mindestens etwa 25 Prozent mehr als ein herkömmlicher Zelluloseazetatfilter für einen identischen Tabakrauch vermindert. Beispielsweise kann der Filter derart angepaßt sein, daß dieser die C&sub3;-C&sub4;-Carbonyl-Komponente eines herkömmlichen Tabakrauchs selektiv um etwa 30 bis etwa 50 Prozent mehr als ein herkömmlicher Zelluloseazetatfilter für einen identischen Tabakrauch vermindert. Es wurde bedacht, daß in einigen Situationen der Filter der vorliegenden Erfindung Komponenten von Tabakrauch zusätzlich zu der erwünschten selektiven Verminderung der C&sub3;-C&sub4;-Carbonyl-Komponente selektiv vermindern kann.
Wünschenswerterweise kann die Konzentration von Aktivkohle in unmittelbarer Nähe der ersten Außenfläche mindestens etwa 65 bis etwa 80 Prozent betragen, wie durch eine optische Bildanalyse bestimmt wird, und die Konzentration von Aktivkohle kann weniger als etwa 35 bis etwa 40 Prozent betragen, wie durch eine optische Bildanalyse bestimmt wird.
Bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die naßgebildete nichtgewebte Absorptions-Faserverbundstruktur des Filters etwa 45 bis etwa 55 Gewichtsprozent Zellstoff-Fasern und etwa 55 bis etwa 45 Gewichtsprozent Aktivkohle.
Der Filter kann Kanäle mit einer Tiefe von etwa 0,12 Zoll bis etwa 0,4 Zoll bei einer Dichte von etwa 10 bis etwa 20 Kanälen pro Zoll einer Breite über eine ebene Ausdehnung der nichtgewebten Absorptions-Faserverbundstruktur enthalten. Beispielsweise können die Kanäle eine Tiefe von etwa 0,15 Zoll bis etwa 0,25 Zoll und eine Dichte von etwa 12 bis etwa 16 Kanälen pro Zoll über eine ebene Ausdehnung des Filters aufweisen. Als weiteres Beispiel können die Kanäle eine Tiefe von etwa 0,18 Zoll bis etwa 0,22 Zoll und eine Dichte von etwa 13 bis etwa 15 Kanälen pro Zoll über eine ebene Ausdehnung des Filters aufweisen. Wünschenswerterweise verlaufen die Rillen längs einer ebenen Ausdehnung, welche generell parallel zu dem Weg ist, welchen ein Tabakrauch bei einer normalen Verwendung des Filters nimmt.
Allgemein ausgedrückt, sind die Zellstoff-Fasern der naßgebildeten nichtgewebten Adsorptions-Faserverbundstruktur Hartholz- bzw. Weichholzfasern. Die Zellstoff-Fasern können ferner von nichtholzigen Pflanzen stammen. Nichtholzige Pflanzen umfassen beispielsweise Baumwolle, Flachs, Espartogras, Wolfsmilch, Stroh, Jute, Hanf, Tabak und Bagasse.
Die nichtgewebte Adsorptions-Faserverbundstruktur des Filters kann ein Grundgewicht von etwa 20 g/m² bis etwa 100 g/m² aufweisen. Beispielsweise kann die nichtgewebte Adsorptions-Faserverbundstruktur des Filters ein Grundgewicht von etwa 50 g/m² bis etwa 55 g/m² aufweisen.
Allgemein ist die Aktivkohle in der Matrix aus Zellstoff-Fasern eine fein pulverisierte Aktivkohle. Wünschenswerterweise weist die Aktivkohle eine derartige mittlere Partikelgröße auf, daß diese durch einen Schirm mit einer Maschenzahl von 350 oder weniger hindurchtritt (beispielsweise eine mittlere Partikelgröße, welche weniger als einer Maschenzahl von 350 entspricht).
Erfindungsgemäß kann der Filter für Tabakrauch mindestens zwei Schichten der nichtgewebten Adsorptions-Faserverbundstruktur enthalten.
Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Verfahren zum herstellen eines Filters für Tabakrauch, welcher aus mindestens einer Schicht einer naßgebildeten nichtgewebten Absorptions-Faserverbundstruktur zusammengesetzt ist. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: 1) Vorsehen einer wäßrigen Suspension, welche etwa 30 bis etwa 65 Prozent Zellstoff-Fasern und etwa 35 bis etwa 70 Prozent Aktivkohle auf der Grundlage des Gewichts des aufgeschlämmten Materials- enthält, wobei die Ak tivkohle eine mittlere Partikelgröße, welche weniger als einer Maschenzahl von 350 entspricht, aufweist; 2) Aufbringen der wäßrigen Suspension auf eine Papierherstellungs-Bildungsfläche, um eine Matrix aus Zellstoff-Fasern mit einer ersten Außenfläche und einer zweiten Außenfläche auszubilden, wobei ein Adsorptionsmaterial in die Matrix aus Zellstoff-Fasern eingefügt ist; 3) Entfernen von Wasser aus der Matrix aus Zeüstoff-Fasern unter einem ausreichenden Vakuum, so daß Aktivkohle nahe einer Fläche der Matrix konzentriert wird, um eine nichtgewebte Adsorptions- Faserverbundstruktur zu liefern; 4) weitgehendes Trocknen der nichtgewebten Adsorptions-Faserverbundstruktur; und 5) Vorstauchen der nichtgewebten Adsorptions- Faserverbundstruktur zu der Gestalt eines radial elastischen Filterkörpers; so daß der Filter derart angepaßt wird, daß dieser die C&sub3;-C&sub4;-Carbonyl-Komponente eines herkömmlichen Tabakrauchs selektiv um mindestens etwa 25 Prozent mehr als ein herkömmlicher Zelluloseazetatfilter für einen identischen Tabakrauch vermindert.
Allgemein sollte die wäßrige Suspension, welche Zellstoff-Fasern und Aktivkohle umfaßt, frei von Naßend-Suspensionszusätzen sein. Erfindungsgemäß kann das Entfernen von Wasser wünschenswerterweise unter einem ausreichenden Vakuum durchgeführt werden, so daß die nichtgewebte Adsorptions- Faserverbundstruktur eine Konzentration eines Adsorptionsmaterials in unmittelbarer Nähe der ersten Außenfläche der Matrix von mindestens etwa 60 Prozent aufweist, wie durch eine optische Bildanalyse bestimmt wird, und eine Konzentration eines Adsorptionsmaterials in unmittelbarer Nähe der zweiten Außenfläche der Matrix von weniger als etwa 40 Prozent aufweist, wie durch eine optische Bildanalyse bestimmt wird.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann den Schritt eines Ausbildens von Kanälen in der Adsorptions-Faserverbundstruktur vor einem Vorstauchen der nichtgewebten Adsorptions-Faserverbundstruktur zu der Gestalt eines radial elastischen Filterkörpers umfassen. Die Kanäle können eine Tiefe von etwa 0,12 Zoll bis etwa 0,4 Zoll bei einer Dichte von etwa 10 bis etwa 20 Kanälen pro Zoll einer Breite über eine ebene Ausdehnung der nichtgewebten Adsorptions-Faserverbundstruktur aufweisen.
Die nichtgewebte Adsorptions-Faserverbundstruktur kann unter Verwendung eines Kompressions- bzw. Nichtkompressions-Trocknungsvorgangs getrocknet werden. Es wurde festgestellt, daß Dampfbehälter- bzw. Dampfwalzen- Trocknungsverfahren besonders gut funktionieren. Andere Trocknungsverfahren, welche Infrarotstrahlung, Yankee-Trockner, Durchlufttrockner, Mikrowellen und Ultraschallenergie umfassen, können ebenfalls verwendet werden.
Erfindungsgemäß wird die generell flache nichtgewebte Adsorptions- Faserverbundstruktur zu der Gestalt eines radial elastischen Filterkörpers unter Verwendung einer herkömmlichen Filterstangen-Vorstauchvorrichtung und einer Filterstangen-Fertigungsvorrichtung vorgestaucht. Die Filterstange kann alleine oder in Verbindung mit herkömmlichen Fasern (beispielsweise einem herkömmlichen Zelluloseazetatwerg-Filter) verwendet werden. Wünschenswerterweise ist die Filterstange der vorliegenden Erfindung zwischen dem Tabak und einem herkömmlichen Zelluloseazetatfilter angeordnet.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine Darstellung einer Vorrichtung, welche dazu verwendet werden kann, eine nichtgewebte Adsorptions-Faserverbundstruktur zu bilden, welche bei einem beispielhaften Filter verwendet wird.
Fig. 2 ist eine allgemeine Darstellung eines beispielhaften Aktivkohle- Zellstoff-Faser-Konzentrationsgradienten für einen Querschnitt einer nichtgewebten Adsorptions-Faserverbundstruktur, welche bei einem beispielhaften Filter verwendet wird.
Fig. 3 ist eine Mikroaufnahme einer aktivkohlereichen Oberfläche einer beispielhaften nichtgewebten Adsorptions-Faserverbundstruktur.
Fig. 4 ist eine Mikroaufnahme einer zellstoffreichen Oberfläche einer beispielhaften nichtgewebten Adsorptions-Faserverbundstruktur.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Verfahrens zum Ausformen einer nichtgewebten Adsorptions-Faserverbundstruktur zu einer Filterstange.
Fig. 6 ist eine perspektivische Teilansicht eines beispielhaften Rauchartikels.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

In Fig. 1 der Zeichnung ist bei 10 ein Verfahren zum Bilden einer naßgebildeten nichtgewebten Adsorptions-Faserverbundstruktur, welche bei dem Filter für Tabakrauch der vorliegenden Erfindung verwendet wird, schematisch dargestellt. Diese Verbundstruktur umfaßt Zellstoff-Fasern und Aktivkohle, welche über die gesamte Zellstoff-Faser-Matrix verteilt sind. Wünschenswerterweise ist die Aktivkohle in einer derartigen Weise in die Matrix eingefügt, daß der Aktivkohle-Oberflächenbereich in einer Verteilung mit generell nichtlinearem Gradienten verfügbar ist.
Ein naßgebildetes nichtgewebtes Adsorptions-Verbundmaterial wird durch Ausbilden einer verdünnten Suspension von Fasern und Aktivkohle hergestellt, wobei die Suspension einem Stoffauflaufkasten 20 zugeleitet und über einen Ausflußschlitz 22 als Brei auf einen löchrigen Schirm 24 einer herkömmlichen Papierherstellungsmaschine 26 aufgebracht wird.
Die Suspension von Fasern kann zu einer beliebigen Konsistenz, welche typischerweise bei herkömmlichen Naßbildungsverfahren verwendet wird, verdünnt werden. Beispielsweise kann die Suspension etwa 0,02 bis etwa 5 Gewichtsprozent Fasern und/oder Aktivkohle in Wasser suspendiert enthalten.
Allgemein wird Aktivkohle vor einer Ausbildung des Blatts in den Zellstoffbrei gemischt. Alternativ und/oder zusätzlich kann die Aktivkohle in dem Zellstoffbrei abgelagert werden, wenn dieser in den Stoffauflaufkasten eintritt, sich in dem Ausflußschlitz befindet oder auf den löchrigen Schirm aufgebracht wird.
Die Suspension von Fasern und Aktivkohle wird auf der löchrigen Fläche 24 aufgebracht, und Wasser wird entfernt, um ein ungleichförmiges nichtgewebtes Gewebe aus Fasern und Aktivkohle 28 zu bilden. Typischerweise ist die löchrige Fläche 24 ein Maschengewebe, welches bei herkömmlichen Papierherstellungsverfahren verwendet wird. Wasser wird aus der abgelagerten Schicht aus Fasern und einem Adsorptionsmaterial durch eine Vakuum-Entwässerungsvorrichtung 30 unter einem ausreichenden Vakuum entfernt, so daß ein verbessertes zweiseitiges bzw. nichthomogenes Gewebe ausgebildet wird.
Die Aktivkohle kann in der Gestalt von Partikeln oder Fasern vorliegen. Allgemein ausgedrückt, ist die Aktivkohle in der Matrix aus Zellstoff-Fasern eine fein pulverisierte Aktivkohle. Wünschenswerterweise weist die Aktivkohle eine derartige mittlere Partikelgröße auf, daß diese durch einen Schirm mit einer Maschenzahl von 350 oder weniger (beispielsweise eine mittlere Partikelgröße, welche weniger als einer Maschenzahl von etwa 350 - etwa 40 Mikrometer entspricht) hindurchtreten kann. Geeignete Aktivkohlepartikel sind von der Calgon Carbon aus Pittsburgh, Pennsylvania, unter der Bezeichnung Calgon Carbon Type PCB Granular Activated Carbon erhältlich.
Bei einem Aspekt des Herstellens der nichtgewebten Adsorptions- Faserverbundstruktur ist es wünschenswert, daß keine Naßend-Suspensionszusätze zu der wäßrigen Suspension von Zellstoff-Fasern und Aktivkohlematerial zugesetzt werden. Naßend-Suspensionszusätze sind typischerweise aus einem organischen Material, wie etwa beispielsweise Naturkautschuken, als auch synthetischen Materialien, wie etwa synthetischen Hydrogel-Polymeren oder hydrophilen Kolloiden (auch als "Hydrokolloide" bezeichnet) gebildet.
Obwohl die Erfinder nicht auf eine bestimmte Arbeitstheorie festgelegt werden sollten, wird angenommen, daß durch Entfernen von Naßend-Suspensionszusätzen, welche eine gleichförmige Verteilung von Aktivkohle in der Suspension von Zellstoff und Adsorptionsmittel fördern, eine zweiseitige bzw. heterogene Verteilung von Aktivkohle in dem daraus hervorgehenden Blatt erreicht wird. Es wird angenommen, daß ein Fehlen von Naßend-Suspensionszusätzen die Neigung der Aktivkohle steigert, in einem Brei, welcher durch eine Papierherstellungsmaschine des Langsiebtyps verarbeitet wird, durch die Wirkungen von Schwerkraft, Mischen, Blattbildung und/oder Entwässerung konzentriert zu werden.
Aktivkohlepartikel und/oder -fasern werden dem Zellstoffbrei durch ein (nicht dargestelltes) herkömmliches Teilchen- und/oder Faserverarbeitungssystem zugesetzt, um die wäßrige Suspension von Aktivkohle und Zellstoff-Fasern zu bilden. Beispielhafte Teilchenverarbeitungssysteme sind beispielsweise in dem U.S.- amerikanischen Patent Nr. 4 604 313 beschrieben, dessen Teilchenverarbeitungssysteme betreffender Inhalt durch Bezugnahme in die vorliegende Schrift aufgenommen ist. Nützliche Teilchenverarbeitungssysteme umfassen verschiedene Gravurwafzen-Volumendosiervorrichtungen, ebenso wie weitere kommerzielle Systeme, wie etwa beispielsweise Christy Trockenmäterial-Ausgabemaschinen, erhältlich von der Christy Machine Company aus Fremont, Ohio; und MeltexTM Pulveranwendungssysteme der SAP-Serie, erhältlich von der Nordson Corporation. Nützliche Faserverarbeitungssysteme umfassen Spinnfasergewebe-Luftbildungssysteme, ebenso wie kommerzielle Systeme, erhältlich von Moller & Jochumsen aus Dänemark und Danweb Forming International.
Allgemein ausgedrückt, kann Aktivkohle bei einem Verhältnis von bis zu etwa 80 Gramm Adsorptionsmittel pro 100 Gramm Gesamtgewicht des im wesentlichen trockenen Verbundmaterials (das heißt, des Gesamtgewichts von allen Komponenten, welche das Verbundmaterial bilden) vorliegen. Beispielsweise kann die Aktivkohle bei einem Verhältnis von etwa 35 bis etwa 70 Gramm Aktivkohle pro 100 Gramm Gesamtgewicht des im wesentlichen trockenen Verbundmaterials vorliegen. Wünschenswerterweise kann die Aktivkohle bei einem Verhältnis von etwa 45 bis etwa 55 Gramm Aktivkohle pro 100 Gramm Gesamtgewicht des im wesentlichen trockenen Verbundmaterials vorliegen.
Die Fasern können Zellstoff-Fasern aus holzigen oder nichtholzigen Pflanzen ebenso wie aus sekundärem (das heißt, wiederaufbereitetem) Faserzellstoff sein. Beispielhafte Holzzellstoffe umfassen gebleichte und ungebleichte Natur- Weichholzfaser-Kraftzellstoffe und gebleichten und ungebleichten Natur- Hartholzfaser-Kraftzellstoff. Einige nützliche Zellstoffe sind die von der Kimberly- Clark Corporation unter den Handelsbezeichnungen Alberni K, Longlac 19, Longlac 16, Coosa River 55, Coosa River 56 und Coosa River 57 erhältlichen. Sekundärer Faserzellstoff kann aus Zellstoff-Fasern bestehen, welche aus Quellen wie beispielsweise Büroabfall, Zeitungen und Kartonabfall wiederaufbereitet werden. Beispielsweise ist ein nützlicher sekundärer Faserzellstoff, bekannt als "BJ de-inked secondary fiber pulp", von Ponderosa Pulp Products erhältlich - einer Abteilung von Ponderosa Fibers aus Amerika, Atlanta, Georgia.
Zellstoff-Fasern können unverfeinert sein oder zu verschiedenen Verfeinerungsgraden aufgeschlagen sein. Geringe Mengen von Naßfestigkeitsharzen und/oder Harzbindemitteln können zugesetzt werden, um Festigkeit und Verschleißfestigkeit zu verbessern, vorausgesetzt, daß diese die heterogene Natur der Zellstoff-Aktivkohle-Verteilung, welche durch Entfernen der oben beschriebenen Naßend-Suspensionszusätze erreicht wird, nicht ändern. Nützliche Bindemittel und Naßfestigkeitsharze umfassen beispielsweise Kymene® 557 H, erhältlich von der Hercules Chemical Company, und Parez 631, erhältlich von American Cyanamid, Inc. Vernetzungsmittel und/oder Hydratationsmittel können auch zu der Zellstoffmischung zugesetzt werden. Entbindemittel können der Zellstoffmischung zugesetzt werden, um den Wasserstoffbrücken-Bindungsgrad zu vermindern, wenn ein sehr offenes bzw. lockeres (beispielsweise weicheres) nichtgewebtes Zellstoff-Faser- Gewebe erwünscht ist. Ein beispielhaftes Entbindemittel ist von der Quaker Chemical Company, Conshohocken, Pennsylvania, unter der Handelsbezeichnung Quaker 2008 erhältlich.
Wenn die Fasern Zellstoff-Fasern sind, kann die Suspension von Fasern und Aktivkohle auch synthetische Fasern, Naturfasern, zweikomponentige Fasern oder andere Fäden mit verschiedenen Denierwerten und Längen enthalten. Verschiedene Mischungen von Zellstoff-Fasern und diese weiteren Typen von Fasern können verwendet werden. Beispielsweise kann die faserige Komponente des Adsorptions- Verbundmaterials etwa 5 bis etwa 50 Gewichtsprozent Spinnlängefasern und etwa 50 bis 95 Gewichtsprozent Zellstoff-Fasern enthalten.
Die synthetischen Fasern können aus Rayon, Polyester, Polyamiden und Polyolefinen, wie etwa beispielsweise einem Polyethylen, Polypropylen, Polybuten, Ethylen-Copolymeren, Propylen-Copolymeren und Buten-Copolymeren oder mehreren von diesen hergestellt sein. Naturfasern können beispielsweise Baumwolle, Baumwollfussel, Wolle, Seide und Flachs umfassen. Typischerweise weisen diese Fasern einen Denierwert in dem Bereich von etwa 0,7 bis etwa 8 und eine mittlere Länge in dem Bereich von etwa 5 mm bis etwa 36 mm auf. Beispielsweise können die Fasern einen Denierwert in dem Bereich von etwa 0,9 bis etwa 3 und eine mittlere Länge in dem Bereich von etwa 10 mm bis etwa 24 mm aufweisen. Wünschenswerterweise können die Fasern einen Denierwert in dem Bereich von etwa 1 bis etwa 2 und eine mittlere Länge in dem Bereich von etwa 12 mm bis etwa 18 mm aufweisen.
Nachdem das Wasser von dem naßgebildeten nichtgewebten Adsorptions- Faserverbundmaterial 28 abgelaufen ist, wird dieses zu einem Trocknungsvorgang überführt. Eine Ungleichgeschwindigkeits-Aufnahmewalze 32 kann verwendet werden, um das Gewebe von dem löchrigen Gürtel 24 zu einem Trocknungsvorgang überzuführen. Alternativ können herkömmliche Aufnahmevorrichtungen des Vakuumtyps und Übertragungsgewebe verwendet werden. Wünschenswerterweise ist der Trocknungsvorgang ein Nichtkompressions-Trocknungsvorgang. Beispielsweise kann das Gewebe nichtkompressiv unter Verwendung einer herkömmlichen Dampfbehälter- bzw. Dampfwalzenanordnung, wie in Fig. 1 bei 34 dargestellt, getrocknet werden. Das naßgebildete nichtgewebte Adsorptions-Faserverbundmaterial 28 läuft über Walzen 36-42, welche auf eine Temperatur erwärmt sind, welche von etwa 150-175ºF (65-80ºC) reicht. Andere Trocknungsverfahren, welche Infrarotstrahlung, Yankee-Trockner, Durchlufttrockner, Mikrowellen und Ultraschallenergie umfassen, können ebenfalls verwendet werden. Das getrocknete nichtgewebte Adsorptions-Faserverbundmaterial 28 kann dann entfernt und auf eine Rolle gewickelt, verpackt oder rasch in andere Vorgänge eingeführt werden.
Es kann wünschenswert sein, Abschlußschritte und/oder Nachbehandlungsvorgänge zu verwenden, um Kanäle bzw. Rillen in dem Verbundstoff 28 zu liefern. Weitere Behandlungen werden erwogen, wie etwa beispielsweise mechanische Erweichungs-Behandlungen. Dieses Erweichen kann durch Glätten, Perforieren, Öffnungsbildung, Widerdruckpressen, Aufpressen, Musterpressen, ungleichmäßiges Ziehen, Kreppen und Walzen vollbracht werden. Eine Erweichung kann auch durch Zusetzen von Entbindemitteln zu dem nichtgewebten Fasergewebe vor oder unmittelbar nach einer Gewebeausbildung vollbracht werden. Alternativ und/oder zusätzlich können chemische Nachbehandlungen des Gewebes hinzugefügt werden, wie etwa beispielsweise Klebstoffe, Farbstoffe, Benetzungsmittel, Vernetzungsmittel, Hydratationsmittel und/oder Pigmente, um wünschenswerte Eigenschaften zu liefern bzw. verbessern, wie etwa beispielsweise Verschleißfestigkeit, Zähigkeit, Farbe, vermindertes Fusseln oder verbesserte Adsorption.
Anstelle einer generell homogenen Verteilung von Aktivkohle über die gesamte Zellstoff-Faser-Matrix ist es wünschenswert, daß eine nichtgewebte Adsorptions- Faserverbundstruktur eine verbesserte zweiseitige, abgestufte bzw. heterogene Verteilung von Aktivkohle über die gesamte Zellstoff-Faser-Matrix aufweist. Wün schenswerterweise sollte die Gradientenverteilung eines verfügbaren Aktivkohle- Oberflächenbereichs über die gesamte Zellstoff-Faser-Matrix relativ nichtlinear sein. Das heißt, daß der verfügbare Aktivkohle-Oberflächenbereich auf der aktivkohlereichen Oberfläche der Zellstoff-Faser-Matrix relativ unverhältnismäßig gegenüber einer generell linearen Gradientenverteilung von Aktivkohlepartikeln/-fasern über die Dicke (das heißt, die Z-Richtung) der Zellstoff-Faser-Matrix wäre. Eine allgemeine Darstellung eines beispielhaften Aktivkohlekonzentrations-Gradienten für einen Querschnitt ist in Fig. 2 dargestellt. Eine Kurve A stellt die Aktivkohlekonzentration dar, und eine Kurve P stellt die Zellstoffkonzentration dar.
Allgemein ausgedrückt, wird bei der Praxis der vorliegenden Erfindung angenommen, daß die Verwendung eines Aktivkohlematerials mit einem mittleren Teilchendurchmesser, welcher einer Maschenzahl von 350 oder weniger entspricht, und/oder eines geeigneten relativ faserigen Aktivkohlematerials eine derartige nichtlineare Verteilung unter den geeigneten Naßbildungs-Bedingungen liefert. Obgleich die Erfinder nicht auf eine bestimmte Arbeitstheorie festgelegt werden sollten, wird angenommen, daß die Abwesenheit von Naßendzusätzen in der wäßrigen Zellstoff- Aktivkohle-Suspension die Wirkung aufweisen kann, daß während eines Auftragens der Suspension und einer darauffolgenden Vakuumentwässerung (mit ausreichenden Graden eines Vakuums) eine verbesserte zweiseitige bzw. ungleichförmige (das heißt, abgestufte, heterogene) Verteilung der faserigen Komponente und der Aktivkohle erreicht werden kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die nichtgewebte Adsorptions-Faserstruktur derart angepaßt, daß diese eine Menge von Kohlenstoff- Tetrachlorid-Dampf (CCl&sub4;-Dampf) adsorbiert, welche ausreicht, das Grundgewicht der nichtgewebten Struktur um mindestens eineinhalb Gramm pro Quadratmeter (das heißt, 1,5 g/m²) zu erhöhen. Beispielsweise kann die nichtgewebte Adsorptions- Faserstruktur derart angepaßt sein, daß diese eine Menge von Kohlenstoff- Tetrachlorid-Dampf (CCl&sub4;-Dampf) adsorbiert, welche ausreicht, das Grundgewicht der nichtgewebten Struktur um etwa 10 bis etwa 20 Gramm pro Quadratmeter (das heißt, 10-20 g/m²) zu erhöhen. Wünschenswerterweise ist die nichtgewebte Adsorptions-Faserstruktur derart angepaßt, daß diese eine Menge von Kohlenstoff- Tetrachlorid-Dampf (CCl&sub4;-Dampf) adsorbiert, welche ausreicht, das Grundgewicht der nichtgewebten Struktur um 25 Gramm pro Quadratmeter oder mehr (das heißt, 25 g/m² oder mehr) zu erhöhen.
In Fig. 3-4 nun stellen diese Figuren Mikroaufnahmen von verschiedenen naßgebildeten nichtgewebten Adsorptions-Faserverbundstrukturen dar, welche etwa 50 Gewichtsprozent Aktivkohle (Calgon Carbon Type PCB Granular Activated Carbon, erhältlich von Calgon Carbon, Pittsburgh, Pennsylvania) und etwa 50 Gewichtsprozent Holzzellstoff (Alberni K Weichholz-Zellstoff, erhältlich von der Kimberly Clark Corporation) enthält. Genauer stellt Fig. 3 eine 43X (Linearvergrößerung) Mikroaufnahme einer aktivkohlereichen Seite einer beispielhaften naßgebildeten nichtgewebten Adsorptions-Faserverbundstruktur dar. Fig. 4 stellt eine 43X (Linearvergrößerung) Mikroaufnahme der gegenüberliegenden Seite (das heißt, der zellstoffreichen Seite) der gleichen beispielhaften naßgebildeten nichtgewebten Adsorptions-Faserverbundstruktur dar. Fig. 3 und 4 wurden bei identischen Belichtungen erzeugt. Die Belichtung erfolgte auf der aktivkohlereichen Seite der nichtgewebten Adsorptions-Faserverbundstruktur. Wie aus Fig. 3 und 4 zu ersehen, ist die Konzentration von Aktivkohle auf einer Oberfläche (das heißt, der aktivkohlereichen Oberfläche) der Struktur größer als auf der gegenüberliegenden Oberfläche (das heißt, der zellstoffreichen Oberfläche). Aktivkohle ist auch über die gesamte zellstoffreiche Oberfläche (ebenso wie über den Innenabschnitt der Struktur) verteilt, jedoch bei niedrigeren Konzentrationen, welche eine relativ nichtlineare Verteilung eines verfügbaren Aktivkohle-Oberflächenbereichs über die Zellstoff-Faser-Matrix darstellen. Somit ist zu ersehen, daß die Struktur von Fig. 3 und 4 als eine Matrix aus Zellstoff-Fasern mit einer ersten Außenfläche und einer zweiten Außenfläche beschrieben werden kann, in welcher Aktivkohle in die Zellstoff-Faser-Matrix eingefügt ist, so daß die Konzentration von Aktivkohle in unmittelbarer Nähe der ersten Außenfläche der nichtgewebten Struktur, wie durch eine optische Bildanalyse be stimmt wird, größer als die Konzentration von Aktivkohle in unmittelbarer Nähe der zweiten Außenfläche der nichtgewebten Struktur ist.
Obgleich die Erfinder nicht auf eine bestimmte Arbeitstheorie festgelegt werden sollten, wird angenommen, daß die Struktur von Fig. 3 und 4 eine verbesserte zweiseitige bzw. nichthomogene Verteilung von Aktivkohle innerhalb der Matrix von Zellstoff-Fasern, wie oben beschrieben, darstellt. Während die Verteilung von Aktivkohle innerhalb der Zellstoff-Faser-Matrix keinem präzisen Gradientenmuster zu folgen scheint, wird angenommen, daß ein Querschnitt der Struktur steigende Konzentrationen von Aktivkohle bei einer Annäherung an deren erste Außenfläche und steigende Konzentrationen von Zellstoff-Fasern bei einer Annäherung an deren zweite Außenfläche aufweisen würde. Wünschenswerterweise ist der Konzentrationsgradient eines verfügbaren Aktivkohle-Oberflächenbereichs über die gesamte Zellstoff-Faser-Matrix relativ nichtlinear. Die zellstoffreiche Oberfläche entspricht dem Bildungssieb der Struktur und die aktivkohlereiche Oberfläche entspricht der gegenüberliegenden Oberfläche.
Aufgrund der Tatsache, daß die Aktivkohleteilchen wünschenswerterweise eine mittlere Größe, welche weniger als einer Maschenzahl von etwa 350 entspricht, aufweisen, ist ein großer Anteil von Aktivkohle in dem Blatt vorhanden. Der Naßbildungsvorgang kann derart manipuliert werden, daß die Aktivkohleteilchen/Aktivkohlefeinanteile in dem neu aufgebrachten Zellstoff-Aktivkohlebrei an der Oberseite des Blatts stark konzentriert werden und an der Unterseite (das heißt, der Bildungssieb-Seite) des Blatts "ausgewaschen" werden, bei einem relativ nichtlinearen Konzentrationsgradienten. Es wird generell angenommen, daß eine größere Menge kleinerer Aktivkohleteilchen (beispielsweise feiner als eine Maschenzahl von etwa 350) oder eines geeigneten relativ faserigen Aktivkohlematerials zu einer relativ nichtlinearen Verteilung von Kohlenstoff über das gesamte Blatt führt, wobei sich der größere Anteil bei bzw. in unmittelbarer Nähe der aktivkohlereichen Oberfläche befindet.
Es wird angenommen, daß diese Verteilung besonders für ein Filtern eines Tabakrauchs, welcher entlang der Oberfläche des nichtgewebten Adsorptions- Verbundmaterials gesaugt wird, vorteilhaft ist. Es wird angenommen, daß eine Konzentration der Aktivkohle und insbesondere relativ feiner Aktivkohleteilchen (beispielsweise feiner als eine Maschenzahl von etwa 350 oder weniger und/oder ein geeignetes relativ faseriges Aktivkohlematerial) in unmittelbarer Nähe bzw. an einer Oberfläche einer Aktivkohle einen größeren Oberflächenbereich liefert, welcher für eine Adsorption verfügbar ist, wegen der geringfügig nichtlinearen Verteilung von Aktivkohle und der größeren Oberfläche, welche durch viele sehr feine Aktivkohleteilchen geliefert wird. Es wird angenommen, daß die Anwesenheit eines großen Anteils von Aktivkohleteilchen an bzw. in unmittelbarer Nähe einer Oberfläche der Zellstoff-Faser-Matrix vorteilhaft ist, da einige Hinweise nahelegen, daß eine Kohlenstoffaktivität für Gasphasenkomponenten eines Tabakrauchs, welcher über die Oberfläche der Zellstoff-Faser-Matrix strömt, relativ unabhängig von einer Matrixporosität ist.
Wie schematisch in Fig. 5 dargestellt, wird eine Rolle 100 des nichtgewebten Adsorptions-Faserverbundmaterials 28 abgewickelt und in eine Vorstauchvorrichtung 102 gezogen, welche das flache Gewebe 28 zu einer zylindrischen Gestalt 104 vorstaucht bzw. faltet, welche für einen Übergang in die Filterstangen- Fertigungsvorrichtung geeignet ist. Der ausgebildete Zylinder 104 wird gewöhnlich in eine Stangenherstellungs-Garnitur zusammen mit einem Hüllpapier, genannt Stopfenhülle 106, über ein (nicht dargestelltes) Endlos-Bildungslaufband befördert. Vor einem Eintreten in die Garnitur wird ein durchgehender Rand eines Klebstoffs auf eine Kante der Stopfenhülle über eine Auftragevorrichtung aufgetragen. Wenn diese Komponenten durch die Garnitur hindurchtreten, wird das ausgebildete Gewebe zu einer Stange mit einem zylindrischen Querschnitt komprimiert, während es zugleich durch eine Stopfenhülle 106 umhüllt wird. Wenn der Klebstoffrand den Überlappungsabschnitt einer eingehüllten Stange berührt, erfolgt eine Versiegelung davon mittels einer Versiegelungsstange. Diese Endlos-Filterstange wird dann mittels einer Klinge 110 in Längen 108 geschnitten.
In Fig. 6 ist ein Rauchartikel 200 in der Gestalt einer Zigarette teilweise dargestellt, welche eine Tabakstange 202 umfaßt, welche durch eine Zigarettenhülle 204 umhüllt und mit dem Filter 206, welcher die nichtgewebte Adsorptions- Faserverbundstruktur 28 umfaßt, und der Stopfenhülle 106 mittels eines Filteranbringpapierstreifens 208 verbunden ist.
Gewebe, welche erfindungsgemäß hergestellt sind, können vorbehandelt werden, bevor diese zu einer Filterstange 108 ausgebildet werden. Behandlungen können Oberflächenmodifizierungs-Behandlungen, Kräuselungsbehandlungen, Verbindungsbehandlungen, Wärmebehandlungen und ähnliches umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Zwei beispielhafte Behandlungen, dargestellt in Fig. 5, sind ein Paar mit Rillen versehener Rollen 112, welche zum Kräuseln verwendet werden, und eine Flüssigkeits-Aufbringvorrichtung 114, welche zur Oberflächenbehandlung verwendet wird.
NASSGEBILDETE NICHTGEWEBTE ADSORPTIONSFASERVERBUNDSTRUKTUR
Zugfestigkeits- und Dehnungsmessungen von Proben der naßgebildeten nichtgewebten Absorptions-Faserverbundstruktur erfolgten unter Verwendung eines Thwing-Albert Model QC-2XS Electron Digital Readout Tensile Strength Testers in Übereinstimmung mit TAPPI-T404 und ASTM-D828. Die Prüfvorrichtung war mit mechanischen Greifvorrichtungen des Smooth-Faced-Typs der Nr. 733B des Thwing Albert Katalogs mit einer Backenbreite von etwa 1 Zoll (25,4 mm) ausgestattet. Messungen einer Spitzenlast erfolgten in der Maschinenrichtung für trockene Proben. Eine Querstrecken-Geschwindigkeit wurde auf etwa 51 mm/Minute (2 Zoll/Minute) eingestellt. Proben wurden vor einem Prüfvorgang bei 50 Prozent relativer Feuchtigkeit und 73ºF (23ºC) vorbereitet. Eine Zugfestigkeit bezieht sich auf die maximale Last bzw. Kraft (das heißt, eine Spitzenlast), welche auftritt, während die Probe bis zum Reißen gedehnt wird. Die Ergebnisse sind in Einheiten von Kraft (Pfundf) für Proben ausgedrückt, welche 1 Zoll Breite mal 6 Zoll Länge maßen.
Von Gewebeproben abgefallene Teilchen und Fasern wurden durch einen Climet-Lint-Test in Übereinstimmung mit einem INDA-Standard-Test 160.0-83 gemessen, außer, daß die Probengröße 6 Zoll mal 6 Zoll anstatt 7 Zoll mal 8 Zoll betrug.
Die Grundgewichte von Proben wurden für Proben bestimmt, welche in einem Ofen, welcher auf 105ºC erwärmt wurde, getrocknet wurden, bis kein weiterer Gewichtsverlust nach fortgesetztem Trocknen ersichtlich war. Dieser Zustand wird generell als "knochentrockener" Zustand bezeichnet. Allgemein ausgedrückt, wurden die Grundgewichte im wesentlichen in Übereinstimmung mit ASTM D646, ASTM D202 und TAPPI T411 bestimmt.
Ein Prüfen der Verschleißfestigkeit wurde auf einer Drehplattform-Doppelkopf Abriebvorrichtung (RPDH-Abriebvorrichtung) durchgeführt: Taber Abraser Nr. 5130 mit einer Probenhalterung des Modells Nr. E 140-14, erhältlich von Teledyne Taber, North Tonawanda, New York. Das Abriebrad war ein nichtelastisches, verglastes Calibrade-Schleifrad Nr. h-18, mittelgradig/mittelverbunden, ebenfalls erhältlich von Teledyne Taber. Die Prüfung wurde ohne Gegengewichte durchgeführt. Proben maßen näherungsweise 5 Zoll · 5 Zoll (12,7 cm · 12,7 cm). Ein Prüfvorgang wurde generell in Übereinstimmung mit Verfahren 5306, Federal Test Methods Standard Nr. 191A, durchgeführt.
Eine Dicke der Proben wurde unter Verwendung einer Dicke-Prüfvörrichtung, erhältlich von TMI (Testing Machines lncorporated), Amityville, New York, bestimmt. Die Dicke wurde unter Verwendung eines kreisförmigen Fußes von 2 Zoll Durchmesser bei einem angewandten Druck von etwa 0,2 Pfund pro Quadratzoll (p/i²) gemessen.
Eine Porosität der nichtgewebten Adsorptions-Faserverbundstruktur wurde in Übereinstimmung mit dem CORESTA-Durchlässigkeitsprüfverfahren unter Verwendung eines Bendix-Sheffield Porosimeters mit veränderlichem Bereich, Modell 60080005, erhältlich von der Bendix Automation and Measurement Division, Dayton, Ohio, gemessen.
Eine Adsorption von Kohlenstoff-Tetrachlorid-Dampf wurde unter Verwendung von Proben bestimmt, welche Maße von grob 100 mm lang und 62 mm breit aufwiesen. Ein Loch wurde nahe der Oberseitenmitte jeder Probe gestanzt, und diese wurde für fünf (5) Minuten in einen Blatttrockner gehängt. (Ein 100ºC-Zirkulationsofen kann verwendet werden, wenn kein Blatttrockner verfügbar ist.) Proben wurden aus dem Trockner genommen und anschließend auf einem Waagehaken befestigt, so daß diese getrennt wurden. Die Proben wurden gewogen, nachdem diese einer Umgebungsluft für zehn (10) Minuten ausgesetzt waren.
Eine kleine Menge Kohlenstoff-Tetrachlorid (CCl&sub4;) wurde am Boden eines Harzkessels von 1000 ml angeordnet. Es wurde genügend CCl&sub4; zugegeben, so daß flüssiges CCl&sub4; während des gesamten Prüfvorgangs vorlag und flüssiges CCl&sub4; den Boden des Harzkessels vollständig bedeckte. Allgemein ausgedrückt, waren etwa 25-40 Milliliter CCl&sub4; angemessen.
Der Harzkessel wurde angehoben, um die Proben zu umfassen und um eine grobe Abdichtung zwischen der Kante des Kessels und der Unterseite der Waagenstütze zu erhalten. Eine Labor-Hebeplattform wurde angehoben, um den Kessel zu unterstützen. Die Proben wurden einem CCL-Dampf für zehn (10) Minuten ausgesetzt und anschließend gewogen. Eine Adsorption von CCl&sub4;-Dampf (das heißt, eine CCl&sub4;-Aufnahme) wurde aus der Differenz zwischen dem Anfangs-Probengewicht und dem End-Probengewicht berechnet.

BEISPIEL 1

Ein adsorbierendes Blatt wurde aus einer verdünnten wäßrigen Suspension gebildet, weiche etwa 17 Prozent (basierend auf dem Gesamtgewicht des in Wasser aufgeschlämmten Materials) Calgon Carbon Type PCB Granular Activated Carbon von Calgon Carbon, Pittsburgh, Pennsylvania, und etwa 83 Prozent Alberni K Weichholz-Zellstoff, erhältlich von der Kimberly Clark Corporation, enthielt.
Die verdünnte Suspension von Fasern und Adsorptionsmaterialien wurde unter Verwendung einer herkömmlichen Papierherstellungsmaschine des Langsiebtyps zu einem Blatt ausgebildet. Die Maschine des Langsiebtyps verwendete ein herkömmliches Bildungsgewebe und eine Vakuum-Entwässerung.
Nachdem das Wasser von dem naßgebildeten Verbundmaterial abgelaufen war, wurde dieses zu einem herkömmlichen Dampfbehälter-Trocknungsvorgang überführt, bei welchem die Dampfbehälter auf etwa 150-175ºF (65-80ºC) erwärmt wurden. Physikalische Eigenschaften und Prüfergebnisse, welche in den folgenden Tabellen für dieses Material angegeben werden, sind als "Probe 1" gekennzeichnet.

BEISPIEL 2

Ein Adsorptionsblatt wurde aus einer verdünnten wäßrigen Lösung gebildet, welche etwa 50 Prozent (basierend auf dem Gesamtgewicht des aufgeschlämmten Materials in dem Brei) Calgon Carbon Type PCB Granular Activated Carbon, erhältlich von Calgon Carbon, Pittsburgh, Pennsylvania, und etwa 50 Prozent Alberni K Weichholz-Zellstoff, erhältlich von der Kimberly Clark Corporation, enthielt. Das Blatt wurde aus der verdünnten wäßrigen Lösung unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie bei Beispiel 1 ausgebildet. Physikalische Eigenschaften und Prüfergebnisse, welche in den folgenden Tabellen für dieses Material angegeben werden, sind als "Probe 2" gekennzeichnet.

BEISPIELE 3-19

Adsorptionsblätter wurden aus verdünnten wäßrigen Lösungen gebildet, welche einen gegebenen Prozentsatz (basierend auf dem Gesamtgewicht des aufgeschlämmten Materials in dem Brei) einer besonderen Aktivkohle und einen gegebenen Prozentsatz von Alberni K Weichholz-Zellstoff, erhältlich von der Kimberly Clark Corporation, enthielt. Das Blatt wurde aus der verdünnten wäßrigen Suspension unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie bei Beispiel 1 ausgebildet. Proben 3- 10 enthielten Calgon Carbon Type PCB Granular Activated Carbon, erhältlich von Calgon Carbon, Pittsburgh, Pennsylvania. Proben 11-13 enthielten HMC- Kohlenstoff, erhältlich von Calgon Carbon. Proben 14 und 15 enthielten SGL- Kohlenstoff, erhältlich von Calgon Carbon. Proben 16, 17, 18 und 19 enthielten Calgon Carbon Type PCB Granular Activated Carbon von Calgon Carbon. Physikalische Eigenschaften und Prüfergebnisse, welche in Tabelle 4 für diese Materialien angegeben werden, sind als "Probe 4-24" gekennzeichnet. Proben 17-18 wurden auf eine CCl&sub4;-Dampf-Adsorption unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens geprüft. Ergebnisse dieses Prüfvorgangs sind in Tabelle 5 angegeben.

VERGLEICHSPROBEN

Papierblätter wurden aus einer verdünnten wäßrigen Suspension gebildet, welche Alberni K Weichholz-Zellstoff, erhältlich von der Kimberly Clark Corporation, enthielt. Die Blätter wurden aus der verdünnten wäßrigen Suspension unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie bei Beispiel 1 ausgebildet. Physikalische Eigenschaften und Prüfergebnisse, welche in Tabelle 6 für diese Materialien angegeben sind, sind als "Vergleich 1" und "Vergleich 2" gekennzeichnet. TABELLE 1 Probe 1 TABELLE 2 Probe 2 TABELLE 3
* Standardabweichung TABELLE 4 TABELLE 5

ANALYTISCHE BILDANALYSE

Proben wurden aus einer verdünnten wäßrigen Suspension, welche etwa 50 Prozent (basierend auf dem Gesamtgewicht des aufgeschlämmten Materials in dem Brei) Calgon Carbon Type PCB Granular Activated Carbon, erhältlich von Calgon Carbon, Pittsburgh, Pennsylvania, und etwa 50 Prozent Alberni K Weichholz- Zellstoff, erhältlich von der Kimberly Clark Corporation, enthielt, unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie bei Beispiel 1 gebildet. Konzentrationen von Zellstoff- Fasern und einem Aktivkohlematerial in unmittelbarer Nähe jeder Außenfläche von zweiundzwanzig Proben wurden durch optische Bildanalyse bestimmt. Bei dieser analytischen Technik wurde ein Bild unter Verwendung eines Leica Wild M420 Makroabbildungssystems bei näherungsweise 20X (linearer) Vergrößerung für jede Seite eines zufällig ausgewählten Abschnitts jeder Probe mit 8 Zoll mal 11 Zoll (20 em · 28 cm) erzeugt. Eine Schrägbeleuchtung wurde durch zwei gegenüberliegende gegabelte Lichtleiter geliefert, welche bei einem 45º-Winkel zu der Probe angeordnet waren. Die Lichtleiter waren mit abnehmbaren Objektiven ausgestattet und waren an einer Fostec 8375 Lichtquelle angebracht. Das erzeugte Bild wurde durch einen Cambridge Quantimet-10 Bildanalysator, erhältlich von Leica, Inc., Deerfield, Illinois, verarbeitet.
Die Schwelle wurde auf der kohlenstoffreichen Seite der Probe angesetzt und derart eingestellt, daß die schwarzen Teilchen klar erfaßt wurden. Der Kohlenstoffbereichs-Prozentsatz wurde für jede Seite des Papiers gemessen. Es wurde angenommen, daß die Summe dieser zwei Messungen 100 Prozent des Kohlenstoffs auf beiden Seiten des Papiers darstellt. Folglich wäre das Verhältnis von Kohlenstoff zu Gesamtkohlenstoff ein Maß der Kohlenstoffverteilung zwischen den zwei Seiten. Die Rohdaten sind als Tabelle 1 beigefügt. Durch diese Technik wurde festgestellt, daß die kohlenstoffhaltigere Seite dieser Papiere 66 Prozent des Gesamtkohlenstoffs enthielt. Es wurde beobachtet, daß die experimentelle Veränderlichkeit 3 Prozent betrug.
Proben, welche durch eine Bildanalyse untersucht wurden, waren im wesentlichen flache Blätter ohne Höcker, Verknüllungen, Kniffe, Vorsprünge oder Zerknitterungen, die Schatten bzw. verschattete Bereiche erzeugen könnten, um die optische Analyse zu stören. Die Proben enthielten Aktivkohlekörner, welche schwarz sind, und Zellstoff-Fasern, welche weiß sind. Es wurde überlegt, daß, wenn eine andere Aktivkohle und/oder Fasern mit einem geringen Kontrast verwendet werden, Farben bzw. Färbemittel zugegeben werden könnten, um entweder die Aktivkohle oder die Fasermatrix zu färben, so daß ein ausreichender Kontrast zwischen den Komponenten besteht, um eine sinnvolle Bildanalyse zu ermöglichen. TABELLE 6
Mittelwert 66% ± 3%
Wie aus den Tabellen zu ersehen ist, können die nichtgewebten Adsorptions- Faserstrukturen der vorliegenden Erfindung nützliche Beladungen von Aktivkohlematerialien in einer Fasermatrix mit wünschenswerten Graden von Zugfestigkeit, Dicke (das heißt, Dünnheit) und Porosität liefern. Es wird angenommen, daß die verbesserte Zweiseitigkeit bzw. nichthomogene Verteilung der nichtgewebten Adsorptions-Faserstrukturen die strukturelle Unversehrtheit der Fasermatrix mit einer hohen Faserkonzentration (in unmittelbarer Nähe einer ersten Außenfläche) erhält, während dies hohe Beladungen eines Aktivkohlematerials in dem gegenüberliegenden Abschnitt der Fasermatrix (in unmittelbarer Nähe einer zweiten Außenfläche) ermöglicht.
Die Zugfestigkeit der nichtgewebten Adsorptions-Faserverbundstruktur betrug generell weniger als die Zugfestigkeit des Vergleichsmaterials. Die Festigkeitsänderung änderte sich mit der Menge und dem Typ von Aktivkohle, welche zu den Zellstoff-Fasern hinzugefügt wurde. Einige der Proben wiesen mehr als 60 Prozent der Festigkeit des Vergleichsmaterials bei Aktivkohlebeladungen auf, welche 50 Prozent überschritten.
Allgemein ausgedrückt, betrug die Dicke der nichtgewebten Adsorptions- Faserverbundstruktur etwa 25 bis etwa 75 Prozent mehr als die Dicke des Vergleichsmaterials. Die Porosität der Adsorptions-Verbundstruktur war wesentlich größer als die Porosität des Vergleichsmaterials. Die Porosität stieg von etwa 500 bis etwa 3500 Prozent an. Die Änderungen von Zugfestigkeit, Dicke und Porosität än derten sich mit der Menge und dem Typ von Aktivkohle, welche zu den Zellstoff- Fasern hinzugefügt wurde.

FILTER FÜR TABAKRAUCH

Proben von Zigarettenfiltern wurden aus den oben beschriebenen nichtgewebten Adsorptions-Faserverbundstruktur-Materialien hergestellt. Vergleichsbeispiele wurden aus herkömmlichen, kommerziell erhältlichen Zelluloseazetatwerg- Filtern und aus kommerziell erhältlichen Aktivkohle-Zelluloseazetatwerg-Filtern bereitet.

BEISPIEL A

Beispiel A war ein Vergleichsbeispiel, welches einen kommerziell erhältlichen Aktivkohle-Zelluloseazetatwerg-Filter demonstrierte. Die Probe einer Zigarette war eine Zigarette der Marke Lark®, erhältlich von der Liggett Group, Inc., Durham, North Carolina. Der Zigarettenfilter war ein Aktivkohlekorn-Filter, welcher etwa 20 mm in der Länge mißt und zwei Zelluloseazetat-Filtersegmente enthält, wobei jedes etwa 7 mm in der Länge mißt, getrennt durch eine 6 mm lange Kammer, welche mit Körnern aus Aktivkohle gefüllt ist. Der Filter wurde an der herkömmlichen Lark®-Zigaretten- Tabakstange angebracht. Die Zigarette wurde unter Verwendung einer herkömmlichen Rauchmaschine geraucht, und der Rauch wurde unter Verwendung einer herkömmlichen Ausrüstung und herkömmlicher Techniken durch die Analytical Services Division of Labstat Incorporated, Ontario, Kanada, analysiert. Prüfergebnisse für Beispiel A sind in den folgenden Tabellen als Probe A angegeben. Mengen von Carbonyl-Komponenten sind in Einheiten von Mikrogramm pro Zigarette angegeben. Mengen von Teer, Nikotin, Kohlenmonoxid und Wasser sind in Einheiten von Milligramm pro Zigarette angegeben. Die Standardabweichung für jedes Ergebnis ist ebenfalls angegeben.

BEISPIEL B

Beispiel B war ein Vergleichsbeispiel, welches einen kommerziell erhältlichen Zelluloseazetatwerg-Filter demonstrierte. Die Probe einer Zigarette war eine Zigarette der Marke Marlboro® von 85 mm (Standard), erhältlich von Philip Morris, Richmond, Virginia. Der Zigarettenfilter war ein herkömmlich gestalteter Filter, welcher aus Zelluloseazetatwerg, welches mit einem Triazetin-Weichmacher behandelt wurde, hergestellt war. Die Wergfäden wiesen einen Y-förmigen Querschnitt, etwa 2,7 Denier pro Faden und einen Gesamtdenierwert von etwa 35 000 auf. Der Filter wies eine Länge von etwa 20 mm auf und war an der herkömmlichen Tabakstange einer herkömmlichen Marlboro®-Zigarette angebracht. Die Zigarette wurde geprüft, wie bei Beispiel A beschrieben. Prüfergebnisse für Beispiel B sind in den folgenden Tabellen als "Probe B" angegeben.

BEISPIEL C

Beispiel C wurde aus dem nichtgewebten Adsorptions-Faserverbundmaterial von Beispiel 6 hergestellt, welches in Tabelle 5 als Probe 6 gekennzeichnet ist. Das Verbundmaterial enthielt etwa 50 Gewichtsprozent Aktivkohle mit einer mittleren Teilchengröße, welche einer Maschenzahl von etwa 350 entspricht (Calgon Carbon Type PCB Granular Activated Carbon, erhältlich von Calgon Carbon, Pittsburgh, Pennsylvania). Das Verbundmaterial wies ein Grundgewicht von etwa 52,8 g/m² und eine Dicke von etwa 6 mm auf. Das nichtgewebte Adsorptions-Faserverbundmaterial wurde zu einem Aktivkohle-Filterstopfen unter Verwendung einer herkömmlichen Filterfertigungsausrüstung ausgebildet, wie in Fig. 5 dargestellt. Der Filter wurde mit einer nichtporösen Stopfenhülle mit der Handelsbezeichnung SPW-310, erhältlich von der Kimberly-Clark Corporation, eingehüllt. Ein Segment von 11 mm eines herkömmlichen Zelluloseazetatfilters (in einer Marlboro®-Zigarette) in unmittelbarer Nähe der Tabakstange wurde entfernt. Das Segment wurde durch ein Segment von 11 mm des Aktivkohlefilters ersetzt. Der Filter wies eine Gesamtlänge von etwa 20 mm auf und wurde an der Tabakstange einer herkömmlichen Marlboro®-Zigarette angebracht. Die Zigarette wurde geprüft, wie bei Beispiel A beschrieben. Prüfergebnisse für Beispiel C sind in den folgenden Tabellen als "Probe C" angegeben.

BEISPIEL D

Beispiel D wurde aus dem nichtgewebten Adsorptions-Faserverbundmaterial von Beispiel 9 hergestellt, welches in Tabelle 5 als Probe 9 gekennzeichnet ist. Das Verbundmaterial enthielt etwa 30 Gewichtsprozent Aktivkohle mit einer mittleren Teilchengröße, welche etwa einer Maschenzahl von 350 entspricht, (Calgon Carbon Type PCB Granular Activated Carbon, erhältlich von Calgon Carbon, Pittsburgh, Pennsylvania). Das Verbundmaterial wies ein Grundgewicht von etwa 52,5 g/m² und eine Dicke von etwa 6 mm auf. Das nichtgewebte Adsorptions-Faserverbundmaterial wurde zu einem Aktivkohle-Filterstopfen, wie oben beschrieben, ausgebildet, umhüllt mit der gleichen nichtporösen Stopfenhülle und in eine herkömmliche Marlboro®- Zigarette eingefügt, wie bei Beispiel C beschrieben. Die Zigarette wurde geprüft, wie bei Beispiel A beschrieben. Prüfergebnisse für Beispiel D sind in den folgenden Tabellen als "Probe D" angegeben.

BEISPIEL E

Beispiel B war ein Vergleichsbeispiel, welches einen kommerziell erhältlichen Aktivkohle-Zelluloseazetatwerg-Filter demonstrierte. Die Probe einer Zigarette war eine Lark®-Zigarette, erhältlich von der Liggett Group, Inc., Durham, North Carolina. Der Zigarettenfilter war ein Aktivkohlekornfilter, welcher etwa 20 mm in der Länge mißt und zwei Zelluloseazetat-Filtersegmente, wobei jedes etwa 7 mm in der Länge mißt, getrennt durch eine 6 mm lange Kammer, welche mit Körnern aus Aktivkohle gefüllt ist. Der Filter wurde an der Tabakstange einer herkömmlichen Marlboro®- Zigarette angebracht. Die Zigarette wurde geprüft, wie bei Beispiel A beschrieben. Prüfergebnisse für Beispiel E sind in den folgenden Tabellen als "Probe E" angegeben. TABELLE 7 ABGABE TABELLE 8 ABGABEN TABELLE 9 ABGABEN normalisiert auf Probe B
Die Ergebnisse der Rauchanalyse sind in Tabellen 8 und 9 angegeben. Tabelle 8 führt die Carbonyl-Analyse des Hauptstrom-Rauchs auf. Allgemein ausgedrückt, sind Carbonyle als organische Verbindungen definiert, welche in Tabakrauch gefunden werden, bei welchen ein Sauerstoffatom vollständig an ein einziges Kohlenstoffatom gebunden ist. Carbonylverbindungen von niedrigem Molekulargewicht (das heißt, Carbonylverbindungen, welche 3 bis 4 Kohlenstoffatome enthalten - auch als C&sub3;-C&sub4;-Carbonyl-Komponente von Tabakrauch bezeichnet) werden typischerweise als Quelle eines herben bzw. beißenden Geschmacks bei einigen Zigaretten betrachtet. Generell werden sie in Zigarettenrauch als nicht wünschenswert betrachtet.
Carbonylverbindungen, welche während eines Prüfvorgangs des Zigarettenrauchs gemessen wurden, reichten von 1 bis 4 Kohlenstoffatome - die C&sub1;-C&sub4;- Carbonyl-Komponente. Die spezifischen Carbonylverbindungen, welche gemessen wurden, waren Formaldehyd, Azetaldehyd, Azeton, 2-Propenal (auch bekannt als Akrolein), Propionaldehyd (auch bekannt als Propanol), 2-Butenal (auch bekannt als Crotonaldehyd), 2-Butanon (auch bekannt als Methylethylketon) und n- Butyraldehyd.
Tabelle 9 gibt die gesamte Zigarettenabgabe und die Zugzählung an. Aus Tabelle 9 ist zu ersehen, daß, wenn ein Abschnitt des herkömmlichen Zelluloseazetatwerg-Filters durch den Aktivkohlefilter ersetzt wird, die Teerabgaben (eine teilchenförmige Materialkomponente von Tabakrauch) vermindert werden. Dies erfolgt, weil der Aktivkohlefilter ein wirksamerer Filter für teilchenförmige Materie als ein herkömmliches Zelluloseazetatwerg ist. Wie erwartet, wurde die Gasphasenkomponente, Kohlenmonoxid, nicht verändert.
Um zu zeigen, daß der Aktivkohlefilter der vorliegenden Erfindung bestimmte Carbonyl-Komponenten des Tabakrauchstroms selektiv vermindert bzw. adsorbiert, wurde es als nützlich erachtet, die gemessenen Carbonylwerte nach oben zu skalieren, um eine verbesserte Teilchenfilterung auszugleichen, welche durch den Aktivkohlefilter geliefert wird. Der Betrag der Skalierung nach oben basiert auf der ver minderten Menge von Teer, welcher durch Tabakrauch, welcher durch den Aktivkohlefilter strömt, im Vergleich zu dem Teer abgegeben wird, welcher über einen herkömmlichen Zelluloseazetatwerg-Filter abgegeben wird. Es wird generell angenommen, daß Teer für Teilchen in dem Tabakrauchstrom repräsentativ ist.
Die gemessenen Abgabewerte von Carbonyl-Verbindungen wurden durch die Prozentualdifferenz zwischen der gemessenen Teerabgabe von Probe B und der gemessenen Teerabgabe von Probe C bzw. Probe D nach oben skaliert. Die B-C- Differenz betrug etwa 38 Prozent. Es ist wichtig, zu bemerken, daß die Nikotin- und Wasserwerte gut übereinstimmen, wenn die Teerwerte von Proben C und D auf Beispiel B skaliert werden, da diese Materialien generell in der Gestalt von Teilchen vorliegen. Die Kohlenmonoxidwerte werden jedoch auf künstliche Weise hoch, da dieses ein Gasphasenmaterial ist und nicht durch den Aktivkohlefilter betroffen ist.
Aus Tabelle 10 ist zu ersehen, daß, wenn der Aktivkohlefilter der vorliegenden Erfindung bei Tabakrauch verwendet wird, eine Abgabe von Ketonen und Aldehyden mit drei oder vier Kohlenstoffatomen um mindestens 30 Prozent mehr als die Abgaben, welche für herkömmliche Zelluloseazetatwerg-Filter gemessen werden, und um mindestens ebensoviel wie bei einem relativ komplexen Aktivkohlekorn- Filter vermindert wird. Die Abgabe von Ketonen und Aldehyden mit lediglich einem oder zwei Kohlenstoffatomen erscheint als weniger betroffen. Im allgemeinen wird angenommen, daß die unteren Siedepunkte dieser Verbindungen dazu führen, daß sich ein größerer Prozentsatz dieser Komponenten in der Gasphase befindet und daher weniger betroffen ist, wenn der Tabakrauch über den Filter strömt. Es ist zu erwägen, daß in manchen Situationen der Filter der vorliegenden Erfindung Komponenten von Tabakrauch zusätzlich zu der erwünschten selektiven Verminderung der C&sub3;-C&sub4;-Carbonyl-Komponente selektiv vermindern kann.
Während die vorliegende Erfindung in Verbindung mit bestimmten bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben würde, sei darauf hingewiesen, daß der Gegenstand, welcher durch die vorliegende Erfindung umfaßt wird, nicht auf jene spezi fischen Ausführungsbeispiele zu beschränken ist. Im Gegenteil ist es beabsichtigt, daß der Gegenstand der Erfindung sämtliche Alternativen, Abwandlungen und Äquivalente umfaßt, welche innerhalb des Wesens und Umfangs der folgenden Ansprüche umfaßt werden können.

Claims

1. Filter für Tabakrauch, bestehend aus mindestens einer Schicht einer naßgebildeten nichtgewebten Absorptionsmittel-Faser-Verbundstruktur, umfassend:

etwa 30 bis etwa 65 Gewichtsprozent Zellstoff-Fasern, welche eine Matrix mit einer ersten Außenfläche und einer zweiten Außenfläche bilden;

etwa 35 bis 70 Gewichtsprozent Aktivkohle, welche derart in die Matrix aus Zellstoff-Fasern integriert ist, daß die Konzentration von Aktivkohle, welche an die erste Außenfläche angrenzt, mindestens etwa 60 Prozent beträgt, wie durch eine optische Bildanalyse bestimmt, und die Konzentration von Aktivkohle, welche an die zweite Außenfläche angrenzt, kleiner als etwa 40 Prozent ist, wie durch eine optische Bildanalyse bestimmt,

so daß der Filter dazu angepaßt ist, den C&sub3;-C&sub4;-Karbonylanteil herkömmlichen Tabakrauchs selektiv um mindestens 25 Prozent mehr zu verringern als ein herkömmlicher Zelluloseazetatfilter für einen im wesentlichen identischen Tabakrauch.

2. Filter nach Anspruch 1, wobei der Filter dazu angepaßt ist, den C&sub3;-C&sub4;- Karbonylanteil herkömmlichen Tabakrauchs selektiv um etwa 30 bis etwa 50 Prozent mehr zu verringern als ein herkömmlicher Zelluloseazetatfilter für einen im wesentlichen identischen Tabakrauch.

3. Filter nach Anspruch 1, wobei die naßgebildete nichtgewebte Absorptionsmittel-Faser-Verbundstruktur etwa 45 bis etwa 55 Gewichtsprozent Zellstoff- Fasern und etwa 55 bis etwa 45 Gewichtsprozent Aktivkohle enthält.

4. Filter nach Anspruch 1, wobei die Konzentration von Aktivkohle, welche an die erste Außenfläche angrenzt, mindestens etwa 65 bis etwa 85 Prozent beträgt, wie durch eine optische Bildanalyse bestimmt, und die Konzentration von Aktivkohle, welche an die zweite Außenfläche angrenzt, kleiner als etwa 35 bis etwa 40 Prozent ist, wie durch eine optische Bildanalyse bestimmt.

5. Filter nach Anspruch 1, wobei der Filter ferner Kanäle mit einer Tiefe von etwa 0,12 Zoll bis etwa 0,4 Zoll bei einer Dichte von etwa 10 bis etwa 20 Kanälen pro Zoll einer Breite über eine ebene Ausdehnung der nichtgewebten Absorptionsmittel-Faser-Verbundstruktur umfaßt.

6. Filter nach Anspruch 5, wobei die Kanäle eine Tiefe von etwa 0.15 Zoll bis etwa 0,25 Zoll und eine Dichte von etwa 12 bis etwa 16 Kanälen pro Zoll über eine ebene Ausdehnung des Filters aufweisen.

7. Filter nach Anspruch 6, wobei die Kanäle eine Tiefe von etwa 0,18 Zoll bis etwa 0,22 Zoll und eine Dichte von etwa 13 bis etwa 15 Kanälen pro Zoll über eine ebene Ausdehnung des Filters aufweisen.

8. Filter nach Anspruch 1, wobei die Zellstoff-Fasern aus Hartholz- Zellstoff-Fasern, Weichholz-Zellstoff-Fasern und Tabakfasern ausgewählt sind.

9. Filter nach Anspruch 1, wobei die nichtgewebte Adsorptionsmittel- Faser-Verbundstruktur ein Grundgewicht von etwa 20 g/m² bis etwa 100 g/m² aufweist.

10. Filter nach Anspruch 9, wobei die nichtgewebte Adsorptionsmittel- Faser-Verbundstruktur ein Grundgewicht von etwa 50 g/m² bis etwa 55 g/m² aufweist.

11. Filter nach Anspruch 1, wobei die Aktivkohle eine mittlere Partikelgröße, welche kleiner als etwa Siebgröße 350 ist, aufweist.

12. Filter nach Anspruch 1, wobei der Filter mindestens zwei Schichten der nichtgewebten Adsorptionsmittel-Faser-Verbundstruktur umfaßt.

13. Filter für Tabakrauch, bestehend aus mindestens einer Schicht einer naßgebildeten Absorptionsmittel-Faser-Verbundstruktur, umfassend:

etwa 40 bis etwa 55 Gewichtsprozent Zellstoff-Fasern, welche eine Matrix mit einer ersten Außenfläche und einer zweiten Außenfläche bilden;

etwa 45 bis etwa 60 Gewichtsprozent Aktivkohle, welche derart in die Matrix aus Zellstoff-Fasern integriert ist, daß die Konzentration von Aktivkohle, welche an die erste Außenfläche angrenzt, mindestens etwa 60 Prozent beträgt, wie durch eine optische Bildanalyse bestimmt; und

Kanäle mit einer Tiefe von etwa 0,12 Zoll bis etwa 0,4 Zoll bei einer Dichte von etwa 10 bis etwa 20 Kanälen pro Zoll einer Breite über eine ebene Ausdehnung des Filters,

so daß der Filter dazu angepaßt ist, den C&sub3;-C&sub4;-Karbonylanteil herkömmlichen Tabakrauchs selektiv um mindestens etwa 25 Prozent mehr zu verringern als ein herkömmlicher Zelluloseazetatfilter für einen identischen Tabakrauch.

14. Filter nach Anspruch 13, wobei der Filter dazu angepaßt ist, den C&sub3;-C&sub4;- Karbonylanteil herkömmlichen Tabakrauchs selektiv um etwa 30 bis etwa 50 Prozent mehr zu verringern als ein herkömmlicher Zelluloseazetatfilter für einen identischen Tabakrauch.

15. Filter nach Anspruch 13, wobei die Aktivkohle derart in die Matrix aus Zellstoff-Fasern integriert ist, daß die Konzentration von Aktivkohle, welche an die erste Außenfläche angrenzt, mindestens etwa 60 Prozent beträgt, wie durch eine optische Bildanalyse bestimmt, und die Konzentration von Aktivkohle kleiner als etwa 40 Prozent ist, wie durch eine optische Bildanalyse bestimmt.

16. Filter nach Anspruch 13, wobei die Kanäle eine Tiefe von etwa 0,15 Zoll bis etwa 0,25 Zoll und eine Dichte von etwa 12 bis etwa 16 Kanälen pro Zoll über eine ebene Ausdehnung des Filters aufweisen.

17. Filter nach Anspruch 13, wobei die Aktivkohle eine mittlere Partikelgröße, welche kleiner als etwa Siebgröße 350 ist, aufweist.

18. Verfahren zum Herstellen eines Filters für Tabakrauch, bestehend aus mindestens einer Schicht einer naßgebildeten nichtgewebten Absorptionsmittel- Faser-Verbundstruktur, wobei das Verfahren umfaßt:

Vorsehen einer wäßrigen Suspension, welche etwa 30 Prozent bis etwa 65 Prozent Zellstoff-Fasern und etwa 35 Prozent bis etwa 70 Prozent Aktivkohle auf der Grundlage des Trockengewichts des aufgeschlämmten Materials enthält, wobei die Aktivkohle eine mittlere Partikelgröße von etwa Siebgröße 350 oder weniger aufweist;

Ablagern der wäßrigen Suspension auf einer Papierherstellungs- Bildungsfläche zum Ausbilden einer Matrix aus Zellstoff-Fasern mit einer ersten Außenfläche und einer zweiten Außenfläche, wobei ein Adsorptionsmaterial in die Matrix aus Zellstoff-Fasern integriert ist;

Entfernen von Wasser von der Matrix aus Zellstoff-Fasern unter einem ausreichenden Vakuum, so daß Aktivkohle nahe einer Oberfläche der Matrix konzentriert wird, um eine nichtgewebte Adsorptionsmittel-Faser- Verbundstruktur zu liefern;

wesentliches Trocknen der nichtgewebten Adsorptionsmittel-Faser- Verbundstruktur; und

Sammeln der nichtgewebten Adsorptionsmittel-Faser-Verbundstruktur in die Gestalt eines radial elastischen Filterkörpers;

wobei der Filter dazu angepaßt ist, den C&sub3;-C&sub4;-Karbonylanteil herkömmlichen Tabakrauchs selektiv um mindestens 25 Prozent mehr zu verringern als ein herkömmlicher Zelluloseazetatfilter für einen identischen Tabakrauch.

19. Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend den Schritt eines Schaffens von Kanälen in der Adsorptionsmittel-Faser-Verbundstruktur vor einem Sammeln der nichtgewebten Adsorptionsmittel-Faser-Verbundstruktur zu der Gestalt eines radial elastischen Filterkörpers; wobei die Kanäle eine Tiefe von etwa 0,12 Zoll bis etwa 0,4 Zoll bei einer Dichte von etwa 10 bis etwa 20 Kanälen pro Zoll einer Breite über eine ebene Ausdehnung der nichtgewebten Adsorptionsmittel-Faser- Verbundstruktur aufweisen.

20. Verfahren nach Ansprüch 18, wobei das Vakuum ausreichend ist, eine nichtgewebte Adsorptionsmittel-Faser-Verbundstruktur mit einer Konzentration eines adsorbierenden Materials, welches an die erste Außenfläche der Matrix angrenzt, von mindestens etwa 60 Prozent, wie durch eine optische Bildanalyse bestimmt, und eine Konzentration eines adsorbierenden Materials, welches an die zweite Außenfläche der Matrix angrenzt, von weniger als etwa 40 Prozent, wie durch eine optische Bildanalyse bestimmt, vorzusehen.

21. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die wäßrige Lösung, welche Zellstoff-Fasern und Aktivkohle enthält, frei von Naßend-Suspensionszusätzen ist.