DE60311769T3

DE60311769T3 - Zigarettenfilter mit geperlter Aktivkohle

Info

Publication number: DE60311769T3
Application number: DE60311769.4T
Authority: DE
Inventors: John Paine; Zuyin Yang; Kent Koller; Jay Fournier; Charles Thomas; Timothy Sherwood; Zhaohua Luan; Shuzhong Zhuang; Jose NEPOMUCENO; Diane Gee
Original assignee: Philip Morris Products SA
Current assignee: Philip Morris Products SA
Priority date: 2002-01-09
Filing date: 2003-01-09
Publication date: 2016-02-25
Anticipated expiration: 2023-01-10
Also published as: MY135471A; JP2010051319A; KR101021324B1; WO2003059096A1; PT1474008E; DK1474008T3; BR0306807A; ES2280737T3; TW200301682A; DE60311769T2; EP1474008A4; JP2013233153A; EP1474008B2; EA008560B1; US7997282B2; EP1474008A1; PL372267A1; HK1066452A1; AU2003217183C1; US20080053469A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Artikel zum Rauchen mit Filtermundstück, wie Filterzigaretten, und insbesondere Zigarettenfilter, die ein Kohlematerial enthalten.
Allgemeiner Stand der Technik
Artikel zum Rauchen mit Filtermundstück, insbesondere Zigaretten, umfassen im Allgemeinen einen Tabakstock, einen Filter und einen Streifen Belagpapier, mit dem der Filter am Tabakstock angebracht ist. Der Tabakstock umfasst allgemein ein Strangstück aus zerkleinertem Tabak (z. B. in Form von geschnittenem Fülltabak), das in ein(e) Zigarettenpapier oder -umhüllung gewickelt ist. Der Filter weist gewöhnlich einen Einsatz aus faserigem Material (einen „Filtereinsatz”) auf, der vorzugsweise aus einem Zelluloseacetatkabel (Tow) hergestellt ist. Die Lüftung des Hauptstromrauchs wird durch Bereitstellen wenigstens einer Reihe oder mehreren Reihen von Perforationen im Mundstückbelagpapier an einer Stelle am Filtereinsatz entlang erzielt. Lüftung sorgt für die Verdünnung des angesaugten Hauptstromrauches mit Umgebungsluft zum Erreichen des Teerabgabegrads pro Rauchzug.
Während des Rauchens zieht ein Raucher Hauptstromrauch aus der Kohle am angezündeten Ende der Zigarette. Der angesaugte Zigarettenrauch strömt zunächst in den stromaufwärts befindlichen Filterabschnitt des Filters ein und strömt dann durch den stromabwärts befindlichen Filterabschnitt neben dem Mundstückende des Zigarettenfilters.
Gewisse Zigaretten haben Filtersegmente, die Materialien wie Kohlekügelchen, Silicagel, Zeolit und dergleichen aufweisen. Beispielhafte Zigaretten und Filter werden in den US-Patenten Nr. 2.881.770 an Tovey; Nr. 3.353.543 an Sproull et al.; Nr. 3.101.723 an Seligman et al. und Nr. 4.481.958 an Ranier et al. und in den Europäischen Patentanmeldungen Nr. 532.329 und Nr. 608.047 beschrieben. Gewisse im Handel erhältliche Filter haben Kohleteilchen oder -körnchen (z. B. ein Aktivkohlematerial) allein oder in einem Zelluloseacetatkabel (Tow) verteilt, andere im Handel erhältliche Filter haben darin verteilte Kohlefäden, während noch andere im Handel erhältliche Filter so genannte „Hohlfilter”- oder „Dreifachfilter”-Ausführungen haben. Beispielhaft gehören zu den im Handel erhältlichen Filtern SCS IV Dual Solid Charcoal Filter und Triple Solid Charcoal Filter von Filtrona International, Ltd., Triple Cavity Filter von Baumgartner und ACT von Filtrona International, Ltd. Siehe auch Clarke et al., World Tobacco, S. 55 (November 1992). Eine ausführliche Besprechung der Eigenschaften und Zusammensetzung von Zigaretten und Filtern findet sich in den US-Patenten Nr. 5.404.890 an Gentry et al. und 5.568.819 an Gentry et al.
Beispiele für konzentrische Filteranordnungen, die granulierte Kohle aufweisen, werden in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 579.410 und US-Patent Nr. 3.894.545 an Crellin et al beschrieben.
Die Einsatz-Zwischenraum-Einsatz-Ausführung umfasst gewöhnlich ein Paar voneinander beabstandeter Filtereinsätze und ein Bett aus körniger Aktivkohle im dazwischen liegenden Hohlraum oder Zwischenraum. Bei ihrer Herstellung wird entlang einem kontinuierlichen Filterbelagstreifen eine Folge von voneinander beabstandeten Filtereinsätzen hergestellt. Der Filterbelag wird dann teilweise um einen Abschnitt der Folge von Einsätzen gefaltet und granuliertes Kohlematerial in die zwischen den teilweise umhüllten Filtereinsätzen definierten Zwischenräume gegossen oder anderweitig eingeführt. Der Filterbelag wird dann geklebt und geschlossen und der resultierende kontinuierliche Strang wird dann an gut definierten Stellen gemäß einer gewünschten Länge durchgetrennt, gewöhnlich in der Form von Mehrfachen des an der Zigarette mit Filtermundstück selbst tatsächlich benutzten Filterelements.
Bei der Herstellung von Filterkomponenten wie in 1 und 2 gezeigt kann eine in der Technik bekannte Hohlraumfüllvorrichtung benutzt werden. US-Patente Nr. 4.214.508 , 5.221.247 , 5.322.459 , 5.542.901 und 5.875.824 illustrieren und beschreiben eine derartige Hohlraumfüllvorrichtung.
Bei Maschinen und Kohlematerialien vom Stand der Technik litt die Prozesslenkung bei hohen Maschinengeschwindigkeiten gewöhnlich unter nicht einheitlichem Zumessen, Verstreuen und Pulverisierung des Granulats. Die Einheitlichkeit unter Filterstäben wurde beeinträchtigt und einige Hohlräume waren weniger gefüllt als andere.
Zum Beispiel enthalten gewisse „Kohle”-Dosiervorrichtungen vom Stand der Technik einen Vorrat an Kohlegranulat in einem Bunker und lassen den Rand eines rotierenden Dosierrads durch die relativ stationäre Ansammlung von Kohlegranulat rotieren. Eine derartige Anordnung erzeugte eine Pulverisierungswirkung auf das Kohlegranulat, wobei diese Wirkung allgemein im Verhältnis zur Maschinengeschwindigkeit zunahm. Rikoschettieren und Entweichen von Feinstaub während Herstellungsvorgängen, insbesondere bei Maschinen und Materialien vom Stand der Technik, erzeugten oft unakzeptable Mängel im Endprodukt (wie z. B. Schmierstellen oder unvollständige Füllungen) und beschleunigten unerwünschte Maschinen-„Ausfallzeiten” zum Reinigen der Maschine und der Arbeitsumgebung.
Granulierte Kohle, eine Sammlung unregelmäßig geformter und unterschiedlich großer Teilchen, neigt dazu, von einem Füllvorgang zum nächsten uneinheitlich in ein bestimmtes Raumvolumen gepackt zu werden. Dementsprechend würde bisher unvollständiges und nicht einheitliches Füllen von Hohlräumen die automatische Filtereinsatzherstellung plagen. Das unregelmäßige Zusammenpacken würde auch unerwünschte Kanäle durch das Bett entstehen lassen, die das Durchströmen von wesentlichen Teilen des Hauptstromrauches durch oder um das Bett zulassen würden, so dass die Wechselwirkung zwischen dem Hauptstromrauch und dem Kohlegranulat verringert würde.
Es ist schon bekannt, granulierte Aktivkohlematerialien zu Zigarettenfiltern hinzuzunehmen, um das Entfernen von Bestandteilen aus dem Hauptstromrauch zu fördern. Diese Kohlegranulatformen, wie sie bereits in Zigarettenfiltern verwendet wurden, werden durch Karbonisieren eines organischen Materials wie Nussschalen oder ein Holzmaterial und durch „Aktivieren” des karbonisierten Materials, indem es einer Wärmebehandlung bei etwa 800 bis 1000 Grad Celsius mit Dampf oder Kohlendioxid unterzogen wird, hergestellt. Das Ergebnis der Aktivierungsbehandlung des Materials ist eine poröse (wabenartige) Innenstruktur und eine sehr große spezifische Oberfläche, meist im Bereich von 300 bis 2500 Quadratmetern pro Gramm, gemessen mit dem Verfahren nach Brunauer, Emmett und Teller („BET”-Verfahren) für Aktivkohle.
Derartige granulierte Aktivkohlematerialien haben aber eine Oberflächenrauheit und Gestalten, die unregelmäßig und von Körnchen zu Körnchen verschieden sind. Diese Unregelmäßigkeiten und Verschiedenheiten granulierter Kohlematerialien bewirken in der kommerziellen Herstellung von kohlehaltigen Zigarettenfilterstäben und Zigaretten Probleme. Beispielsweise verschlimmern die unregelmäßigen Formen das Rikoschettieren der Teilchen, während sie durch Filtereinsatzherstellungsmaschinen geführt werden, was das Produkt mit verirrten Kohleteilchen verschmutzt, Staub in die Arbeitsumgebung einträgt und ein Abschalten zum Säubern der Filtereinsatzherstellungsmaschine notwendig macht und zu nicht einheitlichem und unvollständigem Füllen der Hohlräume in den Einsatz-Zwischenraum-Einsatz-Filterstäben führt.
Es ist auch bekannt, dass granulierte Aktivkohlematerialien eine bedeutende Auswirkung auf den Geschmack einer Zigarette haben, da ihr zufällig breiter Porengrößenverteilungsbereich nicht nur zum Einfangen von Komponenten in der Gasphase eines Hauptstromtabakrauchs, sondern auch von Teilen der Partikelphase neigt, d. h. einige oder eine größere Anzahl von Teerbestandteile(n), die zum Geschmack und Aroma des Zigarettenrauchs beitragen. Aus Nussschalen oder Holz hergestellte Aktivkohlegranulate sind auch dafür bekannt, dass sie Verunreinigungen aufweisen, von denen man glaubt, dass sie eine weitere mögliche Ursache für einen schlechten Geschmack sind, der der Verwendung von granulierter Kohle in Zigaretten zugeschrieben wird.
Außerdem versteht es sich, dass der Prozess der Aktivierung von Kohlegranulat den Kornkörper zu schwächen neigt, so dass er weniger robust ist und mehr bruch-, pulverisierungs- und staubbildungsanfällig ist, wenn er durch Dosiervorrichtungen von Maschinen zum Herstellen von Filterstäben geführt wird. Es versteht sich auch, dass die Aktivierungsbehandlung die Kosten der Herstellung von Granulat erhöht.
Zusammenfassung der Erfindung
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zigarette mit einem Zigarettenfilter bereitzustellen, der eine Form von Kohle aufweist, die im Zigarettentabakhauptstromrauch vorhandene Gasphasekomponenten effizient und wirksam adsorbieren kann mit geringerer Auswirkung auf den wahrgenommenen Geschmack der Zigarette beim Rauchen.
Dementsprechend ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Zigarette mit einem Zigarettenfilter bereitzustellen, der eine Form von Kohle und/oder anderen Materialien aufweist, die Gasphasekomponenten des Hauptstromrauchs effizient und wirksam adsorbieren kann, aber physisch robust ist, um automatischen Filtereinsatzherstellungsvorgängen standzuhalten, und keine übermäßige Aktivierungsbehandlung und damit verbundene Kosten erfordert.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die automatische Produktion von Kohle enthaltenden Filterstäben zu verbessern.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vollständigeres und gleichmäßigeres Füllen von Hohlräumen bei der Herstellung von Einsatz-Zwischenraum-Einsatz-Filtern zu fördern.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Materialzerstreuung und -rikoschettieren bei der Herstellung von Filtereinsätzen zu vermeiden (vermindern), um das Auftreten von verschmiertem Produkt oder Stauben und die Notwendigkeit zum Säubern der Filtereinsatzherstellungsanlage zu verringern.
Diese und andere Aufgaben werden mit der vorliegenden Erfindung erzielt, bei der ein Filter eines Artikels zum Rauchen aus Aktivkohlekügelchen gleichmäßiger Kügelchenform gemäß Anspruch 1 und vorzugsweise mit einem vorausgewählten Bereich von Porengrößenverteilung und Aktivitätsniveau aufgebaut ist. Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Kohle enthaltender Zigarettenfilter erzielt, der Gleichmäßigkeit der Produktbildung, Gleichmäßigkeit der Produktleistung, leichtes Erzielen der Gleichmäßigkeit für diese beiden und eine verbesserte absolute Leistung bietet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Einsatz-Zwischenraum-Einsatz-Filter vorgesehen, dessen Hohlraum mit Kohlekügelchen einer einheitlichen Kügelchenform und vorzugsweise etwa der gleichen Größe, im Bereich von 0,2 bis 0,7 mm Durchmesser, bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 0,4 mm bei oder um einem Durchmesser von 0,35 mm Durchmesser, gefüllt ist. Bei derartigen Größen wird eine ausreichende und effektive Gasphaseentfernung bei mäßigen bis niedrigen Aktivierungsgraden, die im Bereich von 1000 bis 1600 Quadratmetern pro Gramm oder weniger (gemessen mit dem BET-Verfahren nach Brunauer, Emmett und Teller) liegen, erreicht. Dementsprechend wird die Robustheit oder Härte der Kohlekügelchen geschützt, um ihre Beständigkeit gegen Bruch und die Bildung von unerwünschtem Staub während der automatischen Herstellung von Filterstäben zu verbessern.
Das Aufrechterhalten der Kügelchengröße an einem oder um einen vorausgewählten Durchmesser fördert einen ruhigeren Fluss und einheitlicheres Zusammenpacken der Kügelchen während der Herstellungsprozesse.
Körnige Aktivkohle weist einen überwiegenden Teil (größten Teil) ihrer Porengrößeverteilung im Mikroporenbereich (weniger als 20 Ångström) auf, was als optimal für die Entfernung von Gasphasebestandteilen gilt. Außerdem wurde festgestellt, dass Aktivkohlekügelchen (besonders körnige Kohle auf Teerbasis) verglichen mit Aktivkohle(-granulat) auf Holz- oder Kokosnussbasis ein kleineres Vorkommen von Makroporen (größer als 500 Ångström) hat.
Vorzugsweise wird die körnige Kohle so hergestellt, dass sie eine Porengrößenverteilung vorherrschend im Bereich von Mikroporen oder kleinen Mesoporen (50 Ångström Durchmesser oder kleiner) hat, mit viel weniger der Poren im Bereich von Makroporen (500 Ångström Durchmesser oder kleiner), wobei der Rest der Poren in dem dazwischen definierten Bereich liegt.
Körnige Kohle kann auch dafür ausgelegt sein, Aromastoffe so zu führen, dass sie in den Hauptstromrauch freigesetzt werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Neue Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu den oben erwähnten werden durchschnittlichen Fachpersonen beim Durchlesen der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen offenbar, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile beziehen und in denen:
1 ein Seitenaufriss einer Zigarette ist, die einen Tabakstock und einen Mehrkomponentenfilter gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, wobei Teile davon im Schnitt dargestellt werden, um Details im Inneren zu illustrieren;
2 ein Seitenaufriss ähnlich 1 ist, der aber einen mit Kohlekügelchen in zwei verschiedenen Größen gefüllten Hohlraum zeigt;
3 eine Querschnittansicht eines einzelnen Kügelchens ist, das fakultativ einen Kern und eine Oberflächenbeschichtung aus Aromastoff umfasst;
4 eine vergrößerte teilweise Querschnittansicht eines mit Kohlekügelchen gefüllten Filterhohlraums ist, die Punkt-zu-Punkt-Kontakt zwischen den Kügelchen zeigt;
5 ein Seitenaufriss einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist, die einen Tabakstock und einen Mehrkomponentenfilter umfasst, wobei Teile davon im Schnitt dargestellt sind, um innere Details zu illustrieren;
6 ein Seitenaufriss noch einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist, die einen Tabakstock und einen Mehrkomponentenfilter umfasst, wobei Teile davon im Schnitt dargestellt sind, um innere Details zu illustrieren;
7 ein Diagramm der 1,3-Butadienabgabe Rauchzug um Rauchzug in Prozent für körnige Kohle mehrerer verschiedener Größen ist;
8 ein Diagramm der 1,3-Butadienabgabe Rauchzug um Rauchzug als eine Funktion verschiedener PICA- und körniger Kohlen sowie der 1,3-Butadienabgabe vom Kontrollprodukt, einer 1 R4F-Standardzigarette, ist und
9 ein Säulendiagramm ist, das die Wirkung von Kohle und nichtadsorbierenden Trägerstoffen auf die 1,3-Butadienabgabe in Prozent zeigt.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
In 1, auf die nun Bezug genommen wird, stellt eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine Zigarette 10 bereit, die einen Tabakstock 12 und einen mit Belagpapier 16 am Stock angebrachten Mehrkomponentenfilter 14 umfasst. Der Filter 14 hat die Form einer Einsatz-Zwischenraum-Einsatz-Ausführung mit voneinander beabstandeten Zelluloseacetateinsätzen 18, 20 und einem Hohlraum 22 dazwischen, der mit einer körnigen Kohle 24 einer Kügelchenform gefüllt ist.
Das Kohlekügelchenmaterial 24 umfasst einzelne Kügelchen eines vorausgewählten gleichmäßigen Durchmessers, die die vorteilhafte Tendenz haben, einander an einzelnen Kontaktpunkten zu berühren, wenn sie als Bett in einem Hohlraum eines Einsatz-Zwischenraum-Einsatz-Zigarettenfilters bereitgestellt werden. Ein derartiger Einzelpunktkontakt ergibt ein Bett des Kohlematerials mit minimaler Kanalbildung oder minimalem Kurzschließen von durch den Hohlraum 22 gezogenem Tabakrauch. Dementsprechend wird maximaler Kontakt zwischen der Gasphase des Zigarettenrauchs und der Kohleoberfläche der Kügelchen für eine äußerst effiziente Adsorption der Ziel-Gasphasenkomponenten erreicht.
Der Filterhohlraum 22 ist vorzugsweise mit Kohlekügelchen der gleichen Größe gefüllt oder umfasst alternativ Kügelchen mit zwei verschiedenen Größen, eine größer als die andere. Kleinere Kügelchen werden gleichmäßig zwischen größeren Kügelchen eingebettet, wie in 2 gezeigt wird. Speziell ist 2 ein Seitenaufriss ähnlich 1, wobei Filterhohlraum 22 mit einer Kombination aus großen Kügelchen 26 und kleineren Kügelchen 28, die gleichmäßig zwischen den größeren Kügelchen eingebettet sind, gefüllt ist. Die zwei Größen von Kügelchen können mathematisch ausgewählt werden, um die Füllung des Hohlraums 22 zu maximieren und dadurch das Bilden von Umgehungskanälen an den äußeren Rändern des Hohlraums zu minimieren. Durch Auswählen des maximalen zu verwendenden Kügelchendurchmessers wird der Durchmesser des zylindrischen Filterhohlraums 22 berücksichtigt und optimale Leistung wird erreicht, indem Kügelchen benutzt werden, die einen Durchmesser im Bereich von 1/10 bis 1/40 des Hohlraumdurchmessers haben. Wenn auch kleinere Kügelchen 28 in Kombination mit den größeren Kügelchen 26 hinzugenommen werden, haben die kleineren Kügelchen allgemein einen Durchmesser von etwa 22% des der größeren Kügelchen. Eine bevorzugte mathematische Beziehung ist ein Verhältnis von
für den Radius der kleineren Kügelchen 28 relativ zum Radius der größeren Kügelchen 26.
Als weitere Alternative kann körniges Material auch ausgewählt werden, um dem Rauchstrom Aromastoffe zu verleihen, nachdem andere Filterkomponenten einen Großteil der zum Entfernen vorgesehen Gasphasekomponenten entfernt haben. In einer bestimmten Ausgestaltung kann die Filterkomponente der in 1 gezeigten mit einem zusätzlichen im Rauchstrom stromabwärts liegenden Hohlraum, der mit aromatisiertem körnigem Material gefüllt ist, ähnlich sein.
Die Tendenz zum einzelnen Kontaktpunkt zwischen den Kohlekügelchen 24 minimiert die Reibung zwischen den Kügelchen und lässt sie während des Herstellungsprozesses auf eine Flüssigkeiten ähnliche Weise rasch fließen, um sich selbst zu einer dicht zusammengepackten Gruppierung im Filterhohlraum 22 zusammenzufinden. Eine derartige freie Fließfähigkeit ermöglicht rasches und effizientes Füllen des Hohlraums 22 mit wenig oder fast keinen vergeudeten verstreuten Kohlekügelchen.
Die Kohlematerialien können mit in der Technik bekannten Methoden zubereitet werden. Darüber hinaus können, wenn Aktivkohle als das Kohlekügelchenmaterial ausgewählt wird, die in den US-Patenten Nr. 4.917.835 , 5.456.868 und 6.033.506 offenbarten Kohlen genutzt werden sowie andere in der Technik bekannte Kohlezubereitungen. Körnige Kohle einer einheitlichen und echt kugelförmigen Gestalt können von der Kureha Chemical Industry Co., Ltd. von Japan oder der Mast Carbon Ltd, Henley Park, Guildford GU3 2AF, Großbritannien, bezogen werden.
Wie oben erwähnt, bettet sich Kohlekügelchenmaterial 24 sofort in eine dicht zusammengepackte Gruppierung bei minimaler Bildung von Kanälen, die sonst den Wirkungsgrad des Filterbetts im Filterhohlraum 22 verringern könnten. Dies ist eine direkte Folge des Punkt-zu-Punkt-Kontakts zwischen den glattflächigen Materialkügelchen. Derartiges gleichmäßiges Zusammenpacken fördert weniger Variation in den hergestellten Filtern sowie weniger Variation in ihrer Gesamtleistung. Anders als Granulatbettfüllungen, die sich oft setzen, wodurch die Bildung von Umgehungskanälen oder anderen Leerräumen bewirkt wird, wird der Filterhohlraum 22 während des Herstellungsprozesses mit Kohlekügelchenmaterial im Wesentlichen vollständig gefüllt ohne anschließendes merkliches Setzen.
In 5, auf die jetzt Bezug genommen wird, stellt eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine Zigarette 10A bereit, die einen Stock aus rauchbarem Material 12 wie zerkleinertem Tabak und einen mit Belagpapier 16 an dem Stock 12 angebrachten Mehrkomponentenfilter 14 umfasst. Nach dem Anzünden der Zigarette 10A wird vom Tabakstock 12 Hauptstromrauch erzeugt und aus ihm und durch den Filter 14 gezogen.
Hierin werden die relativen Positionen „stromaufwärts” und „stromabwärts” zwischen Filtersegmenten und anderen Merkmalen in Bezug auf die Richtung des Hauptstromrauchs beschrieben, während er aus dem Tabakstock 12 und durch den Mehrkomponentenfilter 14 gezogen wird.
Vorzugsweise umfasst der Filter 14 ein erstes stromaufwärts liegendes Kohle enthaltendes Segment 50 und eine Mundende-(Mundstück-)komponente 52. In dieser Ausgestaltung umfasst das Kohle enthaltende Segment 50 eine Einsatz-Zwischenraum-Einsatz-Filterbaugruppe, die eine zentrale Filterkomponente 54 aufweist, eine Tabakendkomponente 56 in beabstandeter Beziehung zur zentralen Filterkomponente 54, um dazwischen einen Hohlraum 58 zu definieren, der mit Kohlekügelchenmaterial 24 wie körniger Aktivkohle gefüllt ist. Die Tabakendkomponente 56 befindet sich neben dem Tabakstock 12 und umfasst vorzugsweise einen Einsatz aus Zelluloseacetatkabel (Tow) mit niedrigem Ziehwiderstand („RTD”).
Wie oben besprochen, umfasst das Kohlekügelchenmaterial 24 einzelne Kügelchen, die einander an einzelnen Punkten berühren. Ein derartiger Einzelpunktkontakt ergibt ein Bett aus Kohlematerial mit minimaler Kanalbildung oder minimalem Kurzschließen von durch den Hohlraum 58 gezogenem Tabakrauch. Dementsprechend wird maximaler Kontakt zwischen der Gasphase des Zigarettenrauchs und der Kohleoberfläche der Kügelchen für eine äußerst effiziente Adsorption der Ziel-Gasphasekomponenten erreicht.
Darüber hinaus können, wie oben angegeben, die Kohlematerialien durch in der Technik bekannte Methoden zu körnigen Konfigurationen ausgebildet werden. Wenn Aktivkohle als das Kohlekügelchenmaterial ausgewählt wird, können die in den US-Patenten Nr. 4.917.835 , Nr. 5.456.868 und Nr. 6.033.506 beschriebenen Kohlen benutzt werden sowie andere in der Technik bekannte Kohlezubereitungen.
Die Mundende-(Mundstück-)komponente 52 hat vorzugsweise die Form eines Zelluloseacetateinsatzes oder eines anderen geeignet faserigen oder Vliesmaterials mit mäßigem bis niedrigem Wirkungsgrad des Entfernens von Teilchen. Vorzugsweise ist der Wirkungsgrad des Entfernens von Teilchen niedrig, wobei der Denier- und der Gesamtdenierwert so ausgewählt ist, dass der erwünschte Gesamtziehwiderstand des Mehrkomponentenfilters 14 erreicht wird.
Vorzugsweise ist wenigstens ein Teil oder die Gesamtheit des Kohlebetts 24 ein Aromaträger oder ansonsten mit einem Aroma imprägniert.
Die zentrale Filterkomponente 54 des Mehrkomponentenfilters 14, wobei weiter auf 5 Bezug genommen wird, umfasst vorzugsweise einen Einsatz 60 aus faserigem Filtermaterial, vorzugsweise Zelluloseacetatkabel mit mäßigem bis niedrigem Teilchenwirkungsgrad und Ziehwiderstand (RTD) zusammen mit einem oder mehreren Aromaträgergarnen 62. Wenn Hauptstromtabakrauch durch die zentrale Filterkomponente 54 und am Garn 62 entlang gezogen wird, wird Aromastoff in den Strom von Hauptstromrauch freigesetzt. Aromafaden enthaltende Filtereinsätze können von der American Filtrona Company, 8410 Jefferson Davis Highway, Richmond, Virginia 23237-1341 bezogen werden und ein geeigneter Aufbau für die zentrale Filterkomponente 54 wird in US-Patent Nr. 4.281.671 beschrieben.
Vorzugsweise ist wenigstens eine umlaufende Reihe von Perforationen 64 im Mundstückbelagpapier 16 an einer Stelle an der zentralen Komponente 54 entlang und stromabwärts vom Bett der aromatisierten körnigen Kohle 20, vorzugsweise am stromaufwärts liegenden Endteil der zentralen Komponente 54 neben dem Bett 24 ausgebildet. Die bevorzugte Positionierung maximiert den Abstand zwischen dem Mundstückende 66 der Zigarette und den Perforationen 64, der vorzugsweise wenigstens 12 mm (Millimeter) oder mehr beträgt, so dass die Lippen eines Rauchers die Perforationen 64 nicht verdecken. Vorzugsweise liegt der Lüftungsgrad im Bereich von 40 bis 60% und bevorzugt etwa 45 bis 55% in einer 6 mg FTC-Teerabgabezigarette.
Das körnige Kohlebett kann in einem ganz gefüllten Zustand wenigstens 70 bis 120 mg (Milligramm) oder mehr Kohle umfassen oder 160 bis 180 mg oder mehr körnige Kohle in einem zu 85% oder besser gefüllten Zustand im Hohlraum 58.
Beispielhaft beträgt die Länge des Tabakstocks 12 vorzugsweise 49 mm und die Länge des Mehrkomponentenfilters 14 beträgt vorzugsweise 34 mm. Die Länge der vier Filterkomponenten von Zigarette 10A ist wie folgt: die Tabakendkomponente 56 beträgt vorzugsweise 6 mm; die Länge des körnigen Kohlebetts 24 beträgt vorzugsweise 12 mm für eine Kohlebefüllung von 180 Milligramm, die zentrale Komponente 54 beträgt vorzugsweise 8 mm und die Mundendekomponente 52 beträgt vorzugsweise 8 mm.
Tabakstab 12 kann mit konventioneller Zigarettenumhüllung umhüllt sein oder es kann gestreiftes Papier für diesen Zweck verwendet werden. Gestreiftes Zigarettenpapier hat voneinander beabstandete integrierte Zellulosestreifen 68, die den fertigen Tabakstock der Zigarette 10 umgeben, um die Massenbrenngeschwindigkeit der Zigarette so zu ändern, dass das Risiko der Entzündung eines Substrats, wenn die Zigarette 10 glimmend darauf liegen gelassen wird, geringer ist. US-Patente Nr. 5.263.999 und Nr. 5.997.691 beschreiben gestreiftes („banded”) Zigarettenpapier.
In 6, auf die jetzt Bezug genommen wird, stellt eine weitere bevorzugte Ausgestaltung eine modifizierte Zigarette 10B mit den gleichen Filtersegmenten wie Zigarette 10A von 6 aber mit einer leicht verschiedenen Anordnung der Segmente zueinander bereit, und zum Kennzeichnen gleicher Teile werden gleiche Bezugszeichen verwendet. In Zigarette 10B befindet sich das Aroma freisetzende Garnelement 62 in der Mundendekomponente 52 am Mundstück-(Mund-)ende der Zigarette 10B stromabwärts vom aromatisierten Kohlekügelchenbett 24 und durch die zentrale Komponente 54 davon beabstandet. In dieser Ausgestaltung ist eventuell ein Weichmacher wie Triacetin auf das Aromagarn 62 aufgetragen, um das Garn in seiner Solllage in Komponente 52 zu halten und zu verhindern, dass das Garn während des Rauchens aus dem Filter gezogen wird. Alternativ kann das Aromagarn 62 zum Erreichen des gleichen Ergebnisses zusammengeflochten werden. Wie in der Ausgestaltung von 5 ist an einer Stelle entlang der zentralen Filterkomponente 54 neben dem aromatisierten Kohlekügelchenbett 24, aber stromabwärts von ihm, für Lüftung 64 gesorgt.
Aktiviertes Kohlekügelchenmaterial zur Verwendung in den oben beschriebenen Zigarettenfiltern kann mit vielen bekannten Kügelchenherstellungsverfahren wie beispielsweise in den US-Patenten Nr. 3.909.449 und 4.045.368 und dem britischen Patent Nr. 1.383.085 beschrieben hergestellt werden. In vielen Fällen umfassen die Ausgangsmaterialien Teer aus Rohöl- und Kohleverarbeitung. Grundsätzlich reicht jede(r) beliebige, schmelzfähige Kohle enthaltende Substanz (oder Kohlevorläufer) aus, wenn sie in einem Fluid suspendiert werden kann, um eine Kugelform zu erhalten, und erhärtet und danach karbonisiert und aktiviert werden kann.
Der Maschinenbetrieb mit körniger Kohle hat gegenüber traditionellerer pulverförmiger oder granulierter Kohle (wie der von PICA USA Inc, 432 McCormick Boulevard, Columbus, Ohio 43213-1585 hergestellten und verkauften granulierten Kohle) große Vorteile. Es wurde festgestellt, dass bei einer Filterstabherstellungsmaschine, die für eine Ladung von 180 mg granulierter Kohle in einem 12-mm-Hohlraum eines Zigarettenfilters bei einem durchschnittlichen Füllgrad von 86% eingestellt ist, die Filterstabherstellungsmaschine ohne Ändern der Maschineneinstellungen und mit der gleichen Menge von Kohle und der gleichen Hohlraumlänge mit körniger Kohle durchschnittlich eine Füllung von etwa 91 Volumenprozent bei zufriedenstellenden Werksmaschinengeschwindigkeiten, z. B. 1500 Filtereinsätze pro Minute, erreichte. Des Weiteren wurde entdeckt, dass der Betrieb der Kügelchenmaschine mit körniger Kohle beträchtlich weniger Staub erzeugte und dass die von der Maschine aufgesammelte externe Kohle wiederverwendbar und nicht zerbrochen war, wie dies bei granulierter Kohle oft der Fall ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der verbesserte Geschmack einer Zigarette, die Kohlekügelchen anstelle von Kohlegranulat im Filter enthält. Wie unten ausführlich erläutert wird, wurde festgestellt, dass amerikanische Raucher auf der Basis einer Vorzugsskala von 1 bis 7 Punkten den Vorzugsgrad einer Kontrollzigarette ohne Kohle auf einer höchsten Stufe einstuften (im Einklang mit ihrer Präferenz für kohlefreie Filter) und die gleichen Raucher einen niedrigeren Präferenzgrad für eine Kohlekügelchenzigarette angaben, aber wenn sie das gleiche Zigarettenmodell mit körniger Kohle rauchten, stieg ihr Präferenzgrad auf eine Stufe zwischen den anderen zwei Bewertungen an. Derartige Ergebnisse sind Beweis für eine bedeutende Verbesserung der Beliebtheitsbewertung von Kohlekügelchen gegenüber dem Kohlegranulatmodell.
Es wurde festgestellt, dass körnige Aktivkohle einen bedeutenden Teil ihrer Porengrößeverteilung im Mikroporen- und Mesoporenbereich (kleiner als 50 Ångström) mit einer relative kleinen Verteilung im Makroporenbereich von mehr als 500 Ångström hat. Man glaubt, wobei man nicht an die Theorie gebunden sein möchte, dass körnige Kohle bei der kleineren Zahl von Makroporen eine geringere Tendenz zum Herausfangen von Teerelementen aus dem Hauptstromrauch hat und stattdessen Aromakomponenten des Rauchs durch das Bett von Kohlekügelchen passieren lässt. Im Gegensatz dazu hat Kohlegranulat (PICA-Kohle) einen größeren Anteil der Porengrößenverteilung im Makroporengrößenbereich (ein Größenbereich von mehr als oder bei 500 Ångström), was zum Herausfangen größerer Teer und Aroma umfassender Teilchen neigt.
Außerdem ist Kohlegranulat aus organischen Stoffen wie Kokosnussschalen, Nussschalen oder Holz hergestellt und seine natürliche Herkunft trägt, so glaubt man, eine viel höhere Aschezahl und Anwesenheit von diversen Metallen und anderen Materialien bei, die in körniger Kohle nicht gefunden werden. Man glaubt auch, dass dieser Aspekt dazu beiträgt, dass körnige Kohle eine günstige subjektive Auswirkung gegenüber Kohlegranulat hat.
In Bezug auf die maschinelle Verarbeitungsfähigkeit und die Auswahl eines Kohlematerials für Zigarettenfilteranwendungen gibt es drei zentrale Bedenken. Ein Bedenken ist die Tendenz der Filterstabherstellungsmaschine selbst, während Zigarettenherstellungsvorgängen Staub zu erzeugen. Staub kann weiterhin ein Problem beim Transportieren der Produkte sein. Ein weiteres Bedenken sind die Kosten der Ausführung der Wärmebehandlung zum Aktivieren von Kohle. Je größer das Abbrennen, desto größer ist das vergeudete Gewicht von Ausgangsmaterial. Außerdem wird die Kohle bei höheren Aktivitätsniveaus infolge dessen, dass die Kohle an Masse und Dichte verliert, bröckliger. Des Weiteren gibt es dahingehend Begrenzungen, wie kurz ein Hohlraum sein kann, der in Einsatz-Zwischenraum-Einsatz-Filterstabherstellungsvorgängen hergestellt und gefüllt werden kann. Gegenwärtig wird bei Filterstabherstellungsmaschinen eine Hohlraumlänge von wenigstens etwa 4 bis 6 mm bevorzugt. Hohlräume mit Längen von unter 4 mm erzeugen Herstellungsschwierigkeiten und werden nicht bevorzugt.
Der Wirkungsgrad der Gasphaseentfernung wird von Teilchengröße und Kügelchendurchmesser beeinflusst, wobei die kleineren Kügelchen effizienter sind. Allgemein gilt außerdem, dass je mehr Kohle aktiviert wird, desto größer ihr Wirkungsgrad bei der Gasphaseentfernung ist, die maschinelle Bearbeitungsfähigkeit (Staubentwicklungsfaktor) und die Kosten der Aktivierungsbehandlung sind aber ausgleichende Erwägungen in Bezug darauf, wie viel Aktivierung erwünscht ist. Ein Gleichgewicht wird erreicht durch Verringern des Kügelchendurchmessers auf einen Kügelchendurchmesserbereich von etwa 0,2 mm bis 0,7 mm, bevorzugt 0,2 bis 0,4 mm, bei einem Aktivierungsgrad, der der BET-Oberfläche im Bereich von 1000 bis 1600 Quadratmeter pro Gramm (nach dem Verfahren von Brunauer, Emmet und Teller gemessen, im Folgenden „m²/g BET”), vorzugsweise im Bereich von 1100 bis 1300 m²/g BET, äquivalent ist. Äußerst kleine Kügelchen neigen aber dazu, in einem Filterhohlraum so dicht zusammengepackt zu werden, dass sie in einem eventuell unerwünschten Ausmaß einen zusätzlichen Druckabfallgrad am Hohlraum verursachen. Bei einigen Anwendungen wie den bevorzugten Ausgestaltungen ist ein übermäßiger Druckabfall vorzugsweise zu vermeiden. Dementsprechend ist die bevorzugte Kügelchengröße ein Durchmesser von etwa 0,35 mm. Die bevorzugten Größenbereiche fördern auch den ordnungsgemäßen und sauberen Betrieb der Filterstabherstellungsmaschine.
Je kleiner das Kohlekügelchen, umso dichter werden die Kügelchen zusammengepackt, was den Druckabfall erhöht. Dementsprechend steht der Tendenz hin zu einem immer kleineren Kügelchendurchmesser zum Erfassen des Wirkungsgrads der Gasphaseentfernung die Notwendigkeit gegenüber, innerhalb der vorbestimmten Grenzen für den Druckabfall am Filter zu bleiben, um innerhalb der Erwartungen von Rauchern in Bezug auf den Ziehwiderstand (RTD) beim Rauchen einer Zigarette zu bleiben.
7 ist eine grafische Darstellung der 1,3-Butadienabgabe Rauchzug um Rauchzug vom Mundende einer Zigarette für verschieden große Kohlekügelchendurchmesser. Die genannten körnigen Kohlematerialien umfassen 75 mg von körniger Aktivkohle mit 0,7 mm Durchmesser in einer Bettlänge von 2,7 mm (Kurve 100 in 7), 75 mg von körniger Aktivkohle mit 0,5 mm Durchmesser in einer Bettlänge von 2,6 mm (Kurve 102) und 75 mg von körniger Aktivkohle mit 0,35 mm Durchmesser in einer Bettlänge von 2,5 mm (Kurve 104). Jeder Hohlraum befand sich im völlig gefüllten Zustand.
Es wurde festgestellt, immer noch mit Bezug auf 7, dass ein kleinerer Kügelchendurchmesser die Leistung beim Entfernen von 1,3-Butadin steigert und durch alle Rauchzüge hindurch voll effektiv ist. Insbesondere wurde festgestellt, dass 75 mg Kügelchen, die von der Kureha Chemical Industry Co., Ltd. von Japan geliefert wurden, bei einem Durchmesser von 0,35 mm mit einer voll gefüllten Hohlraumlänge von 2,5 mm im Wesentlichen sämtliches 1,3-Butadien der Zigarette durch alle acht ihrer Rauchzüge hindurch herausfangen, selbst bei relativ niedrigen Werten des Verhältnisses von Oberfläche zu Masse.
Das Oberflächenaktivitätsniveau des körnigen Materials in 7 liegt im Bereich von 1000 bis 1600 m²/g BET, vorzugsweise 1100 bis 1300 m²/g BET. Es ist zu beachten, dass das von Linie 104 repräsentierte Ergebnis ein fast vollständiges Entfernen von 1,3-Butadien ist und dass Linie 102 eine bedeutende (fast 90-prozentige) Verringerung von 1,3-Butadien darstellt.
8 ist eine grafische Darstellung der 1,3-Butadienabgabe Rauchzug um Rauchzug aus dem Mundende einer Zigarette für verschiedene Durchmesser von körniger Kohle: 75 mg Kohlekügelchen mit 0,35 mm Durchmesser in einem 2,5 mm langen Hohlraum (Kurve 108 in 8), 48 mg Kohlegranulat (PICA-Kohle) mit 40 × 60 Mesh in einem 2,5 mm langen Hohlraum (Kurve 110), 46 mg Kohlegranulat (PICA-Kohle) mit 20 × 50 Mesh in einem 2,5 mm langen Hohlraum (Kurve 112), 180 mg Kohlegranulat (PICA-Kohle) mit 20 × 50 Mesh in einem 12 mm langen Hohlraum (Kurve 114) und eine 1 R4F-Standardkontrollzigarette (Kurve 116).
Beim Vergleichen von 7 und 8 stellt man fest, dass Kohlegranulat von 40 × 60 Mesh mit einer Ladung von 48 mg in einem 2,5-mm-Hohlraum (Kurve 110 in 8) im Wesentlichen das gleiche Ergebnis wie das von Kohlekügelchen mit 0,35 mm Durchmesser (Kurve 108 in 7) ergibt. Die PICA-Kohle mit 40 × 60 Mesh ist aber dafür bekannt, dass der Umgang mit ihr in Vorgängen von Filterstabherstellungsmaschinen (bedeutende und störende Staubentwicklung) äußerst schwierig ist. Der Umgang mit Kohlekügelchen mit einem Durchmesser von 0,35 mm ist aber bei einer Ladung von 75 mg einfach, ohne bedeutende Staubentwicklung in Maschinenvorgängen, wegen der günstigen allgemeinen Fließcharakteristik von körniger Kohle und wegen ihrer größeren Dichte und Härte (da sie sich auf einem niedrigeren bis mäßigen Aktivierungsniveau befindet). Dementsprechend erreicht körnige Kohle die gleiche Leistung wie hochfeines Kohlegranulat (PICA-Kohle), aber bei einer Größe, die von Zigarettenherstellungsmaschinen leicht gehandhabt werden kann. Dies ist ein bedeutender Vorteil.
Allgemein sind die Kohlekügelchen ein dichteres und härteres Material als PICA-Partikelkohle. Dementsprechend gibt es bei Herstellung und Transport von Zigarettenfiltern mit körniger Kohle weniger Staubentwicklung und sie neigt zum ordentlicheren und vollständigeren Füllen von Hohlräumen als granulierte Kohle.
Mit Kohlekügelchen mit einem Durchmesser von 0,35 mm bei einem Ladungsgrad von 75 mg in einem Zustand mit gefüllten Hohlraum wird ein ausgezeichneter Wirkungsgrad der Gasphaseentfernung erzielt, wie der von Linie 104 in 7 repräsentierte. Eine derartige Kohleladung füllt aber einen 2,5 mm langen Hohlraum bei einem Standardzigarettenumfang (24 Millimeter) vollständig, wobei diese Hohlraumlänge schwierig herzustellen ist. Dementsprechend wird eventuell bevorzugt, zu den Aktivkohlekügelchen andere Kügelchen einer ähnlichen oder vorzugsweise der gleichen Größe hinzuzunehmen, allerdings mit kleiner oder keiner Aktivität, um Kosten zu sparen und die Verarbeitungsfähigkeit zu verbessern. Versuche, die 75 mg körniger Kohle mit Glaskügelchen bei einer volumetrischen Teilung von 1/3 Kohle und 2/3 Glaskügelchen kombinierten, zeigten im Wesentlichen die gleiche Leistung in der Gasphaseentfernung wie bei der gleichen, allein wirkenden 75-mg-Ladung. Dementsprechend wird eventuell bevorzugt, eine Ladung von 75 mg Aktivkohlekügelchen mit zusätzlichen Kügelchen aus nicht aktivierter Kohle, vorzugsweise der gleichen Durchmessergröße mit ausreichender Masse, um einen 6 mm langen Hohlraum zu füllen oder einen solchen zusätzlichen Betrag, wie er eventuell zum Füllen des traditionell vom Zigarettenhersteller eingesetzten Hohlraums benötigt wird. Eine derartige Kombination aus aktivierten und nicht aktivierten Kohlekügelchen ergibt die gleichen Ergebnisse zu geringeren Kosten, da es nicht nötig ist, den Hohlraum vollständig mit den kostspieligeren Aktivkohlekügelchen zu füllen. Ein weiterer Vorteil dieser Entdeckung ist, dass ein Zigarettenhersteller eine Hohlraumgröße für sein Spektrum von Zigarettenmarken auswählen kann und die Freiheit zum Auswählen verschiedener Kohlemengen für verschiedene Klassen oder Füllungsdichten und zum Füllen eines beliebigen restlichen Raums im vorausgewählten Hohlraum mit nichtaktiviertem (oder weniger aktiviertem) körnigem Material, körnigem Aromaträgermaterial oder einem sonstigen geeigneten Füllstoffmaterial hat. Bei sich ändernden Raucherpräferenzen oder als Reaktion auf andere Umstände kann der Anteil der körnigen Aktivkohle im Filter ohne Komplikationen, wie z. B. ohne die Hohlraumgröße in der Zigarettenanordnung ändern zu müssen oder ohne die Größe von Filter- und Zigarettenherstellungsmaschinen ändern zu müssen, geändert werden. Dies ist ein bedeutender Vorteil in Zigarettenherstellungsvorgängen.
9 ist ein Säulendiagramm, das relativ ähnliche Ergebnisse für die Gesamtabgabe von 1,3-Butadien in Prozent für Filter nur mit körniger Kohle und mit körniger Kohle, die mit einem nichtadsorbierenden Füllstoff dispergiert ist, illustriert. Säule 120 in 9 repräsentiert eine 1 R4F-Standardkontrollzigarette und zeigt eine 1,3-Butadienabgabe von etwa 86% vom Mundende der Zigarette nach etwa acht Rauchzügen während des Rauchens. Säule 122 und Säule 124 stellen einen 5 ähnlichen Zigarettenaufbau dar, aber mit Zelluloseacetat und ohne Kohle (Säule 122) bzw. 380 mg Glaskügelchen und ohne Kohle (Säule 124). Nach etwa acht Rauchzügen ist die Gesamtabgabe von 1,3-Butadien in Prozent vom Mundende jeder Zigarette hoch, etwa 91% für Säule 122 und 82% für Säule 124. Säulen 126, 128 und 130 stellen jeweils einen 5 ähnlichen Zigarettenaufbau dar, in jedem Fall ist der Filterhohlraum aber mit verschiedenen Stoffen gefüllt. Die von Säule 126 repräsentierte Zigarette weist einen Hohlraum auf, der mit 75 mg Aktivkohlekügelchen mit einem Durchmesser von 0,35 mm gefüllt ist. Nur etwa 1% der 1,3-Butadienabgabe passiert nach acht Rauchzügen durch das Mundende der Zigarette von Säule 122 und ähnliche Ergebnisse werden mit den von Säulen 128 und 130 repräsentierten Zigaretten erzielt, bei denen die Filterhohlräume mit 75 mg Aktivkohlekügelchen mit 0,35 mm Durchmesser aber in Kombination mit nichtadorbierenden Füllstoffen gefüllt sind. Die Zigarette von Säule 128 weist 190 mg Glaskügelchen auf, die in den Kohlekügelchen dispergiert sind, und die Zigarette von Säule 130 weist 380 mg von in den Kohlekügelchen dispergierten Glaskügelchen auf. In jedem Fall beträgt die Gesamtabgabe von 1,3-Butadien in Prozent aus dem Mundende der Zigarette nach acht Rauchzügen etwa 2%. Zusammenfassend ist zu sagen, dass Filter, die Aktivkohlekügelchen in Kombination mit nichtadsorbierenden Füllstoffen aufweisen, etwa die gleichen Ergebnisse erbringen wie Filter mit einem äquivalenten Gewicht von Aktikkohlekörnchen in unverdünnter Form.

Die folgende Tabelle 1 zeigt die Porengrößeverteilung von Aktivkohlen einschließlich PICA-Kohle mit 20 × 50 Mesh pro Zoll und 40 × 60 Mesh pro Zoll sowie körnige Kohle mit einem Durchmesser von 0,7 mm, 0,5 mm und 0,35 mm von zwei verschiedenen Chargen. TABELLE 1

			*DFT-Porenvolumen
Probe	Schüttdichte (g/cm³)	BET-Oberfläche (m²/g)	Mikrovol. (cm³/g)	Gesamtvol. (cm³/g)
PICA 20 × 50 Mesh	0,37	1578	0,5459	0,5983
PICA 40 × 60 Mesh	0,39	1468	0,5566	0,5967
Kügelchencharge 1 0,7 mm Durchm.	0,57	1129	0,4614	0,4849
Kügelchencharge 2 0,5 mm Durchm.	0,58	12471	0,4791	0,4906
Kügelchencharge 1 0,35 mm Durchm.	0,59	1289	0,4821	0,5154
Kügelchencharge 2 0,5 mm Durchm.	0,58	1150	0,4562	0,4618
Kügelchencharge 2 0,35 mm Durchm.	0,58	1244	0,4750	0,5030

*DFT: gemäß der Dichtefunktionstheorie berechnet, die eine statistische Thermodynamiktheorie auf Molekularbasis ist, die es erlaubt, die Adsorptionsisotherme mit den mikroskopischen Eigenschaften des Systems in Beziehung zu setzen (Quelle: P. A. Webb and C. Orr, Analytical Methods in Fine Particle Technology, Micrometrics Instrument Corporation, Norcross, GA 1977, Seite 81).

PICA-Kohle hat eine Schüttdichte von etwa 0,37 Gramm pro Kubikzentimeter, während körnige Aktivkohle der Erfindung eine Schüttdichte von mehr als 0,5, vorzugsweise im Bereich von 0,55 bis 0,6 g/cm³, hat.
Man muss erkennen, dass die körnigen Aktivkohlen der bevorzugten Ausgestaltungen mit anderen Adsorbenzien wie Zeoliten, Molekularsieben, zusammengesetzten oder geschichteten Materialien, Ton, Aluminiumoxid, anderen Metalloxiden, Metallsilikaten und Metallphosphaten, Silicagelen und modifizierten Silicagelen wie 3-Aminopropylsilyl-(APS)-Silicagelkügelchen gemischt oder kombiniert werden oder anderweitig kooperieren können.
Die folgende Tabelle 2 zeigt die Gesamtabgabe der angezeigten Gasphasenkomponenten in Prozent im Verhältnis zu einer 1 R4F-Standard-Kontrollzigarette für Zigarettenfilterkonstruktionen, bei denen ein Filterhohlraum wie in 5 gezeigt mit den angegebenen Materialien gefüllt ist.
Vorzugsweise werden die Kohlekügelchen dadurch, dass Aromastoff auf eine Charge Aktivkohle in einer Mischtrommel (Rollfass) aufgesprüht wird, oder alternativ in einem Wirbelbett mit Stickstoff als Fluidisierungsmittel, wobei Aromastoff dann auf die Kohle im Bett aufgesprüht werden kann, aromatisiert. Es liegt auch in der Erwägung der vorliegenden Erfindung, Aromastoffe oder andere Filterkomponenten oder das Kohlekügelchenbett separat oder eine beliebige der obigen Möglichkeiten mit dem Zusatz von Aromastoffen, die an einem oder mehreren Filterbelagpapieren und/oder dem Mundstückbelagpapier entlang getragen werden, anzuordnen.
Fachkundige Personen werden erkennen, dass die vorliegende Erfindung mit anderen als den beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt werden kann, die zum Zweck der Veranschaulichung und nicht zur Begrenzung vorgelegt werden. Beispielsweise können Zigarettenfilter körnige Kohle aufweisen, die in einer faserigen Masse wie Zelluloseacetatkabel eingeschlossen ist. Fakultativ können die Kügelchen jeweils einen Kern und eine Aromastoff-Oberflächenbeschichtung umfassen. Die vorliegende Erfindung wird nur von den folgenden Ansprüchen begrenzt.

Claims

Zigarettenfilter mit körniger Aktivkohle in Form von Kügelchen und mit einem Durchmesser im Bereich von 0,2 mm bis 0,7 mm, wobei die körnige Aktivkohle eine Schüttdichte von mehr als 0,5 g/cm³ und eine BET-Oberfläche im Bereich von 1000 bis 1600 m²/g hat.
Zigarettenfilter nach Anspruch 1, bei dem die körnige Kohle in Form von Kügelchen einen Durchmesser im Bereich von 0,2 mm bis 0,4 mm hat.
Zigarettenfilter nach Anspruch 2, bei dem die körnige Kohle in Form von Kügelchen einen Durchmesser von 0,35 mm hat.
Zigarettenfilter nach Anspruch 4, bei dem wenigstens ein Teil des körnigen Kohlematerials eine BET-Oberfläche im Bereich von 1100 bis 1300 m²/g hat.
Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens ein Teil der körnigen Kohle ein mit der DFT-Methode ermitteltes Mikroporenvolumen von wenigstens 0,4 cm³/g hat und das Gesamtporenvolumen höchstens 0,6 cm³/g beträgt.
Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Hohlraum, bei dem die körnige Kohle den Hohlraum im Wesentlichen vollständig ausfüllt.
Zigarettenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Hohlraum, bei dem die Kohlekügelchen etwa 80 bis 95 Prozent des Hohlraums füllen.
Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die körnige Aktivkohle eine vorbestimmte Menge hat, die ausreicht, um wenigstens einen Rauchbestandteil um einen gewünschten Betrag zu verringern.
Zigarettenfilter nach Anspruch 9, bei dem die körnige Aktivkohle eine vorbestimmte Menge hat, die ausreicht, um 1,3-Butadien um etwa 90% oder mehr zu verringern.
Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die körnige Kohle in einer Menge von etwa 70 bis 180 Milligramm vorhanden ist.
Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem zweiten körnigen Material, das verglichen mit der körnigen Aktivkohle eine geringere oder keine Aktivierung aufweist.
Zigarettenfilter nach Anspruch 11, bei dem das zweite körnige Material körnige Kohle mit im Wesentlichen dem gleichen Durchmesser wie die körnige Aktivkohle umfasst.
Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kohlekügelchen eine erste Gruppe einzelner Kügelchen mit im Wesentlichen, dem gleichen Durchmesser und eine zweite Gruppe einzelner Kügelchen mit im Wesentlichen dem gleichen Durchmesser, der aber kleiner ist als der Durchmesser der Kügelchen der ersten Gruppe, umfasst.
Zigarettenfilter nach Anspruch 13, bei dem die Kügelchen der zweiten Gruppe einen Radius haben, der etwa
des Radius der Kügelchen der ersten Gruppe beträgt.
Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem zylindrischen Hohlraum, bei dem die Kohlekügelchen Kügelchen mit Durchmessern im Bereich von 1/10 bis 1/40 des Durchmessers des zylindrischen Hohlraums umfassen.
Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens ein Teil der Kohlekügelchen aromatisiert ist.
Zigarettenfilter nach Anspruch 16, bei dem sich stromabwärts von den aromatisierten Kohlekügelchen wenigstens ein zusätzliches aromafreisetzendes Segment befindet.
Zigarettenfilter nach Anspruch 17, bei dem das zusätzliche aromafreisetzende Segment Garn mit daran befindlichem Aromastoff aufweist.
Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ein aromafreisetzendes Segment stromabwärts von den Kohlekügelchen aufweist.
Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kügelchenform der körnigen Kohle daher rührt, dass ein schmelzfähiger Kohlevorläufer in einem Fluid suspendiert wird und der Vorläufer danach erhärtet und karbonisiert wird.
Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kohle mit Zeolith, Silikagel, modifiziertem Silikagel, einem anorganischen Polymer, Ton, einem Metalloxid, einem Metallsilikat, einem Aluminiumphosphat und/oder einem Metallphosphat zusammenwirkt.
Zigarettenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der zylindrisch ist und bei dem der Hohlraum einen Durchmesser hat, der etwa gleich dem Durchmesser des Filters ist, und die Hohlraumlänge etwa 2,5 mm bis 12 mm beträgt.
Zigarette, die einen Tabakstock und einen Zigarettenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 22 mit einer körnigen Aktivkohle in Kügelchenform umfasst.