DE2206185B2

DE2206185B2 - Tabakfreies rauchprodukt

Info

Publication number: DE2206185B2
Application number: DE19722206185
Authority: DE
Inventors: Theo Dipl.-Chem. Dr.; Müller Friedmann Dr.;Krebs Klaus Werner Dr.; 4047 Dormagen Eicher
Original assignee: Haarmann & Reimer Gmbh, 3450 Holzminden
Priority date: 1972-02-10
Filing date: 1972-02-10
Publication date: 1976-08-12
Also published as: GB1398200A; NL7301732A; DE2206185A1; ZA73925B; AU5199473A; CA1006691A; US3874390A

Description

Gegebenenfalls enthält die Cellulosefolie zusätzlich

1 bis 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise 3 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf die unbehandelte füllstoff-Jialtige Cellulose, lösliche Neutralsalze, wie Natriumchlorid, Natriumphosphat, Komplexsalze des Magne- $iums, Mangans, Eisens und Aluminiums mit Carbonsäuren, wie Magnesiumeisencitrat, Manganeisencitrat oder Magnesiumaluminiumcitrat oder die entsprechenden Tartrate.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines tabakfreien Rauchproduktes in Form einer Folie auf Cellulosebasis durch Verschwelen der Cellulose; das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß eine 5 bis 50 Gewichtsprozent, bezogen auf die Cellulose, eines anorganischen Füllstoffs, bestehend aus Hydroxiden, Oxiden bzw. Oxihydraten von Aluminium und/oder Eisen und/oder Kieselsäure enthaltende Cellulosefolie Temperaturen zwischen 150 und 300° C unterworfen wird, bis die Cellulose einen Abbaugrad von 5 bis 30 Gewichtsprozent erreicht hat.

Eine Verkürzung des Schwelprozesses tritt ein, Venn dei füllstoffhaltigen Cellulosefolie lösliche Neutralsalze in Mengen \on 1 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf die füllstoffhaltige Cellulosefolie, zügejetzt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden auch noch 1 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise 2 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf die füllstoffhaltige Cellulosefolie tires Oxidationsmittels zugesetzt. Als Oxidationsmittel werden Kaliumpermanganat, Mangandioxid, Ammotiiumvanadat oder Wasserstoffsuperoxid verwendet. Der Schwelprozeß kann auch in einem Inertgasstrom oder im Vakuum durchgeführt werden. Die Ver-Schwelung wird vorzugsweise in einer geheizten Kam-Bier in einem Temperaturbereich von 220 bis 280⁰C durchgeführt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden rauchbare füllsloffhaltige Folien auf Cellulosebasis erhalten, die bei einem Abbaugrad bis 30 Gewichtsprozent 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 fcerfallen.

Durch Erhöhung des Abbaugrades läßt sich die Rauchmenge so weit reduzieren, daß bei etwa 30% Gewichtsverlust ohne Salze und bei etwa 20% Gewichtsverlust mit Salzen, beispielsweise mit Magnesiumeisencitrat, Manganeisencitrat, Magnesiumalumimiumtartrat, Ammoniumeisencitrat und/oder -tartrat sowie Ammoniumaluminiumcitrat oder -tartrat, mit .Chelatkomplexen organischer Säuren mit Eisen und Aluminium nahezu kein Rauch mehr gebildet wird. Dadurch können KondensaUverte zwischen 0,5 und

2 mg pro Zigarette erreicht werden.

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: H : O \creinfachend als Verhältnis Kohlenstoff zu Wasser ausgedrückt.

Die thermische Behandlung einer Cellulosefolie ohne Füllstoffe wurde im Vergleich zu einer solchen mit 44,6 Gewichtsprozent Aluminiumhydroxid bei 240°C über unterschiedliche Zeitspannen durchgeführt. Die Folie ohne Füllstoff war mit 1 Gewichtsprozent Phosphorsäure imprägniert. In Tabelle I sind die Kohler.stoff-Wasser-Verhältnisse und der Gewichtsverlust nach 0,5, 1 und 2 Stunden aufgetragen.

Die Dehydratisierung nicht füllstoffhaltiger Cellulosefasern ist bei M. M. T a η g und R. B a c ο η (Carbon, 1964, Vol. 2, S. 211 bis 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 stärke Abspaltung leicht flüchtiger Kohlenstoffverbindungen erfolgen.

Tabelle I

Zeit Folie ohne Füllstoff

Std. Gewichtsverlust C: H₂O*)

Folie mit Füllstoff

Gewichtsverlust C: H₂O*)

0,5 36,3% 6:2,9 17,1% 6:5,8

1 48,2% 6:2,6 28,5% 6:4,9

2 53.0% 6:2,5 37,3% 6:4,8
·) Bestimmt durch Elementaranalyse.

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 Aromakomponerten. Durch Waschen in Wasser lassen sich nichtflüchtige, lösliche Schwelprodukte leicht entfernen. Eine anschließende Behandlung mit wäßrigem oder gasförmigem Ammoniak und/oder Metallchelatlösungen, Abquetschen und Trocknen verleiht den Folien eine tabakähnliche Note.

Weiterhin k?nn eine geschmackliche Verbesserung durch Behandeln der verschwelten, füilstoffhaltigen 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.

Beispiele 1 bis 4

Eine Papierbahn mit 44,6 Gewichtsprozent Aluminiumhydroxid als Füllstoff wurde verschiedene Zeiten bei 240⁰C in einer Kammer behandelt. In Tabelle II sind die Gewichtsverluste der Folie und die im Vergleichsversuch bestimmten Gewichtsverluste des Aluminiumhydroxids aufgetragen.

Tabelle II

Füllstoffs berechnete Kohlenstoff-Wasser-Verhältnis

Beispiel	Zeit	Gewichtsverlust	Davon entfallen	aui getragen	1.	C	H	O	C: H₂O
		der Folie	auf das Alumi	Tabelle III		25,1	4,8	36,7	6:6
			niumhydroxid	JL *** K^ ^f Λ &^^ Λ 9 B		25,5	4,2	32,4	6:5,7
	Std.	%	Gewichtsprozent	Beispiel	24,6	3,2	33,1	6:6
1	1	14	9	1	22,6	2,9	28,2	6:5,2
2	2	25	14,6	2
3	3	30	etwa 15,4	10 3
4	5	39	etwa 15,4	4

Die mechanischen und organoleptischen Eigen-

In Tabelle III sind die Analysenwerte zu den Bei- schäften der verschwelten, füllstoffhaltigen Folien der spielen 1 bis 4 sowie das unter Berücksichtigung des 15 Beispiele 1 bis 4 sind in Tabelle: IV zusammengefaßt.

Tabelle IV	Mechanische Eigenschaften	Hauptstromrauch	Geschmack	Schärfe	Kondensat mg
Beispiel	gut schneidbar	starke Rauchbildung	cellulosisch jedoch schwächer als Ausgangsmaterial	etwas	3,0
1	gut roll- und schneidbar	verminderte Rauchbildung	.schwach cellulosisch	sehr wenig	2,8
2	angefeuchtet gut	raucharm	keiner	keine	2,1
3	schneid- und verarbeitbar				1,4
4

Unter gleichen Rauchbedingungen (Coresta Norm Nr. 10) ergab eine handelsübliche Filterzigarette, Typ Nikotinarm, eine Kondensatmenge von 21,1 mg.

Nach Coresta, Norm Nr. 10, werden die Testzigaretten auf ein Cambridgefilter unter folgenden Bedingungen abgeraucht. Zugvolumen 35 ml, Zugdauer 2 See, Zugfrequenz 60 See.

Beispiel 5

Die als Ausgangsmaterial dienende Papierbahn mit 44,6 Gewichtsprozent Aluminiumhydroxid als Füllstoff wurde bei 23O⁰C verschwelt, bis der Gewichtsverlust 20% betrug. Hierzu war eine Zeit von 1 Std. und 45 Min. notwendig. Kondensatmenge einer Filterzigarette mit 800 mg: 2,5 mg. C/HjO-Vcrhältnis 6:5,8.

B e i s ρ i e 1 '6

Durch Imprägnieren der Papierbahn der Beispiele 1 bis 5 mit einer wäßrigen Lösung, die 3 Gewichtsprozent Natriumchlorid und 6% Magiiesiumeisencitrat enthielt, nimmt diese um 6 Gewichtsprozent zu. Innerhalb von 20 Minuten ist bei 230° C ein Gewichtsverlust von 20%, bezogen auf das Ausgangsmaterial, erreicht. C/HjO-Verhältnis 6:5,6. Rauchkondensnt einer Filterzigarette mit 800 mg Füllgewicht: 2,4 mg.

Beispiel 7

Eine gemäß den Beispielen 1 bis 5 eingesetzte Papierbahn wurde durch eine wäßrige Kaliumpermanganatlösung getaucht und getrocknet, derart, daß die Gewichtszunahme 2% betrug. Anschließend wurde sie mit Natriumchlorid und Magnesiumeisencitrat analog zu Beispiel 6 imprägniert, wobei die Gewichtszunahme bei 6% lag. Die Verschwelung dieser Folie crfohUc

innerhalb von 20 Minuten mit 30% Gewichtsverlust bei 23O⁰C. C/H₂O-Verhältnis 6 : 5,2.

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

Beispiel 8

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

Beispiel 9

Eine Papierbahn, die 22,1 Gewichtsprozent Aluminiumhydroxid und 8 Gewichtsprozent Kieselsol als Füllstoffe enthielt, wurde nach dem Imprägnieren mit einer wäßrigen Lösung von 3 Gewichtsprozent Natriumchlorid und 6 Gewichtsprozent Magnesiumalu-

fio miniumcitrat dem Verschwelen bei 240° C unterworfen.

Der Gewichtsverlust betrug nach 20 Minuten 19,8%.

Die Elementaranalyse ercab ein C/H..O-Verhältnis von 6 : 5,2.

Kondensat einer Filterzigarette mit 800 mg Füllgewicht: 2,8 mg.

Die mechanischen und organoleptischen Eigenschaften der nach den Beispielen 5 bis 9 hergestellten Folien sind in Tabelle V

Tabelle V Beispiel

Mechanische Eigenschaften Hauptstromrauch

5 feucht gut schneidbar, schwache trocken etwas Staub Rauchbildung

6 wie Beispiel 5 nahezu keine

Rauchbildung

7 wie Beispiele 5 und 6 keine Rauchbildung keiner

8 wie Beispiele 5 bis 7 schwache

Rauchbildung

9 wie Beispiele 5 bis 8 schwache

Rauchbildung

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

Geschmack	Schärf e	Kondensat mg	Zugzj
neutral	keine	3,0	9
mild	keine	2,4	8,5
keiner	keine	0,8	8,6
mild neutral	keine	1,2	8,2
neutral	leichte Schärfe	2,8	8,0

Claims

ι 2 Cellulosederivate, Cellulose, mit Salzen behandelte Patentansprüche: Cellulose bzw. -derivate und Polygalakturonsäuren und deren Derivate beschrieben worden.

1. Tabakfreies Rauchprodukt, bestehend aus Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung eines einer verschwelten Folie auf Cellulosebasis mit 5 Tabakersatzes auf Kohlenhydratbasis bekannt, bei geringem Rauchkondensat, d adurchgekenn- dem beispielsweise Cellulose einem katalytisch therzeichnet, daß die Cellulosefolie 5 bis 50 Ge- mischen Abbau unterworfen wird. Als Abbaukatalywichtsprozent, bezogen auf die Cellulose, eines sator werden hierbei eine starke Mineralsäure, Salze anorganischen Füllstoffes, bestehend aus Hydro- dieser Säuren mit schwachen Basen, Alkalihydroxid xiden, Oxiden bzw. Oxihydraten von Aluminium io oder ein Alkalisalz einer schwachen Säure eingesetzt. und/oder Eisen und/oder Kieselsäure enthält und Bei einem sauer oder basisch katalysierten Abbaudie Cellulose einen Abbaugrad von 5 bis 30 Ge- prozeß der Cellulose erfolgt vorwiegend eine Dehydrawichtsprozent und ein Kohlenstoff-Wasser-Ver- tisierung, so daß es zu einer Anreicherung des Kohlenhältnis von 1:0,8 bis 1:1 aufweist. Stoffs im Verhältnis zu Wasserstoff und Sauerstoff,

2. Tabakfreies Rauchprodukt nach Anspruch 1, 15 bezogen auf die Cellulose, im Abbauprodukt kommt dadurch gekennzeichnet, daß die Folie 1 bis 20 Ge- (vgl.: O. Vohler, R. L. Reiser, R. Martina wichtsprozent, bezogen auf die unbehandelte füll- und D. O ν e r h ο f f, Angew. Chem. 82,1970, S. 401). stoffhaltige Cellulose, lösliche Neutralsalze, wie Bei verrauchbaren Produkten auf Cellulosebasis Natriumchlorid, Natriumphosphat oder Komplex- sollte eine Verminderung der Verbrennungsschärfe salze des Mangans, Magnesiums, Eisens und Alu- 10 und der gesundheitsschädlichen Stoffe im Rauch zu miniums mit Zitronensäure oder Weinsäure enthält. erzielen sein, wenn man die beim Verbrennen der

3. Verfahren zur Herstellung eines tabakfreien Cellulose infolge des Schwelprozesses auftretenden Rauchproduktes in Form einer Folie auf Cellulose- flüchtigen Kohlenstoffverbindungen, wie niedrigmolebasis durch Verschwelen der Cellulose, dadurch kulare Aldehyde und Carbonsäuren, durch einen vorgekennzeichnet, daß eine 5 bis 50 Gewichtsprozent, 25 geschalteten Schwelprozeß entfernt. Man nimmt also bezogen auf die Cellulose, eines anorganischen damit einen Vorgang heraus, wie er beim Abbrennen Füllstoffes, bestehend aus Hydroxiden, Oxiden von Rauchprodukten stattfindet. Bei einer solchen bzw. Oxihydraten von Aluminium und/oder Eisen Verschwelung muß erreicht werden, daß eine Anrei- und/oder Kieselsäure enthaltende Cellulosefolie cherung des Kohlenstoffs im Abbauprodukt nicht Temperaturen zwischen 150 und 300° C unter- 30 erfolgt. Der Abbauprozeß beim Verschwelen \on worfen wird, bis die Cellulose einen Abbaugrad cellulosischem Material sollte also so gesteuert wervon 5 bis 30 Gewichtsprozent erreicht hat. den, daß die Wasserabspaltung verzögert wird und

4. Verfahren zur Herstellung eines tabakfreien eine stärkere Eliminierung der die Verbrennungs-Rauchproduktes nach Anspruch 3, dadurch ge- schärfe verursachenden flüchtigen Kohlenstoffverbinkennzeichnet, daß die Verschwelung in Gegenwart 35 düngen erfolgen kann.

von 1 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf die Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß die

füHstoffhaltige Cellulosefolie, eines löslichen Neu- Pyrolyse von Folien auf Cellulosebasis, z. B Papiertralsalzes, wie Natriumchlorid, Natriumphosphat bahnen, einen solchen Verlauf nimmt, wenn diese 5 oder Komplexsalzen des Mangans, Magnesiums, bis 50 Gewichtsprozent eines anorganischen Füllstoffs, Eisens und Aluminiums mit Zitronensäure oder 40 bestehend aus Hydroxiden, Oxiden bzw. Oxihydraten Weinsäure und/oder 1 bis 10 Gewichtsprozent, von Aluminium und/oder Eisen und/oder Kieselsäure bezogen auf die füHstoffhaltige Cellulosefolie, enthalten. Offensichtlich kommt es bei der Verschweeines Oxidationsmittels, wie Kaliumpermanganat, lung solcher füllstoffhaltiger Cellulosefolie zu einer Mangandioxid, Ammoniumvandanat und/oder erhöhten Abspaltung leicht flüchtiger niedrigmoleku-Wasserstoffperoxid durchgeführt wird. 45 larer Kohlenstoffverbindungen, wie CO, CO₂, Form

aldehyd, Ameisensäure, Methan, Methanol und/oder Essigsäure, unter verminderter Wasserabspaltung, so daß die Schwelprodukte aus den füllstoffhaltigen Cellulosefolien ein Kohlenstoff-Wasser-Verhältnis auf-50 weisen, das etwa dem der Cellulose entspricht.

Die mit den verschwelten, füllstoffhaltigen Folien

auf Cellulosebasis beispielsweise hergestellten Filterzigaretten zeigen gute Glimmeigenschaften und liefern je nach Abbaugrad der Cellulose Kondensatmengen 55 zwischen 0,5 und 3 mg/Zigarette bei einem Füllgewicht von 0,7 bis 1,0 g. Die Kondensatbestimmung

Die Erfindung betrifft ein tabakfreies Rauchprodukt wurde nach Coresta Standard Nr. 10 durchgeführt,
tnft geringem Rauchkondensat, bestehend aus einer Gegenstand der Erfindung ist daher ein tabakfreies

verschwelten Hydroxide, Oxide und Oxihydrate von Rauchprodukt, bestehend aus einer verschwelte η Folie Aluminium und/oder Eisen und/oder Kieselsäure als 60 auf Cellulosebasis mit geringem Rauchkondensat, daanorganische Füllstoffe enthaltenden Folie auf Cellu- durch gekennzeichnet, daß die Cellulosefolie 5 bis losebasis, sowie einVerfahren zur Herstellung derselben. 50 Gewichtsprozent, bezogen auf die Cellulose, eines Die Herstellung von Tabakersatzstoffen auf Cellu- anorganischen Füllstoffes, bestehend aus Hydroxiden, losebasis sowie die Eignung dieser Produkte als Zu- Oxiden bzw. Oxihydraten von Aluminium und/oder mischungskomponente für Tabak ist bekannt. Der- 65 Eisen und/oder Kieselsäure enthält und die Cellulose artige Rauchgemische werden vorgeschlagen, um den einen Abbaugrad von 5 bis 30 Gewichtsprozent, vor-Anteil der im Tabak vorhandenen schädlichen zugsweise 15 bis 25 Gewichtsprozent, und ein Kohlen-Substanzen herabzusetzen. Als Zusatzstoffe sind stoff-Wasser-Verhältnis von 1: 0.8 bis 1:1 aufweist.