DE1900491B2 - Tabakaustauschmaterial - Google Patents

Description

darstellt, in der mindestens einer der Reste R ein niederer Alkylrest, ein niederer Hydroxyalkylrest, ein niederer Carboxyalkylrest oder ein Gemisch dieser Reste ist und die übrigen Reste R Wasserstoffatome sind und der mittlere Substitutionsgrad 0,2 bis 3,0 ausmacht, wobei das Gewichtsverhältnis von Matrix zu Füllstoff 25 : 75 bis 75 : 25 beträgt.

2. Tabakaustauschmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Füllstoffe Diatomeenerde, Magnesiumoxid, Titandioxid, Zeolith und/oder Dolomit sowie gegebenenfalls Carbonate von Magnesium, Calcium, Aluminium und/oder Eisen enthält.

3. Tabakaustauschmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Cellulosematerial dessen Hydroxylgruppen ganz oder teilweise vernetzt sind.

unerwünschten Bestandteilen geringer ist als in einer vergleichbaren Menge Tabakrauch. Hierbei war zu berücksichtigen, daß ein wirksames Austauschmaterial nicht nur eine Glimmgeschwindigkeit haben muß, die j mit der des Tabaks vergleichbar ist, sondern daß sein Rauch auch keinen unerwünschten und unangenehmen Geschmack haben darf.

Die bisher bekannten Austauschmaterialien gehören zu zwei Gruppen, von denen die eine eine annehmbare ίο Glimmgeschwindigkeit hat, jedoch keine wesentlich verringerte Menge an unerwünschten Bestandteilen bildet Die andere Gruppe umfaßt Materialien, mit denen zwar eine gewisse Verringerung der Menge schädlicher Bestandteile, wenn sie in geringen Anteilen mit Tabak gemischt werden, erreicht wird, die aber einen unerwünschten Geschmack haben und/oder nicht einwandfrei brennen, wenn sie allein oder in wesentlichen Anteilen in Tabakmischungen verwendet werden.

Aus der GB-PS 10 55 473 ist darüber hinaus ein Tabakaustauschmaterial bekannt, das als brennbares Material eine Matrix aus Cellulosematerial und damit gemischt ein die Verbrennung modifizierendes anorganisches Material enthält. Als Cellulosematerialien kommen hier α-Cellulose, und zwar als Holzpulpe, oder oxidierte Cellulose zur Anwendung, die aber beide noch Wünsche offen lassen nicht nur in bezug auf die beim Abrauchen entwickelten Mengen an chemischen Stoffen, sondern auch hinsichtlich der Möglichkeit der Herstellung einer glimmfähigen Folie unter Einarbei-Jd tung einer ausreichenden Füllstoffmenge.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Tabakaustauschmaterial zur Verfügung zu stellen, das gegenüber diesem bekannten Material ein verbessertes Brenn- und Glimmverhalten aufweist und sich durch Γ) extrem niedrige Gehalte an schädlichen Verbrennungsprodukten im Rauch auszeichnet.

Die Lösung dieser Aufgabe ist ein Tabakaustauschmaterial, das

a) als brennbares Material eine Matrix aus Cellulosematerial und dazu
b) einen nichtbrennbaren Füllstoff

enthält, wobei a) und b) in solchen Mischungsverhältnis-■Γ) sen vorliegen, daß eine für den Einsatz des Austauschmaterials brauchbare Brenngeschwindigkeit gegeben ist, und dadurch gekennzeichnet ist, daß das Cellulosematerial ein Cellulosederivat bzw. dessen Salz mit der wiederkehrenden Anhydrogiucoseeinheitder Formel

CO-

Das Rauchen von Tabak kann die Gesundheit des Rauchers bekanntlich unerwünscht beeinflussen, und zwar auf Grund gewisser Komponenten im Tabakrauch, die sich beim Einatmen in erheblichen Mengen über v> längere Zeit schädlich auswirken können. Seit vielen Jahren bemüht man sich, den Anteil dieser Komponenten im Tabakrauch zu verringern, zumal Regierungsstellen diese Notwendigkeit betonen. Um dieses Problem zu lösen, wurden im wesentlichen zwei Wege eingeschla- w> gen: einerseits wurde versucht, gewisse Bestandteile durch Filtration des Rauchs durch ein geeignetes Material, wie Papier oder Celluloseacetatfäden, zu

entfernen, wodurch bereits bedeutsame Fortschritte in darstellt, in der mindestens einer der Reste R ein der Lösung des genannten Problems erreicht wurden, μ niederer Alkylrest, ein niederer Hydroxyalkylrest, ein Andererseits bemühte man sich, ein Material als niederer Carboxyalkylrest oder ein Gemisch dieser vollständigen oder icüweisen Ersatz des Tabaks zu Reste ist und die übrigen Reste R Wasserstoffatome finden, das einen Rauch bildet, in dem die Menge an sind und der mittlere Substitutionsgrad 0,2 bis 3,0

OR

ausmacht, wobei das Gewichtsverhältnis von Matrix zu Füllstoff 25 :75 bis 75 :25 beträgt.

Als Cellulosematerialien eignen sich beispielsweise besonders gut Carboxymethylcellulose, Hydroxyäthylcellulose, Carboxymethylhydroxyäthylcellulose, Methylcellulose und carboxymethylierte Stärke. Mit besonderem Vorteil wird ein Cellulosematerial verwendet, dessen Hydroxylgruppen ganz oder teilweise vernetzt sind, da hierdurch die Verarbeitbarkeit verbessert und die Löslichkeit vermindert wird. Beispiele für geeignete Vernetzungsmittel sind Dimethylolharnstoff-Formaldehyd-Harze, Melaminformaldehydharze. Polyamidepichlorhydrine. Glyoxal und Dialdehydstärke. Das Vernetzungsmittel wird in einer Menge bis zu 5%, vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,001 % bis etwa 0,5%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Produkts, verwendet. Die Vernetzung kann auch unter Verwendung von organischen Salzen oder Halogeniden, die ein zweiwertiges oder dreiwertiges Ion, wie Eisen oder Aluminium, enthalten, vorgenommen werden. Das Cellulosematerial kann ferner in seiner endgültigen Form in einem modifizierten Zustand vorliegen, der die Folge einer Wechselwirkung mit Metallionen in Tabakpektinen od. dgl. oder sogar üblichen Tabakzusätzen, wie beispielsweise Feuchthaltemitteln oder rekonstituierten Materialien, ist.

Als Füllstoffe werden im Tabakaustauschmaterial gemäß der Erfindung ungiftige feinteilige Materialien verwendet mit einer durchschnittlichen Mindestgröße der Teilchen von 0,2 μηι bis 1,0 mm, insbesondere von 0,2 bis 50μηι. Die maximale Teilchengröße der feinteiligen Füllstoffe beträgt vorzugsweise 0,25 mm, insbesondere 0,1 mm. Geeignet als Füllstoffe sind organische und anorganische Verbindungen sowie die Elemente, soweit sie ungiftig, d. h. bei oraler Einnahme der Substanz selbst oder ihrer Verbrennungsprodukle pharmakologisch unwirksam im Sinne starker nachteiliger Wirkungen sind. Eine verringerte Abgabe unerwünschter Komponenten ist im Falle einer anorganischen Verbindung, eines Elements oder ihrer Gemische jedoch leichter festzustellen.

Eine Festlegung auf eine bestimmte Theorie ist nicht beabsichtigt, jedoch wird angenommen, daß die Brenngeschwindigkeit des Tabakaustauschmaterials gemäß der Erfindung mit der Wärmeleitzahl des verwendeten Füllstoffes zusammenhängt, d. h. bei einem Füllstoff, der eine verhältnismäßig hohe Wärmeleitzahl hat, wird Wärme auf benachbarte Teilchen übertragen und so das Fortglimmen des brennbaren Materials in Gang gehalten. Natürlich bestimmt die Dichte der Teilchen in einem gewissen Maße die bevorzugte Wärmeleitzahl des fertigen Austauschmaterials. Eine erhöhte Teilchendichte des Füllstoffs fordert die Verbrennung, bis nicht mehr genügend brennbares Material vorhanden ist, um den Glimm Vorgang in Gang zu halten. Im allgemeinen werden jedoch erfindungsgemäß Füllstoffe bevorzugt, die im dichten, feinteiligen Zustand eine äquivalente Wärmeleitzahl von mehr als 6 χ 10-³cal/s°Ccmbei800°Chaben. Dieser Faktor gilt jedoch nicht unbedingt völlig für zersetzbare Salze, obwohl diese Salze besonders erwünschte Eigenschaften haben können, auf die später eingegangen wird. Die Wärmeleitzahlen lassen sich leicht ermitteln, indem Wärme durch eine dünne Schicht des zu untersuchenden Materials geleitet und der Temperaturanstieg der Schicht gemessen wird. Diese Methode wird ausführlibeschrieben. Spezielle Wärmeleitzahlen sind außerdem ohne weiteres der Literatur zu entnehmen. Als Beispiele seien genannt:

8,2 χ 10-³cal/s°Ccm

22,1 χ lO-^cal/s-Ccm

7,5 χ 10-³cal/s°Ccm

5,1 χ 10-³cal/s°Ccm

ίο

für Titandioxid,
für Magnesiumoxid,
für geschmolzenes Siliciumdioxid und
für Zirkoniumdioxid.

ίο Anorganische Verbindungen, die sich als Füllstoffe eignen, bestehen vorzugsweise aus einem Kation gemäß Spalte A und einem Anion gemäß Spalte B.

A	Eisen	B
Lithium	Molybdän	Oxide
Natrium	Nickel	Hydratisierte
Kalium	Rubidium	Oxide
Cäsium	Silicium	Hydroxide
Magnesium	Palladium	Carbonate
Calcium	Zinn	Phosphate
Strontium	Zink	Aluminate
Barium	Titan	Stannate
Mangan	Zirkonium	Zinkate
Aluminium	Kupfer	Silikate
Cer		Carbide
Kobalt

Besonders bevorzugt als anorganische Verbindungen werden beispielsweise Alkali- und Erdalkalicarbonate, -oxide, -silikate, Aluminiumsilikate, Aluminate und Aluminiumhydroxid. Anorganische Verbindungen in ihrer natürlich vorkommenden Form, wie beispielsweise Dolomit, Perlit, Magnesit, Diatomeenerde und Vermiculit, sind ebenfalls geeignet, und auch Elemente können als Füllstoffe verwendet werden. Bevorzugt werden von diesen Kohlenstoff, Zink, Magnesium, Titan, Aluminium und Eisen.

Die Füllstoffe sind im allgemeinen körnig, können aber auch in Faserform vorliegen. Füllstoffe in Faserform sind beispielsweise Glasfasern, Glimmer, Asbest sowie Metalle, Metalloxide und Metallcarbide in Faserform. Erfindungsgemäß gelten dünne Metallstreifen, wie Aluminiumspäne, als faserförmig. Die faserförmigen Füllstoffe haben vorzugsweise eine durchschnittliche Länge von 0,1 bis 5 mm und eine durchschniuliche Mindestabmessung wie oben angegeben.

Um eine mit Tabak vergleichbare Glimmgeschwindigkeit zu erzielen, beträgt, wie bereits erwähnt, das Gewichtsverhältnis von Matrix zu Füllstoff 25 :75 bis 75:25. Durch Mischen der Bestandteile in diesen Verhältnissen wird ein Austauschmaterial erhalten, dessen Glimmgeschwindigkeit mit derjenigen von Tabak vergleichbar ist, wenn es unter analogen Bedingungen geraucht wird, d. h. etwa 3 bis 10 mm/Minute in Form einer üblichen Zigarette. Eine Glimmgeschwindigkeit dieser Größenordnung entspricht einer Zugzahl von etwa 12 bis 5 für eine Zigarette, die mit einem Zyklus von 60 Sekunden geraucht wird, wie in den Beispielen beschrieben. Die Brenngeschwindigkeit kann sich jedoch mit der Zusammensetzung ändern, besonders wenn Füllstoffe mit verschiedenen Wärmeleitzahlen verwendet werden. Erfindungsgemäß können auch Kombinationen von feinteiligen Füllstoffen verwendet werden, um die

eher von W. J. Kingery und Mitarbeitern in journal gewünschte endgültige Glimmgeschwindigkeit zu erzieof the American Ceramic Society 37, 107 (1954) len. Für die Regelung oder Einstellung der Glimmge-

schwindigkeit sind Titandioxid, Kohle, Magnesiumoxid, Zeolithe, Kieselgel, Magnesiumsilikat und Diatomeenerde besonders geeignet

Das Tabakaustauschmaterial geciäß der Erfindung kann in Form inniger Mischungen, in Form einer Folie oder in jedem physikalischen Zustand zwischen diesen beiden Extremen zum Einsatz kommen. Vom Standpunkt der Verarbeitung und der Bequemlichkeit des Rauchen!", wird die Folientorm bevorzugt, wenn das rauchbare Produkt ausschließlich aus dem Austauschmaterial gemäß der Erfindung besteht Wird jedoch das Austauschmaterial mit Tabak oder mit einem geeigneten Trägermaterial der später beschriebenen Art gemischt, werden Gemische in gleicher Weise bevorzugt Ein Beispiel des vorstehend genannten Zwischenzustandes ist der mögliche Fall, bei dem das Austauschmaterial als Bindemittel verwendet wird und die Teilchen des Füllstoffs an die Ouerflächen des Tabaks oder sonstigen Trägermaterials gebunden werden.

Folien werden im allgemeinen hergestellt, indem alle gewünschten Bestandteile in Wasser gegeben und innig gemischt werden, worauf das Gemisch auf eine geeignete Oberfläche gegossen wird. Das Gemisch enthält zum Zeitpunkt des Gießens gewöhnlich etwa 65 bis 95% Wasser. Wasseranteile außerhalb dieses Bereichs sind möglich, jedoch ergeben sich hierbei erhöhte Verarbeitungsschwierigkeiten. Im allgemeinen wird die Folie auf eine Dicke im trockenen Zustand von 0,05 bis 0,5 mm, vorzugsweise von 0,08 bis 0,25 mm, gegossen, wobei eine Dicke von 0,13 mm besonders bevorzugt wird. Diese Folien werden vor dem Gebrauch im allgemeinen auf eine Breite von 1,6 bis 0,42 mm geschnitten.

Wie bereits erwähnt, kann das Austauschmaterial auch mit Tabak gemischt werden, wobei beliebige Kombinationen möglich sind, jedoch beträgt das Verhältnis von Tabak zu Austauschmaterial im allgemeinen 95:5 bis 25 :75. Das Hauptkriterium ist natürlich, daß genügend Austauschmaterial im Gemisch vorhanden ist, um beim Rauchen eine wesentliche Verringerung der unerwünschten Komponenten zu erreichen. Das Austauschmaterial wird meist in Form einer Folie oder eines Trockengemisches verwendet und mit dem Tabak gewälzt, bis sich ein homogenes Gemisch gebildet hat Es ist jedoch auch möglich, eine wäßrige Dispersion des Materials zum Tabak zu geben und die Bestandteile zu rollen und das Gemisch zu trocknen, wobei die Füllstoffteilchen durch das als Bindemittel wirkende Austauschmaterial mit dem Tabak verklebt werden. Ebenso ist eine Kombination des Austauschmaterials gemäß der Ei findung mit anderen Austauschmaterialien in allen Mengenverhältnissen möglich.

Durch die Kombination der vorstehend genannten Materialien in den angegebenen Mengenverhältnissen wird im allgemeinen ein Material erhalten, dessen Asche mit Tabakasche vergleichbar ist. Falls gewünscht, kann jedoch die Art der gebildeten Asche und ihr Aussehen leicht durch Zusatz verschiedener Substanzen, wie Glasfasern, Kaliumsalzen, organischen Fasern oder Phosphaten und ungiftige hydratisierten Metallsalze, verändert werden.

Das Austauschmaterial gemäß der Erfindung bildet einen Rauch, der als solcher verhältnismäßig geruchlos und geschmacklos ist. Diese Eigenschaft ermöglicht die Veränderung des Geschmacks und Geruchs innerhalb eines weiten Bereichs durch Zusatz der verschiedensten Geschmacks- und Geruchsstoffe, wie beispielsweise Tabakextrakte, Fruchtextrakte, synthetische Würzstoffe, naturliche Gummen, Harze tnd Zucker, Nikotin und andere Alkaloide, können ebenfalls in geregelten Mengen zugesetzt werden.

Vom ästhetischen Standpunkt kann der Zusatz verschiedener färbender Stoffe zum Austauschmaterial erwünscht sein, um beispielsweise ein Material zu erhalten, dessen Farbe der von natürlichem Tabak

ίο ähnlich ist; geeignet sind Kohle, Eisenoxid, Lebensmittelfarbstoffe, Tabakextrakte, organische Farbstoffe und anorganische Pigmente oder Gemische dieser färbenden Stoffe. Im allgemeinen können bis 5,0% färbende Stoffe, bezogen auf die Gesamtmasse, zugesetzt werden, vorzugsweise 0,1 bis 2,0%.

Wenn das Tabakaustauschmaterial in Folienform hergestellt wird, ist häufig die Einarbeitung eines Weichmachers erwünscht, um die Folie geschmeidiger und biegsamer zu machen. Als Weichmacher geeignet sind beispielsweise Wasser, Butylenglykol, Glycerin und Propylenglykol, meist in einer Menge von 1 bis 30%, vorzugsweise 2 bis 25%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Produkts.

Die Folienbildung kann auch durch Zusatz eines Netzmittels verbessert werden. Geeignete Netzmittel sind beispielsweise Polyoxyäthyien(20)-sorbitanmonolaurat, der Polyglykoläther von Trimethylnonanol und Alkyldimethyl(Ci2—Cie)-benzylammoniumchli3rid. Diese Netzmittel werden der Masse vor der Herstellung der

jo Folie in einer Menge bis zu 10%, vorzugsweise 0,05 bis 1,0%, zugesetzt.

Die Glimmgeschwindigkeit einer Folie gemäß der Erfindung dürfte nicht nur, wie vorstehend beschrieben, der Wärmeleitzahl des verwendeten Füllmaterials,

r> sondern auch der Wärmeleitfähigkeit der Folie selbst zuzuschreiben sein. Im allgemeinen hat sich gezeigt, daß die Folien mit dem besten Glimmverhalten eine Wärmeleitfähigkeit von 3,7 χ 10"³ cal/s°Ccm bis 5,0 χ 10-³ cal/s ^CC cm haben. Die Werte werden ermittelt, indem eine Folie von 0305 mm Dicke zwischen zwei Aluminiumblöcke gelegt ein Block bei 117°C gehalten und der Temperaturanstieg des zweiten Blocks gemessen wird, wobei einheitliche Bedingungen durch eine Wärmequelle geschaffen werden, die die Temperatür des zweiten Blocks mit einer Geschwindigkeit von 0,19^CC/Sek. ohne eine zwischengelegte Folie erhöht.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert.

Beispiel 1

In einen mit hoher Scherwirkur.g arbeitenden Mischer wurden 140 ml entionisiertes Wasser von 80° C zusammen mit 12,6 g Rutil (Titandioxid) gegeben. Nach vollständigem Dispergieren des Titandioxids wurden 8,4 g Natriumcarboxymethylcellulose, die ein mittleres Molekulargewicht und einen Substitulionsgrad von 0,7 hatte, langsam in den Wirbel des kräftig gerührten Wassers gegeben. Nach vollständigem Dispergieren der Natriumcarboxymethylcellulose (CMC) innerhalb 5 bis

bo 10 Minuten bei etwa 65°C wurde eine Folie auf ein mit Polytetrafluorethylen beschichtetes Gewebe in einer Dicke von 0.89 mm gegossen und in einem Wärmeschrank mit Luftumwälzung bei 125°C getrocknet. Nach dem Trocknen und Konditionieren (233° C, 60% relative Feuchtigkeit) wurde die Folie dann auf eine durchschnittliche Breite von 0,9 mm und eine durchschnittliche Länge von 1,0 cm zerschnitzelt Zerschnittene Folien der nachstehend Benannten Zusammenset-

zung wurden durch Einhüllen in Zigarettenpapier mit einer Handrolle zu Zigaretten geformt, die einen Durchmesser von 8 mm und eine Länge von 85 mm hatten.

Die so hergestellten Zigaretten wurden mit einer Vorrichtung geraucht, die Züge von 35 ml und 2 Sekunden Dauer in einem 60-Sekunden-Zyklus nahm. Der Druckabfall, d. h. der Strömungswiderstand, der beim Durchsaugen von Luft in einer Menge von 1050 ml/Minute durch die Säule auftrat, wurde bestimmt. Das Teergewicht wurde ermittelt, indem der Rauch aus der

H)

Zigarette durch ein Cambridge-Filter, das wenigstens 98% der feinteiligen Feststoffe entfernte, gesaugt und das Filter vor und nach dem Rauchen gewogen wurde. Die Zugzahl ist die Zahl der Züge, die erforderlich sind, um die Zigarette bis zu einem Rest von 30 mm zu rauchen.

Die erhaltenen Ergebnisse sind im Vergleich zu den entsprechenden Werten, die beim Rauchen von Tabak unter den gleichen Bedingungen erhalten wurden, in Tabelle 1 genannt.

Tabelle 1	CMC	Gewicht der Schnitzel	Druckabfall	Zugzahl	Nasser Teer	Trockener Teer
TiCb	%	g	Pa		mg/Zigarette	mg/ Zigarette
%	70	-	-	brannte nicht	-	-
30	65	1,10	98,1	11,1	3,2	2,9
35	40	1,10	68,7	5,4	2,3	2,0
60	20	2,50	68,7	9,9	1,4	1,1
80	15	-	-	brannte nicht	—	-
85		1,10	686,7	10,0	28,7	24,7
(Tabak)

Die vorsiehenden Werte zeigen, daß eine wesentlich geringerere Teermenge gebildet wird, wenn das Austauschmaterial gemäß der Erfindung an Stelle von Tabak verwendet wird.

Beispiel 2

Folien wurden auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise hergestellt und geprüft, wobei jedoch Carboxymethylhydroxyäthylcellulose (CMHEC) und Diatomeenerde als Füllstoff verwendet wurden. Die erhaltenen Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle 2 zusammengestellt.

Tabelle 2	CMHEC	Gewicht der	Druckabfall	Zugzahl	Nasser Teer	Trockener
Diatomeen		Schnitzel				Teer
erde	%	g	Pa		mg/Zigarette	mg/Zigarette
(1/	80	1,10	147,15	nicht	_	_
20				brennbar
	75	1,10	147,15	9	15,6	13,4
25	25	1,10	147,15	5	2,25	1,4
75	11	1,25	882,90	8	0,9	0,0
89	10	1,40	4905,00	nicht	-	-
90				brennbar
		1,10	686,70	10,0	28,7	24,7
Reiner Tabak

Beispiel 3

Wie bereits erwähnt, ist es unter Umständen zweckmäßig, zwei oder mehr Füllstoffe zu verwenden,

feinteiliger Füllstoff verwendet wurde. Die drei Komponenten wurden auf die in Beispiel 1 beschriebene

um die Glimmgeschwindigkeit auf einen optimalen 65 Weise zu Folien verarbeitet und zu Zigaretten geformt Wert zu bringen. Hier wurde die Glimmgeschwindigkeit Die Ergebnisse in Tabelle 3 wurden durch Rauchen der eines Carboxymethylcellulose-Dolomitkalk-Systems Zigaretten auf die bereits beschriebene Weise erhalten, verändert indem Titandioxid zusätzlich als zweiter

ίο

Tabelle 3

% CMC

ι Dolomit

% TiO₁

Zugzahl

60
40

20

brannte

nicht

Beispiel 4

Der Gehalt an organischen Komponenten in der Gasphase wurde durch Gaschromatographie für ein synthetisches Material, das aus einer Folie bestand, die 37% Carboxymethylcellulose, 37% Dolomitkalk, 10% Kohle und 16% Netzmittel, Weichmacher und färbende Stoffe enthielt, für ein 50 : 50-Gemisch von Tabak und Folie, für ein 50 : 50-Gemisch von Tabak und Austauschmaterial, trocken vermischt, bestimmt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 4 in Mikrogramm/Zug angegeben.

2» das Austauschmaterial gemäß der Erfindung, insbesondere ein Dolomit oder ähnliche Füllstoffe enthaltendes, weniger als 2 Vol.-% Kohlenoxid ab. Eine Festlegung auf eine bestimmte Theorie ist nicht beabsichtigt, jedoch wird angenommen, daß diese Verminderung des Kohlenoxidgehalts wenigstens teilweise der Tatsache zuzuschreiben ist, daß das Austauschmaterial bei der Verbrennung eine niedrigere Spitzentemperatur hat als Tabak. Insbesondere die Carbonate erfahren im Bereich der beim Rauchen auftretenden Temperaturen eine endotherme Zersetzung und sind somit für diesen Zweck zu bevorzugen.

Beispiel 5

Um die Wirkung auf die organische Gasphase und die Teerwerte zu veranschaulichen, wenn die Komponenten des Austauschmaterials gemäß der Erfindung allein und in Kombination verwendet werden, wurden die folgenden Gemische in Form von üblichen Zigaretten hergestellt:

Tabelle 4	Nur	50:50	50:50	100% Aus- >>	Prnhp	Ti hi Ii	Parhnx v-	Dolo	Pnrrti (ips ^A ά tf*rin Is
	Tabak	als Folie	trocken	tausch-	ΓΙ UUC	1 UUdh	\_sul UUAj methyl-	mit	J UJJJl UCd IVIuLvI IuIj
		geformt	gemischt	materia! als			cellulose	kalk
				Folie		%	%	%
				geformt
	12,8	5,7	5,9	il) 0,0	A	50	25	25	Trockenmischung
	47,8	46,7	34,9	39,5	B	67	33		Trockenmischung
Methanol	16,6	8,6	6,1	0,2	C	67	-	33	Trockenmischung
Acetaldehyd	5,8	4,3	3,8	1,8 «	D	100	-	-	Trockenmischung
Acetonitril	3,1	1,9	1,45	0,7	E	50	25	25	CMC und Dolomit in der Folie mit
Acrolein	4,1	5,6	2,0	4,2					Tabak gemischt
Furan	28,2	22,4	15,8	7,1					und zerschnitzelt
Propionaldehyd	2,7	1,1	0,8	0,01 w	F	50	25	25	alle Bestandteile in
Aceton	2,2	1,3	1,0	0,3					der Folie (rekon
Propionitril	7,1	4,8	2,7	1,3					stituierte Materia lien)
Isobutyraldehyd
Benzol

Der Gehalt an Cyanwasserstoff, Phenol, Kohlenoxid 4> und Benzpyren wurde für die vorstehend genannten Folien aus Austauschmaterial ebenfalls nach üblichen Methoden bestimmt. Die erhaltenen Werte sind Der Gehalt an nassem und trockenem Teer wurde nach der in den obigen Beispielen beschriebenen Methode ermittelt. Die erhaltenen Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle 5 genannt.

nachstehend in Tabelle 4(a) angegeben.	Cyanid	Phenol	Kohlen	Benz	Tabelle	<	55	A	5	Druck-	Zugzahl	Nasser	Trockener
Tabelle 4 (a)			oxid	pyren	Probe	ί		B	3ew. der	ahfpll		Τρργ	Τρργ
	μ-g/	jig/	Vol.-%	[J-g/		C	!/■fct-irt ff 7 öl	dUlall Pa		1 CCI mg/	1 CCI mg/
Probe	Zig.	Zig.		100 Zig.	60 D	3L,IIII1LZ.CI			Zigarette	Zigarette
					E
	5	3	1,7	1,1	F
	83	39	3,1	2,4		392,4	11,8	15,4	13,7
					,10	490,5	14,4	19,2	17,6
	225	63	3.8	2.4	,10	647,5	8,0	21,5	16,8
100 % Folie				,10	686,7	10,0	28,7	24,8
50% Folie +50% Tabak				,10	353,2	10,9	16,5	12,0
zerschnitzelt		,10	245,3	7,6	22,5	19,7
Reiner Tabak	,10

Wie die vorstehenden Werte zeigen, betrug der Kohlenoxidgehalt für das zu 100% aus der Folie bestehende Material nur 1,7 VoL-%. Im allgemeinen gibt

65 Die Werte für die Komponenten der organischen Gasphase sind nachstehend in Tabelle 5(a) in Mikrogramm/Zug angegeben.

Tabelle 5 (a)

Acetaldehyd

Acetonitril

Acrolein

Furan

Propionaldehyd

Aceton

Propionitril

isobulyraidehyu

Benzol

27,2
5,0
2,5
1,1
1,8

15,6
0,9
0,8
3,4

34,2
6,9
2,7
1,5
3,1

21.4
1,3
1,2
4,1

53.4 47,8

18.5 16,6

5,8

7,5 3,4 4,8 28,9 2,9 3,6 7,5

3,1 4,1 28,2 2,7 2,2 7,1

35,1 7,5 4,0 1,7 2,7

20,3 1,2 1,3 3,5

40,5 6,5 3,5 1,6 3,3

19,3 1,4 1,3 3,5

Drei Tatsachen sind aus den vorstehenden Werten deutlich erkennbar:

1) Die Werte bei den Gemischen, die eine Kombina- ²" tion der beiden Komponenten gemäß der Erfindung mit Tabak enthalten, sind merklich niedriger als die Werte für Tabak allein;

2) die Werte bei Verwendung des Cellulosematerials und des Füllstoffes in Kombination sind niedriger "' als die Werte bei Verwendung dieser Materialien getrennt in Tabakmischungen.

Die vorstehenden Werte zeigen sogar, daß bei Verwendung des Füllstoffes allein allgemein höhere in Werte für die Komponenten der organischen Gasphase erhalten werden.

3) Die Werte in Tabelle 5 zeigen, daß niedrigere Teerwerte erhalten werden, wenn die Folie und der Tabak geschnitten und gemischt werden (E), als ^iD wenn der Tabak in die Folie eingearbeitet wird (F).

Beispiel 6

Ein Austauschmaterial ähnlich dem in Beispiel 5 w beschriebenen wurde aus 14 Teilen Carboxymethylcellulose (Substitutionsgrad 0,7), 14 Teilen Dolomitkalk und 10 Teilen Magnesiumoxid hergestellt. Das Produkt zeigte sehr gute Gümmeigenschaften und gab im Rauch die Komponenten in Mengen ab, die mit denen 4^r> vergleichbar sind, die vorstehend für das in Beispiel 5 beschriebene Produkt angegeben sind.

Beispiel 7

Weitere geeignete Produkte wurden hergestellt, indem Tabakextrakt in eine Folie aus den folgenden Bestandteilen eingearbeitet wurde:

0,2 g Guar-Pflanzengummi
2,5 g Carboxymethylcellulose 3,0 g Magnesiumoxid
1,0 g Zellstoff mit hohem Gehalt

an «-Cellulose,
5 Tropfen Alkyldimethyl(C]₂—Ci₈)-benzylammoniumchlorid

Als Tabakextrakt wurde ein alkoholischer Extrakt von Burleyblättern verwendet. Bei Verwendung von 3,0 g Extrakt hatte das Material in 100%iger Zigarettenform eine Zugzahl von 8 bei einem 60-Sekunden-Zyklus, und es bildete einen Rauch mit sehr gutem Geschmack und Aroma. Wenn nur 1,5 g Extrakt verwendet wurden, stieg die Zugzahl auf 9,5 bei einem 60-Sekunden-Zyklus. Gute Produkte wurden auch erhalten, wenn diese Mischungen mit einer gleichen Tabakmenge gemischt wurden.

Beispiel 8

Ein weiteres geeignetes Produkt wurde hergestellt, indem 1,75 Teile des in Beispiel 7 beschriebenen Extrakts in eine aus folgenden Bestandteilen hergestellte Folie eingearbeitet wurden:

5,0 Teile Natriumcarboxymethylcellulose

0,4 Teile Guar-Pflanzengummi

5,0 Teile Zellstoff mit hohem Gehalt

an Λ-Cellulose
l,2Teile Kieselgel(44-149 μΐη)

Das so hergestellte Produkt wurde zerschnitzelt und dann mit der gleichen Tabakmenge zum Endprodukt gemischt.

Beispiel 9

Ein geeignetes Tabakaustauschmaterial wurde hergestellt, indem die folgenden Bestandteile auf die oben beschriebene Weise zu einer Folie verarbeitet wurden:

55

60

65

	Teile	% zuge
		setzt
Carboxymethylcellulose	12	33
Dolomitkalk	12	33
Diatomeenerde	10	28
Kohle	0,4	1,1
Netzmittel	0,6	1,7
Glycerin	0,6	1,7
Harz zur Verleihung von
Naßfestigkeit	1,2	0,33
Lebensmittelfarbstoffe	0,18	0,50

Die auf die beschriebene Weise vorgenommenen Prüfungen und Untersuchungen hatten folgende Ergebnisse:

	100% Aus	100%
	tausch	Tabak
	material
Gewicht der Zigarette, g	l,20±0,3	l,20±0,3
Mittlerer Druckabfall in der	41	63
Zigarette, Pa (Bereich)	372,8-	529,7-
	441,5	706,3
Zugzahl	7,3	9,6
Nasses feinteiliges Material,	2,8	28,0
mg/Zigarette
Trockenes feinteiliges	1,7	24,7
Material, mg/Zigarette
Nikotinabgabe, mg/Zigarette	<0,01	1,52
Abgabe von Cyanwasserstoff,	1,4	216
;j.g HCN/Zigarette
Abgabe von Benzo(a)pyren,	1,2	2,8
jag/lOO Zigaretten
Abgabe von Phenol,	<4	98
[ig/Zigarette
Kohlenoxid im Rauch,	1,5	3,6
Methylalkohol, [xg/Zug	1,4	22
Acetaldehyd, [i-g/Zug	41,5	52,8

Fortsetzung

100% Aus-

lausch-

material

100%
Tabak

Acetonitril, (j.g/Zug 0,7 15,0

Acrolein, [xg/Zug 3,2 4,9

Furan, (j.g/Zug 0,7 1,9

Propionaldehyd, jj.g/Zug 2,9 4,2 ,,

Aceton, |ig/Zug 14,3 28,0

Propionitril, [.ig/Zug 0,0 2,8

Isobutyraldehyd, (J.g/Zug 0,4 2,6

Benzol, ug/Zug 1,5 5,6 _v.

Interessant ist die bei der Prüfung der Materialien gemäß der Erfindung gemachte Feststellung, daß die Teilchengröße maximaler Häufigkeit in dem durch Verbrennung dieser Materialien gebildeten Rauch-Ae- 2c rosol zwischen etwa 0,1 und 0,2 μΐη liegt. Im Vergleich hierzu beträgt die entsprechende Teilchengröße in

Vergleichstabelle 1

Tabakrauch etwa 0,2 bis 0,3 μΐη. Angesichts des Unterschiedes in der Teilchengröße des Materials gemäß der Erfindung kann optimale Filtration durch Verwendung eines Filters ei reicht werden, das Teilchen der vorstehend genannten maximalen Größenhäufigkeit aus dem Rauchstrom zu entfernen vermag. Es wurde ferner festgestellt, daß der Rauch, der bei Verbrennung des Austauschmaterials gebildet wird, nur etwa 100 Millionen Teilchen pro cm³ enthält im Gegensatz zu etwa 1 Milliarde Teilchen pro cm³ im Tabakrauch.

Die nachstehenden Vergleichsbeispiele wurden nachgereicht zum Nachweis des technischen Fortschritts des Tabakaustauschmaterials gegenüber denn der GB-PS 10 55 473.

Vergleichsbeispiel 1

Gemäß Beispiel 1 wurden Tabakaustauschmaterialien hergestellt, dabei aber Natriumcarboxymethylcellulose (CMC) durch «-Cellulose ersetzt. Mit den erhaltenen Materialien wurden Zigaretten hergestellt und entsprechend Beispiel 1 mit folgenden Ergebnissen getestet:

α-Cellulose Gewicht der Druckabfall Zugzahl Schnitzel

Pa

Bemerkungen

65
40

20

1,0 1785 12

1,05 1962 11

mußte 1 x erneut angezündet werden, um

vollständig abzubrennen

läßt sich nicht zu einer Folie verarbeiten

Vergleichsbeispiel 2

Es wurden Austauschmaterialien gemäß Beispiel 2 hergestellt, jedoch die Carboxymethylhydroxyäthylcellulose (CMHEC) durch «-Cellulose ersetzt. Aus diesen

Vergleichsbeispiel 2

Austauschmaterialien hergestellte Zigaretten wurden gemäß Beispiel 2 mit folgenden Ergebnissen getestet:

Diatomeenerde

«•-Cellulose

Gewicht der
Schnitzel

Druckabfall Zugzah!

Pa

Bemerkungen

75

25
11

0,66
0,669

1530
2698

Diese Vergleichsbeispiele zeigen, daß die in der GB-PS 10 55 473 besonders bevorzugte α-Cellulose in Abmischung mit feinteiligen, nicht brennbaren Füllstoffen nur in Sonderfällen bei hohen Gehalten an brenn- bzw. glimmbarem Material zu einem Tabakaustauschmaterial führt Insgesamt zeigt sie in dieser Kombination ein deutlich schlechteres Brenn- bzw. Glimmverhalten im Vergleich mit den erfindungsgemäß eingesetzten Cellulosederivaten.

Vergleichsbeispiel 3

Nachdem es nicht gelang, ein Tabakaustauschmaterial aus oxidierter Cellulose und TiO₂ gemäß Beispiel 1 herzustellen, wurde versucht, gemäß Beispiel 2 aus oxidierter Cellulose und Perlit Tabakaustauschmateria-

55 zum vollständigen Abbrennen mußte 5x neu

entzündet werden

Material brennt nicht

Material läßt sich nicht zur Folie verarbeiten

lien herzustellen. Perlit und Diatomeenerde sind miteinander vergleichbare Verbindungen, die überwiegend aus Kieselsäure bestehen und lediglich unterschiedlichen natürlichen Ursprungs sind.

Es wurden die folgenden Stoffmischungen hergestellt und zu Zigaretten verarbeitet

60

Oxidierte Cellulose, %

Perlit, %

65 80
75
40

20
25
60

Jeweils fünf Zigaretten wurden entsprechend Beispiel 1 mit folgenden Ergebnissen getestet:

15

Vergleichstabelle

Oxidierte Cellulose

Perlit

Gewicht der Schnitzel

Druckabfall Zugzahl

Pa Oxidierte
Cellulose

80	20	0,66	3924
SO	20	0,70	5003
80	20	0,62	3630
80	20	0,70	4120
80	20	0,67	4120
75	25	0,65	2845
75	25	0,65	3041
75	25	0,64	3041
75	25	0,65	3041
75	25	0,63	2649

Perlit

Gewicht der
Schnitzel

Druckabfall Zugzahl

Pa

60 60 60 60 60

0,73
0,78
0,78
0,75
0,77

5886	6
6867+	6
6867+	6
6867+	6
6867+	6

Die auffällig hohen Werte für den Druckabfall zeigen daß diese Kombination für die Praxis als Tabakaustauschmaterial ungeeignet ist. Vom Rauchenden wird ein ungewöhnlich starker Zug gefordert, der stark vor seiner Gewohnheit beim Rauchen von Zigaretten aus Tabak abweicht.

909 528/:

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Tabakaustauschmaterial, das

a) als brennbares Material eine Matrix aus Cellulosematerial und dazu

b) einen nichtbrennbaren Füllstoff

enthält, wobei a) und b) in solchen Mischungsverhältnissen vorliegen, daß eine für den Einsatz des Austauschmaterials brauchbare Brenngeschwindigkeit gegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Cellulosematerial ein Cellulosederivat bzw. dessen Salz mit der wiederkehrenden Anhydroglucoseeinheit der Formel