DE2744728A1 - PROCESS FOR THE PYROLYTIC PRODUCTION OF TOBACCO SUBSTITUTES - Google Patents
PROCESS FOR THE PYROLYTIC PRODUCTION OF TOBACCO SUBSTITUTESInfo
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Description
Dn.-Ing. Reiman König · Dipl.-lng. Klaus BergenDn.-Ing. Reiman König · Dipl.-Ing. Klaus Bergen
^A A 7 2^ A A 7 2
3. Oktober 1977 31 802 KOctober 3, 1977 31 802 K
Gallaher Limited, 138 York Street, Belfast, Nord-Irland "Verfahren zum pyrolytischen Herstellen von Tabakersatz" Gallaher Limited, 138 York Street, Belfast , Northern Ireland "Process for the pyrolytic manufacture of tobacco substitutes"
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum pyrolytischen Herstellen von Tabakersatz, bei dem ein Strang aus Viskosefasern pyrolysiert wird.The invention relates to a method for the pyrolytic production of tobacco substitutes, in which a strand from Viscose fibers are pyrolyzed.
Aus der US-Patentschrift 3 545 448 und der britischen Patentschrift 1 113 979 sind bereits Verfahren zum pyrolytischen Herstellen von Tabakersatz bekannt, bei denen Zellulosepapier bei einer Temperatur von 2500C thermisch abgebaut wird. Dabei stellt sich ein Gewichtsverlust von höchstens 40% ein und geht der Abbau der Zellulose bis zum Kohlenstoff allzu langsam vonstatten, als daß es im Vergleich zu natürlichem Tabak zu einer merklichen Abnahme des Gehaltes schädlicher organischer Substanzen im bei der Verbrennung entstehenden Rauch kommt. Darüber hinaus enthält das Abbauprodukt eine Reihe von Bestandteilen, die ihrerseits in unerwünschter Weise in die Dampfphase des Rauchs übergehen können. Schließlich eignet sich das Abbauprodukt auch deswegen nur wenig als Tabakersatz, weil es sich schwierig handhaben lässt, einen hohen Druckabfall bewirkt und keine ausreichende Festigkeit der daraus hergestellten Zigaretten ergibt.Processes for the pyrolytic production of tobacco substitutes in which cellulose paper is thermally degraded at a temperature of 250 ° C. are already known from US Pat. No. 3,545,448 and British Pat. No. 1,113,979. This results in a weight loss of no more than 40% and the degradation of the cellulose to carbon is too slow for there to be a noticeable decrease in the content of harmful organic substances in the smoke produced during combustion compared to natural tobacco. In addition, the degradation product contains a number of components which in turn can undesirably pass into the vapor phase of the smoke. Finally, the degradation product is not very suitable as a tobacco substitute because it is difficult to handle, causes a high pressure drop and does not give the cigarettes made from it sufficient strength.
Des weiteren ist es aus der US-Patentschrift 3 738 374 bekannt, Tabakersatz aus Kohlenstoff- oder Graphitfasern her-Furthermore, it is known from US Pat. No. 3,738,374, Tobacco substitutes made from carbon or graphite fibers
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zustellen. Herkömmliche Graphitfasern vermögen jedoch an Luft nicht zu verbrennen, weswegen es erforderlich ist, ein Oxydationsmittel zu inkorporieren, das notwendigerweise Fremdelemente einschleppt und zu einer unkontrollierten Gefährdung des Rauchers führen kann.to deliver. However, conventional graphite fibers are capable of Not to burn air, therefore it is necessary to incorporate an oxidizing agent, which is necessarily foreign elements and can lead to an uncontrolled risk to the smoker.
Weiterhin beschreibt die US-Patentschrift 3 861 401 ein Verfahren zum Pyrolysieren von Zellulosefäden bei Temperaturen bis 375°C mit einem Gewichtsverlust bis 70%. Der Kohlenstoffgehalt der pyrolysierten Fäden ist jedoch zu gering. Außerdem bleiben die physikalischen Daten der zu pyrolysierenden Zellulosefäden unberücksichtigt.US Pat. No. 3,861,401 also describes a method for pyrolysis of cellulose threads at temperatures up to 375 ° C with a weight loss of up to 70%. The carbon content however, the number of pyrolysed threads is too small. In addition, the physical data of those to be pyrolyzed remain Cellulose threads not taken into account.
Schließlich ist aus der britischen Patentschrift 1 43I 045 ein im wesentlichen aus einem Kohlestoffglimmstoff bestehender Tabakersatz bekannt, der, von inerten Füllstoffen abgesehen, zu mindestens 80%, vorzugsweise über 90% aus Kohlenstoff besteht und außer Kohlenwasserstoffen und Sauerstoff keine weiteren Elemente enthält. Dieser Glimmstoff wird durch gesteuertes Pyrolysieren von Zellulose hergestellt. Dabei bestehen sowohl das AusgangsinateriaL als auch der Glimmstoff vorzugsweise aus einem zusammenhängenden Faserwerk mit einem Querschnitt von 1 bis 50 pm. Bei der Pyrolyse wird die Zellulose solchermaßen abgebaut, daß beim Verglimmen des Abbauprodukts im wesentlichen nur Kohledyoxid und Wasser, d.h. auch beim Inhalieren völlig unschädliche Substanzen entstehen. Für die Verwendung als Tabakersatz wird das Abbauprodukt in üblicher Weise mit bestimmten Substanzen wie Geschmacksstoffen, Rauchbildnern und das Glimmverhalten beeinflussenden Stoffen einschließlich Aschebildnern versetzt.Finally, from British Patent Specification 1 431 045 one consisting essentially of a carbon glow material Tobacco substitute is known which, apart from inert fillers, consists of at least 80%, preferably over 90%, carbon and contains no other elements apart from hydrocarbons and oxygen. This glow substance will produced by controlled pyrolysis of cellulose. Both the source material and the Glimmstoff preferably made of a coherent fiber system with a cross section of 1 to 50 μm. During pyrolysis the cellulose is degraded in such a way that when the degradation product dies, essentially only carbon dioxide and Water, i.e. completely harmless substances are also produced when inhaling. For use as a tobacco substitute is made the degradation product in the usual way with certain substances such as flavorings, smoke formers and the smoldering behavior influencing substances including ash builders.
Aus der deutschen Offeniegungsschrift 2 416 876 ist esFrom the German Offenlegungsschrift 2 416 876 it is
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schließlich bekannt, rekonstituierte Zellulose in Form einer Viskose als Ausgangsmaterial zum Herstellen eines Glimmstoffes zu verwenden. Versuche haben in diesem Zusammenhang ergeben, daß Viskose angesichts hoher Verfügbarkeit mit eingestellten und gleichmäßigen Abmessungen sowie einer bei Verwendung irgendeiner natürlichen Zellulosefaser nicht erreichbaren Zusammensetzung ein ausgezeichnetes Ausgangsmaterial ist. Bei der Verwendung von Viskose ergibt sich daher ein Tabakersatz, der sich in Massenproduktion mit genau denjenigen Eigenschaften herstellen läßt, die Versuche als am meisten wünschenswert ergeben haben. Abgesehen von der zuverlässigen Reproduzierbarke Lt, zeichnen sich Viskosefasern durch einen hohen Biegemodul sowohl vor als auch nach der Pyrolyse aus, was deren Handhabung außerordentlich vereinfacht .Finally known, reconstituted cellulose in the form of a viscose as a starting material for the production of a glow substance to use. Experiments in this connection have shown that viscose, in view of its high availability, is also discontinued and uniform dimensions and one unattainable using any natural cellulose fiber Composition is an excellent starting material. The use of viscose therefore results a tobacco substitute that can be mass-produced with exactly the same properties as the attempts at most desirable have resulted. Apart from the reliable reproducibility Lt, viscose fibers stand out due to a high flexural modulus both before and after pyrolysis, which greatly simplifies their handling .
Aus der britischen Patentschrift 1 269 057 ist es zudem bekannt, einen Kammzug aus regenerierten Zellulosefasern ohne thermische Zusetzung mit Tabakgeschmackstoffen zu imprägnieren und zu Zigaretten zu verarbeiten.It is also from British patent specification 1,269,057 known, a sliver of regenerated cellulose fibers Impregnate with tobacco flavorings without thermal addition and to process them into cigarettes.
Bei der Pyrolyse der Zellulosefasern nach dem Verfahren der britischen Patentschrift 1 431 045 und der deutschen Offenlegungsschrift 2 416 876 läßt sich ein Gewichtsverlust von 80% oder mehr nicht erreichen und ergibt sich zwar ein aus kohärenten Fasern mit einer gewissen Flexibilität bestehender Glimmstoff, dessen Handhabungsfestigkeit ist jedoch geringer als bei dem Ausgangsmaterial und bei geschnittenem Naturtabak unterlegen. Demzufolge können beim Verarbeiten eines solchen Glimmstoffs beispielsweise zu kontinuierlichen Zigarettensträngen in herkömmlichen Maschinen Schwierigkeiten auftreten und darf die Handhabung des Glimmstoffs nicht zu weit gehen, um Gliminstoffbruch und -staub mit entsprechenden MateriaLverlusten zu vermeiden.During the pyrolysis of cellulose fibers by the process British Patent 1,431,045 and German Offenlegungsschrift 2,416,876 disclose weight loss of 80% or more and does not result in a made of coherent fibers with a certain flexibility, but its handling strength is lower than with the raw material and inferior with cut natural tobacco. As a result, the Processing such a glow substance into continuous cigarette rods in conventional machines, for example Difficulties arise and the handling of the corona must not go too far to avoid breakage and dust with corresponding material losses.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Nachteile zu vermeiden und insbesondereein Verfahren zu schaffen, mit dem sich ein Glimmstoff bzw. Tabakersatz mit sehr hohem Kohlestoffgehalt herstellen läßt. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art ein Viskosefaserstrang bis auf einen Kohlestoffgehalt von mindestens 90% pyrolysiert und anschließend mit den bei Tabakersatz erforderlichen Zusatzstoffen versehen wird.The invention is therefore based on the object of the aforementioned To avoid disadvantages and in particular to create a method with which a glow substance or tobacco substitute can be produced with a very high carbon content. The solution This task is that in a method of the type mentioned above, a viscose fiber strand except for one Carbon content of at least 90% pyrolyzed and then with the additives required for tobacco substitutes is provided.
Ein Viskosefaserstrang läßt sich sowohl bei der Pyrolyse als auch während der nachfolgenden Verfahrensstufen außerordentlich leicht handhaben. So können bei der Pyrolyse mehrere Stränge gestapelt oder auch Seite an Seite zu einer Matte nebeneinander gelegt werden und anschließend beispielsweise zu Pfeifentabakersatz oder für eine Tabakmischung geschnitten werden. Vorzugsweise besitzt der Strang einen für ein direktes Einrollen bzw«, Umhüllen mit einer zylindrischen Hülle beim Herstellen eines kontinuierlichen Zigarettenstrangs geeigneten Querschnitt. Das gewährleistet ein Minimum an Handhabung und ergibt beim Schneiden nach dem Umhüllen einzelne Zigarettenrohlinge für das Anbringen eines Filtermundstücks und ein anschließendes Verpacken in der Art, wie es bei herkömmlichen Zigaretten üblich ist. Als Strang gilt im vorliegenden Zusammenhang ein kontinuierliches Faserbündel, dessen Fasern auch gruppenweise miteinander verdrillt oder vor oder nach der Pyrolyse miteinander verflochten sein können, um die Längsfestigkeit des Strangs zu erhöhen und eine gleichmäßige Längsdichte zu gewährleisten. Der Strang kann im wesentlichen aus durchgehenden Fasern bestehen und eine Art Tau bilden, wenngleich üblicherweise Stapelfasern zur Verwendung kommen und sich alsdann eine Art Kammzug ergibt. In diesem Falle beträgt die Faserlänge vorzugsweise 20 bisA viscose fiber hank can be used both in the pyrolysis as well as extraordinary during the subsequent process stages easy to handle. During pyrolysis, several strands can be stacked or side by side to form one Mats can be placed next to each other and then cut, for example, into a pipe tobacco substitute or for a tobacco mixture will. The strand preferably has one for direct curling or wrapping with a cylindrical one Sheath suitable cross-section when producing a continuous cigarette rod. That guarantees a minimum in handling and results in individual cigarette blanks for attaching a filter mouthpiece when cutting after wrapping and subsequent packaging in the manner customary for conventional cigarettes. A strand counts in the present context a continuous fiber bundle, the fibers of which are also twisted or twisted together in groups can be intertwined before or after pyrolysis in order to increase the longitudinal strength of the strand and a to ensure uniform longitudinal density. The strand can consist essentially of continuous fibers and one Form a kind of rope, although staple fibers are usually used and then a kind of sliver results. In this case, the fiber length is preferably 20 to
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100 mm. Diese Länge gilt für die Verwendung des Glimmstoffs als Tabakersatz zum Herstellen von Zigaretten und trägt der Tatsache Rechnung, daß die Fasern während der Pyrolyse einer Längenabnahme von etwa 30% unterliegen und daß es am Ende einer üblicherweise etwa 56 mm langen Zigarette nicht zu Verlusten kommen sollte.100 mm. This length applies to the use of the glow substance As a tobacco substitute for the manufacture of cigarettes and takes into account the fact that the fibers during pyrolysis of a Subject to a decrease in length of about 30% and that it is not at the end of a usually about 56 mm long cigarette Losses should come.
Auch das Längengewicht spielt eine erhebliche Rolle. So haben Versuche mit Längengewichten von 0,14 bis 5,6 tex gezeigt, daß höhere Längengewichte angesichts des beiüer Pyrolyse entstehenden spröden Kohlenstoffs ungeeignet sind. Sehr niedrige Längengewichte ergeben hingegen bei der Pyrolyse einen zu einem allzu hohen Saugewiderstand führenden Kohlenstoff. Das Längengewicht sollte daher 0,6 bis 2,2 tex betragen.Length weight also plays a significant role. Experiments with length weights of 0.14 to 5.6 tex has shown that higher linear weights are unsuitable in view of the brittle carbon formed during pyrolysis. In contrast, very low linear weights result in an excessively high suction resistance during pyrolysis Carbon. The length weight should therefore be 0.6 to 2.2 tex.
Die Fasern sind im Hinblick auf ein hohes Füllvermögen vorzugsweise gekräuselt. Bei einer unter Verwendung solcher Fasern hergestellten Zigarette lassen sich eine bestimmte Härte und ein bestimmter Druckabfall mit weniger Fasermaterial einstellen als bei der Verwendung nicht gekräuselter Fasern. Obwohl sich ein hoher Kräuselgrad empfiehlt, sollten die Fasern nicht mehr als acht vollständige Wellen je Zentimeter aufweisen, da dies auf Fasern geringen Längengewichts beschränkt ist, die sich wegen ihres hohen Zugwiderstandes ohnehin nicht eignen. Vorzugsweise weisen die Fasern daher sechs bis acht Wellen je Zentimeter auf.The fibers are preferable from the viewpoint of high bulkiness ruffled. In the case of a cigarette made using such fibers, a certain Set hardness and a certain pressure drop with less fiber material than when using non-crimped material Fibers. Although a high degree of curl is recommended, the fibers should not exceed eight complete waves per centimeter have, since this is limited to fibers of low linear weight, which are because of their high tensile resistance not suitable anyway. The fibers therefore preferably have six to eight waves per centimeter.
Viskosefasern gibt es mit rundem und rechteckigem Querschnitt; bei Versuchen hat sich jedoch gezeigt, daß sich Fasern mit rechteckigem Querschnitt nicht in dem erforderlichen Maße kräuseln lassen, so daß die gekräuselten Fasern einen runden Querschnitt besitzen sollten.Viscose fibers are available with round and rectangular cross-sections; Tests have shown, however, that fibers with a rectangular cross-section are not to the required extent let crimp so that the crimped fibers should have a round cross-section.
Aufgrund der vorstehenden Überlegungen sollte sich derBased on the above considerations, the
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Strangquerschnitt aus 2000 bis 72 000 Fasern zusammensetzen und der Strang nach der Pyrolyse ein Längengewicht von 1,5 bis 7 g/m besitzen. Nach der Pyrolyse beträgt der mittlere Durchmesser der Fasern vorzugsweise 5 bis 50 um oder bei Kräuselfasern auch höchstens 35Assemble strand cross-section from 2000 to 72,000 fibers and the strand after pyrolysis a length weight of 1.5 up to 7 g / m. After pyrolysis, the mean diameter of the fibers is preferably 5 to 50 µm or less Crimped fibers also a maximum of 35
Der Viskosestrang kann, wenngleich dies einen verhältnismäßig hohen Energie- und Zeitaufwand erfordert, chargenweise im Ofen pyrolysiert werden; es ist jedoch günstiger, den Strang kontinuierlich oder schrittweise durch einen Ofen zu führen. Der Viskosestrang kann dabei auf einer Spule oder auch lose gewickelt in Körben durch den Ofen geführt werden, wenngleich in diesem Fall eine gleichmäßige Pyrolyse schwierig ist. Am günstigsten ist daher die kontinuierliche Pyrolyse. Die Stränge müssen dabei so durch den Ofen bewegt werden, daß sich ein gleichmäßiger und ausreichender Wärme- und Massenübergang und dementsprechend ein kohlenstoffhaltiger Strang gleichmäßig hoher Qualität ergibt. Hierzu braucht beispielsweise nur die richtige Geometrie des kontinuierlichen Strangs unter Berücksichtigung des jeweiligen Transportsystems gewählt zu werden. V/ich tig ist bei der Wärmebehandlung ein weitestgehend freier Zugang für die Wärme und die Ofenatmosphäre über die ganze Stranglänge. Der Strang kann jedenfalls gehaspelt, zickzackförmig zusammengelegt oder gestreckt durch den Ofen geführt werden. Auch mehrere Stränge lassen sich parallel zueinander durch ein oder mehrere Heizrohre oder Führungen bewegen. Im Falle eines Taus oder eines Kammzugs dürfte die Zugissligkeit für ein Ziehen des Strangs nicht ausreichen.In diesem Faiie sind Transportmittel, beispielsweise angetriebene Ko ilen, Walzen oder ein Transport- oder Förderband erforderlich, im Ofen durchläuft der Strang ein spezielles Teriiperaturze i tproi" L L mit verschiedenen, nicht immer1 ausgeprägten Reak t i on.;;; tufüti. Die; Art dos Temperatur ze i tproi'i Ls i..t für die E Lf;on:;ch t ften de:; pyr ο Lyr. ior tonAlthough this requires a relatively high expenditure of energy and time, the viscose strand can be pyrolyzed in batches in the oven; however, it is more convenient to pass the strand continuously or gradually through a furnace. The viscose strand can be fed through the oven on a spool or loosely wound in baskets, although in this case uniform pyrolysis is difficult. Continuous pyrolysis is therefore most favorable. The strands must be moved through the furnace in such a way that a uniform and sufficient heat and mass transfer and, accordingly, a carbon-containing strand of consistently high quality results. For this purpose, for example, only the correct geometry of the continuous strand needs to be selected, taking into account the respective transport system. It is essential that the heat treatment and the furnace atmosphere have as much free access as possible over the entire length of the strand. In any case, the strand can be reeled, folded in a zigzag or stretched through the furnace. Several strands can also be moved parallel to one another through one or more heating pipes or guides. In the case of a rope or a comb, the tensile strength for pulling the strand should not be sufficient. In this case, means of transport, for example driven coils, rollers or a transport or conveyor belt, are required; in the furnace, the strand passes through a special temperature temperature with different, not always 1 pronounced reaction. ;;; tufüti. The; Art dos Temperatur ze i tproi'i Ls i..t for the E Lf; on:; ch t ften de :; pyr ο Lyr. ior volume
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Strangs von wesentlicher Bedeutung.Strand is essential.
Im Ofen wird der Viskosestrang zunächst während einer Temperaturerhöhung auf 200 bis 3OOOC getrocknet. Daran schließen sich bis zu Temperaturen von 400 bis 55O0C die chemischen Abbau- bzw.Umwandlungsreaktionen der Viskose an. Diese Verfahrensstufe ist entscheidend für die Eigenschaften des Kohlenstoff Strangs; denn ein zu schnelles Erwärmen zeitigt schlechte Ergebnisse mit niedrigem Ausbringen, hoher Brüchigkeit und geringem Raumgewicht. Andererseits ergeben sehr geringe Erwärmungsgeschwindigkeiten zwar möglicherweise ein ausgezeichnetes Produkt, sind jedoch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten untragbar. Bis 80% oder mehr des Viskosegehalts der Fasern fallen in der zweiten Verfahrensstufe der Pyrolyse als flüchtige Zersetzungsprodukte an. Das ist mit einer Querschnittsabnahme und einer Längenabnahme bis zu 30% verbunden. Wichtig ist, daß die Transportmittel des Ofens der unvermeidbaren Längenabnahme Rechnung tragen.The viscose strand is first dried in the oven while increasing the temperature to 200 to 3OOOC. This is followed by the chemical degradation or conversion reactions of the viscose up to temperatures of 400 to 55O 0 C. This process stage is decisive for the properties of the carbon strand; because too fast heating produces poor results with low output, high fragility and low density. On the other hand, very slow heating rates, while potentially making an excellent product, are economically unsustainable. Up to 80% or more of the viscose content of the fibers is obtained as volatile decomposition products in the second process stage of pyrolysis. This is associated with a decrease in cross-section and a decrease in length of up to 30%. It is important that the means of transport of the furnace take the unavoidable decrease in length into account.
Während der sich anschließenden dritten Verfahrensstufe steigt die Temperatur schnell auf 700 bis 1200 C, vorzugsweise 800 bis 10000C und verbleibt bis zur vollständigen Umwandlung der Viskose im Kohlenstoff auf diesem Niveau und werden die restlichen flüchtigen Zersetzungsprodukte der Viskose ausgetrieben.During the subsequent third process stage, the temperature rises rapidly to 700 to 1200 ° C., preferably 800 to 1000 ° C. and remains at this level until the viscose is completely converted into carbon and the remaining volatile decomposition products of the viscose are expelled.
Während der zweiten Verfahrensstufe kann sich die Temperatur innerhalb von etwa drei Minuten von 200 bis 3000C bis auf 400 bis 55O°C erhöhen, wonach das teilpyrolysierte Material rasch auf die End temperatur gebracht und dort etwa 2,5 Minuten gehalten wird. In der Pra;cis hat sich ein Rohrofen mit einem durchlaufenden Band aus rostfreiem Stuhl für· den Faserstrang und einem den vorstehenden Alu führungen entsprechenden Tempera tLirprof i ί besonders bov/ührt. Im Ofen muß während derDuring the second stage of the process, the temperature can be within about three minutes of 200 to 300 0 C to 400 increase to 55O ° C after which the temperature brought teilpyrolysierte material rapidly to the end and is held there for about 2.5 minutes. In the pracis, a tube furnace with a continuous band of stainless steel chair for the fiber strand and a temperature corresponding to the above aluminum guides has particularly proven itself. Must be in the oven during the
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Pyrolyse eine inerte Atmosphäre beispielsweise aus Stickstoff und/oder Dampf sowie gegebenenfalls gereinigtem Rücklaufgas aus der Pyrolyse herrschen.Pyrolysis an inert atmosphere, for example of nitrogen and / or steam and optionally purified return gas prevail from pyrolysis.
Bei der Pyrolyse entsteht als Zersetzungsprodukt ein faserförmiger Glimmstoff mit mindestens 90% Kohlenstoff einschließlich besonderer Zusätze. Vorzugsweise beträgt der Kohlenstoffgehalt 95 bis 98% bei einem Sauerstoffgehalt von 1 bis k% und einem Wasserstoffgehalt unter 1%. Derartige Sauerstoff- und Wasserstoffkonzentrationen ergeben im Zigarettenqualm einen von dem Glimmstoff herrührenden organischen Dampfanteil, der weniger als 0,1% der organischen Dampfphase eines unter denselben Bednigungen abgerauchten Tabaks ausmacht. Die Sauerstoff- und die Wasserstoffkonzentration sind im Hinblick auf die Brennbarkeit des Glimmstoffs wichtig; denn bei infolge einer höheren Endtemperatur der Pyrolyse geringeren Sauerstoff- und Wasserstoffgehalten verliert der Glimmstoff seine Glimmfähigkeit in der Zigarette. Aufgrund praktischer Erfahrungen setzt das Glimmen eine Zündtemperatur unter 800°C, vorzugsweise von 450 bis 5600C voraus.During pyrolysis, the decomposition product is a fibrous glow substance with at least 90% carbon including special additives. The carbon content is preferably 95 to 98% with an oxygen content of 1 to k% and a hydrogen content below 1%. Such oxygen and hydrogen concentrations result in an organic vapor content originating from the glow substance in the cigarette smoke which makes up less than 0.1% of the organic vapor phase of a tobacco smoked under the same conditions. The oxygen and hydrogen concentrations are important with regard to the combustibility of the glow substance; because if the oxygen and hydrogen contents are lower as a result of a higher final temperature of the pyrolysis, the glow substance loses its glowing ability in the cigarette. From practical experience the glow is an ignition temperature below 800 ° C, preferably 450 to 560 0 C ahead.
Vor der Pyrolyse sind die Viskosefasern hinreichend flexibel, fest und handhabungsbeständig; sie können daher auch mit die Umwandlung zu einem Tabakersatz fördernden Füllstoffen und Zusätzen versehen werden, sofern diese während der Pyrolyse nicht verlorengehen oder sich zersetzen. Dies gilt nicht für Nikotin, Geschmqckstoffe und Rauchbildner, die bei der Pyrolysetemperatur verdampfen. Andere, bei der Pyrolyse nicht verlorengehende Zusätze wie Träger flüchtiger Bestandteile, Pyrolysekatalysatoren und das Verglimmen beeinflussende Substanzen oder deren Vorprodukte werden vorzugsweise vor der Pyrolyse in die Fasern eingebracht. Die Menge derartiger Viskosezusätze steht im Verhältnis zu der organischen Viskose, die unter Berücksichtigung des Gewichtsverlustes der ViskoseBefore pyrolysis, the viscose fibers are sufficiently flexible to firm and resistant to handling; they can therefore also contain fillers that promote the conversion to a tobacco substitute Additives are provided, provided they are not lost or decomposed during pyrolysis. This does not apply to Nicotine, flavorings and smoke-forming agents that are active at the pyrolysis temperature evaporate. Other additives that are not lost during pyrolysis, such as carriers of volatile components, Pyrolysis catalysts and substances that affect smoldering or their preliminary products are preferably incorporated into the fibers before pyrolysis. The amount of such Viscose additives are in relation to the organic viscose, which takes into account the weight loss of the viscose
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bei der Pyrolyse etwa 1/6 der in dem Zersetzungsprodukt erforderlichen Menge ausmacht. Die Zusätze können vor dem Spinnen in die Fasermasse gegeben werden, was den Vorteil einer homogenen Verteilung in den Viskosefasern mit sich bringt. Die Teilchengröße sollte im Hinblick auf eine gute Verteilung in dem Gemisch unter 2pm liegen. Andere, insbesondere durch das Spinnbad oder die sich anschließende Waschstufe insbesondere mit einem sauren Waschmittel gefährdete Zusätze lassen sich beispielsweise durch Aufsprühen auf die Stapelfasern zum Herstellen eines Kammzuges aufbringen, wenn der Strang zuvor mit einem Bindemittel versehen oder durch ein Tauchbad geführt wird. Ein Tauchen ist unmittelbar nach dem Spinnen zweckmäßig, weil dann eine einzige Trocknungsstufe genügt.makes up about 1/6 of the amount required in the decomposition product during pyrolysis. The additives can be added to the fiber mass before spinning, which has the advantage of homogeneous distribution in the viscose fibers. With a view to good distribution in the mixture, the particle size should be below 2 μm . Other additives endangered in particular by the spinning bath or the subsequent washing stage, in particular with an acidic detergent, can be applied, for example, by spraying onto the staple fibers to produce a sliver, if the strand is previously provided with a binding agent or passed through an immersion bath. Immersion is advisable immediately after spinning because a single drying stage is then sufficient.
Bei der Pyrolyse unterliegen die Viskosefasern einem Gewichtsverlust von mindestens 80%, weswegen eine möglichst hohe Kohlenstoffausbeute wichtig ist. In dieser Hinsicht hat sich das Einbringen aktiven Kohlenstoffs, vorzugsweise in einer Menge von 1,5 bis 12,5% der organischen Viskosebestandteile in das Viskosegemisch vor dem Spinnen der Viskosefasern als vorteilhaft erwiesen. Auf diese Weise ergibt sich eine homogene Verteilung des aktiven Kohlenstoffs in den Fasern und dementsprechend eine gleichmäßige Erhöhung des Kohlenstoff gehalts nach der Pyrolyse. So führten Kohlenstoffzusätze von 1,75%, 3,6%, 7,35% und 12,1% zu einer Kohlenstoffausbeute von 17,4%, 17,8%, 21,3% und 20,9% entsprechend einer Zunahme von 7,4%, 9,9%, 31,4% und 29% im Vergleich zu einer normalen Kohlenstoffausbeute von 16,2%.The viscose fibers lose weight during pyrolysis of at least 80%, which is why the highest possible carbon yield is important. In this regard it has the introduction of active carbon, preferably in an amount of 1.5 to 12.5% of the organic viscose constituents in the viscose blend before spinning the viscose fibers proved advantageous. In this way one results homogeneous distribution of the active carbon in the fibers and, accordingly, a uniform increase in carbon content after pyrolysis. So did carbon additives of 1.75%, 3.6%, 7.35% and 12.1% to a carbon yield of 17.4%, 17.8%, 21.3% and 20.9%, respectively, an increase of 7.4%, 9.9%, 31.4% and 29% compared to a normal carbon recovery of 16.2%.
Versuche haben ergeben, daß bei üblicher Verarbeitung des kohlenstoffhaltigen.Strangs zu einer Zigarette das Glimmverhalten und die Ascheeigenschaften anders als bei Zigaretten aus natürlichem Tabak sind. Dies äußert sich in derTests have shown that when the carbon-containing strand is normally processed into a cigarette, the smoldering behavior and the ash properties are different from natural tobacco cigarettes. This is expressed in the
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Längenabnahme je Zeiteinheit, der Glimmkegellänge, sowie den Eigenschaften und dem Aussehen der Asche. So kommt es nicht zu einem völligen Verglimmen;vielmehr behält der Glimmrest die Strangstruktur bei und ist noch verhältnismäßig fest mit gutem Zusammenhalt. Demzufolge läßt sich die Zigarettenasche nicht in derselben Weise wie bei einer Zigarette aus natürlichem Tabak abschlagen.Decrease in length per unit of time, the length of the glow cone, and the properties and appearance of the ash. It doesn't happen like that to a complete glow; rather, the glow residue retains the strand structure and is still relatively solid with it good cohesion. As a result, cigarette ash cannot be obtained in the same way as a natural cigarette Refuse tobacco.
Dem läßt sich jedoch durch Inkorporieren bestimmter, den Glimmverlauf beeinflussender, jedoch selbst nicht direkt zum Glimmen beitragender Substanzen entgegenwirken. Die betreffenden Zusätze lassen sich vor oder nach der Pyrolyse inkorporieren. Geschieht dies vor der Pyrolyse, dann müssen die betreffenden Substanzen bei der Pyrolysetemperatur bis 10000C beständig sein, oder es muß sich um einen durch Pyrolyse aus einem Vorprodukt entstandenen Stoff handeln.However, this can be counteracted by incorporating certain substances that influence the glow process but do not themselves contribute directly to the glow. The additives in question can be incorporated before or after pyrolysis. If this happens before the pyrolysis, then the substances in question must be stable at the pyrolysis temperature up to 1000 ° C., or it must be a substance produced from a preliminary product by pyrolysis.
Vor der Pyrolyse läßt sich ein den Glimmverlauf beeinflussender Zusatzstoff oder dessen Vorprodukte den Viskosefasern auf verschiedene Weise zusetzen. Zum einen kann dies mit Hilfe eines Bindemittels, zum anderen unmittelbar in das Viskosegemisch vor dem Spinnen geschehen, wenn es sich dabei um einen wasser- und säureunlöslichen, gegenüber dem Spinnbad und der Waschflüssigkeit bestänigen Stoff handelte Dies ist bei Ruß, Oxyden oder Inertsalzen des Aluminiums oder Titans, bei Aluminiumsilikaten wie Bentonit, Fullererde und Kaolin oder bei Kieselsäure, beispielsweise mikronisiertem Silikagel, in einer Menge bis 10% der Fall. Bei Versuchen hat sich ein Zusatz von 1,5% Titandioxyd als besonders günstig erwiesen, weil sich auf diese Weise eine merkliche Verbesserung des Glimmverhaltens der betreffenden Zigarette im Vergleich zu einer insoweit zusatzfreien Zigarette ergibt.Before the pyrolysis, an additive influencing the glow process or its precursors can be added to the viscose fibers add in different ways. On the one hand, this can be done with the help of a binding agent, and on the other hand, directly in the Viscose mixture happens before spinning, if it is water- and acid-insoluble, compared to the spinning bath and the substance resistant to the washing liquid.This applies to soot, oxides or inert salts of aluminum or titanium, in the case of aluminum silicates such as bentonite, fuller's earth and kaolin or in the case of silicic acid, for example micronized Silica gel, in an amount up to 10% the case. In tests, an addition of 1.5% titanium dioxide has proven to be particularly beneficial proven because in this way there is a noticeable improvement in the glow behavior of the cigarette in question Comparison with a cigarette that is free of additives in this respect.
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Schließlich läßt sich ein wasserlöslicher Stoff zum Beeinflussen des Glimmverhaltens oder dessen Vorprodukt auch durch Behandeln der Fasern mit einer entsprechenden Lösung, anschließendes Entfeuchten und Trocknen der Fasern einbringen. Dies kann direkt nach dem Spinnen ohne Zwischentrpcknen geschehen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Strang durch eine wässrige Lösung des Zusatzstoffes zu führen. Die Glimmeigenschaften des Kohlenstoffs in dem Tabakersatz lassen sich des weiteren durch Inkorporieren bestimmter katalytisch wirkender Metalle verbessern. Die Oxyde oder Inertsalze dieser Metalle, insbesondere Natrium, Kalium, Silber, Kupfer, Kalzium und Magnesium oder deren Vorprodukte lassen sich vor der Pyrolyse in Form einer Lösung einbringen. So führt beispielsweise eine Behandlung der Viskose mit einer Kupfer- oder Kalziumlösung zum Inkorporieren der entsprechenden Qxyde in dem Kohlenstoff nach der Pyrolyse. Vorzugsweise wird die Viskose jedoch mit einer Kalziumformiatlösung behandelt; denn aus dem Kalziumformiat entsteht bei der Viskosepyrolyse das Glimmverhalten verbessernder Kohlenstoff. Besonders geeignet ist eine 0,04 bis 0,07-molare Formiatlösung, die nach der Pyrolyse und nach einem 50%igen Entfeuchten der Fasern 0,15 bis 0,27% Kalzium, bezogen auf das Viskosegewicht, und 1,0 bis 1,7% Kalzium, bezogen auf die Menge des organischen Kohlenstoffs , ergibt.Finally, a water-soluble substance for influencing the glow behavior or its preliminary product can also be passed through Treat the fibers with an appropriate solution, then add dehumidification and drying of the fibers. This can be done directly after spinning without drying in between. Another option is to use the strand through an aqueous solution of the additive. Leave the glow properties of the carbon in the tobacco substitute further improve by incorporating certain catalytically active metals. The oxides or inert salts of these Metals, especially sodium, potassium, silver, copper, calcium and magnesium or their precursors can be before the Introduce pyrolysis in the form of a solution. For example, treating the viscose with a copper or calcium solution for incorporating the corresponding oxides in the carbon after pyrolysis. Preferably the viscose but treated with a calcium formate solution; because from the Calcium formate creates the smoldering behavior during viscose pyrolysis regenerative carbon. A 0.04 to 0.07 molar formate solution which is obtained after pyrolysis is particularly suitable and after 50% dehumidification of the fibers 0.15 to 0.27% calcium, based on the weight of the viscose, and 1.0 to 1.7% calcium based on the amount of organic carbon , results.
Im Anschluß an die Pyrolyse wird der kohlenstoffhaltige Strang vorzugsweise nochmals mit einem das Glimmverhalten beeinflussenden Stoff in Form einer Lösung eines anorganischen Salzes beispielsweise durch Tauchen in ein entsprechendes Bad sowie nachfolgendes Entfeuchten und Trocknen behandelt. Einem solchen Zusatz kommt vornehmlich die Aufgabe zu, die ansonsten geringe Zahl von Zügen je Zigarette zu erhöhen und die Ascheeigenschaften zu verbessern. Zu den Glimmverzögerern gehören Amoniumdihydrogenphosphat, Diammonhydrogenphosphat, Mono-, Di- und Trinatrium- oder Kalium-Following the pyrolysis, the carbon-containing strand is preferably once again with a glow behavior influencing substance in the form of a solution of an inorganic salt, for example by dipping in a corresponding Bath as well as subsequent dehumidification and drying. The main task of such an addition is to increase the otherwise small number of puffs per cigarette and to improve the ash properties. To the glow retarders include ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, mono-, di- and trisodium or potassium
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phosphat, Natrium-, Kalium- und Kalziummeta- oder Tetraborat einzeln oder nebeneinander. Eine besonders hohe Anzahl von Zügen und eine hervorragende Aschebeschaffenheit ergeben sich, wenn vor der Pyrolyse mit Kalziumformiat behandelte Fasern mit einer Lösung aus Trikalium- und Trinatriumphosphat sowie Kaliumdihydrogenphosphat in einer 10 bis 80g Salz, je 100 g kohelnstoffhaltiger Rückstand, hygroskopisch gebundenes Wasser außeracht gelassen, zurücklassenden Menge behandelt wird. Nach dem Entfeuchten und Trocknen kann der Rückstand zur Hälfte anorganische Zusatzstoffe wie Titandioxad, Kalziumkarbonat, Phosphate und Wasser enthalten.phosphate, sodium, potassium and calcium meta- or tetraborate individually or side by side. A particularly high number of Draws and an excellent ash quality result if fibers treated with calcium formate before pyrolysis with a solution of tripotassium and trisodium phosphate and potassium dihydrogen phosphate in a 10 to 80g salt, 100 g each Carbon-containing residue, hygroscopically bound water ignored, the amount left behind is treated. After dehumidification and drying, half of the residue can contain inorganic additives such as titanium dioxide, calcium carbonate, Contains phosphates and water.
Ein wichtiger Zusatzstoff für den pyrolysierten Viskosestrang ist Nikotin, das in dem Tabakersatz hinreichend fest gebunden sein muß, um einerseits Verdampfungsverluste beim Lagern zu vermeiden, andererseits beim Rauchen auch ein Übergehen des Nikotins in den Zigarettenrauch zu gewährleisten. Bei instabilen Nikotinverbindungen erweist sich der kohlenstoffhaltige Glimmstoff selbst nicht als guter Träger; in diesem Falle ist eine das Nikotin stabilisierende bzw. vor einer Oxydation oder Verdampfung schützende zusätzliche Trägersubstanz erforderlich, die ihrerseits bei der Glimmtemperatur inert ist und den Zigarettenrauch unbeeinflußt läßt. Die Trägersubstanz für das Nikotin sollte vor der Pyrolyse ebenfalls homogen in dem Viskosestrang verteilt werden. Das ist beispielsweise durch Einbringen in die Viskosemischung vor dem Spinnen der Viskosefasern möglich. Als Nikotinträger eignen sich Aluminiumsilikat, beispielsweise Bentonit, Kaolin oder Fullererde, Aluminiumoxyd, Kieselsäure, insbesondere mikronisiertes Silikagel. Die Nikotinverbindung wird dem Glimmstoff im Anschluß an die Pyrolyse zugesetzt und alsdann von der Trägersubstanz aufgenommen, bis das Nikotin beim Rauchen in den Zigarettenrauch übergeht·An important additive for the pyrolyzed viscose strand is nicotine, which is bound sufficiently firmly in the tobacco substitute must be, on the one hand to avoid evaporation losses during storage, on the other hand also a passing over of the when smoking Ensure nicotine in the cigarette smoke. In the case of unstable nicotine compounds, the carbon-containing one turns out to be Glimmstoff itself is not a good carrier; in this case is a nicotine stabilizing or before a Oxidation or evaporation protective additional carrier substance required, which in turn at the smoldering temperature is inert and leaves the cigarette smoke unaffected. The vehicle for the nicotine should be used before pyrolysis are also distributed homogeneously in the viscose strand. This is, for example, by incorporating it into the viscose mixture possible before the spinning of the viscose fibers. Aluminum silicate, for example bentonite, are suitable as nicotine carriers. Kaolin or fuller's earth, aluminum oxide, silica, especially micronized silica gel. The nicotine compound is added to the glow substance following the pyrolysis and then absorbed by the carrier substance until the nicotine turns into cigarette smoke when smoking
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Die Menge der Trägersubstanz hängt von der Menge des zu absorbierenden Nikotins in Höhe von 1,0 bis 20 mg, vorzugsweise etwa 7,5 mg je Zigarette, d.h. je 56 mm pyrolysierten FaserStrangs, ab. Hiervon gehen 10% in den Zigarettenrauch über und ergeben eine bevorzugte Nikotinmenge von 0,75 mg je Zigarette. Unter der Annahme, daß der Nikotinträger 40% des Nikotins absorbiert, muß der Strang je Zigarettenlänge 2,5 bis 50 mg, entsprechend 0,1 bis 2,8% Trägersubstanz in der Viskose oder 0,83 bis 16,7% Trägersubstanz, bezogen auf den organischen Pyrolyserückstand, enthalten.The amount of vehicle depends on the amount of too absorbent nicotine in the amount of 1.0 to 20 mg, preferably about 7.5 mg per cigarette, i.e. per 56 mm pyrolyzed FiberStrands, from. 10% of this goes into cigarette smoke over and give a preferred amount of nicotine of 0.75 mg per cigarette. Assuming that the nicotine carrier If 40% of the nicotine is absorbed, the rod must be 2.5 to 50 mg per cigarette length, corresponding to 0.1 to 2.8% carrier substance in the viscose or 0.83 to 16.7% carrier substance, based on the organic pyrolysis residue.
Ein stabiles Nikotinsalz läßt sich hingegen als wässrige Lösung beispielsweise durch Tauchen in ein entsprechendes Bad, anschließendes Entfeuchten und Trocknen homogen im Strang verteilen, und zwar iriähnlicher Weise wie beim In-A stable nicotine salt, on the other hand, can be converted into an aqueous solution, for example by dipping into a suitable one Distribute the bath, subsequent dehumidification and drying homogeneously in the strand, in a manner similar to that of the domestic
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korporieren von das Glimmverhalten beeinflussenden Stoffen nach der Pyrolyse. Als hinreichend stabile Nikotinsalze
eignen sich in diesem Zusammenhang Nikotinaskorbat, -zitrat, -lacktat, succinat- und insbesondere -hydrogentartrat. Unter
der Voraussetzung einer 50%igen Ausbeute nach dem Entfeuchten wird das Nikotin-Hydrogentartrat vorzugsweise als Lösung in
einer Menge von 0,33 bis 6,7% eingebracht, um das vorerwähnte Nikotinniveau zu gewährleisten.f
corporation of substances that influence the glow behavior after pyrolysis. In this context, nicotine ascorbate, citrate, lacquer, succinate and, in particular, hydrogen tartrate are suitable as sufficiently stable nicotine salts. Assuming a 50% yield after dehumidification, the nicotine hydrogen tartrate is preferably introduced as a solution in an amount of 0.33 to 6.7% in order to ensure the aforementioned nicotine level.
Dem pyrolisierten Glimmstoffstrang sollten auch Rauchbildner zugesetzt werden, da bei der Verbrennung des Pyrolyseprodukts vornehmlich Kohlendioxyd und Wasser entstehen, die beide farblos sind. Dem Raucher muß jedoch die Befriedigung eines Haupt- und Seitenrauchstroms gegeben werden. Der Hauptstrom sollte eine dem Rauch natürlichen Tabaks entsprechenden Beschaffenheit besitzen. Geeignete Rauchbildner müssen in der Nachbarschaft der Glimmzone ohne Zersetzung verdampfen und in dem vom Raucher durch die Zigarette angesaugten Rauchstrom ver-Smoke formers should also be added to the pyrolyzed glow material strand, since the pyrolysis product is burned mainly carbon dioxide and water are produced, both of which are colorless. The smoker, however, needs the satisfaction of a major and side smoke flow. The main stream should have a texture corresponding to the smoke of natural tobacco. Appropriate smoke generators must be in the neighborhood evaporate from the glow zone without decomposition and in the smoke stream sucked in by the smoker
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bleiben, beim Abkühlen des Rauchstroms kondensieren und eine stabile Suspension leichter Tröpfchen oder Teilchen bilden. Es ist bekannt, natürliche Öle oder Alkohole als Rauchbildner zu verwenden. Diese besitzen jedoch insofern Nachteile, als sie nur zum Teil in den Rauchstrom übergehen, in großer Menge vorliegen müssen oder - wie die Alkohole - in starkem Maße hygroskopisch sind sowie infolge der vorherrschenden Wasserstoffbindung in unerwünscht großer Menge in der Lunge verbleiben und demzufolge keinen exhalierten Rauch ergeben.remain, condense as the smoke stream cools and form a stable suspension of light droplets or particles. It is known to use natural oils or alcohols as smoke formers. However, these have disadvantages in that they only partially pass into the smoke stream, have to be present in large quantities or - like the alcohols - to a large extent are hygroscopic and remain in the lungs in undesirably large quantities due to the prevailing hydrogen bonding and consequently no exhaled smoke.
Als Rauchbildner eignet sich hingegen besonders ein nichttoxischer aliphatischer Ester einer Mono-, Di- oder Polycarbonsäure mit einem Siedepunkt von 200 bis 450 C und keinen anderen Elementen außer Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und gegebenenfalls einem nicht toxischen Metall wie Natrium, Kalium, Kalzium, Magnesium oder Strontium. Um die Zigarettenhülse sauber zu halten, sollte es sich um einen festen Ester mit einem Schmelzpunkt über 40°C handeln.In contrast, a non-toxic aliphatic ester of a mono-, di- or polycarboxylic acid is particularly suitable as a smoke generator with a boiling point of 200 to 450 C and no other elements except carbon, hydrogen, oxygen and possibly a non-toxic metal such as sodium, Potassium, Calcium, Magnesium, or Strontium. To keep the cigarette tube clean, it should be a solid ester act with a melting point above 40 ° C.
Derartige Ester haben sich als Rauchbildner hervorragend bewährt. Bei einem Siedepunkt von 200 bis 4500C ist ihre Flüchtigkeit nicht so groß, daß pin überwiegender Anteil in den Seitenstrom gelangt, andererseits aber auch groß genug, um einen hinreichend beschaffenen Hauptstrom zu gewährleisten. Außerdem ist die Flüchtigkeit des Esters auch nicht so gering, daß es vor dem Verdampfen und damit der Aufnahme in den Hauptstrom zu einem Kracken kommt.Such esters have proven to be excellent smoke formers. At a boiling point of 200 to 450 ° C., their volatility is not so great that the predominant proportion gets into the side stream, but on the other hand it is also large enough to ensure an adequately designed main stream. In addition, the volatility of the ester is not so low that cracking occurs before it evaporates and is thus absorbed into the main stream.
Schließlich besitzen die erwähnten Ester den Vorteil, daß sie stabile Aerosole mit einer durchschnittlichen Teilchengröße in der Größenordnung von 0,5 Jim bilden. Die vergleichsweise inerten und wenig hygroskopischen Ester ergeben einen inhalierbaren Rauch und werden mit einem Minimum an Rück-Finally, the esters mentioned have the advantage that they are stable aerosols with an average particle size on the order of 0.5 jim form. The comparatively inert and less hygroscopic esters produce an inhalable smoke and are produced with a minimum of re-
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stand in der Lunge exhaliert. Als Karbonsäuren zum Herstellen der erwähnten Ester eignen sich aliphatische Mono-, Di- oder Oxy- oderHydroxy-Polyarbon-Säuren mit gerader Kohlenstoffkette, insbesondere wenn es sich um ungesättigte Säuren handelt. Als Alkohole zum Herstellen der Ester eignen sich ein-, zwei- oder dreiwertige Alkohole einschließlich solcher mit einem Sauerstoffatom in der Kohlenstoffkette, beispielsweise Diäthylenglykol, insbesondere, wenn es sich um ungesättigte Alkohole handelt. Besonders geeignet sind auch solche Alkohole, deren ^-Kohlenstoffatom der Hydroxylgruppe nicht an Wasserstoffatome gebunden ist, d.h. solche Alkohole, die Α-blockierte Ester, beispielsweise Neopentylester ergeben. Solche Ester besitzen eine besonders hohe thermische Stabilität. Besonders geeignet sind auch Methylester, da sie kein Λ -Kohlenstoffatom enthalten und demzufolge ebenfalls eine gute thermische Stabilität besitzen.stood exhaled in the lungs. Aliphatic mono-, Di- or oxy- or hydroxy-polycarbonic acids with a straight carbon chain, especially if they are unsaturated Acids. Suitable alcohols for preparing the esters are monohydric, dihydric or trihydric alcohols, including those with an oxygen atom in the carbon chain, for example diethylene glycol, especially when it comes to unsaturated alcohols. Are particularly suitable also those alcohols whose ^ carbon atom is the hydroxyl group is not bound to hydrogen atoms, i.e. such alcohols the Α-blocked esters, for example neopentyl ester. Such esters have a particularly high thermal stability. Methyl esters are also particularly suitable because they do not contain any Λ carbon atom and therefore also one have good thermal stability.
Geeignete Ester sind im übrigen Methylpalmitat, Methylstearat, Vinylstearat, Dimethylsebacat, Dimethyldodecandioat, Dimethyltetradecandioate, Dimethylhexadecandioat, Glycerintrimyristat, Pentaerythrityltetracetat, Monoethylsebacat, Trimethylcitrat, Myristinmyristat, Palmitinpalmitat, Glycerinmonostearat, Glycerintriaurat und Vinyloleat.Suitable esters are methyl palmitate, methyl stearate, Vinyl stearate, dimethyl sebacate, dimethyl dodecanedioate, dimethyl tetradecanedioate, Dimethyl hexadecanedioate, glycerol trimyristate, pentaerythrityl tetracetate, monoethyl sebacate, trimethyl citrate, Myristin myristate, palmitin palmitate, glycerin monostearate, Glycerol triaurate and vinyl oleate.
Diese Rauchbildner lassen sich in ähnlicher Weise wie die Nikotinverbindungen und die Stoffe zum Beeinflussen des Glimmverlaufs in feindisperser Verteilung durch Tauchen des pyrolysierten Strangs in eine entsprechende Lösung, anschließendes Entfeuchten und Trocknen des Strangs einbringen. Als Lösungsmittel eignen sich Wasser, Äthylalkohol, Methylalkohol, Dichlormethan, Hexan, Äther und Aceton, vorzugsweise jedoch Äthylalkohol. Bei nahezu 100%iger Lösungsaufnahme des organischen Pyrolyserückstandes nach dem Ent- These smoke formers can be used in a similar way as the nicotine compounds and the substances for influencing the Smolder course in finely dispersed distribution by dipping the pyrolyzed strand in an appropriate solution, then Introduce dehumidification and drying of the strand. Suitable solvents are water, ethyl alcohol, Methyl alcohol, dichloromethane, hexane, ether and acetone, preferably but ethyl alcohol. With almost 100% solution absorption of the organic pyrolysis residue after the
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feuchten sollte die Konzentration der Lösung so eingestellt werden, daß der Esterzusatz 5 bis 15% bezogen auf das Gewicht des organischen Rückstandes beträgt.humid, the concentration of the solution should be adjusted so that the ester addition 5 to 15% based on weight of the organic residue.
Vorzugsweise wird der Strang auch mit Duftstoffen versehen, um einen vollgültigen Tabakersatz zu schaffen. Duftstoffe lassen sich in derselben Weise einbringen wie die Rauchbildner.Preferably, the strand is also perfumed to create a fully functional tobacco substitute. Let fragrances get involved in the same way as the smoke-makers.
Vorzugsweise wird der Strang unter Zuhilfenahme einer Lösung mit den Zusatzstoffen imprägniert; dies ist günstiger als das Aufsprühen einer Emulsion. Das Lösungsmittel muß natürlich ungiftig sein und darf den Rauchgeschmack nicht beeinträchtigen, insbesondere, wenn nach der Behandlung ein Rückstand verbleibt. Zum Imprägnieren eignet sich insbesondere ein Tauchen, bei dem der Strang in Längsrichtung durch ein Bad aus der betreffenden Lösung geführt wird. Vorzugsweise wird der Strang unmittelbar vor dem Eintauchen in das Bad durch eine Quetschöffnung geführt, so daß er beim Ausdehnen im Bad über seinen ganzen Querschnitt die Badlösung aufnimmt. Beim Verlassen des Bades wird der Strang dann erneut durch eine Quetschöffnung gezogen, um überflüssige Lösung abzustreifen. Alsdann wird der Strang beispielsweise mit Warmluft einer Temperatur von 100 bis 1100C im Falle von Wasser als Lösungsmittel oder von 55 bis 650C im Falle von Alkohol als Lösungsmittel getrocknet. Nach dem Trocknen befindet sich der Zusatz in feindisperser und homogener Verteilung im Strang. Diese Verfahrensweise wird vor der Pyrolyse angewandt, weil der Strang dann flexibel, elastisch und handhabungsfest ist. Nach der Pyrolyse ist der Strang hingegen spröder und neigt zur Staubbildung, so daß bei Passieren einer Veren>-gung große Sorgfalt erforderlich ist. Demzufolge kann es beim Imprägnieren nach der Pyrolyse unmöglich sein, den Strang vor und nach dem Tauchen durch eineThe strand is preferably impregnated with the additives with the aid of a solution; this is cheaper than spraying an emulsion. The solvent must of course be non-toxic and must not affect the taste of the smoke, especially if a residue remains after the treatment. Dipping is particularly suitable for impregnation, in which the strand is passed in the longitudinal direction through a bath made from the solution in question. The strand is preferably passed through a pinch opening immediately before being immersed in the bath, so that when it expands in the bath, it absorbs the bath solution over its entire cross section. When it leaves the bath, the strand is then pulled through a pinch opening again in order to remove excess solution. The strand is then dried, for example with warm air at a temperature of 100 to 110 ° C. in the case of water as the solvent or from 55 to 65 ° C. in the case of alcohol as the solvent. After drying, the additive is in a finely dispersed and homogeneous distribution in the strand. This procedure is applied prior to pyrolysis because the strand then flexible, elastic and h a ndhabungsfest is. After the pyrolysis, on the other hand, the strand is more brittle and tends to form dust, so that great care is required when passing a constriction. As a result, when impregnating after pyrolysis, it may be impossible to pass the strand through before and after dipping
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Quetschöffnung zu führen. In diesem Falle läßt sich der Strang mit Hilfe eines Paars spezieller Vakuumwalzen entfeuchten, deren Oberflächen mit einer weichen Pufferschicht aus porösem Material versehen und bei mindestens einer Walze im Bereich des Spaltes unter einem radial nach Innen wirkenden Vakuum stehen. Die Pufferschicht kann aus einem natürlichen oder synthetischen Elastomerschaum mit offenen Zellen bestehen, der sich in Anpassung an den Strang verformt und den Strang schonend erfaßt, ohne ihn so abzuflachen und demzufolge zu beschädigen, wie das bei der Verwendung einer Quetschöffnung der Fall wäre. Steht mindestens eine der beiden Walzen unter dem Einfluß eines Vakuums, dann wird gleichzeitig ein Lösungsüberschuß von dem Strang abgesaugt und gelangt in einen Auffangbehälter, wobei jedoch im Strang eine hinreichende Lösungsmenge verbleibt, um nach dem sich anschließenden Verdampfen des Lösungsmittels eine ausreichende Konzentration des Zusatzstoffes im Strang zu gewährleisten.To lead squeeze opening. In this case, the strand can be dehumidified with the help of a pair of special vacuum rollers, the surfaces of which are provided with a soft buffer layer made of porous material and with at least one roller in the area of the gap are under a vacuum acting radially inwards. The buffer layer can be made of a natural or synthetic elastomer foam with open cells, which deforms to adapt to the strand and gently grips the strand without flattening it and consequently damaging it, as is the case with use a pinch opening would be the case. If at least one of the two rollers is under the influence of a vacuum, then at the same time an excess of solution is sucked off from the strand and reaches a collecting container, however a sufficient amount of solution remains in the strand to after the subsequent evaporation of the solvent to ensure a sufficient concentration of the additive in the strand.
Wird der Strang im Anschluß an das Tauchen mit heißer Luft getrocknet, dann kann dies durch die Pufferschicht mindestens einer der Ziehwalzen oder eines zusätzlichen Walzenpaars geschehen. Beim Imprägnieren mit nut einem Walzenpaar kann der den Spalt benachbarte Teil mindestens einer Walze unter dem Einfluß eines Unterdrucks stehen und Heißluft durch einen benachbarten Teil mindestens einer der beiden Walzen stromab vom Mittelpunkt des Spaltes gedrückt werden. Bei einem derartigen Beaufschlagen mit Warmluft sollte der Blaszone vorzugsweise eine Saugzone komplementär gegenüberliegen, so daß die Warmluft rechtwinklig zur Strangachse gesaugt wird. Andererseits läßt sich die Warmluft auch ohne einen gleichgerichteten Saugzug oder auch durch einander gegenüberliegende Zonen der Pufferschichten beider Walzen auf den Strang blasen.If the strand is dried with hot air after the immersion, this can at least be done by the buffer layer one of the drawing rollers or an additional pair of rollers happen. When impregnating with only one pair of rollers can the gap adjacent part of at least one roller are under the influence of a negative pressure and hot air through a adjacent part of at least one of the two rollers are pressed downstream from the center of the gap. With such a When hot air is applied to the blowing zone, a suction zone should preferably be complementarily opposite, so that the hot air is sucked in at right angles to the strand axis. On the other hand, the warm air can also be released without a rectified one Induced draft or through opposing zones of the buffer layers of both rolls onto the strand blow.
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Um einen hinreichenden Zug auf den Strang auszuüben, mindestens aber dieselbe Kontaktgeschwindigkeit auf beiden Strangseiten zu gewährleisten, sollten beide Walzen angetrieben sein. Die Walzen selbst bestehen vorzugsweise aus einem perforierten Mantel als Träger für eine konzentrische poröse Pufferschicht. Der Walzenzylinder rotiert dann um einen festen, zum Innern des perforierten Mantels im Bereich des Spaltes mit der anderen Walze offenen Verteiler mit einer Kupplungshülse zum Anschließen an eine Saug- oder Warmluftleitung.In order to exert sufficient tension on the strand, but at least the same contact speed on both sides of the strand to ensure, both rollers should be driven. The rollers themselves preferably consist of a perforated one Jacket as a carrier for a concentric porous buffer layer. The roller cylinder then rotates around a fixed one, towards the inside of the perforated jacket in the area of the gap with the other roller open distributor with a coupling sleeve for Connect to a suction or warm air line.
Bei einem Versuch wurde ein Viskosegemisch aus regenerierter Zellulose mit 1,5% Titandioxyd und 5% aktivem Kohlenstoff, jeweils bezogen auf das Zellulosegewicht, und einer Teilchengröße unter 2 lam in einem Spinnbad 1 angesetzt. Aus diesem Spinnbad wurden Spinnfasern mit einem Längengewicht von 2,9 tex gesponnen, mit sieben Wellen je cm gekräuselt sowie in die Form eines Taues 2 gebracht. Das Tau wurde durch eine Schere 3 geführt, um 73 mm lange Stapelfasern zu schneiden und alsdann in einer herkömmlichen Streichmaschine zu streichen, um einen Kammzug 6 mit einer linearen Dichte von 18 g/m herzustellen. In one test, a viscose mixture of regenerated cellulose with 1.5% titanium dioxide and 5% active carbon, each based on the cellulose weight, and a particle size below 2 lam in a spinning bath 1. For this Spinning bath were spun fibers with a length weight of 2.9 tex, crimped with seven waves per cm and in the Form of a rope 2 brought. The rope was passed through scissors 3 to cut staple fibers 73 mm long, and then to be coated in a conventional coating machine in order to produce a sliver 6 with a linear density of 18 g / m 2.
Der Kammzug wurde alsdann zwischen zwei Qaetschwalzen 7 hindurch in ein Bad 8 mit einer 0,055-molaren Lösung von Kalziumformiat geführt und mit Hilfe eines weiteren Quetschwalzpaares 9 entfeuchtet sowie in einem Trockner 10 getrocknet. Danach enthielt der Strang 0,2% Kalziumionen, bezogen auf das Gewicht der organischen Viskose im Kammzug.The top pull was then passed between two Qaet rollers 7 in a bath 8 with a 0.055 molar solution of calcium formate guided and dehumidified with the aid of a further pair of squeezing rollers 9 and dried in a dryer 10. Thereafter contained the strand 0.2% calcium ions, based on the weight of the organic viscose in the top.
Der Kammzug wurde dann auf einem Förderband aus rostfreiem Stahl mit einer Geschwindigkeit von 60 cm/min durch einen 5 m langen Ofen 11 geführt und dort pyrolysiert. Die Pyrolyse fand bei einem Temperaturprofil mit einer Einlauftemperatur von 250°C, einer sich anschließenden, 3 m langen Zone mitThe top pull was then on a stainless steel conveyor belt at a speed of 60 cm / min through a 5 m guided long furnace 11 and pyrolyzed there. The pyrolysis took place at a temperature profile with an inlet temperature of 250 ° C, an adjoining, 3 m long zone with
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einer schrittweisen Temperatursteigerung auf 420°C, einer folgenden 4 m langen Zone mit einer Temperatursteigerung auf 8000C und einer Haltezone bis zum Ofenauslaß statt. Nach der Pyrolyse enthielt der Strang 89,2% organischen Rückstand, 9,496Titandioxyd und 1,496 Kalzium. Das entspricht einer Ausbeute von 1796 der eingesetzten Viskose. Der organische Rückstand enthielt 97,996 Kohlenstoff, 0,396 Wasserstoff und 1,896 Sauerstoff. Der mittlere Faserdurchmesser betrug 13,5 pi.a gradual increase in temperature to 420 ° C, a subsequent 4 m long zone with a temperature increase to 800 0 C and a holding zone rather than to the furnace outlet. After pyrolysis, the strand contained 89.2% organic residue, 9.496 titanium dioxide and 1.496 calcium. This corresponds to a yield of 1796 of the viscose used. The organic residue contained 97.996 carbon, 0.396 hydrogen and 1.896 oxygen. The mean fiber diameter was 13.5 pi.
Der pyrolysierte Strang wurde alsdann durch ein Bad 12 aus einer 0,5-molaren wässrigen Lösung von Trikalziumphosphat, einer 1,0-molaren wässrigen Lösung von Trinatriumphosphat, einer 3,5-molaren wässrigen Lösung von Kaliumdihydrogenphosphat und einer 2,596igen wässrigen Lösung aus Nikotinhydrogentartrat geführt.The pyrolyzed strand was then passed through a bath 12 of a 0.5 molar aqueous solution of tricalcium phosphate, a 1.0 molar aqueous solution of trisodium phosphate, a 3.5 molar aqueous solution of potassium dihydrogen phosphate and a 2.596 aqueous solution of nicotine hydrogen tartrate guided.
Nach dem Verlassen des Bades 12 durchlief der Strang mit einer Pufferschicht versehene Quetschwalzen 13 und einen Warmlufttrockner 14. Nach dem Verlassen des Warmlufttrockners enthielt der Strang 70 g Phosphatsalz je 100 g Kohlenstoffrückstand und 796 Nikotinhydrogentartrat bezogen auf den organischen Kohlenstoffrückstand.After leaving the bath 12 the rod went through with a buffer layer provided pinch rolls 13 and a hot air dryer 14 N e leaving the hot air dryer of the strand contained 70 g of phosphate salt per 100 g of carbon residue and 796 nicotine hydrogen tartrate based on the organic carbon residue.
Unter bestimmten Umständen erweist es sich als nötig, den Strang entlang einer Nebenlinie 15 in das Bad 12 zurückzuführen, um die nötigen Salzmengen einzubringen.Under certain circumstances it proves necessary to return the strand along a branch line 15 into the bath 12, to bring in the necessary amounts of salt.
Im Anschluß an den Warmlufttrockner 14 durchlief der Strang ein weiteres Bad 16 mit einer 1O96igen Lösung aus Äthylalkohol, Glycerintrimyristat und einem Geschmacksßtoff. Beim Verlassen des Bades 16 gelangte der Strang zunächst zwischen weitere mit einer Pufferschicht versehene Quetschwalzen 17 in einen Warm-Following a the warm-air dryer n 14 passed through the strand another bath 16 with a 1O96igen solution of ethyl alcohol, glycerin trimyristate and a Geschmacksßtoff. When leaving the bath 16, the strand first passed between further nip rollers 17 provided with a buffer layer in a hot
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lufttrockner 18. Auch bei dieser Verfahrensphase kann es sich als notwendig erweisen, den Strang entlang einer Nebenlinie 19 zurückzuführen und erneut durch das Bad 16 zu schicken. Nach dem Verlassen des Warmlufttrockners 18 enthielt der Strang je m 0,47 g Ester.air dryer 18. It can also be used in this phase of the procedure If it turns out to be necessary to return the strand along a branch line 19 and again through the bath 16 to send. After leaving the hot air dryer 18, the strand contained 0.47 g of ester per m.
Der Strang wurde alsdann gehaspelt und schließlich in üblicher Weise in einer Zigarettenmaschine mit einer Umhüllung versehen, um einen kontinuierlichen Zigarettenstrang mit einem Umfang von 25 mm herzustellen. Dieser Zigarettenstrang wurde alsdann in übliche Zigarettenlängen 21 von 56 mm unterteilt, die 300 mg organischen Rückstand enthielten und in einem Automaten 22 mit üblichen 10 mm-Filterstücken versehen wurden. Die auf diese Weise hergestellten Filterzigaretten 23 bestanden mit Ausnahme des Filters aus 42% organischem Rückstand, 4,5% Phosphat, 14,5% Kalzium-, Natrium- und Kalium-Ionen, 3,5% Nikotinsalz, 4,5% rauchbildendem Ester, 1,0% Geschmacksstoffen und 4,5% Umhüllung.The strand was then reeled and finally wrapped in the usual way in a cigarette machine provided to produce a continuous cigarette rod with a circumference of 25 mm. This stick of cigarettes was then divided into the usual cigarette lengths 21 of 56 mm, which contained 300 mg of organic residue and provided in a machine 22 with conventional 10 mm filter pieces became. The filter cigarettes 23 produced in this way, with the exception of the filter, consisted of 42% organic residue, 4.5% phosphate, 14.5% calcium, sodium and potassium ions, 3.5% nicotine salt, 4.5% smoke-forming ester, 1.0% Flavorings and 4.5% coating.
Der Druckabfall ergab sich zu 100 mm WS einer Karte von 90%. Beim Abrauchen unter Standardbedingungen entstand eine orga1 nische Dampfphase in einer Menge von 0,2% und ergab sich für den Füll- bzw. Glimmstoff eine Ausbeute unter 0,25%, bezogen auf eine Standardzigarette.The pressure drop was found to be 100 mm WS of a card of 90%. During the smoking under standard conditions was orgasmic 1 African vapor phase in an amount of 0.2% and was obtained for the filling or Glimmstoff a yield below 0.25%, based on a standard cigarette.
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Claims (58)
oder dreiwertigen Alkohols eingebracht wird.48. The method according to claim 41, characterized in that an ester of a two-
or trihydric alcohol is introduced.
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