DE2515433A1

DE2515433A1 - Rauchgemische

Info

Publication number: DE2515433A1
Application number: DE19752515433
Authority: DE
Inventors: Richard Hugh Banwell; Manchester Blackley; Henry Russell Hincklieff
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1974-05-02
Filing date: 1975-04-09
Publication date: 1975-11-20
Also published as: SE7504986L; BE828125A; LU72389A1; AU7953975A; NO751053L; JPS50154499A; HU169856B; ES437385A1; NL7504096A; DD117337A5; GB1502419A; FR2269309A1; DK192875A; CH599761A5; ZA751868B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Rauchgemische, insbesondere auf Tabakersatzprodukte, in Filmform und auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Rauchgemische.

Es ist bekannt, Rauchgemische in Pilmform dadurch herzustellen, daß man eine pastose wäßrige Masse der Bestandteile durch einen Kalander, einen Walzenstuhl oder einen Extruder hindurchführt. Diese Filme können in solcher Weise geprägt oder gekräuselt werden, daß die scheinbare Dichte verringert wird. Normalerweise wird aber dabei der Film an bestimmten Stellen verdichtet, was zu einer ungleichförmigen Textur führt.

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Gemäß der Erfindung wird nunmehr ein Rauchgemisch in Filmform vorgeschlagen, das einen Binder und einen organischen Füllstoff enthält, wobei der Film durchgehend unverrichtet ist und auf einer Oberfläche dicht beieinanderliegende parallele Rippen aufweist.

Die andere Oberfläche des Films kann eben sein. Zusätzlich kann der unverdichtete Film ein Prägemuster aufweisen.

Binder, die für die erfindungsgemäßen Rauchgemische verwendet werden, sind vorzugsweise wasserlösliche Zelluloseäther, insbesondere Carboxymethylzellulose und deren Salze. Es können aber auch andere Binder verwendet werden, wie z.B. Naturgummis, Guargummis, Johannisbrotgummis, Stärken, Pectine, Schleim und Polyvinylalkohol. Der Binder kann einen Weichmacher, wie z.B. Glycerin, Äthylenglycol oder Polyäthylen· glycol, enthalten.

Gegebenenfalls kann das Rauchgemisch soviel Binder enthalten, daß dieser im wesentlichen das gesamte brennbare Material oder den gesamten raucherzeugenden Brennstoff bildet. Teilchenförmige Brennstoffe können jedoch ebenfalls anwesend sein, wie z.B. Kohlehydrate, beispielsweise Zellulose, modifizierte Kohlehydrate, Kohle oder Tabak.

Der Ausdruck "modifiziertes Kohlehydrat" bezieht sich auf ein chemisch modifiziertes Kohlehydrat und besagt, daß das ursprüngliche Kohlehydrat eine Änderung der chemischen Natur erfahren hat.

Ein modifiziertes Kohlehydrat, das als raucherzeugender Brennstoff in den Rauchgemischen vorhanden sein kann, ist

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vorzugswelse ein thermisch abgebautes Kohlehydrat, insbesondere thermisch abgebaute Zellulose, wie es beispielsweise gemäß dem Verfahren der GB-PS 1 113 979 hergestellt werden kann, welches darin besteht, daß man das Kohlehydrat einem katalysierten Abbau bei einer Temperatur von 1OO-25O°C (oder bei einer höheren Temperatur, wie es in der GB-PA 4O32M/72 beschrieben ist) unterwirft, bis das Gewicht des abgebauten Materials weniger als 90? des Trockengewichts des ursprünglichen Kohlehydrats ausmacht.

Weitere Beispiele für modifizierte Kohlehydrate, die als raucherzeugende Brennstoffe in den Rauchgemischen vorhanden sein können, sind oxydierte Zellulosen(siehe beispielsweise Kenyon et al "Industrial and Engineering Chemistry", Band ¹H, Seiten 2 und folgende).

Der raucherzeugende Brennstoff in den Rauchgemischen kann auch aus einem festen Kondensat bestehen, das durch sauer oder basisch katalysierte Kondensation einer Verbindung der Formel

R¹CO CH₂.CH₂ COR²

(oder eines Vorläufers davon) hergestellt worden ist, wobei

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R und R , welche gleich oder verschieden sein können, jeweils für ein Wasserstoffatom oder eine Alkyl-, Hydroxyalkyl- oder Formylgruppe stehen. Solche Kondensate sind in verarbeiteter Form in der GB-PS 1 298 35¹* beschrieben.

Anorganische Füllstoffe sind vorzugsweise in hohen Mengen vorhanden, um die Bildung von schädlichen Bestandteilen im Rauch gering zu halten. Rauchgemische, die einen hohen

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Anteil an organischem Füllstoff enthalten, stellen den Gegenstand der GB-PSen 1 299 296 und 1 244 441 dar.

In den Rauchgemischfilmen der vorliegenden Erfindung können die parallelen Rippen üblicherweise mit dem bloßen Auge oder einer einfachen Vergrößerungslinse gesehen werden. Typischerweise sind ungefähr 10-30 Rippen je cm bei Filmen mit 0,04 bis 0,30 mm Dicke vorhanden. Die bevorzugten Filme zeigen 10 bis 20 Rippen Je cm und haben eine Dicke von 0,06 bis 0,10 mm.

Der Ausdruck "unverdichtet", wie er hier auf die Rauchgemischfilme angewendet wird, ist im allgemeinen Sinn zu verstehen. Die Filme sind nicht vollständig homogen, da sie notwendigerweise mindestens zwei physikalische Phasen, eine Binderphase und eine anorganische feste Phase, sowie gegebenenfalls auch teilchenförmigen Brennstoff als dritte Phase enthalten. Die Filmquerschnitte zeigen unter dem Mikroskop keine starken Variationen in der Verteilung der Bestandteile innerhalb des Films und zeigen außerdem keinerlei Verdichtung der Bestandteile am Boden der Rippen, was zu beträchtlichen Dichteschwankungen innerhalb des Films führen würde.

Die beigefügten Zeichnungen zeigen in vergrößertem Maßstab Teile von zwei Rauchgemischfilmen, welche spezielle Ausführungsformen der Erfindung bilden.

Eine erste Ausführungsform ist in den Figuren 1 bis 3 zu sehen, wobei die Fig. 1 eine Aufsicht, die Fig. 2 einen Schnitt und die Fig. 3 eine isometrische Darstellung zeigt.

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Wie es am besten aus den Figuren 2 und 3 ersehen werden kann, besitzt dieser Film eine ebene Oberfläche, während die andere Oberfläche mit einer Reihe von im gleichen Abstand angeordneten Rippen von etwa gleicher Höhe versehen ist. Von oben gesehen zeigt der Film eine Reihe von im gleichen Abstand angeordneten parallelen Linien auf einer Oberfläche.

Eine zweite Ausführungsform ist in den Figuren A bis 6 gezeigt, wobei die Fig. 4 eine Aufsicht, die Fig. 5 einen Schnitt und die Fig. 6 eine isometrische Darstellung zeigt.

Dieser Film besitzt eine ebene Oberfläche, während die andere Oberfläche mit parallelen Rippen und einem Rautenmister versehen ist. Bei dieser speziellen Ausführungsform sind die Rippen (A), welche das Rautenmuster bilden, höher als die enger beieinanderliegenden parallelen Rippen (B) (obwohl dies nicht unbedingt der Fall sein muß). Von oben gesehen zeigt der Film in erster Linie eine mit Rauten versehene Oberfläche und schwächer eine Reihe von nahe beieinander angeordneten parallelen Linien, die durch das Rautenmuster hindurchlaufen.

Infolge der Rippen und der daraus resultierenden Lufträume zwischen denselben haben die erfindungsgemäßen Rauchgemischfilme eine niedrigere scheinbare Dichte als entsprechende Filme mit zwei glatten Oberflächen. Mit dem Ausdruck "scheinbare Dichte" ist die Dichte gemeint, die aus dem Gewicht je Flächeneinheit und der Dicke des Films über den Rippen errechnet wird. Nach dem Schneiden, wie es bei einem Tabak vorgenommen wird, besitzen die Rauchgemische ein verbessertes Fül!vermögen für Zigaretten im Vergleich zu Filmen mit

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glatten Oberflächen, d.h., sie besitzen eine erhöhte •Stabilität, so daß Zigaretten mit einer Standardfestigkeit oder mit einem Standardgriff aus einem geringeren Materialgewicht hergestellt werden können. Da dieser Film unverdichtet ist, besitzt er vorzügliche Brenneigenschaften.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herr stellung eines Rauchgern!schfilms, welches dadurch ausgeführt wird, daß man eine pastöse Masse herstellt, die Binder, anorganischen Füllstoff und Wasser enthält, wobei die pastöse Masse einen niedrigen Phasenwinkel aufweist, d.h. also, daß es mehr einem viscoelastischen Material als einer viskosen Flüssigkeit entspricht, wobei es insbesondere einen Phasenwinkel von 2 bis ^5 besitzt, wenn es unter oszillierenden Scherbedingungen mit kleinen Amplituden unter Verwendung eines Weißenberg-Rheogoniometers getestet wird, und daß man hierauf diese pastöse Masse einen Walzenstuhl zuführt, worin aufeinanderfolgende Walzen mit höheren Umfangsgeschwindigkeiten arbeiten, wobei die Geschwindigkeiten und die Abstände zwischen den Walzen so eingestellt werden, daß ein Film entsteht, von dem eine Oberfläche mit parallelen Rippen versehen ist.

Wenn der beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Walzenstuhl Walzen mit glatten Oberflächen aufweist, dann ist die nicht mit Rippen versehene Oberfläche des Films eben.

Die Bestimmung des Phasenwinkels einer pastösen Masse ist ein Standardverfahren, das beispielsweise in "Testing of Materials by means of the Rheogoniometer" - K.Weissenberg, herausgegeben von Sangamo Controls Limited of Bognor Regis.,

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beschrieben 1st. Das Instrument ist ebenfalls beschrieben und zwar in "Rheology, Theory & Application ", von Frederick R. Eirich, Band II (Academic Press Inc. New York) Seite 511.

Um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, müssen die Walzenabstände und die relativen Umfangsgeschwindigkeiten so eingestellt werden, daß der mit Rippen versehene Film erhalten wird. Die Einstellung hängt von der Viscoelastizität, d.h. dem Phasenwinkel, der pastösen Masse ab, die wiederum von den Bestandteilen derselben, insbesondere dem Binder, und der vorhandenen Wassermenge abhängt. Bei Verwendung von Zelluloseäthern und insbesondere Carboxymethylzellulose und Salzen derselben, ganz besonders Natriumcarboxymethylzellulose, als Binder, haben pastose Massen mit einem Phasenwinkel von 2° bis 45° im allgemeinen Feststoffgehalte zwischen 40 und 80 Gew.-?. Bei Verwendung eines Walzenstuhls mit drei Walzen, beispielsweise eines federbelasteten Walzenstuhls, hat sich gezeigt, daß das e rf indunpts gemäße Verfahren mit einer solchen Masse durchgeführt werden kann, wenn der Abstand zwischen den Walzen ungefähr 0,04 mm beträgt. Die Verhältnisse der Umfangsgeschwindigkeit zwischen der ersten, zweiten und dritten Walze können dann beispielsweise 1:2:¹I bis 1:4:25 sein. Wenn ein erster Versuch zur Herstellung eines mit Rippen versehenen Films fehlschlägt, dann ist es ganz einfach, die Abstände und/oder die Umfangsgeschwindigkeiten so zu verändern, bis der gewünschte Effekt eintritt, üblicherweise wird ein Film mit glatten Oberflächen oder ein unzufriedenstellender mit Rippen versehener Film erhalten, wenn die Walzenabstände zu groß sind oder wenn ein unzureichender Unterschied zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten dsr Walzen besteht oder wenn die pastöse Masse für die betreffende Abstands- und/oder Rollengeschwindigkeitseinstellung eine zu hohe Viskosität aufweist.

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Die Anzahl der Walzen in. dem beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Walzenstuhl ist nicht kritisch. Ein einfacher Walzenstuhl mit zwei Walzen kann gegebenenfalls verwendet werden, aber eine bessere Rippenbildung wird erhalten, wenn ein Walzenstuhl mit drei oder vier Walzen oder ein L-Walzenstuhl oder Z-Walzenstuhl verwendet wird. Gegebenenfalls kann der Walzenstuhl rund um die letzte Walze ein endloses Band aufweisen, wobei dieses Band durch den Spalt hindurchgeht, der mit der vorletzten Walze gebildet wird.

Die Erfindung kann mit Vorteil dazu verwendet werden, während der Herstellung von geprägten Filmen überlagernde · parallele Rippen zu erzielen, wodurch die richtungsabhängigen Charakteristiken des Films vermehrt oder modifiziert oder neue Oberflächeneffekte erzielt werden. Beispielsweise kann beim erfindungsgemäßen Verfahren eine Walze des Walzenstuhls oder ein zwischen die Walzen hindurchlaufendes Band ein Oberflächenmuster tragen, das der pastösen Masse erteilt wird. Durch das gleichzeitige Antreiben aufeinanderfolgender Walzen mit höheren Umfangsgeschwindigkeiten werden dabei auf einer Fläche noch dicht aneinander angeordnete parallele Rippen erhalten.

Auf diese Weise werden Filme mit einer Kombination aus parallelen Rippen und einem Prägemuster erhalten. Durch die Verwendung eines Bands mit einem Rautenmuster kann gewünschtenfalls ein Film hergestellt werden, der an ein gewebtes Material erinnert und wegen der Zwischenräume, die zusätzlich zu den durch die parallelen Rippen gebildeten vorhanden sind, eine sehr niedrige scheinbare Dichte besitzt. Solche Filme können beispielsweise eine Dicke von 0,05 bis 0,07 mm und ein Grundgewicht von 35 bis 65 g/m

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sowle Dichten von 0,7 bis 0,8 g/cnr besitzen.

Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel näher erläutert, worin die Teile und Prozentangaben in Gewicht ausgedrückt sind.

Beispiel 1

Eine pastose Masse wird dadurch hergestellt, daß die folgenden Bestandteile in einer Sigma-Blatt-Mischmaschine gemischt werden.

Teile

Natriumcarboxymethylzellulose
(Viskosität einer l^igen Lösung
= 300 Centipoise) 100

Thermisch abgebaute Zellulose

(hergestellt durch Imprägnieren
mit 5% Ammoniumsulfamat und Erhitzen auf 265 C bis zu einem
Gewichtsverlust von 27,5*) 106

Glycerin 40

Magnesiumcarbonat 112

Kaliumcarbonat 65

Wasser 348

Dieses Material besitzt einen Phasenwinkel von 10° bis 12 , wenn es unter den oben beschriebenen Standardbedingungen getestet wird.

Das Material wird in einen Walzenstuhl mit drei Walzen eingeführt, wobei sich die erste und die zweite Walze nahezu berühren und ein Abstand von ungefähr 0,04 mm zwischen der zweiten und dritten Walze besteht. Die Laufgeschwin-

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digkeiten sind wie folgt:

Erste Walze 17 U/min - Umfangsgeschwindigkeit 0,11 m/sec Zweite Walze 50 U/min - Umfangsgeschwindigkeit 0,33 m/sec Dritte Walze 150 U/min - Umfangsgeschwindigkeit 1,00 m/sec.

Wenn der von der dritten Walze abgenommene Film durch ein Elektronenmikroskop beobachtet wird, dann zeigt er eine gleichförmige Konsistenz und gleichförmige angeordnete Rippen mit einer Häufigkeit von ungefähr 25 Rippen/cm. Die Höhe einer jeden Rippe beträgt ungefähr 0,06 bis 0,10 mm, wobei die Filmdicke zwischen den Rippen ungefähr 0,03 inm beträgt. Die Rippen können mit dem bloßen Auge gesehen werden. Die scheinbare Dichte des Films nach dem Trocknen beträgt ungefähr 6 g/cm . Das Grundgewicht ist ungefähr 55 g/m .

Filme, die in üblicher Weise aus dem gleichen Material auf eine Dicke von ungefähr 0,08 mm hergestellt worden sind, besitzen glatte obere und untere Oberflächen, ein Grundgewicht von 85-I3O g/m² und Dichten von 0,9-1,^ g/cm^. Sie sind deshalb für Standardzigaretten aufgrund ihres geringeren Füllvermögens weniger wirtschaftlich.

PATENTANSPRÜCHE:

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Rauchgemisch in Filmform, welches einen Binder und einen anorganischen Füllstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Film durchgehend unverdichtet ist und auf einer Oberfläche parallele Rippen aufweist.
2. Rauchgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Oberfläche des Films eben ist.
3. Rauchgemisch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Film eine Dicke von 0,0*1 bis 0,30 mm aufweist, wobei 10 bis 30 parallele Rippen je cm vorliegen.
M. Rauchgemisch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Film eine Dicke von 0,06 bis 0,10 mm aufweist, wobei 10 bis 20 parallele Rippen je cm vorliegen.
5. Rauchgemisch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Film ein zusätzliches Prägemuster aufweist.
6. Rauchgemisch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder im wesentlichen das gesamte brennbare Material bestreitet.
7· Rauchgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auch ein teilchenförmiger Brennstoff vorliegt.

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8. Rauchgemisch nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der teilchenförmige Brennstoff aus einem modifizierten Kohlehydrat besteht.
9· Rauchgemisch nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der teilchenförmige Brennstoff aus einem thermisch abgebauten Kohlehydrat besteht, das dadurch hergestellt worden ist, daß man ein Kohlehydrat bei einer Temperatur von mindestens 100⁰C einem katalysierten Abbau unterwirft, bis das Gewicht des abgebauten Materials weniger als 90 Gew.-ί des ursprünglichen Kohlehydrats beträgt.
10. Rauchgemisch nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der teilchenförmige Brennstoff aus thermisch abgebauter Zellulose besteht.
11. Rauchgemisch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder aus Carboxymethylzellulose oder einem Salz davon besteht.
12. Verfahren zur Herstellung eines filmförmigen Rauchgemischs, dadurch gekennzeichnet, daß man eine pastöse Masse herstellt, die einen Binder, einen anorganischen Füllstoff und Wasser enthält, wobei die pastöse Masse einen niedrigen Phasenwinkel aufweist, und daß man die pastöse Masse in einen Walzenstuhl einführt, ±n welchem aufeinanderfolgende Walzen mit immer höheren Umfangsgeschwindigkeiten arbeiten, wobei diese Geschwindigkeiten und die Abstände zwischen den Walzen so eingestellt werden, daß ein Film entsteht, der auf einer Oberfläche mit dicht aneinanderliegenden parallelen Rippen versehen ist.
13· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die pastöse Masse einen Phasenwinkel von 2 bis M5° aufweist, wenn sie unter oszillierenden Scherbedingungen

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getestet wird.
l4. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die pastöse Masse als Binder Carboxyraethylzellulose oder ein Salz davon enthält und einen Peststoffgehalt von UO bis 80 Gew.-% aufweist.
15· Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Walzenstuhl mit drei Walzen ausgeführt wird, worin der nominale Abstand zwischen den Walzen ungefähr 0,04 mm beträgt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeiten zwischen der ersten, zweiten und dritten Walze des Walzenstuhlszwischen 1:2:4 und 1:4:25 liegt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis l6, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Walzenstuhl ausgeführt wird, bei dem um die letzte Walze und durch den zwischen der letzten und der vorletzten Walze gebildeten Spalt ein endloses Band läuft.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den parallelen Rippen eine Prägung auf den Film mittels eines Walzenstuhls aufgebracht wird, bei dem eine Walze oder ein zwischen die Walzen hindurchlaufendes Band ein Oberflächenmuster trägt, welches auf die pastöse Masse übertragen wird.

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