用于减少烟草烟雾中有害物质的过滤介质的制作方法

专利名称：用于减少烟草烟雾中有害物质的过滤介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及权利要求1前序部分类型的用于减少烟草烟雾中有害物质的过滤介质。
在烟草燃烧中产生烟草烟雾，它是一种气溶胶，由一种气相和一种冷凝液相组成。烟草烟雾的气相的成分相对简单，它含有氮、氧、二氧化碳、氢和惰性气体，除此之外还含有毒物质如一氧化碳(大约4.2％)、氢氰酸(大约0.16％)、氨(大约0.03％)、氮氧化物(大约0.02％)以及硫化氢。与此相比，冷凝液相中内含物质的主要成分是“焦油”，其中也有构成烟草烟雾香味的原味和增味剂。
很久以来公知的是，吸烟持久地影响健康。烟草烟雾的哪些成分、详细地说按照吸烟习惯、烟草消费和确定成分以不同的程度产生可被观察到的作用还是不完全清楚。根据统计，吸烟者中易患动脉硬化症、冠状血管疾病、心肌梗塞以及胃病和肠疾病的人数增高，原因应归于尼古丁并且部分归因于一氧化碳的作用。另一种有毒物质、即氢氰酸阻止呼吸道中纤毛上皮的再生，并且阻止白血球形成。非常经常出现的咽喉疾病以及特别是支气管炎(吸烟者咳嗽)与烟草烟雾中的酚、酸、醛以及酮成分有关。
为了减少烟草烟雾中的有害物质含量，在过去开发了过滤嘴香烟、过滤咀雪茄、过滤咀小雪茄以及香烟嘴、雪茄嘴和烟斗，在它们的烟嘴中，过滤介质应过滤掉尼古丁和焦油的一部分，而在此没有留住主要的香味物质。这些过滤介质由纤维素、醋酸纤维素、聚乙烯、皱纸或纸或活性炭组成。
根据DE-OS1517272使用含硅酸盐的矿物、特别是粘土、高岭土和长石作为烟草过滤器中的吸附剂。然而，缺点是，根据公开文献，所提及的过滤介质必须借助蒸馏水或酸的处理或者通过电解或电渗析将附着的离子消除，以便能够被使用。此外，主要是冷凝液相的焦油物质被减少而较少将气相中的有毒物质减少。
由AT-PS368686公知一种制造含粘土的烟草烟雾过滤器的方法。对此，将由40至90重量百分比的粘土、5至20重量百分比粉碎的高炉炉渣以及2至20重量百分比构成细孔的添加物组成的混合物与含水多的铜盐溶液相混合、干燥，并且随后为了排除水分、燃烧或者蒸发构成细孔的添加物并且形成氧化铜而被加热并且冷却。高炉炉渣通常由大约35至48％的氧化钙、30-38％的氧化硅、6-18％的氧化铝以及少量的氧化镁、氧化锰、氧化铁、五氧化磷(Phosphorpentoxid)和硫化钙组成。因此，该过滤介质是粘土、高炉炉渣和氧化铜的均匀的混合物。这处过滤介质的缺点是，尤其是烟草烟雾的冷凝液相并因此特别是原味和增味剂被吸收。另外的缺点是，制造费事并且成本高，而且添加含重金属的铜盐溶液。
已公知另外的过滤介质，它们形成一种箔并且由一种粘合剂如甲基纤维素和一种设有吸附剂(Adsorbentien)的细纤维状物质组成。作为吸附剂公知的有活性炭、硅胶、石棉纤维或者聚乙二醇。这种过滤介质的优点是，通过涂置选择性起作用的吸附剂，滤掉确定的有害物质，在这种情况下主要是酚。缺点是，除了使用已证明引起肿瘤的石棉纤维外，烟草烟雾香味中原味和增味剂的大部分被滤掉。
DE-OS1517298描述了由最大直径为0.1-2mm的活性炭颗粒制成的过滤介质，它们通过一种粘合剂如聚乙烯树脂或聚乙烯相结合。缺点同样是，主要是焦油物质并因而是烟草烟雾香味中的原味和增味剂被过滤掉，而不是有毒的气相成分如一氧化碳、氢氰酸或氨被滤掉。
根据DE-GM8706686，一种另外的过滤介质由活性炭颗粒和海泡石的混合物组成，它用于减少焦油物质，有害物质和尼古丁以及增味剂。海泡石是一种多细孔的矿物，它除容纳焦油和尼古丁外还容纳大量的湿气。通过湿气的粘合提高了活性炭对于增味剂、有害物质和焦油物质的吸收作用。不过缺点是，除增味剂外还滤掉了烟草烟雾香味中的原味。
在DE-OS2925001中提出作为过滤介质的粘土，由于其形成凝胶和薄膜的特性，这些粘土可以被涂置在载体材料如醋酸纤维素纤维或纸上。对于其应用起决定作用的是它的膨润性。因此，主要是膨润土，如钠蒙脱石(Natriummontmorillonite)和钠硅镁土(Natriumattapulgite)是适合的。
WO 96/07335A1描述了一种由沸石制成的具有疏水特性的过滤介质。这种过滤介质可与活性炭或纤维素结合使用。此外也公知这样的过滤器，它或是含有硅胶或是含有纯活性炭。
公知的过滤介质的缺点是，主要是过滤减少了冷凝液相的焦油物质，而有毒物质减少的不多。因为形成烟草烟雾香味的原味和增味剂同样是在冷凝液相中，并且与焦油一起被减少，因此所述过滤介质的使用对吸烟有负面影响。另外的缺点在于所述过滤介质的短的过滤作用时间。正是在使用在香烟嘴、雪茄嘴以及烟斗中的并且相应地被多次使用的过滤介质中，饱和度并因此过滤作用的失去被相对快地达到，并且在外表上几乎不可被察觉。另外，在几种过滤介质中吸烟者必须耗费高的抽吸力，因为烟草烟雾不能自由地流过过滤介质。
本发明的目的是，提供一种过滤介质，它除了改善冷凝液相中焦油的减少外，尽可能完全消除气相中的有毒物质，而在此不减少烟草烟雾香味以及原味和增味剂。另外，提供一种过滤介质，它保证长时间的过滤作用，显示过滤介质的耗尽并且容易让烟草烟雾通过，而吸烟者在吸烟时不必增加抽吸力。
上述目的通过权利要求1的特征来实现。从属权利要求给出了进一步构造和有利结构。
通过有目的地使用以下材料中的至少3种、即大理石、活性炭、粘土或沸石中的至少3种材料作为过滤介质用于烟草制品如香烟、雪茄或小雪茄并且用于吸烟辅助装置如烟斗、香烟嘴和雪茄嘴，可以实现，冷凝液相的有害物质并且特别是气相的有害物质被大大减少，而同时对烟草烟雾香味的原味和增味剂没有负面影响。
在实际中已证明，与使用单个材料相比，使用所述材料的至少三种可改善过滤作用。过滤作用的改善归因于单一材料吸收有害物质、相互有益影响的活度即有效性上。可以想像的是，一种材料有利于形成冷凝液，而另一种相邻的材料不可逆转地吸收有害物质。
因此，过滤特性被加强，强于单一成分添加量。成分可在一定程度内变化。在此，例如这样确定活性炭颗粒的组分，使得对于原味和增味剂的影响尽可能小。
因此，另一种构成在于，过滤介质由20-45％的大理石，35-60％活性炭，5-25％多细孔的粘土和/或10-35％沸石组成。
在这种量下的过滤介质显示出很好的协同作用。
这种过滤介质可以作为粒料构成，颗粒大小在直径为0.1-2mm之间。
颗粒大小的上限应保证达到足够的充填密度以及足够的填料度，并且能出现过滤介质的混合或者至少部分的充满。下限应避免并且阻止太高的流动阻力，使得很小的颗粒随流动被拖走并且离开过滤器。
也可能的是，过滤介质作为压制件构造。
这样做的优点是，过滤器可均匀地、填补空隙地并且可被重复制造地用过滤介质填充。由此防止流入过滤器中的烟草烟雾不均匀且不与过滤介质接触地流过过滤器。
另外设计，过滤介质中另外包含纤维素纤维。
纤维素纤维作为过滤介质已公知，并且适合于减少冷凝相的有害物质。纤维素在混合物中的份额被这样限制，即在所用的更高份额中，吸烟者所用的用于吸烟的抽吸力被大大提高，并同时出现原味和增味的减弱。
对于气相中有毒物质，纤维素纤维本身只有很小的影响。但与所述的过滤介质结合能够改善在冷凝液相中焦油物质的减少并尽可能消除气相中的有毒物质，同时没有减少烟草香味，因此没有造成减少原味和增味剂。
这在很大程度上是因为，纤维素纤维预先确定了过滤器中烟草烟雾的流动方向并且用于使烟草烟雾与其余的过滤介质均匀接触。由此防止了烟草烟雾不与过滤介质接触而在粒料不很致密排列的部位流过。
为了这一目的，可以将纤维素纤维平行安置并且沿纵向没有方向变化地贯穿过滤器。
由此实现，烟草烟雾均匀地流过过滤器并且与过滤介质相接触。在这种结构中，纤维素纤维形成长距离的通道，由此使流动阻力保持得很小。
此外，也可以使单个纤维素纤维沿纵向贯穿过滤器，并且同时多次改变方向地向前和往回。
在这种情况下，由纤维素纤维构成空腔和方向变化的通道，这样，流入过滤器的烟草烟雾要由过滤器出来必须经过更长的路径，同时更多地与过滤介质接触。因此，能够在过滤介质上进行更多的冷凝和吸收过程。
有利的结构是，作为粒料的过滤介质被安置在单个的纤维素纤维上并且/或者被安置在由纤维素纤维构成的通道中和/或空腔中。
因为烟草烟雾的路径在过滤器中由纤维素纤维预先确定，由此使得烟草烟雾与过滤介质最佳地接触。
若过滤介质由大理石、活性炭、多细孔粘土或沸石作为粉末构成，会实现更好的接触。这种粉末能够更简单置入过滤器中，特别是在使用纤维素纤维时。
另一种构造是，用作过滤介质的多细孔粘土是一种膨胀粘土。
为了制造膨胀粘土，将由组材料分离的生粘土加水均匀化并且捣碎。然后，该粘土在一个回转炉中在大约800℃下干燥并且通过一种特殊旋转方法成形。在随后的燃烧过程中该粘土在大约1200℃下膨胀。
使用膨胀粘土代替另外的多细孔粘土的优点在于，膨胀粘土由于其制造方式而没有化学添加物。
膨胀粘土因此由空气腔和通道穿过并且没有化学残留物。由此，膨胀粘土的表面比其它的多细孔粘土更适合用于吸收在烟草烟雾中存在的有害物质。在此，精细通道有利于冷凝液的沉积并且有利于其中所含的有害物质的沉积。
此外，膨胀粘土的特点在于其小的膨胀胀力以及与此相关联的形状稳定性，由此提高了过滤作用寿命。膨胀粘土的大表面积由于过滤介质和烟草烟雾间大的接触表面保证了长的过滤作用。吸烟者吸烟所必须用的抽吸力在使用膨胀粘土时的变化察觉不到。烟雾在好的表面接触下自由地流过过滤介质。
另一种结构是，使用沸石，没有细纤维结构。由此防止，细纤维脱落并由流动携带并被吸入。
通过使用沸石作为过滤介质达到减少冷凝液相和气相中的有害物质。在此，也能使用一种材料，这种材料由于其表面结构具有空心和通道而特别适于滤出烟草烟雾中的有害物质，并且在此对于烟草烟雾香味的影响小。
沸石与其它含硅酸盐材料如硅胶和粘土相比的优点是其表面结构，它具有优良的水合特性、离子交换特性和分子筛特性。与通常商业上可得到的含硅酸盐过滤介质相比，它有利于减少烟草烟雾气相和冷凝液相中的有害物质。
另一种结构是，构成过滤介质的材料可以不混合并排地作为多相制被使用。
由此实现过滤作用和过滤器效率的提高。在二相制中，例如在第一相中将烟草烟雾的有害物质滤出，否则它们会在过滤作用和过滤器效率上产生不利影响。相应地在一个多相制中可以这样进行相的配置，使得达到过滤介质相互尽可能良好地正面影响来减少烟草烟雾的有害物质。
另外，构成过滤介质的材料也可以相互混合作为混合相制来使用。
由此实现，对于单个有害物质有选择地提高过滤作用和过滤器效率。这是由于过滤介质间紧密的接触以及由此产生的在过滤作用和过滤器效率方面的相互有利影响。
另外规定，过滤介质可以没有活性地被使用。
由此达到，不需要对过滤介质进行耗费的预处理(酸洗，碱洗或水洗，加热，泡涨，匀质化，干燥等等)。这意味着节省费用。
过滤器最好包含一个耗尽指示器。
由此实现，在过滤介质外观上显示对有害物质的吸收能力的终止。过滤器应由一定的显示起被更换，因为对于有效地减少烟草烟雾的有害物质而言过滤介质的吸收特性变得很小。
在一个实际的实施中，耗尽指示器可由大理石制成。
由此实现，通过大理石的颜色由亮变暗示出过滤介质对有害物质吸收能力的终结。达到了一定的颜色深度，应将该过滤器更换。
纤维素具有与大理石相同的特性，在此，一定的颜色深度也示出对有害物质吸收能力的终结。
最好是将耗尽指示器沿流动方向安置在过滤介质之后。这种配置的优点是，当过滤介质几乎耗尽时才有外观上的变化。但也出现耗尽指示器的一个很快的突变，由此，明确地示出过滤器可用性的终结。
另一种结构在于，在过滤器上或内至少安置一种文杜里喷嘴。
由此实现，进入过滤器中的烟草烟雾流首先在过滤器的一个变窄部被加速，并且接着在一个变宽部中被减速。由于与此相联系的在过滤器最窄的横截面上的紊流，使得烟草烟雾均匀地与此处的过滤介质混合，由此，使得有害物质快速并且完全地与过滤介质接触并且被吸收。
另外，应直接在文杜里喷嘴之后设置一个面，被加速的烟草烟雾迎着它流动。
在实际中已表明，烟草烟雾冷凝液相和气相中的有害物质以高的速度撞击在文杜里喷嘴之后设置的面上，并且在那里被沉淀。
如果文杜里喷嘴和/或文杜里喷嘴之后设置的面由大理石、活性炭、粘土、沸石和/或纤维素制成，则实现改进的过滤效果。
以下根据


本发明的实施例，其中，图1是通过一个带有混合相制过滤介质的过滤器的纵剖图，图2是通过一个带有多相制过滤介质的过滤器的纵剖图，图3是通过一个带有混合相制过滤介质以及纵向分布的纤维素纤维的过滤器的纵剖图，图4是通过一个带有多相制过滤介质以及方向变化的纤维素纤维的过滤器的纵剖图。
在附图中示出的过滤器分别具有一个圆柱体外壳10，它可被插入一个烟嘴中或者与香烟连在一起或制造在一起。外壳10由一个第一端件12和一个第二端件14封闭，它们将在外壳10内的材料固定。端件12，14上设有多个孔16，它们让烟草烟雾通过，而将外壳10中的材料保持住。在过滤区18中有过滤介质，而在一个指示器区20安置了一个耗尽指示器28。在附图中，烟草烟雾由左向右通过过滤器，这样，首先是过滤区18然后是指示器区20被流过。
图1中的过滤器涉及一种混合相制。在过滤区18中，过滤介质被混合地安置。详细地说涉及膨胀粘土，沸石和活性炭，它们具有料粒的结构。颗粒大小在0.1mm至2mm之间。如果用机器对外壳10进行装料，并且希望有一致的单个过滤介质的组分情况，则混合相制是特别具有优点的。指示器区20接在过滤区18之后并且由指示器材料28填充，在此该材料为大理石。在这里，它也为料粒。
图2中的过滤器涉及一种多相制。在过滤区18中，过滤介质被分别地以多层相邻安置。在所示出的实施例中，首先是一个活性炭层26，然后是一个沸石层24，接着是一个膨胀粘土层22，然后上述这三层再重复两次，其中各层的先后顺序各不相同。这种结构在手工填充时是有利的。连接在过滤区18之后的指示器区20与图1中的相同。在图2的描述中，过滤介质也是以料粒的形式存在。直径范围与图1中的相同。
图3中的过滤器涉及如同图1的一种混合相制。在过滤器外壳10中，对于图1中所设置的过滤介质附加设置了平行安置沿纵向分布的纤维素纤维30，除过滤作用外，这些纤维素纤维30适合于将烟草烟雾以所希望的方式导送通过过滤器。在此，烟草烟雾均匀地流过过滤器并且与过滤介质接触。在这种配置中，这些纤维素纤维30形成长距离的通道，由此使流动阻力保持为很小。
图4中的过滤器涉及如同图2的一种多相制。在过滤器外壳10中，对于图2中所设置的过滤介质附加地沿纵向设置了纤维素纤维30，它们多次向前和向后改变方向。
这些纤维素纤维构成空腔以及改变方向的通道，由此，流入的烟草烟雾必须经过一个长的路径才能离开过滤器壳体10，并且同时经常与过滤介质接触。
权利要求
1.用于减少烟草烟雾中有害物质的过滤器，特别是用于烟草制品如香烟、雪茄或小雪茄，以及用于吸烟辅助装置如烟斗、烟嘴和雪茄嘴，其特征在于，过滤介质由大理石、活性炭、多细孔粘土或沸石材料中的至少三种材料组成。
2.按照权利要求1的过滤器，其特征在于，过滤介质由20-45％大理石、35-60％活性炭、5-25％粘土和/或10-35％沸石组成。
3.按照权利要求1或2的过滤器，其特征在于，过滤介质作为料粒构成，其颗粒大小在0.1-2mm之间。
4.按照权利要求1至3之一的过滤器，其特征在于，过滤介质作为压制品构成。
5.按照权利要求1至4之一的过滤器，其特征在于，过滤介质另外包含纤维素纤维。
6.按照权利要求5的过滤器，其特征在于，这些纤维素纤维被平行安置并且沿纵向没有方向改变地贯穿过滤器。
7.按照权利要求5或6的过滤器，其特征在于，这些纤维素纤维沿纵向贯穿过滤器，在此向前和向后多次改变方向。
8.按照权利要求5至7之一的过滤器，其特征在于，作为料粒存在的过滤介质被安置在这些单个的纤维素纤维上，和/或被安置在由这些纤维素纤维构成的通道和/或空腔中。
9.按照权利要求1至8之一的过滤器，其特征在于，过滤介质由大理石、活性炭、多细孔粘土或沸石作为粉末构成。
10.按照权利要求1至9之一的过滤器，其特征在于，该多细孔粘土是膨胀粘土。
11.按照权利要求1至10之一的过滤器，其特征在于，使用沸石，没有细纤维结构。
12.按照权利要求1至11之一的过滤器，其特征在于，构成过滤介质的材料可以作为多相制被未混合地并排使用。
13.按照权利要求1至12之一的过滤器，其特征在于，构成过滤介质的材料可以被作为混合相制相互混合地使用。
14.按照权利要求1至13之一的过滤器，其特征在于，过滤介质可以未激活地被使用。
15.按照权利要求1至14之一的过滤器，其特征在于，过滤器包含一个耗尽指示器。
16.按照权利要求15的过滤器，其特征在于，耗尽指示器由大理石制成。
17.按照权利要求15的过滤器，其特征在于，耗尽指示器由纤维素纤维制成。
18.按照权利要求至15至17之一的过滤器，其特征在于，耗尽指示器沿流动方向被安置于过滤介质之后。
19.按照权利要求至1至18之一的过滤器，其特征在于，在过滤器上或过滤器中安置了至少一个文杜里—喷嘴。
20.按照权利要求至19的过滤器，其特征在于，直接在文杜里—喷嘴之后设置了一个面，被加速的烟草烟雾迎着该面流动。
21.按照权利要求至19或20的过滤器，其特征在于，文杜里—喷嘴和/或在文杜里—喷嘴之后设置的面由大理石、活性炭、粘土、沸石和/或纤维素制成。
全文摘要
提出一种用于减少烟草烟雾中有害物质的过滤器,过滤介质由大理石、活性炭、多细孔粘土或沸石材料中的至少三种材料组成,该过滤器适合用于烟草制品如香烟、雪茄或小雪茄,以及用于吸烟辅助装置如烟斗、烟嘴和雪茄嘴。
文档编号A24D3/10GK1267488SQ0010270
公开日2000年9月27日 申请日期2000年2月17日 优先权日1999年2月17日
发明者迪特尔·迈尔, 汉斯-彼得·布劳恩 申请人:迪特尔·迈尔, 汉斯-彼得·布劳恩