DE1900491C3

DE1900491C3 - Tabakaustauschmaterial

Info

Publication number: DE1900491C3
Application number: DE19691900491
Authority: DE
Inventors: Charles Herbert Charlotte N.C. Keith
Original assignee: Celanese Corp
Current assignee: Celanese Corp
Priority date: 1968-01-10
Filing date: 1969-01-07
Publication date: 1981-04-02
Also published as: DE1900491A1; DE1900491B2

Description

I, c

c—o

CH₂OR
C O

^OR \/

C C

! I

H OR

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 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 «-Cellulose, und zwar als Holzpulpe, oder

2ϊ 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-

JO tung einer ausreichenden Füllstoffmenge.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Tabakaustauschniaterial zur Verfügung zu stellen, das gegenüber diesem bekannten Material ein verbessertes Brenn- und Glimmverhalten aufweist und sich durch

ι ί 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-4) 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 Anhydroglucoseeinheitder Formel

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 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 eingeschlagen: einerseits wurde versucht, gewisse Bestandteile durch Filtration des Rauchs durch ein geeignetes Material, wie Papier oder Celluloseacetatfäden, zu entfernen, wodurch bereits bedeutsame Fortschritte in der Lösung des genannten Problems erreicht wurden. Andererseits bemühte man sich, ein Material als vollständigen oder teilweisen Ersatz des Tabaks zu finden, das einen Rauch bildet, in dem die Menge an

	\	CH₂	OR	\	Il	/
		I C--	O		\l
H		/I		C O
I/	H
C		I / C I
OR \ ι	OR
\ I C-- j
I H

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 Gew'ichtsverhältnis 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. Folyamidepichlorhydrine, 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 μιτι bis 1,0 mm, insbesondere von 0,2 bis 50 μηι. 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 Verbrennungsprodukte 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 Glinnnvorgang in Gang zu halten. Im allgemeinen werden jedoch erfindungsgemäß Füllstoffe bevorzugt, die im dichten, feinteiligen Zustand eine äquivalente Wärmeleitzahl von mehr als 6 χ ΙΟ-³ cal/s °C cm bei 800⁰C haben. 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 ausführlicher von W. J. K i η g e r y und Mitarbeitern in lournal of the American Ceramic Society 37, 107 (1954)

beschrieben. Spezielle Wärmeleitzahlen sind außerdem ohne weiteres der Literatur zu entnehmen. Als Beispiele seien genannt:

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

8,2 χ 10-³cal/s°Ccm

22,1 χ lO-Scal/s-Ccm

7,5 χ 10-³cal/s°Ccm

5,1 χ 10-³cal/s°Ccm

Anorganische Verbindungen, die sich als Füllstoffe eignen, bestehen vorzugsweise aus einem Kation gemäß Spalte A und eiaem 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

jo Besonders bevorzugt als anorganische Verbindungen werden beispielsweise Alkali- und Erdalkalicarbonaie, -oxide, -silikate, Aluminiumsilikate, Aluminate und Aluminiumhydroxid. Anorganische Verbindungen in ihrer natürlich vorkommenden Form, wie beispielsweise

r> 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 Metallstrei- > fen, wie Aluminiumspäne, als faserförmig. Die faserförmigen Füllstoffe haben vorzugsweise eine durchschnittliche Länge von 0,1 bis 5 mm und eine durchschnittliche Mindestabmessung wie oben angegeben.
Um eine mit Tabak vergleichbare Glimmgeschwin-

j(i digkeit 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

V) 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

ho 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.

h"> F.rfindungsgemäß können auch Kombinationen von inteiligen Füllstoffen verwendet werden, um die gewünschte endgültige Glimnigeschwindigkeit zu erzielen. Für die Regelung oder Einstellung der Glimmgc-

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

Das Tabakaustauschmaterial gemäß der Erfindung kann in Form inniger Mischungen, :n Form einer Folie oder in jedem physikalischen Zustand zwischen diesen beiden Extremen zum Einsatz kommen. Vom Standpunkt der Verarbeitung und der Bequemlichkeit des Rauchens wird die Folienform bevorzugt, wenn das rauchbare Produkt ausschließlich aus dem Austauschmaterial gemäß der Erfindung besteht Wird jedoch das Austauschmalerial 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 Oberflächen 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 \'or dem Gebrauch im allgemeinen auf eine Breite von 1,6 bis 0,42 mm geschnitten.

Wie bereits erwähnt, kann das Austauschmatcrial 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 Erfindung 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 un—üj i-·; hydratisierten Metallsalze, verändert werden.

Das Austauschmatcrial 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 Hcrcichs durch Zusatz der verschiedensten Geschmacks- und Geruchsstoffe, wie beispielsweise Tabakextrakte, Fruchtextrakte, synthetische Würzstoffe, natürliche Gummen, Harze und Zucker, Nikotin und andere Alkaloide, können ebenfalls in geregelten

ϊ 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

κι 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

ι i 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

>o 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

i-, Netzmittels verbessert werden. Geeignete Netzmittel sind beispielsweise Polyoxyäthylen(20)-sorbitanmonolaurat der Polyglykolether von Trimethylnonanol und Alkyldimethyl(Ci2—Ci8)-benzylammoniumchlorid. Diese Netzmittel werden der Masse vor der Herstellung der

w 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 °C cm haben. Die Werte werden ermittelt,

4(i indem eine Folie von 0,305 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 Tempera-

4"> tür des zweiten Blocks mit einer Geschwindigkeit von 0,19^cC/Sek.ohne eine zwischengelegte Folie erhöht.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert.

_V) Beispiel!

In einen mit hoher Scherwirkung arbeitenden Mischer wurden 140 ml entionisiertes Wasser von 80⁰C zusammen mit 12,6 g Rutil (Titandioxid) gegeben. Nach vollständigem Dispergieren des Ti'.andioxids wurden

ίί 8,4 g Natriumcarboxymethylcell'ulose, die ein mittleres Molekulargewicht und einen Substitutionsgrad von 0,7 hatte, langsam in den Wirbel des kräftig gerührten Wassers gegeben. Nach vollständigem Dispergieren der Natriumcarboxymethylcellulose (CMC) innerhalb 5 bis

w) 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 (23,3°C, 60%

h> 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 genannten 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 ι 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

Tabelle I

Zigarette durch ein Cambridge-Filter, das wenigsten· 98% der feinteiligen Feststoffe entfernte, gesaugt unc 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 zi rauchen.

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

TiO₁	CMC	Gewicht der Schnitzel	Druckabfall	Zugzahl	Nasser Teer	—	Trockener Teer	-
X	%	g	Pa		mg/Zigarette	28.7	mg/ Zigarette	24.7
30	70	-	-	brannte nicht	-	-
35	65	1,10	98,1	11,1	3,2	2,9
60	40	1,10	68,7	5,4	2,3	2,0
80	20	2,50	68.7	9,9	1,4	1.1
85	15	-	—	brannte nicht
(Tabak)		1,10	686,7	10,0

Die vorstehenden Werte zeigen, daß cine wesentlich geringercre Teermenge
Aiistaiischmaterial gemäß der Erfindung an Stelle von Tabak verwendet wird.

gebildet wird, wenn das

Beispiel

Folien wurden auf die in Beispiel 1 beschriebene meenerde als Füllstoff verwendet wurden. Die erhalte-Weise hergestellt und geprüft, wobei jedoch Carboxy- nen Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle 2 zusammethylhydroxyäthylcellulosc (CMHEC) und Diato- -m mengestellt.

Tabelle 2	CMHKC	Gewicht der	Druckabfall	Zugzahl	Nasser Teer	Trockener
Dialomeen-		Schnitzel				Teer
erde	"/„	g	Pa		mg/Zigarette	mg/Zigarette
"■„	80	1,10	147.15	nicht	_
20				brennbar
	75	1,10	147,15	9	15,6	13,4
25		1 in 1 , IW	1H/,IJ	C J	2,25	1,4
75	11	1,25	882,90	8	0,9	0,0
89	10	1,40	4905,00	nicht	-	-
90				brennbar
		LlO	686,70	10,0	28,7	24,7
Reiner Tabak

Beispiel

Wie bereits erwähnt, ist es unter Umständen zweckmäßig, zwei oder mehr Füllstoffe zu verwenden, um die Glimmgeschwindigkeil auf einen optimalen hi Wert zu bringen. Hier wurde die Glimmgcsehwindigkeit eines Ca rboxymet hy !cellulose-Dolomit kalk-Sysicms verändert, indem Titandioxid zusätzlich als zweiter feinteiliger Füllstoff verwendet wurde. Die drei Komponenten wurden auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise zu Folien verarbeitet und zu Zigaretten geformt. Die Ergebnisse in Tabelle 3 wurden durch Rauchen der Zigaretten auf die bereits beschriebene Weise erhalten.

Tabelle 3

% CMC

% Dolomit

% TiO,

/ugzahl

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.

Tabelle 4

Nur 50:50 50:50 100% AusTabak als Folie trocken tauschgeformt gemischt material als Folie geformt

Methanol

Acetaldehyd

Acetonitril

Acrolein

Furan

Propionaldehyd

Aceton

Propionitril

Isobutyraldehyd

Benzol

12,8

47,8

16,6

5,8

3,1

4,1

28,2

2,7

2,2

7,1

5,7
46,7
8,6
4,3
1,9
5,6
22,4
1,1
1,3
4,8

5,9 34,9 6,1 3,8 1,45 2,0 15,8 0,8 1,0 2,7

0,0 39,5 0,2 1,8 0,7 4,2 7,1 0,01 0,3 1,3

Der Gehalt an Cyanwasserstoff, Phenol, Kohlenoxid und Benzpyren wurde für die vorstehend genannten Folien aus Austauschmaterial ebenfalls nach üblichen Methoden bestimmt. Die erhaltenen Werte sind nachstehend in Tabelle 4(a) angegeben.

Tabelle 4 (a)

Cyanid Phenol Kohlen- Benzoxid pyren

•i.g/ ug/ Vol.-% [xg/

Zig. Zig. lOOZig.

100 % Folie

50% Folie
+ 50% Tabak
zerschnitzelt

Reiner Tabak

5 3

83 39

225 63

1,7 3,1

3,8

1,1 2,4

2,4

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:

Probe Tabak

Carboxymethyl
cellulose

Dolomit
kalk

Form des Materials

_J(( A 50 25 25 Trockenmischung

B 67 33 - Trockenmischung

C 67 - 33 Trockenmischung

D 100 - - Trockenmischung

_J5 E 50 25 25 CMC und Dolomit

in der Folie mit
Tabak gemischt
und zerschnitzelt

F 50 25 25 alle Bestandteile in

der Folie (rekon

stituierte Materialien)

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.

Tabelle 5

Probe

Gew. der Druck-Schnitzel abfall

g Pa

Zugzahl

Nasser
Teer

Trockener Teer

mg/ mg/

Zigarette Zigarette

A
B
C
D
E
F

,10
,10
,10
,10
,10
,10

392,4
490,5
647,5
686,7
353,2
245,3

11,8
14,4

8,0
10,0
10,9

7,6

15,4
19,2
21,5
28,7
16,5
22,5

13,7
17,6
16,8
24,8
12,0
19,7

Wie die vorstehenden Werte zeigen, betrug der Kohlenoxidgehalt für das zu 100% aus der Folie bestehende Material nur 1,7 VoL-%. Im allgemeinen gibt Die Werte für die Komponenten der organischen Gasphase sind nachstehend in Tabelle 5(a) in Mikrogramm/Zug angegeben.

Tabelle 5 (a)

I)

	Acetaldehyd	27,2	34,2	53,4	47,8	35,1	40,5
	Acetonitril	5,0	6,9	18,5	16,6	7,5	6,5
	Acrolein	2,5	2,7	7,5	5,8	4,0	3,5
	Furan	I I	1 5	34	3 1	1 7	1,6
	Propionaldehyd	1,8	3,1	4,8	4,1	2,7	3,3
μ	Aceton	15,6	21,4	28,9	28,2	20,3	19,3
t'.v I	Propionitril	0,9	1,3	2,9	2,7	1,2	1,4
i	Isobutyraldehyd	0,8	1,2	3,6	2,2	1,3	1,3
	Benzol	3,4	4,1	7,5	7,1	3,5	3,5

Drei Tatsachen sind aus den vorstehenden Werten deutlich erkennbar:

1) Die Werte bei den Gemischen, die eine Kombination 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 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 wenn der Tabak in die Folie eingearbeitet wird (F).

Beispiel 6

Ein Austauschmaterial ähnlich dem in Beispiel 5 beschriebenen wurde aus 14 Teilen Carboxymethylcellulose (Substitutionsgrad 0,7), 14 Teilen Dolomitkalk und 10 Teilen Magnesiumoxid hergestellt. Das Produkt zeigte sehr gute Glimmeigenschaften und gab im Rauch die Komponenten in Mengen ab, die mit denen 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-Pfla-'zengummi

2,5 g Carboxymethylcellulose

3,0 g Magnesiumoxid

1,0 g Zellstoff mit hohem Gehalt

an «-Cellulose,
5 Tropfen Alkyldimethyl(Ci₂—CisJ-benzylammonium-

chlorid

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

ι Kin 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 Nalriumcarboxymethylcellulose

0,4 Teile Guar-Pflanzengummi

5,0 Teile Zellstoff mit hohem Gehalt

an «-Cellulose
1,2 Teile Kieselgel (44-149 μηι)

ii Das so hergestellte Produkt wurde zerschnit/.elt und dann mit der gleichen Tabakmenge zum Endprodukt gemischt.

Beispiel 9

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

	Teile	% zuge-
		set/.l
Carboxymethylcellulose	12	33
Dolomitkalk	12	33
Diatomeenerde	10	23
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:

	Gewicht der Zigarette, g	100% Aus	iöö%
	Mittlerer Druckabfall in der	tausch	Tabak
	Zigarette, Pa (Bereich)	material
45		l,20±0,3	1,20 ±0,3
	Zugzahl	41	63
	Nasses feinteiliges Material,	372,8-	529,7-
	nig/Zigareiie	441,5	706,3
50	Trockenes feinteiliges	7,3	9,6
	Material, mg/Zigarette	2,8	28,0
	Nikotinabgabe, mg/Zigarette
	Abgabe von Cyanwasserstoff,	1,7	24,7
	ag HCN/Zigarette
	Abgabe von Benzo(a)pyren,	<0,01	1,52
	,ag/100 Zigaretten	1,4	216
	Abgabe von Phenol,
bO	\|i.g/Zigarette	1,2	2,8
	Kohlenoxid im Rauch,
	Methylalkohol, ug/Zug	<4	98
	Acetaldehyd, ag/Zug
b5	1,5	3,6
	1,4	22
	41,5	52,8

Fort set/ting

KK)"/,, Aus-

tausch-

muterial

Tabak

Acetonitril, y.g/Zug 0,7 15,0

Acrolein, y.g/Zug 3,2 4,9

Furan, y.g/Zug 0,7 1,9

Propionatehyd, y.g/Zug 2,9 4,2

Aceton, y.g/Zug 14,3 28,0

I'ropionitril, y.g/Zug 0,0 2,8

lsobulyraldehyd, y.g/Zug 0,4 2,6

Benzol, y.g/Zug 1,5 5,6

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-Aerosol zwischen etwa 0,1 und 0,2 μηι liegt. Im Vergleich hierzu beträgt die entsprechende Teilchengröße in

Vcrglcichstabellc 1

Tabakrauch etwa 0.2 bis 0,3 μιη. Angesichts des Unterschiedes in der Teilchengröße des Materials gemäß der Erfindung kann opti-nale Filtration durch Verwendung eines Filters erreicht 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 dem der GB-PS 10 55 473.

Vergleichsbeispie! !

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

»-Cellulose

Gewicht der
Schnitzel

Driickabfal

/ug/ahl licmcrkuniicn

65 40

20

1,0 17X5 12

1,05 1%2 11

mußte 1 x erneut angezündet werden, um
vollständig abzubrennen

läßt sich nicht /u einer Folie verarbeiten

Vergleichsbcispiel 2

Es wurden Austauschmaterialicn gemäß Beispiel 2 Austauschmatcrialien hergestellte Zigaretten wurden hergestellt, jedoch die Carboxymethylhydroxyäthylcel- gemäß Beispiel 2 mit folgenden Ergebnissen getestet: lulose (CMHEC) durch ni-Cellulosc ersetzt. Aus diesen n>

Vergleichsbcispiel 2

Diatomeen- »-Cellulose Gewicht tier Druckabfall /ug/ahl erde Schnitzel

% g Pa

Bemerkungen

25	75	0,66	1530
75	25	0,669	2698
89	11	_	_

Diese Vergleichsbeispiele zeigen, daß die in der GB-PS 10 55 473 besonders bevorzugte «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 T1O2 gemäß Beispiel 1 herzustellen, wurde versucht, gemäß Beispiel 2 aus oxidierter Cellulose und Perlit Tabakaustauschmalcriazuni vollständigen Abbrennen mußte 5'· neu
entzündet werden

Material brennt nicht

Material läßt sich nicht /ur Folie verarbeiten

lien herzustellen. Perlit und Diaiumeenerde 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.

Oxidierte Cellulose. %

Perlit. %

80

75
40

20 25 60

lewcils fünf Zigaretten wurden entsprechend Bcisnicl 1 mit folgenden Ergebnissen trctc-iot:

	Perlit	15	3	Gewicht der	Druckabfall	19 00	491.	16	Zugzahl	Tabakaus-	stark von
			Schiwel					tauschmaterial ungeeignet ist. Vom Rauchenden wird	seiner Gewohnheit beim Rauchen von Zigaretten aus
	%	g	Pa		Oxidierte Perlit Gewicht der Druckabfall		ein ungewöhnlich starker Zug gefordert, der	Tabak abweicht
					Cellulose Schnitzel	6
Vergleichs taoeiie	20	0,66	3924	Zugzahl	% % g Pa	6
	20	0,70	5003		40 60 0,73 5886	6
Oxidierte	20	0,62	3630		40 60 0,78 6867+	6
Cellulose	20	0,70	4120		40 60 0,78 6867+	6
%	20	0,67	4120	5	40 60 0,75 6867+
	25	0,65	2845	5	40 60 0,77 6867+	Die auffällig hohen Werte für den Druckabfall zeigen,
80	25	0,65	3041	5		daß diese Kombination für die Praxis als
80	25	0,64	3041	5
30	25	0,65	3041	5
80	25	0,63	2649	5
80			5
75		5 ,5
75		6
75		6
75
75

Claims

Patentansprüche:

1. Tabakaustauschmaterial, das

a) als brennbares Materia! 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