DE2431634B2

DE2431634B2 - Rauchbares erzeugnis mit einer papierumhuellung

Info

Publication number: DE2431634B2
Application number: DE19742431634
Authority: DE
Inventors: Antoine Dipl.-Ing. Dr Boncourt Artho (Schweiz); Beringer, Monique, Dr, Saint Louis (Frankreich); Buchmann, Paul, Dr, Basel; Koch, Robert, Porrentruy; (Schweiz)
Original assignee: Fabriques De Tabac Reunies S.A., Neuenburg (Schweiz)
Priority date: 1973-07-24
Filing date: 1974-07-02
Publication date: 1977-11-10
Also published as: GB1454227A; DE2431634A1; CH590619A5; FR2245303B1; AU7110874A; ATA553574A; CA1024731A; AT334805B; FR2245303A1; US3987800A; LU68080A1; DE2431634C3; ZA744634B

Description

Die Erfindung betrifft rauchbare Erzeugnisse wie Zigarren, Zigaretten u. dgl. mit einer Papierumhüllung und mit Meerschaumpartikelchen als Adsorbens.

Bei der Umhüllung kann es sich beispielsweise um Zigarettenpapier, Zigarrendeckblatt aus Papier, Zigarrenumblatt aus Papier od. dgl. handeln.

Es ist eine Filtermundstückzigarette bekannt, deren Filter eine Kammer aufweist, die mit Granulat aus breccienartig porösem Magnesiumsilikat gefüllt ist und von dem vom Raucher angesaugten Hauptstromrauch durchsetzt wird und dabei mit einer merklichen Selektivwirkung die polaren Rauchbestandteile — und das sind vorwiegend die gesundheitsschädlichen — adsorbiert, die vorwiegend nicht oder nur sehr wenig polaren gesundheitsunschädlichen aromatischen Rauchbestandteile dagegen passieren läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese günstige Adsorptionswirkung zu steigern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Papier mit Meerschaumpartikelchen eines Durchmessers von 100 μ und kleiner versetzt ist.

Während bei der bekannten Zigarette das Adsorbens nur auf dem kurzen Wegstück der Filterkammer wirksam werden konnte, können die Meerschaumpartikelchen nach der Erfindung auf dem ganzen Weg von der Glutzone bis zum Mundende, beispielsweise der Zigarette, wirksam sein. Unabhängig davon wird die gewünschte Adsorption der polaren Schadstoffe auch begünstigt durch die Tatsache, daß diese schon in dem Moment in dem sie unter dem Einfluß der Hitzewirkung der Glutzone oder derjenigen des durchströmenden Hauptstromrauches entstehen, in Kontakt mit Meerschaumpartikelchen geraten können. Das gilt besonders für die Schadstoffe die vom verglimmenden Papier herrühren. Bemerkenswert ist auch die Tatsache, daß die im Nebenstromrauch — das ist der nicht vom Raucher angezogene, sondern der direkt von der Glimmzone abrauchende Rauch — enthaltenen Schadstoffe durch die in der Glimmzone befindlichen Meerschaumpartikelchen wenigstens z.T. adsorbiert werden, womit die Gesundheit der passiven Raucher, die also in einem geschlossenen Raum den Nebenstromrauch einatmen, geschützt wird. Eine entsprechende Wirkung ist mit einem Mundstückfilter nicht erzielbar, weil dieses nur den Hauptstromrauch beeinflußt.

Bei Meerschaum handelt es sich um ein Magnesiumsilikathydrat, das als Mineral unter der Bezeichnung Sepiolith bekannt ist und eine große Adsorptionsoberfläche aufweist mit einer starken Adsorptionsaffinität für Stoffe mit elektrisch polarer Molekülstruktur, wie sie vorwiegend die gesundheitsschädlichen Rauchbestandteile aufweisen. Für Stoffe, die wie die meisten unschädlichen Aromastoffe des Rauches nicht polar sind, ist die Adsorptionsaffinität des Meerschaums bedeutend geringer.

Meerschaum ist in Verbindung mit der Erfindung auch deshalb besonders geeignet, weil es sich im Gegensatz z. B. zu Aktivkohle sich nicht unter Abgabe schädlicher Gase in der Glutzone zersetzt. Die Hauptmenge der adsorbierten Schadstoffe bleibt, wenn die betreffenden Meerschaumpartikelchen in die Glutzone geraten, entweder adsorbiert oder sie zersetzen sich, und zwar in Zersetzungsprodukie, die entweder

unschädlich sind oder aber wesentlich geringere Schädlichkeit haben als die Ausgangsprodukte.

Bevorzugt bestehen die Partikelchen aus breccienartig porösem Meerschaum. Breccienartig poröser Meerschaum ist eine Abart des nicht breccienartigen Meerschaums und steht billig in großen Mengen zur Verfügung. Man findet breccienartig porösen Meerschaum beispielsweise im Madrider Tertiärbecken. Bei breccienartig porösem Meerschaum handelt es sich um ein Gestein, das sich in kochender Salzsäure 1 : 1 nicht zersetzt, sondern zu höchstens zwei Dritteln darin löslich ist und beim Erhitzen ,auf 300⁰C einen Gewichtsverlust von höchstens 15 Gewichtsprozent erleidet und einen Magne.siumgehalt von mindestens 5 Gewichtsprozent aufweist — jeweils bezogen auf die Trockensubstanz —. Dieser breccienartige poröse Meerschaum ritzt aufgrund seiner größeren Härte den nicht breccienartigen Meerschaum. Die Dichte des breccienartig porösen Meerschaums am lufttrockenen Stück gemessen beträgt etwa 1,2 Gramm pro Kubikzentimeter. Die Dichte des nicht breccienartigen Meerschaums beträgt, unter den gleichen Bedingungen gemessen, etwa 0,5 bis 0,6 Gramm pro Kubikzentimeter. Breccienartig poröser Meerschaum hat eine Oberfläche von mindestens 100 Quadratmeter pro Gramm. Wird das Meerschaummaterial fein gepulvert und die Dichte im Gaspyknometer bestimmt, dann erzielt man bei breccienartig porösem Meerschaum und bei nicht breccienartig porösem Meerschaum die gleichen Werte, nämlich 1,8 bis 2,0 Gramm pro Kubikzentimeter. Breccienartig poröser Meerschaum besteht aus gerundeten bis eckigen bräunlich weißen Bereichen, die geringfügige Farbdifferenzen gegeneinander aufweisen und durch eine weiße Matrix getrennt sind, so daß sie sich schon vom bloßen Auge erkennen lassen. Beim Hammerschlag spaltet das Gestein bevorzugt an der Oberfläche dieser Bereiche.

Man gewinnt aus breccienartig porösem Meerschaum Granulat für Zigarettenfilter. Beim Granulieren entsteht das Granulat vorwiegend aus den härteren Bereichen, während das dazwischen gelegene Matrixmaterial zu feinem Pulver zerstäubt und als Granulat nicht mehr verwertbar ist. Dieses aus; Strukturgründen für Granulat unverwertbare Material hat hervorragende Adsorptionseigenschaften mit einer erheblichen Selektivwirkung zu Gunsten polarer Schadstoffe und wird, da es zudem als Abfall bei der Granulatherstellung preisgünstig zur Verfugung steht, gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung eingesetzt. Diese Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß der beim so Granulieren des brecciösen, porösen Meerschaums auf eine Korngröße von 0,1 bis 5 Millimeter Durchmesser entstehende feinere Abfall als Adsorptionsstoff eingesetzt und dazu gegebenenfalls noch feiner gemahlen wird.

Vorzugsweise ist der mittlere Partikelchendurchmesser von mindestens drei Viertel des eingesetzten Meerschaumgewichtes so groß wie der halbe Wert plus/minus 30 Prozent der Stärke des Papiers, das mit diesen Meerschaumpartikelchen versetzt ist. Die Stärke des Zigarettenpapiers liegt normalerweise in der Größenordnung von 20 bis 30 μ. Für die Einbettung in Zigarettenpapier von 30 μ Stärke empfiehlt es sich, Meerschaum mit einem Durchschnittsdurchmesser von etwa 10 μ bis 20 μ zu verwenden.

Ist der mittlere Partikelchendurchmcsser wie angegeben, dann tragen die Meerschaumpartikelchen, mit denen das Pamer versetzt ist, nicht besonders auf, sind aber dennoch mit einem großen Teil ihrer Oberfläche freiliegend bzw. nur durch eine sehr dünne Schicht abgedeckt, durch die die Schadstoffe leicht hindurchdiffundieren können.

Wenn man die Beimischrate, also das Gewichtsverhältnis der dem Papier beigemischten Meerschaumpartikelchen zum Gewicht des betroffenen Papiers vergrößert, vergrößert sich auch die Adsorptionsrate der schädlichen Stoffe, und zwar bei kleinen Beimischraten überproportional. Die Adsorptionsrate ist das Verhältnis der adsorbierten Schadstoffmenge zur Gesamtmenge der vorhandenen Schadstoffe. Von einer bestimmten optimalen Beimischrate an, deren Größe von vielerlei Nebenbedingungen — Qualität des Meerschaums, Art der Ein- oder Anlagerung des Meerschaums u. dgl. — abhängt und die durch Probieren im Einzelfall gefunden werden kann, vergrößert sich die Adsorptionsrate jedoch nur noch in geringem Maße. Eine weitere Vergrößerung der Meerschauubeimischrate über diesen optimalen Wert hinaus ist also durch die damit erzielbare Vergrößerung der Adsorption allein nicht zu rechtfertigen, man wird sie über diesen optimalen Wert hinaus nur vergrößern, wenn man auf die Eigenschaft des Meerschaums als Füllstoff Wert legt. Wenn das nicht der Fall ist, empfiehlt es sich, das Beämischratenoptimum einzuhalten, und eine dementsprechende Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Meerschaumpartikelchen auf das Papier mit einer Beimischrate verteilt sind, die so groß ist, daß eine weitere Vergrößerung der Beimischrate weniger als eine dazu proportionale Vergrößerung der Durchschnittsadsorptionsrate der Schadstoffe Kohlenmonoxyd, Acrolein, Nitrile, Phenol und dessen Homologe und polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe, dagegen eine Verkleinerung der Beimischrate mindestens eine dazu proportionale Verkleinerung der genannten Durchschnittsadsorptionsrate bewirkt. Bevorzugt ist eine Beimischrate, bezogen auf die Trockengewichte, von 14 bis 20 %.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung von Papier mit eingebetteten Meerschaumpartikelchen ist dadurch gekennzeichnet, daß die Meerschaumpartikelchen in einen zum Herstellen des Papiers angesetzten Brei eingerührt werden, ehe dieser ausgeformt und durch Trocknen zu glimmfähigen Teilen verfestigt wird.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung von Papier mit angelagerten Meerschaumpartikelchen ist dadurch gekennzeichnet, daß ein zum Herstellen des Papiers angesetzter Brei ausgeformt und angetrocknet wird und daß auf diesen die Meerschaumpartikelchen gestreut und/oder aufgewalzt werden, so daß sie von der Restfeuchtigkeit des Breis oberflächlich benetzt werden und daß dann der Brei durch Feriigtrocknen verfestigt wird.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung und einiger Verfahrensbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 teilweise aufgebrochen von der Seite gesehen eine Zigarette nach der Erfindung,

F i g. 2 gegenüber F i g. 1 stark vergrößert und idea!^;siert eine Tabakfaser mit angelagerten Meerschaumpartikelchen und

Fig. 3 ebenfalls stark vergrößert eine Tabakfaser aufgeschnitten mit eingebetteten Meerschaumpartikelchen.

Gemäß Fig. 1 ist allgemein mit 1 die Tabakfüllung bezeichnet, die aus faserigem regeneriertem Tabak besteht. In die einzelnen Tabakfasern 2 sind, wie in

Fig. 1 durch kleine Kreise angedeutet, Meerschaumpartikelchen eingebettet. Der Tabakfüller 1 ist mit Zigarettenpapier 3 umhüllt, das entlang einer Längsnaht 4 verklebt ist, deren Leimschicht mit 5 bezeichnet ist.

Bei der in F i g. 2 dargestellten Tabakfaser ragen die idealisiert kugelförmig dargestellten Meerschaumpartikelchen 6, 7 etwa zur Hälfte aus der Oberfläche der Tabakfaser 8 heraus, während sie mit ihrer anderen Hälfte in die Tabakfaser hineinragen und dort durch die Bindemittel, mit denen auch die Tabakfaser zusammen hält, festgehalten werden.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Tabakfaser 9 sind die in diese eingebetteten Meerschaumpartikelchen 10, 11 nur in der Schnittfläche 12 sichtbar, während angelagerte Meerschaumpartikelchen teilweise sichtbar sind.

Bei den beiden in Fig. 2 und 3 dargestellten Tabakfasern handelt es sich um regenerierten Tabak, der also aus einem Brei ausgeformt ist. Statt dessen kann es sich auch um Tabakersatz oder Mischungen aus regeneriertem Tabak und Tabakersatz handeln. Die Füllung 1 kann aus Fasern gemäß F i g. 2 oder 3 bestehen.

Die Darstellungen gemäß Fig.2 und 3 können auch als Darstellungen von Zigarettenpapierstücken mit an- bzw. eingelagerten Meerschaumpartikeichen aufgefaßt werden.

Die Meerschaumpartikelchen sind gleichmäßig über die einzelnen Tabakfasern bzw. das Zigarettenpapier verteilt und gemäß Fig. 1 gleichmäßig über die ganze Zigarette verteilt.

Der Partikeldurchmesser 14 von mindestens drei Viertel des eingesetzten Meerschaumgewichtes ist so groß wie der halbe Durchschnittswert plus/minus 30 Prozent der Dicke 15 derjenigen verglimmenden Teile — regenerierter Tabak und/oder Tabakersatz die mit diesen Meerschaumpartikelchen versetzt sind. Entsprechend sind die Größenverhältnisse in F i g. 2 und 3 gezeichnet. Die Dicke 15 einer üblichen Tabakfaser beträgt etwa 130 μ. Wenn der Durchschnitlsdurchmesser der Meerschaumpartikelchen etwa 45 μ bis 85 μ, beispielsweise 50 μ beträgt, dann ist die Oberfläche dieser Meerschaumpartikelchen, soweit sie nicht aus den Fasern herausragen, jedenfalls zu einem großen Teil, dicht unterhalb der Oberfläche der Tabakfaser und damit leicht erreichbar für in den Tabak hineindiffundierende Schadstoffe, die sich dann an der Oberfläche ablagern können.

Beispiel 1

Zur Herstellung von Zigarettenpapier werden in einen Papierbrei auf 1 kg Brei 150 Gramm auf einen Durchschnittsdurchmesser von 15 μ vermahlener, breccienartig poröser Meerschaum eingerührt, ehe der Brei - ίο zum Zigarettenpapier mit einer Stärke von 30 μ verarbeitet wird.

Beispiel 2

1000 Gramm Zellstoff werden in 50 Liter Wasser dispergiert und naßvermahlen. In den entstandenen homogenen Zellstoffbrei werden 140 Gramm Meerschaumpulver eingerührt. Bei dem Meerschaumpulver handelt es sich um das bei der Herstellung von Granulat aus brecciös porösem Meerschaum anfallende feinpulverisierte Abfallmaterial, das auf einen Durchschnittsdurchmesser von 10 μ feinvermahlen ist. Durch Zugabe von Allaun (Al₂SO₄Js · 18 H₂O wird der Brei auf pH 5 eingestellt und dann auf einer Papiermaschine zu Blättern mit einem Gewicht von 70 Gramm pro Quadratmeter und 30 μ Stärke ausgeformt.

Beispiel 3

1 kg Papierbrei wird zu einem Papier von 30 μ Stärke ausgebreitet und auf dieses Papier werden, ehe das Papier vollständig ausgehärtet ist, 200 Gramm brecciös poröser Meerschaum, der auf eine Durchschnittskorngröße von 20 μ feinvermahlen ist, aufgestreut und dann eingewalzt und dann wird das Papier fertig ausgehärtet, indem die noch überschüssige Feuchtigkeit entzogen wird.

Beispiel 4

Wie Beispiel 2, jedoch werden statt der 140 Gramm Meerschaumpulver 250 Gramm Meerschaumpulver eingesetzt.

Nach allen Beispielen ergibt sich eine sehr gute Schadstoffadsorption. Die Festigkeit des Papiers ist nach den Beispielen 1 bis 3 gut, nach Beispiel 4 mangelhaft.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rauchbares Erzeugnis wie Zigarren, Zigaretten u.dgl. mit einer Papierumhüllung und mit Meerschaumpartikelchen als Adsorbens, dadurch gekennzeichnet, daß das Papier mit " ¹*erschaumpartikelchen eines Durchmessers ve ,00 μ und kleiner versetzt ist.

2. Erzeugnis nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelchen aus breccienartig porösem Meerschaum bestehen, der sich in kochender Salzsäure 1 : 1 nicht zersetzt, sondern zu höchstens zwei Dritteln darin löslich ist und der beim Erhitzen auf 300°C einen Gewichtsverlust von höchstens 15 Gewichtsprozent erleidet und der einen Magnesiumgehalt von mindestens 5 Gewichtsprozent aufweist; jeweils bezogen auf die Trockensubstanz, welcher breccienartig poröse Meerschaum aufgrund seiner größeren Härte den nicht breccienartigen Meerschaum ritzt und dessen Dichte am lufttrockenen Stück gemessen etwa 1,2 Gramm pro Kubikzentimeter beträgt gegenüber nicht breccienartigem Meerschaum, dessen unter den gleichen Bedingungen gemessene Dichte etwa 0,5 bis 0,6 Gramm pro Kubikzentimeter beträgt und welcher breccienartig poröser Meerschaum eine Oberfläche von mindestens 100 Quadratmeter pro Gramm aufweist.

3. Erzeugnis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Granulieren des brecciösen, porösen Meerschaums auf eine Korngröße von 0,1 bis 5 Millimeter Durchmesser entstehende feinere Abfall als Adsorptionsstoff eingesetzt wird.

4. Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Partikelchendurchmesser von mindestens drei Viertel des eingesetzten Meerschaumgewichtes so groß ist wie der halbe Wert plus/minus 30 Prozent der Stärke des Papiers, das mit diesen Meerschaumpartikelchen versetzt ist.

5. Rauchbares Erzeugnis nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meerschaumpartikelchen auf das Papier mit einer Beimischrate verteilt sind, die so groß ist, daß eine weitere Vergrößerung der Beimischrate weniger als eine dazu proportionale Vergrößerung der Durschnittsadsorptionsrate der Schadstoffe Kohlenmonoxyd, Acrolein, Nitrile, Phenol und dessen Homologe, sowie polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe bewirkt, dagegen eine Verkleinerung der Beimischrate mindestens eine dazu proportionale Verkleinerung der genannten Durchschnittsadsorptionsrate bewirkt.

6. Verfahren zur Herstellung von Papier mit eingebetteten Meerschaumpartikelchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meerschaumpartikelchen in einen zum Herstellen des Papiers angesetzten Brei eingerührt werden, ehe dieser ausgeformt und durch Trocknen zu glimmfähigen Teilen verfestigt wird.

7. Verfahren zur Herstellung von Papier mit angelagerten Meerschaumpartikelchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zum Herstellen des Papiers angesetzter Brei ausgeformt und angetrocknet wird und daß auf diesen die Meerschaumpartikelchen gestreut und/oder aufgewalzt werden, so daß sie von der Reütfeuchtigkeit des Breis oberflächlich benetzt werden und daß dann der Brei durch Fertigtrocknen verfestigt wird.