DE1546296C3

DE1546296C3 - Verfahren zur Herstellung von selbsttragenden Tabakfolien

Info

Publication number: DE1546296C3
Application number: DE1546296A
Authority: DE
Inventors: Robert Jarvis Norwalk Conn. Osborne (V.St.A.)
Original assignee: AMF Inc
Current assignee: AMF Inc
Priority date: 1960-09-23
Filing date: 1961-09-22
Publication date: 1974-06-12
Also published as: CH413691A; GB961866A; DE1546296A1; DE1546296B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von selbsttragenden Tabakfolien unter Verwendung von Tabakstaub, Papierbrei, Binde- und Vernetzmittel sowie Füllstoff und Aufbereitung einer flüssigen wäßrigen Stoffmischung als homogene Dispersion mit einem Feststoffgehalt von wenigstens 5°/₀, die zur Ausbildung der Tabakfolie auf eine Unterlage gegossen wird, wonach die 'noch feuchte Folie durch Verdampfen der in ihr enthaltenden Flüssigkeit getrocknet wird.

Für die Herstellung von Tabakfolien mittels Gießen einer Tabakdispersion in Filme und Verdampfen der Feuchtigkeit daraus sind verschiedene Zusammensetzungen vorgeschlagen worden. So ist z. B. durch die deutsche Patentschrift 1053 377, die die Verwendung von Galactomannan-Gummi als Bindemittel für Tabakstaub bei der Herstellung von Tabakfolien

ίο offenbart, bekannt, Pergaminpapierbrei zuzusetzen. Pergaminbrei ist ein Faserbrei mit hohem Vermahlgrad, bei dem die Fasern teilweise bis zur Zerlegung in Fibrillen vermählen sind (Herzberg: Papierprüfung 7 [1932], S. 188, Abs. 1). Bei der Herstellung einer Tabakfolie, die als Deckblattmaterial für Zigarren Anwendung finden soll, ist es wichtig, eine ausreichende Festigkeit und Elastizität zu erreichen, um ein faltenfreies Aufbringen auf die Endstücke der Zigarre zu ermöglichen.

Die bekannten Tabakfolien, die aus Papierbrei enthaltenden Tabakansätzen hergestellt sind, haben bisher keine völlig zufriedenstellenden Eigenschaften aufgewiesen, durch die sie zur Herstellung von Deckblattmaterial ideal geeignet gewesen wären.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, durch das eine wesentlich zerreißfestere und flexiblere Tabakfolie als bisher herstellbar ist, die zudem eine gute Naßfestigkeit und hohe Widerstandsfähigkeit gegen Faltenbildung aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Tabakstaub mit etwa 2 bis 30 Gewichtsprozent, bezogen auf das Tabakgewicht, mit einem stark verfeinerten Zellstoff mit einem invertierten Mahlgradwert von etwa —200 bis etwa —600 bei Aufbereitung der wenigstens 5% Feststoffgehalt aufweisenden homogenen Dispersion vermischt wird.

Unter einem invertierten Mahlgradwert (eine von

der Anmelderin gewählte Ausdrucksweise) ist ein Wert zu verstehen, der sich ergibt, wenn durch weitgehende Mahlung die Größe der Stoffpartikeln so

* verringert wird, daß diese bei der angewandten Testmethode, d. h. beim CSF-Test, mit der Meßflüssigkeit durch das Meßsieb hindurchtreten, wie dieses in F i g. 1 gezeigt · wird. Der invertierte Mahlgradwert gibt also eine nach Erreichen eines Mahlgradwertes Null durch das Meßsieb hindurchgeflossene, Stoffpartikeln enthaltende Flüssigkeitsmenge an.

Durch " die erfindungsgemäße Verwendung des stark verfeinerten Zellstoffs wird ein unerwartet günstiges Ergebnis erzielt hinsichtlich der Zunahme der Reißlänge QR (QR = Querrichtung) unter Beibehaltung der Reißlänge MR (MR = Maschinenrichtung).
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Ver-

fahrens sind im folgenden angegeben.

	IA	Versuch Nr. IB
Klebstoff	1,0 1,0 (CSF = 100 ml) 0,5 7,0 0,3 0,44	1,0 0,5/0,5 Guargummi/Äthylhydroxyäthyl- cellulose 1,0 (—380; invertierter Mahlgrad) 0,5 Glyzerin 7,0 0,3 Glyoxal 0,44
Sulfit-Zellstoff
Feuchthaltemittel Tabak
Vernetzer
Zusatzmittel*)

*) Enthalt etwa 0,40 Teile Diatomeenerde als Weißmacher für die Asche und etwa 0,04 Teile Fungizid.

Beispiel 1

Durch Verfeinern eines Sulfit-Zellstoffes mit einem Mahlgrad CSF = 100 wird ein stark verfeinerter Zellstoff mit einem invertierten Mahlgrad —380 hergestellt und in dem folgenden Versuch B angewandt und mit einem Ansatz verglichen, bei dem ein zur Herstellung von Pergamin-Papier geeigneter Zellstoff mit einem Mahlgrad CSF = 100, entsprechend dem Versuch A, verwendet wurde. Die Mengen sind in Gewichtsteilen auf der absoluten Trockengrundlage angegeben.

Der einzige Unterschied der beiden Ansätze besteht in dem Verfeinerungsgrad des Zellstoffs. Das Gemisch wurde durch Auflösen des Gummis in dem Zellstoff in eine Aufschlämmung gebracht und die anderen Bestandteile mit ausreichend Wasser zugegeben, um die Konzentration an Feststoffen auf etwa 10% zu bringen. Die Aufschlämmung ist dann durch Aufgießen auf ein endloses Stahlband und Trocknen mit erwärmter Luft zu einer Folie ausgebildet worden. Die getrockneten Folien besaßen nach Einstellen eines Gleichgewichts über Nacht bei einer Temperatur von 21⁰C und 80% relativer Luftfeuchtigkeit die folgenden physikalischen Eigenschaften:

Trockene Längs-Zerreiß-

festigkeit, g/cm

Trockene Quer-Zerreiß-

festigkeit, g/cm

Nasse Längs-Zerreißfestigkeit, g/cm

Nasse Quer-Zerreißfestigkeit, ]g/cm

Dehnung beim Bruch, trocken, %

Blattgewicht, g/9,3 dm²

Feuchtigkeitsgehalt im Gleichgewichtszustand, % ..........

Reißlänge MR, m

Reißlänge QR, m

Orientierungsfaktor

Versuch Nr. IA I IB

1610 445 690

107 5 4,58

19,9 506 140 3,53

1870 825 888

386 7 . 5,00

19,9 543 238 2,29

. Man sieht, daß die Quer-Festigkeit ausgeprägt (70%) und die Dehnung erheblich (40%) durch Verwendung des stark zerkleinerten Zellstoffs vergrößert wurden.

Beispiel 2

Der gleiche Zellstoff nach Beispiel 1 mit einem invertierten Mahlgrad von —380 wurde in einem anderen Ansatz, Versuch B, angewandt und mit einem Kontrollansatz mit einem Zellstoff eines Mahlgrades CSF = 100 in der folgenden Weise verglichen :

	2A	Versuch Nr. 2B
Klebstoff	- 1,0 1,0 (CSF = 100) 0,75 6,0 0,50 0,74	1,0 Johannisbrotbaumgummi/Methylcellulose 0,5/0,5 1,0 (invertierter Mahlgrad —380) 0,75 Diäthylenglykol 6,0 0,50 Melamin-Formaldehydharz 0,74
Sulfit-Zellstoff
Feuchthaltemittel Tabak
Vernetzer
Zusatzmittel*)

*) Enthält etwa 0,35 Teile Pigmente, 0,40 Teile Diatomeenerde als Weißmacher für die Asche und etwa 0,04 Teile Fungizid. ,

Es wurde eine Verbesserung der Quer-Festigkeit und der Dehnung ähnlich dem Beispiel 1 festgestellt:

Reißlänge MR, m . .
Reißlänge QR, m ..
Orientierungsfaktor.
Dehnung

Versuch Nr. 2A I 2B

969

280 3,46 4,5 Die Werte für die Zerreißfestigkeit, die die Wirkungen auf die Quer-Festigkeit angeben, sind in der folgenden Tabelle zusammen mit 'Zahlenwerten des Kontroll-Versuches 3 A gezeigt, wobei ein Zellstoff mit einem Mahlgrad CSF von 100 angewandt wurde, der dem üblichen Zellstoff entspricht.

863

⁴²¹ 2,05

6,3

Die Abnahme der Längs-Festigkeit in den Ergebnissen des Versuchs Nr. 2 liegt innerhalb der Fehlergrenze der experimentellen Bestimmung.

B e i s ρ i e 1 3

Eine weitere Erläuterung des Verbesserungseffektes ergibt sich durch das folgende Beispiel, in dem ein dem Beispiel 2 ähnlicher Ansatz angewandt wurde. Das Ausmaß der Verfeinerung des Zellstoffs wird durch die angegebenen Werte des Malilgrades gezeigt.

CSF

Reißlänge MR, m .
Reißlänge QR, m .
Orientierungsfaktor
Dehnung

Versuch Nr. 3A
(Kontrolle)

100

780

248
3,15
5,0

3B

-60

725

288 2,52 6,5

3C

-810

826

387 2,13 7,3

Das Bindemittel stellt einen wichtigen strukturellen Bestandteil der Folie dar. Wenn das Bindemittel

schwach oder diskontinuierlich ist, wird die Folie krümelig werden und zerfallen, wenn sie in einer Tabakmaschine verarbeitet wird.

Die bevorzugten Bindemittel sind Polysaccharide oder wasserlösliche Celluloseäther oder Kombinationen derselben. So sind z. B. Gemische aus Johannisbrotbaumgummi und Äthylhydroxyäthylcellulose, Johannisbrotbaumgummi und Carboxymethylcellulose, Johannisbrotbaumgummi und Methylcellulose, Guargummi und Äthylhydroxyäthylcellulose oder wasserlösliche Salze der Carboxymethylcellulose und CarboxymethylhydiOxyäthylcellulose u. dgl. geeignet. Im allgemeinen werden die Polysaccharide in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 20 bis. 1:1, bezogen auf das Trockengewicht des Tabaks, angewandt. Guargummi und Johannisbrotbaumgummi gehören zu dem im Handel erhältlichen Galactomannan-Gummi. Wenn das Bindemittel in Form eines trockenen Pulvers angewandt wird, sollten die in Anwendung kommenden Teilchen in ihrer Größe ähnlich den Tabakteilchen sein. Celluloseglykolsäure (Säureform der Carboxymethylcellulose) ist ebenfalls ein zweckmäßiges Bindemittel, da die getrocknete Cellulose-Glykolsäure praktisch wasserfest ist. Zusätzlich zu den weiteren Bindemitteln, wie Viskose, Polyuronide u. dgl., können auch weitere Polysaccharide angewandt werden. Zu den Polyuroniden gehören alle Uronsäure enthaltenden Polysaccharide, wie Pectine und Pectinabkömmlinge, Pectate, Pectinate, Pectinsäure und Pectinsäureformen sowie Algine, Alginabkömmlinge, Alginate und Alginsäureformen. Insbesondere sind wasserunlösliche Pectate, wie Calcium- und Magnesiumpectat, sehr wertvolle Bindemittel.

Um die Riß- und Sprungbildung in der Tabakfolie auszuschließen, ist es üblich, in Wärme gelierenden Gummi aus der Klasse der wasserlöslichen Celluloseäther, z. B. Methylcellulose, Äthylhydroxyäthylcellulose, zusammen mit natürlichem Gummi anzuwenden. Die Gummis gelieren, ehe ein merkliches Verdampfen des Wassers eintritt. Das Gel ist fest genug, so daß

ίο durch Schrumpfen bedingte Belastungen aufgenommen werden und keine Rißbildung eintritt. Obgleich diese Gummis für diesen Zweck sehr wirksam sind, weisen sie jedoch Nachteile auf, wie z. B. einen hohen Preis im Verhältnis zu Naturgummi sowie eine schlechtere Umsetzung mit den Vernetzungsmitteln, die zur Erzielung einer Naßfestigkeit der Tabakfolie angewendet werden. Aus diesen Gründen wäre es am zweck-' mäßigsten, keinen gelierenden Gummi anzuwenden oder doch wenigstens die verwendete Menge zu verringern.

Es wurde festgestellt, daß der erfindungsgemäß verwendete stark verfeinerte Zellstoff eine erhebliche Verringerung an benötigtem, in Wärme gelierenden Gummi ermöglicht Der hier beschriebene stark verfeinerte Zellstoff ist Für das Vermeiden von Trocknungsrissen wirksamer als die herkömmlichen Zellstoffe. Dies wird durch das folgende Beispiel erläutert.

B eis ρ i e1 4

Die Aufschlämmung wird in üblicher Weise mit den folgenden Bestandteilen hergestellt:

	4A (Kontrolle)	Versuch Nr. . ^q	-380)
Johannisbrotbaumgummi .. Äthylhydroxyäthylcellulose . Zellstoff	0,8 - 0,2 . · 1,0 (CSF = 100ml) 0,75 6,0 0,3. 0,44	0,8 0,2 1,0 (invertierter Mahlgrad = 0,75 (Tetraäthylenglykol) 6,0 0,3 (Glyoxal) 0,44
Feuchthaltemittel Tabak
Vernetzungsmittel Weitere Zusatzmittel*) ·

*) s. Beispiel 1

Beim Trocknen der Tabakfolie erfolgt auf Grund einer nicht ausreichenden Menge von Äthylhydroxyäthylcellulose, die einen in Wärme gelierenden Gummi darstellt, bei dem Kontrollversuch 4A ein Auftreten erheblicher Sprünge, und die Werte für die Zerreißfestigkeit konnten nicht festgestellt werden. Der Versuch 4B führt jedoch unter Anwendung der gleichen Menge an Äthylhydroxyäthylcellulose zu einer festen Bahn, und nach Einstellen eines Gleichgewichts bei 80% relativer Luftfeuchtigkeit wurden die folgenden Eigenschaften für die Zerreißfestigkeiten festgestellt: -

Trockene Längs-Zerreißfestigkeit g/cm .. 2040

Trockene Quer-Zerreißfestigkeit g/cm .. 1050

Nasse Längs-Zerreißfestigkeit g/cm 1230

Nasse Quer-Zerreißfestigkeit g/cm 560

Blattgewicht g/9,3 dm² 4,44

Zur Gewinnung von zufriedenstellenden Materialien können auch andere Zellstoffe, wie sie z. B. durch das Kraft- oder Sulphat-Verfahren hergestellt werden, Anwendung finden. Kraft-Zellstoffe, die zu den stärksten Papieren führen, benötigen etwas längere Verfeinerungszeiten, als es bei Sulfit-Zellstoffen der Fall ist, jedoch sind die Zellstoffe bei einander entsprechendem Mahlgrad miteinander vergleichbar. Das folgende Beispiel erläutert die Anwendung eines

55* Kraft-Zellstoffes.

B e i s ρ i e 1 5

Ein nicht gebleichter- und im Handel erhältlicher Kraft-Zellstoff wird in einem Holländer in Laboratoriumsausführung bei einer Belastung des Messerblocks von 5,9 kg in 430 Minuten .von einem Mahlgrad CSF = 690 auf einen invertierten Mahlgrad von — 385 verfeinert. Der Fasergehalt wird bel· 1,8% der Gesamtsuspension gehalten. Der so verfeinerte Zellstoff wird in den Ansatz nach Beispiel 2 eingearbeitet. Die daraus erhaltene Tabakfolie besitzt die folgenden Eigenschaften:

Reißlänge Mi?, m 749

Reißlänge QR, m 411

Orientierungsfaktor '... 1,82

Dehnung beim Bruch 8 %

B e i s ρ i e 1 6

Es wurden ähnliche Ergebnisse mit einem gebleichten Kraft-Hartholzzellstoff bei Anwendung der gleichen Zusammensetzung erhalten. Dieser Zellstoff wurde in ähnlicher Weise wie der obengenannte Zellstoff verfeinert. Der Mahlgrad des Zellstoffs wurde in 190 Minuten von CSF = 630 auf einen invertierten Mahlgrad von —425 gebracht. Hierbei wurden folgende Zerreißfestigkeitseigenschaften erhalten:

Reißlänge MR, m 734

Reißlänge QR, m 454

Orientierungsfaktor 1,62

Dehnung beim Bruch 7 °/₀

Beispiel 7

Dieses Beispiel erläutert die Wirkung, die auf den Orientierungsfaktor durch das Ausmaß der Verfeinerung des Zellstoffs erzielt wird. Bei diesen Versuchsreihen kommt die Zusammensetzung nach Beispiel 2 in Anwendung. Die Zellstoffe stammten aus derselben Quelle und wurden in derselben Weise hergestellt, wie der im Beispiel 2 Anwendung findende Zellstoff. Es wurden die folgenden Werte für die Zerreißfestigkeit erzielt:

IO Gewichtsteile

Guargummi '. 0,9

Äthylhydroxyäthylcellulose .. 0,1

Zellstoff-Faser .1,0

Tabak 9,75

Feuchthaltemittel 0,40

(Diäthylenglykol) Vernetzungsmittel ..: .'. 0,50

(Dialdehydstärke) Zusatzmittel*) ...... 0,26

*) s. Beispiel 1.

Die Wirkungen des Verfeinerungsvorganges auf den Orientierungsfaktor und auf die Porosität sind in den F i g. 3 bzw. 4 aufgezeigt. Die erhaltenen Werte bezüglich der Zerreißfestigkeit sind im folgenden angegeben:

20	Mahlgrad des	8A	Versuch Nr.	8C	8D	8E
	Breies CSF		8B
⁵ Reißlänge MR, m .	+90		-260	-390	-700
Reißlänge QR, m .	670	-85	734	695	695
Porosität, see/	253	701	430	387	402
300 ml		378
	7		292	230	. 2160
147

	7A	Versuch Nr	7C
		7B
Invertierter Mahlgrad	-262		-725
des Zellstoffs	734	-410	698
Reißlänge MR, m ...	327	762	426
Reißlänge QR, m	2,24	405	1,64
Orientierungsfaktor ..	9	1,88	9,5
Dehnung, °₀/	9,5

Bei einem Vergleich dieser Zahlenwerte mit denjenigen nach Beispiel 2 läßt sich ein Zusammenhang zwischen dem Orientierungsfaktor und dem. Mahlgrad des Zellstoffs feststellen. Dieses Verhältnis ist in der F i g. 2 gezeigt. Es ist zu beachten, daß die absoluten Festigkeiten zwischen diesen beiden Versuchsreihen nicht verglichen werden sollten, da Abweichungen in den Mischverfahren oder im Gummiansatz auf das Ergebnis einen Einfluß ausüben. Der Orientierungsfaktor wird jedoch in wesentlich geringerem Ausmaß beeinflußt.

Das folgende Beispiel, das fünf Versuche umschließt, erläutert, wie in F i g. 3 und 4 gezeigt, daß ein Kraft-Zellstoff im stark verfeinerten Zustand zu vorteilhaften Wirkungen führt, die ähnlich den mit Sulfit-Zellstoff erzielten sind.

30 Die Analysen der Produkte zeigen deutlich die günstigen Wirkungen, die das starke Verfeinern des Zellstoffs auf die Quer-Festigkeit und Porosität ausüben.

Zusätzlich zu der Anwendung in einer Tabakfolie, die durch Gießen aus einer gemahlenen Tabak enthaltenden wäßrigen Suspension hergestellt wird, kann dieser Zellstoff in Folien Anwendung finden, die nach einem Verfahren nach der USA.-Patentschrift 2734509 hergestellt werden. In dieser Patentschrift ist eine Folie beschrieben, die ein faserartiges Material enthält. Der erfindungsgemäß stark verfeinerte Zellstoff ist auch bei dem Verfahren nach dieser Patentschrift vorteilhaft verwendbar. Nach diesem Verfahren werden feine Tabakteilchen oder Tabakstaub an beide ' Oberflächen der Folie angeklebt, wobei eine Schicht aus Tabakstaub auf eine benetzte Oberfläche aufgebracht und sodann diese Schicht mit einer Schicht eines filmbildenden und Zellstoff enthaltenden Materials überdeckt wird. Die Eigenschaften, die durch den erfindungsgemäß stark verfeinerten Zellstoff vermittelt werden, führen ebenfalls zu einer Verbesserung der Eigenschaften der Folien, die nach der USA.-Patentschrift 2 734 509 hergestellt werden.

Im folgenden wird ein kennzeichnendes Beispiel für eine Dispersion angegeben, die zusammen mit dem Verfahren nach der USA.-Patentschrift 2 734 509 angewendet werden kann, d. h. eine Dispersion, die mit Tabakstaub verklebt ist.

60

Beispiele

Ein Zellstoff, derselben Art wie im Beispiel 5, wurde verfeinert. Proben des Zellstoffs wurden während der Verfeinerung genommen, so daß mehrere Zellstoffe unterschiedlichen Mahlgrades erhalten wurden. Diese Zellstoffe wurden in die folgenden Ansätze eingearbeitet:

Beispiel 10

Teile

Natriumcarboxymethylcellulose 1,0

Sulfit-Zellstoff 1,0

(invertierter Mahlgrad -320)

Glyzerin 0,3

Wasser · 47,7

A(\O ^O if/07

Die mit diesem Ansatz hergestellte Dispersion führt zu relativ größeren Folienfestigkeiten als Dispersionen, die auf der Grundlage von Tabakstengeln hergestellt worden sind, und hierdurch wird die Anwendung einer leichteren Folie ermöglicht.

Obgleich die hier angegebenen erläuterten Beispiele nur die Vorteile der Anwendung des stark verfeinerten Zellstoffes im Vergleich zur Anwendung von in üb-

10

licher Weise aufgearbeiteten Zellstoffen zeigen, versteht es sich, daß die erfindungsgemäße Verfahrensweise auch dann zu ausgeprägten Vorteilen führt-, wenn stark verfeinerter Zellstoff der verschiedensten Art in Form von Beimischungen angewendet wird oder eine Beimischung mit in üblicher Weise aufgearbeitetem Zellstoff in geeigneten Anteilen erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von selbsttragenden Tabakfolien unter Verwendung von Tabakstaub, Papierbrei, Binde- und Vernetzungsmitteln sowie Füllstoff und Aufbereitung einer flüssigen wäßrigen Stoffmischung als homogene Dispersion mit einem Feststoffgehalt von wenigstens 5°/o< die zur Ausbildung der Tabakfolie auf eine Unterlage gegossen wird, wonach die noch feuchte Folie durch Verdampfen der in ihr enthaltenen Flüssigkeit getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Tabakstaub mit etwa 2 bis 30 Gewichtsprozent, bezogen auf das Tabakgewicht, mit einem stark verfeinerten Zellstoff mit einem invertierten Mahlgradweft von etwa —200 bis etwa —600 bei Aufbereitung der wenigstens 5% Feststoffgehalt aufweisenden homogenen Dispersion vermischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus Weichholz hergestellter Sulfit-Zellstoff verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Hartholz hergestellter Kraft-Zellstoff verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Weichholz hergestellter Kraft-Zellstoff verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zellstoff in einer Menge von 5 bis 25% bezogen auf das Gewicht des Tabaks, angewendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel ein Galactomannan verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel ein Galactomannan in Kombination mit einem wasserlöslichen Celluloseäther verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Vernetzungsmittel angewendet wird.