DE2206185A1

DE2206185A1 - Rauchbare produkte auf basis von fuellstoffhaltigen cellulosefolien

Info

Publication number: DE2206185A1
Application number: DE2206185A
Authority: DE
Inventors: Theo Dipl Chem Dr Eicher; Klaus Werner Dr Krebs; Friedmann Dr Mueller
Original assignee: Haarmann and Reimer GmbH
Current assignee: Haarmann and Reimer GmbH
Priority date: 1972-02-10
Filing date: 1972-02-10
Publication date: 1972-08-24
Also published as: US3874390A; DE2206185B2; AU5199473A; CA1006691A; GB1398200A; NL7301732A; ZA73925B

Description

HAARMANN + REIMER GMBH

Holzminden, den „ g

Rauchbare Produkte auf Basis von füllstoffhaltigen Cellulosefolien

Die Erfindung betrifft rauchbare Produkte, ganz oder teilweise bestehend aus einer einem Schwefelprozeß unterworfenen füllstoffhaltigen Folie auf Cellulosebasis sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.

Die Herstellung von Tabakersatzstoffen auf Cellulosebasis sowie die Eignung dieser Produkte als Zuraischungskomponente für Tabak ist bekannt. Derartige Rauchgemische werden vorgeschlagen, um den Anteil der im Tabak vorhandenen schädlichen Substanzen herabzusetzen. Als Zusatzstoffe sind Cellulosederivate, Cellulose, mit Salzen behandelte Cellulose bzw. -derivate und Polygalakturonsäuren und deren Derivate beschrieben worden.

Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung eines Tabakersatzes auf Kohlenhydratbasls bekannt, bei dem beispielsweise Cellulose einem katalytisch, thermischen Abbau unterworfen wird. Als Abbaukatalysator werden hierbei eine starke Mineralsäure, Salze dieser Säuren mit schwachen Basen, Alkalihydroxid oder ein Alkalisalz einer schwachen Säure eingesetzt.

Bei einem sauer oder basisch katalysierten Abbauprozeß der Cellulose erfolgt vorwiegend eine Dehydratisierung, so daß es

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zu einer Anreicherung des Kohlenstoffs im Verhältnis zu Wasserstoff und Sauerstoff, bezogen auf die Οβίΐμίοββ, im Abbauprodukt kommt, (vergl.: 0. Yohler, R.L. Reiser, R. Martina und D. Overhoff Angew. Chem. 82, 1970, S. 401).

Bei verrauchbaren Produkten auf Cellulosebasis sollte eine Verminderung der Verbrennungsschärfe und der gesundheitsschädlichen Stoffe im Rauch zu erzielen sein, wenn man die beim Verbrennen der Cellulose infolge des Schwelprozesses auftretenden flüchtigen Kohlenstoffverbindungen wie niedrigmolekulare Aldehyde und Carbonsäuren durch einen vorgeschalteten Schwelprozeß entfernt. Man nimmt also damit einen Vorgang heraus, wie er beim Abbrennen von Rauchprodukten stattfindet. Bei einer solchen Verschwelung muß erreicht werden, daß eine Anreicherung des Kohlenstoffs im Abbauprodukt nicht erfolgt. Der Abbauprozeß beim Verschwelen von cellulosischem Material sollte also so gesteuert werden, daß die Wasserabspaltung verzögert wird und eine stärkere Eliminierung der die Verbrennungsschärfe verursachenden flüchtigen Kohlenstoffverbindungen erfolgen kann..

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß die Pyrolyse von Folien auf Cellulosebasis, z. B. Papierbahnen, einen solchen Verlauf nimmt, wenn diese 5 ~ 50 Gew.$ eines neutralen hydroxy lgruppenhaltigen Füllstoffs enthalten. Offensichtlich kommt es bei der Verschwelung füllstoffhaltiger Cellulosefolien zu einer erhöhten Abspaltung leicht flüchtiger niedrigmolekularer Kohlenstoffverbindungen,wie CO, CO₂* Formaldehyd, Ameisensäure, Methan, Methanol und/oder Essigsäure, unter verminderter Wasserabspaltung, so daß die Schwelprodukte aus füllstoffhaltigen Oellulosefolien ein Kohlenstoff-Wasser-Verhältnis aufweisen, das etwa dem der Cellulose entspricht.

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Die mit den verschwelten, füllstoffhaltigen Folien auf Cellulosebasis beispielsweise hergestellten Filterzigaretten zeigen gute Glimmeigenschaften und liefern je nach Abbaugrad der Cellulose Kondensatmengen zwischen 0,5 und 3 mg/Zigarette bei einem Füllgewicht von 0,7 bis 1,0 g. Die Kondensatbestimmung wurde nach Coresta Standard Nr. 10 durchgeführt.

Gegenstand der Erfindung ist ein rauchbares Produkt auf Cellulosebasis in Form einer Folie, mit geringem Rauchkondensat und verbesserten organoleptischen· Eigenschaften, bestehend aus einer, 5 bis 50 Gew.$ Füllstoff, wie Hydroxide, Oxide bzw. Oxidhydrate von Aluminium und/oder Eisen und/oder Kieselsäure und gegebenenfalls 1 bis .20 Gew.% lösliche Neutralsalze enthaltenden Cellulosefolie, deren Cellulose einen Abbaugrad von 5 his 30 Gew.$ -vorzugsweise 15 bis 25 Gew.$- und ein Kohlenstoff-Wasser-Verhältnis nach der Verschwelung im Bereich von 1 : 0,8 bis 1 : 1 besitzt.

Als lösliche Salze werden beispielsweise Natriumchlorid, Natriumphosphat, Komplexsalze des Magnesiums, Mangans, Eisens und Aluminiums mit Carbonsäuren, wie Magnesiumeisencitrat, Manganeisencitrat oder Magnesiumaluminiumcitrat oder die entsprechenden Tartrate, vorzugsweise in Mengen von 3 bis 10 Gew.$ zugesetzt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines rauchbaren Produkts auf Cellulosebasis durch Verschwelung einer anorganische Füllstoffe enthaltenden CellulOBebahn, bei dem eine solche Cellulosebahn Temperaturen zwischen 150 und 300 C ausgesetzt wird. Eine Verkürzung des

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Schwelprozesses tritt ein, wenn der füllstoffhaltigen Cellulosebahn lösliche Neutralsalze in Mengen von 1 bis 20 Gew.$, bezogen auf die füllstoffhaltige Cellulosebahn, zugesetzt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden auch noch 1 bis 10 Gew.^, vorzugsweise 2 bis 5 Gew.^, bezogen auf die füllsto.ffhaltige Cellulosebahn, eines Oxidationsmittels zugesetzt. Als Oxidationsmittel werden Kaliumpermanganat, Mangandioxid, Ammoniumvanadat oder Wasserstoffsuperoxid verwendet. Der Schwelprozeß kann auch in einem Inertgasstrom oder im Vakuum durchgeführt werden. Die Verschwelung wird vorzugsweise in einer geheizten Kammer in einem Temperaturbereich von 220 - 28O⁰C durchgeführt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden rauchbare füllstoff haltige Folien auf Cellulosebasis erhalten, die bei einem Abbaugrad bis 30 Gew.# eine gute Verarbeitbarkeit zeigen, d.h. derartige Folien lassen sich im feuchten Zustand rollen, wickeln und schneiden, während die nach den bekannten Verfahren thermisch abgebauten Folien ohne Füllstoff bei geringer mechanischer Beanspruchung zerfallen.

Durch Erhöhung des Abbaugrades läßt sich die Rauchmenge soweit reduzieren,' daß bei etwa 30 # Gewichtsverlust ohne Salze und bei etwa 20 % Gewichtsverlust mit Salzen, beispielsweise mit Magnesiumeisencitrat, Manganeisencitrat, Magnesiumaluminiumtartrat, Ammoniumeisencitrat und/oder -tartrat sowie Ammoniumaluminiumcitrat oder -tartrat, mit Chelatkomplexen organischer Säuren mit Eisen und Aluminium nahezu kein Hauch mehr gebildet wird. Dadurch können Kondensatwerte zwischen 0,5 und 2 mg pro Zigarette erreicht werden.

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Wesentlich für diese Eigenschaften, nämlich geringes' Rauchkondensat, verringerte Rauchschärfe und neutraler Rauchgeschmack ist das ausgeglichene Verhältnis von Kohlenstoff zu Wasserstoff zu Sauerstoff in der erfindungsgemäßen Folie. Da die Produkte im allgemeinen ein Wasserstoff/Sauerstoff-Verhältnis entsprechend der Zusammensetzung des Wassers besitzen, wird im folgenden das Verhältnis von C zu H zu O vereinfachend als Verhältnis Kohlenstoff zu Wasser ausgedrückt.

•Die thermische Behandlung einer Cellulosefolie ohne Füllstoffe wurde im Vergleich zu einer-solchen mit 44,6 Gew.io Aluminiumhydroxid bei 24O⁰C über unterschiedliche Zeitspannen durchgeführt. Die Folie ohne Füllstoff war mit 1 Gew.$ Phosphorsäure imprägniert. In Tabelle I sind die Kohlenstoff-Wasser-Verhältnisse und der Gewichtsverlust nach 0,5 ; 1 und 2 Stunden aufgetragen.

Die Dehydratisierung nicht füllstoffhaltiger Cellulosefasern ist bei M.M. Tang und R. Bacon (Carbon, 1964 Vol. 2, S. 211 220), beschrieben und stimmt mit den gefundenen Werten für die Cellulosefolien ohne Füllstoffe weitgehend überein. Im Gegensatz dazu muß bei einer füllstoffhaltigen Folie neben der üblichen Dehydratisierung eine stärkere Abspaltung leicht flüchtiger Kohlenstoffverbindungen erfolgen.

Tabelle I

Zeit in Stunden	Folie ohne Füllstoff	6 : 2,9 6 : 2,6 6 : 2,5	Folie mit Füllstoff	C : H₂O
0,5 1 2.	Gew. Verlust C : H₂O	Gew. Verlust	6 : 5,8 6 : 4,9 6 : 4,8
36,3 * 48,2 0 53,0 £	17,1 * 28,5 io 37,3 io

bestimmt durch Elementaranalyse
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Bei der Bestimmung des Kohlenstoff-Wasser-verhältnisses wurde die Dehydratisierung des Füllstoffs durch Vergleichsversuche festgestellt und entsprechend berücksichtigt.

Der bei den verschwelten, füllstoffhaltigen Cellulosefolien entstehende Rauch ist in einem weiten Bereich verträglich mit tabakeigenen und künstlichen Aromakomponenten. Durch Waschen · in Wasser lassen sich nichtflüchtige, lösliche Schwelprodukte leicht entfernen. Eine anschließende Behandlung mit wässrigem oder gasförmigen Ammoniak und/oder Metallchelatlösungen, Abquetschen und Trocknen verleiht den Folien eine tabakähnliche Note.

Weiterhin kann eine geschmackliche Verbesserung durch Behandeln der verschwelten, füllstoffhaltigen Cellulosefolie mit flüchtigen organischen lösungsmitteln, beispielsweise mit niedrigen Alkoholen, Ketonen, Halogenkohlenwasserstoffen oder Paraffinen erfolgen. Es wird somit erreicht, daß die verschwelte füllstoffhaltige Cellulosefolie sowohl gegenüber Aromakomponenten, seien es synthetische oder durch Extraktion von Tabak gewonnene Stoffe, die gegebenenfalls einer Behandlung mit Ionenaustauschern oder durch Verteilung zwischen nicht mischbaren Lösungsmitteln von Ballaststoffen befreit wurden, als auch gegenüber verschiedenen Tabaksorten, wie Burley, Virginia und Orient, in Abmischung verträglich ist. In jedem Fall läßt sich ein bezüglich Tabakaromen unveränderter, harmonischer Geschmackseindruck verwirklichen.

Die Verwendung der Erfindung kann durch gesetzliche Bestimmungen, insbesondere durch das Lebensmittelgesetz, beschränkt sein.

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Beispiele 1-4;

Eine Papierbahn mit 44,6 Gew.% Aluminiumhydroxid als Füllstoff wurde verschiedene Zeiten bei 240 ⁰C in einer Kammer behandelt. In Tabelle II sind die Gewichtsverluste der Folie und die im Vergleichsversuch bestimmten Gewichtsverluste des AIuminiurahydroxids aufgetragen.

Tabelle II

Beisp,

Zeit in Stunden

Gew.Verlust der Folie in %

davon entfallen auf das Aluminiumhydroxid

Gew. % _

1
2
3

14 25 30 39

14,6

etwa 15,4 etwa 15,4

In Tabelle III sind die Analysenwerte zu den Beispielen 1-4 sowie das unter Berücksichtigung des Füllstoffs berechnete Kohlenstoff-Wasser-Verhältnis aufgetragen.

Tabelle III

Beisp.	C	H	0	C	zu	H₂O
1	25,1	4,8	36,7	6		6
2	25,5	4,2	32,4	6		5,7
3	24,6	3,2	35,1	6		6
4	22,6	2,9	28,2	6		5,2

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Die mechanischen und organoleptischen Eigenschaften der verschwelten füllstoffhaltigen Folien der Beispiele 1 sind in Tabelle IY zusammengefaßt.

Tabelle IV

f Belsp.	mechan.Eigensch.	Hauptstrom- rauch	Geschmack	Schärfe	Kondensat (mg)
1	gut schneidbar	starke Rauchbil dung	cellulo sisch jedoch schwächer als Aus- gangsmat.	etwas	3,0
2	gut roll- und schneidbar	vermin derte Rauchbil dung	schwach cellulos.	sehr wenig	2,8
	angefeuchtet gut	raucharm	keiner	keine	2,1
4	schneid- u, verarbeitbar				1Λ

Unter gleichen Rauchbedingungen (Coresta Norm Nr. 10) ergab eine handelsübliche Filterzigarette, Typ Nikotinarra, eine Kondensatmenge von 2I₄I mg. Nach Coresta, Norm Nr. 10, werden die Testzigaretten auf ein

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Cambridgefilter unter folgenden Bedingungen abgeraucht. Zugvolumen 35 ml, Zugdauer 2 See, Zugfrequenz 60 See.

Beispiel 5:

Die als Ausgangsmaterial dienende Papierbahn mit 44,6 Gew.^ Aluminiumhydroxid als Füllstoff wurde bei 230⁰C verschwelt bis der Gew.-Verlust 20 <fo betrug. Hierzu war eine Zeit von 1 Std. und 45 Min. notwendig. Kondensatmenge einer Filterzigarette mit 800 mg: 2,5 mg. C/H₂0-Verhältnis 6 : 5,8.

Beispiel 6;

Durch Imprägnieren der Papierbahn der Beispiele 1-5 mit einer wäßrigen Lösung, die 3 Gew.-fo Natriumchlorid und 6 <fi Magnesiumeisencitrat enthielt, nimmt diese um 6 Gew.^ zu. Innerhalb von 20 Minuten ist bei 230 C ein Gewichtsverlust von 20 ft, bezogen auf das Ausgangsmaterial erreicht. C/HpO-Verhältnis 6 : 5»6. Rauchkondensat einer Filterzigarette mit 800 mg Füllgewicht : 2,4 mg.

Beispiel 7;

Eine gemäß den Beispielen 1-5 eingesetzte Papierbahn wurde durch eine wäßrige Kaliumpermanganatlösung getaucht und getrocknet, derart, daß die Gewichtszunahme 2 <fi betrug. Anschließend wurde sie mit Natriumchlorid und Magnesiumeisencitrat analog zu Beispiel 6 imprägniert, wobei die Gewichtszunahme bei 6 # lag. Die Verschwelung dieser Folie erfolgte innerhalb von 20 Minuten mit 30 # Gewichtsverlust bei 230⁰C. C/H₂0-Verhältnis 6 : 5,2.

Rauchkondensat einer Filterzigarette mit 800 mg Füllgewicht : 0,8 mg.

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Beispiel 8;

Eine Papierbahn, die 30 Gew.^ Aluminiumhydroxid enthielt wurde mit einer wäßrigen Lösung von 3 Gew.% Natriumchlorid, 3 Gew.fo Magnesiumeisencitrat und 3 Gew.$ Manganeisencitrat behandelt, so daß die Gewichtszunahme nach dem Trocknen 7,6 betrug. Bei 240⁰C ergab sich nach 20 Minuten ein Gewichtsverlust von 24,1 io. Durch Elementaranalyse wurde ein Kohlenstoff-Wasser-Verhältnis von 6 : 4,8 bestimmt. Kondensat einer Filterzigarette mit 800 mg Füllgewicht : 1,2

Beispiel 9

Eine Papierbahn, die 22,1 Gew.^ Aluminiumhydroxid und 8 Gew.$ Kieselsol als Füllstoffe enthielt, wurde nach dem Imprägnieren mit einer wässrigen Lösung von 3 Gew.% Natriumchlorid und 6 Gew.# Magnesiumaluminiumcitrat dem Verschwelen, bei 240°c unterworfen. Der Gewichtsverlust betrug nach 20 Minuten 19,8 #. Die Elementaranalyse ergab ein C/H₂O-Verhältnis von 6 zu 5,2.

Kondensat einer Filterzigarette mit 800 mg Füllgewicht :

Die mechanischen und organoleptischen Eigenschaften der nach den Beispielen 5 bis 9 hergestellte* Folien sind in Tabelle V zusammengefaßt.

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'Tabelle V

Beisp.	me chan.Eigen-	Haupts tr om-i·	Geschmack	) Schärfe	Kon	Zug	9
	schaft	rauch			den	zahl
					sat	\'·
					(mg)
VJl	feucht gut	schwache.	neutral	keine	3,0	8,5
	schneidbar	Rauchbilr
	trocken et	dung
	was Staub
6	wie Beisp. 5	nahe zu	mild	keine	2,4	8,6
		keine
		Rauch
		bildung				8,2
7	wie Beisp.	keine	keiner	keine	0,8
	5/6	Rauch
		bildung				8,0
8	wie Beisp.	schwache	mild	keine	1,2
	5-7	Rauch	neutral
		bildung
9	wie Beisp.	schwache	neutral	leichte	2,8
	5-8	Rauch		Schärfe
		bildung

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Claims

Patentansprüche: 2208185

1. Rauchbares Produkt, bestehend aus einer verschwelten Folie auf Cellulosebasis mit geringem Rauchkondensat und guten organoleptischen Eigenschaften, gekennzeichnet durch eine Cellulosefolie mit einem Gehalt an anorganischen Füllstoffen von 5 bis 50 Gew.$, bezogen auf die Cellulose, worin die Cellulose einen Abbaugrad von 5 bis 30 Gew.% und ein Kohlenstoff-Wasser-Yerhältnis -bestimmt durch Elementaranalyse von 1 : 0,8 bis 1 : 1 aufweist.

2. Rauchbares Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie, bezogen auf die unbehandelte Cellulose, 1 bis 20 Gew.fo lösliche Neutralsalze enthält.

3. Rauchbares Produkt nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoff Aluminiumhydroxid verwendet wird.

4. Rauchbares Produkt nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoff Mischungen von Aluminiumhydroxid, Eisenhydroxid und/oder gefällter Kieselsäure oder Kieselsole verwendet werden.

5. Verfahren zur Herstellung eines rauchbaren Produktes in Form einer Folie auf Cellulosebasis durch Verschwelen der Cellulose, dadurch gekennzeichnet, daß eine anorganische Füllstoffe enthaltende Cellulosebahn Temperaturen zwischen 150 und 30O⁰C unterworfen wird.

6. Verfahren zur Herstellung eines rauchbaren Produktes nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschwelung in Gegenwart von 1 bis 20 Gew.# eines löslichen Neutralsalzes und/oder 1 bis 10 Gew.% eines Oxidationsmittels durchgeführt wird.

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7. Verfahren zur Herstellung eines rauchbaren Produktes nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß als lösliches Neu+.~alsalz Magnesiumaluminiumcitrat, Magnesiumeisencxtrat, oder iXIanganeisencitrat verwendet wird.

8. Verfahren zur Herstellung eines rauehbaren Produktes nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß als lösliches Neutralsalz Natriumchlorid verwendet wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines rauehbaren Produktes nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidationsmittel, Kaliumpermanganat, Mangandioxid, Ammoniumvanadat und/ oder Wasserstoffperoxid verwendet wird.

10. Verwendung des rauchbaren Produktes nach den Ansprüchen 1 bis 4 als Zumischung zu Tabak und Tabakprodukten.

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