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Verfahren zur Herstellung eines von Fremdzellstoff freien Tabakpapiers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines von Fremdzellstoff freien
Tabakpapiers durch Verarbeitung von mit Wasser vorbehandelten Tabakabfällen auf
einer Papiermaschine zu Bahnen.
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Bei der Herstellung von Tabakwaren, vor allem von Zigarren, Zigarillos
und Stumpen, werden vielfach Kunstumblätter und Tabakfolien verwendet. Es hat daher
nicht an Versuchen gefehlt, Kunstumblätter und Tabakfolien zu entwickeln, die ein
Höchstmaß an Festigkeit mit guten Geschmacks- und Brandeigenschaften in sich vereinen.
Dieses Ziel wurde jedoch bis jetzt noch nicht in vollem Umfang erreicht, da bei
Steigerung der Festigkeit eine Verschlechterung der anderen Eigenschaften in Kauf
genommen werden mußte und umgekehrt. Die Verordnung über Tabak und Tabakerzeugnisse
(Tabakverordnung) vom 19. Dezember 1959 hat außerdem die Zahl der
fremden Stoffe, die für die Erzzielung einer ausreichenden Festigkeit von Umblatt-
und Folienmaterial bekannt sind, und die Mengen, in denen sie zugesetzt werden können,
eingeschränkt, wodurch neue Probleme aufgetreten sind.
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Die bisher bekannten Kunstumblätter und Tabakfolien lassen sich in
drei Hauptklassen einteilen-1. Tabakfolien im engeren Sinn, die nach in der Kunststoffindustrie
üblichen Folienherstellungsverfahren aus Tabakstaub, Klebstoffe und sonstige Zusätze
enthaltenden Suspensionen gewonnen werden.
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2. Tabakfolien bzw. Umblattbahnen, die durch Beschichtung von Kunstfaserbahnen,
Wirrfaservliesen oder ähnlichen Erzeugnissen der Papierindustrie mit einer wäßrigen
Suspension von Tabakstaub mit oder ohne Klebstoffzusatz hergestellt werden.
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3. Tabakpapiere, die durch Verarbeitung von chemisch aufgeschlossenen
oder mit Wasser vorbehandelten Tabakabfällen mit oder ohne Zusatz von Fremdzellstoff
auf Papiermaschinen erzeugt werden.
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Die den beiden ersten Klassen angehörenden Produkte sowie die mit
Fremdzellstoff hergestellten Tabakpapiere weisen in der Regel ausreichende Festigkeitswerte
auf und sind darin den von Fremdzellstoff freien Tabakpapieren überlegen. Durch
ihren meist recht hohen Gehalt an fremden Stoffen werden jedoch Geschmack und Brandvermögen
beeinträchtigt. Zur Behebung dieser Nachteile werden Zusätze, wie geschmacksverbessernde
Mittel und Flottbrandmittel, verwendet, die den vom Raucher abgelehnten Fremdstoffgehalt
der Tabakwaren noch erhöhen. Wie bereits angedeutet, entsprechen die Festigkeitswerte
der bekannten Tabakpapiere, die keinen Fremdzellstoff enthalten, nicht den Anforderungen
der Tabak verarbeitenden Industrie. Die technische Durchführung der zur Herstellung
solcher Tabakpapiere entwickelten Verfahren ist außerdem mit Schwierigkeiten verbunden,
insbesondere bei der Entwässerung des auf das Sieb der Papierinaschine aufgegebenen
Stoffes und bei der übertragung der Bahn vom Sieb auf die Walzen, wo ihre initiale
Naßfestigkeit nicht ausreicht, um ein Abreißen zu verhindern. Damit ist aber ein
kontinuierlicher und wirtschaftlicher Betrieb unmöglich gemacht.
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Die vorstehend beschriebenen Nachteile haften auch einem neueren Verfahren
an, bei dem der früher angewandte chemische Aufschluß des fermentierten Tabaks oder
der Tabakabfälle durch eine Auslaugung mit Wasser ersetzt und das von der Flüssigkeit
ge.-trennte Pflanzengut nach Zusatz von klarem Wasser auf einer Papierinaschine
zu einer Folie verarbeitet wird.
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Es wurde nun gefunden, daß man auch ohne Zusatz von Fremdzellstoff
zu Tabakpapieren mit den Anforderungen der Tabak verarbeitenden Industrie genügenden
Festigkeitswerten gelangen kann. Dieses Ziel wird durch ein Verfahren erreicht,
das mit in der Papierindustrie üblichen Vorrichtungen und kontinuierlich durchführbar
ist und keine technischen Schwierigkeiten bietet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch folgende Maßnahmen gekennzeichnet:
Der bei der Verarbeitung der Tabakblätter zu Tabakwaren anfallende Abfall wird gehäckselt,
mit Wasser bedeckt und stehengelassen, bis der Quellwert mindestens etwa 1101/o
erreicht hat. Danach wird das Quellgut durch eine in der Papierfabrikation übliche
Zerfaserungsvorrichtung geführt. Das dabei erhaltene Gut wird in einer in der Papierfabrikation
üblichen
Sortiervorrichtung in einen langfaserigen Anteil und einen Markzellen, schmierige
Bestandteile und nicht aus den Tabakabfällen stammende Fremdstoffe enthaltenden
kurzfaserigen Anteil zerlegt.
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Der Faserlangstoff wird mit einer etwa 5% nicht übersteigenden Menge
Aluminiumhydroxyd, bezogen auf Fasertrockensubstanz, versetzt, auf einer üblichen
Papiermaschine zu einer Bahn verarbeitet und auf der Naßpartie mit einem für Tabakerzeugnisse
üblichen Feuchthaltemittel behandelt.
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Zum Häckseln der als Ausgangsstoff verwendeten Tabakabfälle eignen
sich vor allem sogenannte Häckselbänke, die auf einem Schwungrad vier bis fünf starke
gebogene Stahlmesser tragen. Das zu zerkleinernde Gut wird den Messern rechtwinklig
mittels Transportgurten zugeführt. Je nach Einstellung der Häckselbank beträgt die
durchschnittliche Länge der Häcksel zwischen 0,5 und 6 cm, vorzugsweise
5 und 6 cm, wobei aber auch Stücke bis zu 8 cm Länge auftreten.
Der Anteil der über 6 cm langen Häcksel beträgt etwa 10 bis 20%.
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Das Quellen der gehäckselten Abfälle kann mit kaltem Wasser erfolgen.
Hierbei stellt sich ein pH-Wert von 8 bis 9 ein, was auf die alkalische
Beize zurückzuführen ist, mit welcher die Tabakblätter behandelt wurden. Man kann
zum Einweichen auch warmes Wasser verwenden und, wo die entsprechenden Anlagen ohne
weiteres verfügbar sind, die Tabakabfälle sogar einer Kochung mit Wasser unterwerfen.
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Der Quellwert ergibt sich aus folgender Formel Feuchtgewicht-Trockengewicht
Q = Trockengewicht . 100
(vgl. R. Sieber, »Die chemisch-technischen Untersuchungsmethoden
der Zellstoff- und Papierindustrie«, Springer-Verlag, Berlin, 1943, sowie Korn-Burgstaller,
»Zellstoff- und Papierprüfung«, Springer, Berlin, 1955, S. 242). Der im Einzelfall
am besten geeignete Quellwert hängt in erster Linie von der Natur des Ausgangsmaterials
ab: er muß so hoch sein, daß sich in der nachfolgenden Zerfaserungsstufe eine ausreichende
Defibrierung durchführen läßt. Unter Defibrierbarkeit versteht man die mechanische
Aufteilbarkeit des eingeweichten gehäckselten Gutes überwiegend in Einzelfasern
und einzelne Faserbündel ohne nennenswerte mechanische Beschädigung der Fasern (vgl.
Roland 0. H. Runkel und Karl F. P a t t, »HalbzeUstoffe«, Güntter-Staib-Verlag,
Biberach an der Riß# 1958, S. 16). In der Regel wird eine gute Defibrierung
dann erreicht, wenn das gehäckselte Gut 3 bis 4 Stunden mit kaltem
Wasser eingeweicht wird, wonach der Quellwert etwa 160% beträgt. Durch Anwendung
von warmem Wasser oder einer Kochung mit Wasser verkürzt sich die Einweichzeit.
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Die mechanische Zerfaserung mit den hierfür bekannten Vorrichtungen
der eingeweichten Häcksel kann in einer Stufe oder auch in zwei Stufen durchgeführt
werden, wobei gegebenenfalls eine Wäsche zwischengeschaltet wird. Bei der Anwendung
von Scheibenrefinern muß der Scheibenabstand so eingestellt werden, daß keine merkliche
Verkürzung der Fasern erfolgt und ein möglichst geringer Prozentsatz an splitterförmigen
Anteilen gebildet wird. Die jeweils geeignete Scheibeneinstellung läßt sich durch
einfachen Vorversuch ermitteln.
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Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als Ausgangsstoff verwendeten
Tatiakabfälle bestehen zum größten Teil aus Rippen-, Stengel- und Strunkteilen,
wobei letztere vollständig verholzt sind. Der Holzteil ist aus schraubig-verdickten
Spiralzellen, langgestreckten weitlumigen Holzzellen mit spitz zulaufenden, häufig
auch gegabelten Enden sowie aus dicht mit Hoftüpfeln besetzten Tracheiden aufgebaut.
Charakteristisch für diesen Holzteil sind die zahlreichen einbis zweireihigen, bis
zwanzig und mehr Zellreihen hohen Markstrahlzellen, die in Richtung der Sproßachse
gestreckt sind und verdickte, dicht mit Tüpfeln besetzte Wände aufweisen. Das Mark
wird aus dünnwandigen, isodiametrischen Zellen gebildet, während die Oberhaut der
Stengelteile aus geradwandigen, etwas gestreckten Zellen besteht. Bei der Zerfaserung
oder Defibrierung in einer der obengenannten Vorrichtungen werden die Markzellen
und die Tracheiden größtenteils völlig zertrümmert. Dadurch und auf Grund der vorhandenen
Ligninbestandteile und sonstigen Inkrusten ist der aus der Zerfaserungsvorrichtung
austretende Stoff von schmieriger Beschaffenheit, die eine Sortierung erforderlich
macht. Außerdem wird die Entwässerung und die Bahnbildung auf dem Sieb der Papiermaschine
gefördert, wenn der Feinstfaseranteil aus dem zerfaserten Gut entfernt wird.
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Diese Sortierung kann in einer beliebigen der in der Papierfabrikation
üblichen Sortiervorrichtungen erfolgen. Beispiele für geeignete Vorrichtungen dieser
Art sind Wuchtschüttler, Durchflußsichter und Schleudersortierer und Rottromsortierer.
In diesen Vorrichtungen erfolgt eine Trennung der längeren Faserbündel (Faserlangstofl)
einerseits von den kürzeren Faserbündeln (Faserkurzstoff), Markzellen, schmierigen
Bestandteilen und Fremdstoffen andererseits. Während der Faserlangstoff direkt mit
dem Aluminiumhydroxyd versetzt und auf die Papiermaschine aufgegeben werden kann,
bedarf der Faserkurzstoff, wenn man ihn verwerten will, einer weiteren Sortierung.
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Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als Zusatz für den Faserstoff
genannte Aluminiumhydroxyd wird vorzugsweise aus basischem Aluminiumchlorid in situ
gebildet. Letzteres entspricht der Formel A12(OH)5C1-3H20 und stellt weiße kristalline
Flocken dar, die bei Zugabe von Wasser kolloidale Lösungen bilden. Man kann aber
auch eine Kombination aus einem beliebigen Aluminiumsalz mit einem beliebigen Aluminat
einsetzen, z. B. Alaun und Natriumaluminat. Ferner genügt ein Zusatz von Alkali
zusammen mit einem Säuresa17 des Aluminiums dem gleichen Zweck.
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Durch diesen Zusatz werden mehrere vorteilhafte Wirkungen erzielt.
Der Bahn wird die für einen ununterbrochenen Übergang vom Sieb auf die Walzen notwendige
initiale Naßfestigkeit und dem fertigen Produkt die für seine weitere Verwendung
erforderliche Festigkeit verliehen. Während des Trocknens schrumpft die zunächst
als Hydrogel vorliegende Substanz zum Xerogel zusammen, und es bildet sich ein A120.-Gerilst
aus, wodurch ein poröses Blatt entsteht. Beim Rauchen von Tabakwaren mit daraus
hergestellten Umhüllungen wird durch die Umhüllung Luft herangeführt, was hoch erwünscht
ist und sich beispielsweise bei der Herstellung von Tabakfolien im engeren Sinn
nicht erreichen läßt, da die dabei verwendeten Suspensionszusätze keine Poren auszubilden
vermögen, sondern im Gegenteil etwa entstehende Poren sofort verkleben. Auch in
geschmacklicher Hinsicht wirkt sich das zugesetzte Aluminiumhydroxyd
vorteilhaft
aus, weil das entstandene Aluminiumoxyd in besonders starkem Maße als selektives
Adsorptionsmittel für den brenzlich schmeckenden Bestandteil des Rauchs wirkt.
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Zur Herstellung von Bahnen aus dem mit dem Aluminiumhydroxyd versetzten
Faserstoff können die üblichen Papiermaschinen Anwendung finden, wobei sich Selbstabnahmemaschinen
als besonders geeignet erwiesen haben.
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Um ein Brechen oder Reißen der fertigen Bahn beim Aufrollen zu verhüten,
wird während der Verarbeitung auf der Naßpartie eines der nach der Tabakverordnung
zugelassenen Feuchthaltemittel, wie Glycerin, 1,3-Butylenglykol,Diäthylenglykol,
1,2-Propylenglykol, Orthophosphorsäure oder cx-Glycerinphosphorsäure oder ein Salz
derselben, zugesetzt. Die Zugabe kann am einfachsten durch Aufsprühen der Substanz
selbst, soweit sie flüssig ist, oder einer Lösung der jeweiligen Substanz in Wasser
erfolgen. Die Verwendung eines bei der Trocknung rückstandslos verdampfenden organischen
Lösungsmittels ist gleichfalls möglich, doch in der Regel aus wirtschaftlichen Gründen
weniger günstig. Gleichzeitig mit dem Feuchthaltemittel kann man, falls erwünscht,
auch noch Glyoxal zugeben.
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Der bei der oben beschriebenen Sortierung erhaltene kurfaserige Anteil
kann nach Abtrennung der Markzellen, der schmierigen Bestandteile, der nicht aus
den Tabakabfällen stammenden Fremdstoffe und der die Bahnbildung störenden Feinstfasern
mit dem Faserlangstoff vereinigt und somit für die Papierherstellung nutzbar gemacht
werden. Für diese Trennung eignen sich vor allem Zentrifugalsortierer, die auch
als Wirbelsichter bezeichnet werden. Das bei dieser Trennung erhaltene verwertbare
Material weist eine Faserlänge von etwa 0,3 bis 2,1 mm und eine mittlere
Faserbündellänge von etwa 0,75 mm auf. Es kann direkt in die Papiermaschinenbütte
eingeführt und zusammen mit dem Faserglanzstoff zu Bahnen verarbeitet werden. Die
bei dieser Sortierung anfallenden Feinststoffe und Schmutzanteile werden verworfen.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn der bei der ersten Sortierung
erhaltene Faserlangstoff vor dem Aufgeben auf die Papiennaschine in einer hierfür
geeigneten Vorrichtung gemahlen oder weiter defibriert wird. Diese Mahlung wird
vorzugsweise in einem Holländer od. dgl. durchgeführt. Besonders gute Ergebnisse
werden erzielt, wenn die Mahlung bis zu einem Mahlgrad von etwa 50 bis
601 Schopper-Riegler erfolgt.
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überraschenderweise hat sich gezeigt, daß es für die Beschaffenheit
der fertigen Tabakpapierbahn nicht gleichgültig ist, in welcher Form das Aluminiumhydroxyd
zugesetzt wird. Bei Verwendung von basischem Aluminiumchlorid kann man dieses zwar
direkt oder in Form einer kolloidalen wäßrigen Lösung in den in der Papierinaschinenbütte
befindlichen Faserstoff einrühren, doch werden die Eigenschaften des Fertigprodukts
in starkem Maße verbessert, wenn man vor seiner Zugabe folgendermaßen verfährt:
Eine kolloidale wäßrige Lösung des basischen Aluminiumchlorids wird unter schwach
alkalischen Bedingungen, vorzugsweise in einem pH-Bereich von 8 bis
9, zum Gelieren gebracht und das gebildete Gel vor Zugabe zu dem Faserstoff
mittels eines Rührers, dessen Wirkung einem der bekannten mechanischen Hochfrequenzgeräte
zum Dispergieren, Homogenisieren-, Lösen und Emulgieren entspricht, zerschlagen.
Auch bei Verwendung anderer Al(OH).. bildender Stoffe ist es zweckmäßig, das Gel
in der angegebenen Weise zu zerschlagen.
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Es ist zweckmäßig, der Tabakpapierbahn auf der Naßpartie ein oder
mehrere Weiß- oder Flottbrandmittel zuzusetzen. Für diesen Zweck kommen die in der
Anlage 1 zu der Tabakverordnung aufgeführten Mittel in Betracht, z. B. Aluminiumhydroxyd,
Aluminiumsulfat, Aluminiumoxyd, Kieselsäure, Talkum, Titandioxyd und die Kalium-,
Natrium-, Calcium-und Magnesiumverbindungen der Kohlensäure, Essigsäure, Äpfelsäure,
Zitronensäure, Weinsäure, Milchsäure, Salpetersäure. Die Zugabe erfolgt vorzugsweise
gleichzeitig mit dem Feuchthaltemittel.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Tabakpapierbahnen
eignen sich vorzüglich zur Verwendung als Kunstumblätter oder an Stelle von Tabakfolien
für Zigarren, Zigarillos und Stumpen, da sie keinerlei Beeinträchtigung des Geschmacks
dieser Rauchwaren hervorrufen und eine sehr hohe Festigkeit aufweisen. Diese Eigenschaften
können noch dadurch verbessert werden, daß dem Faserstoff vor der Verarbeitung auf
der Papiermaschine bis zu etwa 40 % Tabakstaub zugesetzt werden. überraschenderweise
werden durch einen de rartigen Zusatz die Festigkeitswerte nicht beeinträchtigt,
sondern im Gegenteil noch erhöht.
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Statt den Tabakstaub in der Papiermaschinenbütte zuzusetzen, kann
man ihn auch während der Bahnherstellung auf der Naßpartie in einer Menge bis zu
etwa 30 1/o zusetzen oder die fertige Tabakpapierbahn ein- oder beidseitig
mit bis zu etwa 30 1/o Tabakstaub beschichten. In beiden Fällen werden Arbeitsweisen
angewandt, wie sie für die Beschichtung der bisher bekannten Tabakfolien und Kunstumblattbahnen
allgemein üblich sind. Die Beschichtung kann auch durch die Verwendung eines in
der Tabakwarenindustrie üblichen Klebstoffs gefördert werden. Zu solchen Klebstoffen
gehören unter anderem Kollodium, Celluloseacetat, Äthylcellulose, Methylcellulose,
Carboxymethyleellulose und ihre Natrium-, Kalium-, Calcium- und Magnesiumverbindungen,
Gummiarabikum und Tragant.
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Durch die Verarbeitung der Tabakabfälle nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird ihnen ein Teil ihres Farbstoffgehalts entzogen. Um nun ein Produkt
mit gleichbleibender und einheitlicher Farbe zu erhalten, ist es zweckmäßig, in
der Bütte, auf der Naßpartie oder während der Beschichtung einen für Tabakerzeugnisse
üblichen Farbstoff zuzusetzen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
an Hand des Fließschemas beschrieben.
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Tabakabfälle werden auf einer Häckselbank zu Stücken mit einer durchschnittlichen
Länge von 5 cm gehäckselt und dann in einem Bottich mit kaltem Wasser bedeckt.
Nach 4stündigem Stehen beträgt der Quellwert etwa 160 %. Das eingeweichte
Gut wird nun in einem Scheibenrefiner nach Sprout-Waldron defibriert. Diese Zerfaserungsvorrichtung
besitzt eine feststehende und eine rotierende, mit der Welle verschiebbare Mahlscheibe.
Der Stoff wird zentral mit einer Förderschnecke zugeführt und wandert radial zwischen
den Scheiben hindurch. Durch zweimaligen Durchgang bei einem Scheibenabstand von
3/iooo Zoll (0,076 mm) wird eine optimale Defibrierung erreicht. In dem zerfaserten
Gut liegen Holzzellen
und Spiralzellen noch bündelweise zusammen,
wobei sich die Länge dieser Bündel vorwiegend zwischen 0,3 und
5 mm bewegt.
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Nach dem Verdünnen mit Wasser in einer Bütte gelangt das zerfaserte
Gut auf einen Wuchtschüttler, wo der Faserlangstoff von dem Faserkurzstoff, den
schmierigen Bestandteilen und schwereren Fremdstoffen *getrennt wird. Der abgezogene
Faserlangstoff weist eine mittlere Faserbündellänge von 2,7 mm auf. Die Faserlänge
bewegt sich zwischen etwa 1 und 5 mm. Dieser Faserlangstoff wird direkt
einem Steinzeugüberwurfholländer zugeführt, worin er bis zu einem Mahlgrad von etwa
50 bis 60' Schopper-Riegler gemahlen wird.
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Der im Wuchtschüttler angefallene Faserkurzstoff wird in einem Bauer-Geaner
von Fremdbestandteilen, wie Sand, und den Mark- und Faserbruchstücken abgetrennt
und dann in der Papiermaschinenbütte mit dem Faserlangstoff vereinigt. Bei diesen
beiden Sortierungen werden 23 11/o Faserlangstoff, 39 % Faserkurzstoff
und 38% zu verwerfende Feinststoffe und Verunreinigungen erhalten. In der Bütte
wird dann basisches Aluminiumchlorid und gegebenenfalls Tabakstaub zugesetzt, wonach
der Stoff zur Blattbildung auf die Papierinaschine aufgegeben wird.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Tabakpapiere wurden
hinsichtlich ihrer Festigkeitswerte und sonstigen Eigenschaften geprüft und mit
bereits bekannten Umblattmaterialien verglichen. Die dabei erhaltenen Ergebnisse
sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:
| Bruch- Deh- Reiß- |
| Flächen- Raum- last nung länge Falzzahl Berst- Elmen- |
| Material gewicht gewicht längs längs längs druck dorf Bemerkungen |
| quer quer quer |
| g/M2 dm3/kg kg 0/0 m - kg 9 |
| brennt mit heller |
| Kunstfaservlies 6,4 0,93 1,19 4,5 12
000 70 < 0,25 48 Flamme, sehr |
| ohne Tabakstaub - - - wenigweißeAsche |
| Kunstfaser 1,01 4,5 975 in Querrichtung |
| 69 0,63 5 48 keine Werte meß- |
| mit Tabakstaub bar, glimmt |
| 0,25 1,9 189 glimmt gut und |
| Acetatfolie 88 0,65 10 gleichmäßig, |
| 0,19 2,2 144 Rückstand |
| dicker Ruß |
| Tabakpapier |
| ohne Tabakstaub 1,46 1,6 1500 glimmt mäßig, ver- |
| (nach erfindungs- 65 0352 1,06 1,9 1090 < 0,4 20
löscht, graue, |
| gemäßem Ver- krümelige Asche |
| fahren) |
| Tabakpapier |
| mit Tabakstaub 1,7 1,3 1751 |
| [in der Bütte zu 65 348 # 0 bis 1 <
0,4 48 glimmt mäßig gut |
| gesetzt] (nach er- 0 1,8 1130 |
| findungsgemäßem |
| Verfahren) |
| Die Ermittlung der Festigkeitswerte wurde nach folgenden Richtlinien
vorgenommen. |
| Flächengewicht Normblatt DIN 53111 - Raumgewicht Normblatt
DIN 53111 - Reißlänge und Dehnung Normblatt DIN 53112 |
| - Berstdruck Normblatt DIN 53112 - Elmendorf-FAK-Merkblatt
112 des Vereins der Zellstoff- und Papiercherniker und |
| -ingenieure. |