DE2817775A1

DE2817775A1 - Huellblattmaterial fuer zigaretten und andere tabakwaren sowie verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2817775A1
Application number: DE19782817775
Authority: DE
Inventors: Tibor Stephen Laszlo
Original assignee: Philip Morris USA Inc
Current assignee: Philip Morris USA Inc
Priority date: 1977-04-28
Filing date: 1978-04-22
Publication date: 1978-11-02
Also published as: FR2388939A1; US4146041A; AR216143A1; CA1098687A

Description

PHILIP MORRIS INCORPORATED, New York, N.Y., VStA

Hüllblattmaterial für Zigaretten und andere Tabakwaren sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Die Verwendung von Huminsäure und Fraktionen davon als Farbstoffe ist bekannt ("Recent Progress in the Chemistry of Natural and Synthetic Coloring Matters,ⁿ T, S. Gore et al· (Hrsg.), Academic Press, New York 1962, S· 99-112). In jüngerer Zeit erfreuen sich verschiedene Zigarettensorten, die mit Hüllblättern aus braunem Papier hergestellt sind, unter den Rauchern steigender Beliebtheit, wobei einige dieser Zigarettensorten unter Verwendung von braunen Hüllblättern hergestellt werde», die.mit Huminsäure gefärbt worden sind. Bei Verfahren zum Braunfärben von Zigarettenpapier wurden Farbstoffe, wie synthetische Azofarbstoffe, aus Walnußschalen hergestellte Farbstoffe, Karamel, Gerbsäure und dgl., verwendet· Jedoch sind die erwähnten Färbemittel oder Farbstoffe aus verschiedenen Gründen unzweckmäßig. Die Azofarbstoffe können unerwünschte Pyrolyseprodukte hervorrufen, während die Menge an Karamel, die zur Erzeugung der erwünschten Intensität der Braunfärbung erforderlich ist, die Verbrennungsgeschwindigkeit des Papiers beträchtlich verringert. Die Verwendung von solchen Färbemitteln, wie Gerbsäure, kann zwar zu der erwünschten Braunfärbung führen, jedoch wird dabei gleichzeitig die Porosität des Papiers verringert, wodurch ebenfalls die Verbrennungsgeschwindigkeit vermindert und die Zusammensetzung der Gasphase beeinträchtigt werden (OE-PS 175 148).

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Analytische Untersuchungen an braunen Hüllblättern, die mit Huminsäure behandelt worden waren, haben in einigen Fällen eine Tendenz zu vermehrten Gasphasenbestandteilen ergeben. Zur Verminderung von Bestandteilen, wie Kohlenmonoxid, sind verschiedene Versuche durchgeführt worden, wobei man stärker wirksame Filterteile verwendete, das Ausmaß der Filterbelüftung verstärkte oder die Porosität des Papiers oder der Umhüllumg erhöhte usw.; jedoch hat sich keine dieser Methoden als gänzlich zufriedenstellend erwiesen.

Ziel der Erfindung ist daher die Verbesserung von mit Huminsäure behandeltem Papier oder Blattmaterial, in das Tabak oder andere rauchbare Produkte zur Herstellung von Zigaretten, Zigarren und dgl. eingewickelt werden.

Ziel der Erfindung ist insbesondere die Schaffung eines Verfahrens zur Behandlung von mit Huminsäure gefärbtem braunem Papier, das sich zur Verwendung als Hüllblatt für rauchbare Erzeugnisse eignet, bei dem einige der Pyrolyseprodukte beträchtlich verringert werden. Um die Ursachen dafür aufzudecken, daß mit Huminsäure beschichtete Papiere zu einer Erhöhung der Gasphasenbestandteile führen, wurden Zigaretten unter Verwendung eines zu Versuchszwecken angefertigten braunen Papiers hergestellt. Die Zigaretten wurden teilweise geraucht und anschließend ausgelöscht. Die mikroskopische Untersuchung der Asche an der Verbrennungsgrenze (char line) der teilweise gerauchten Zigaretten ergab eine Umbördelung an der Verbrennungsgrenze sowie eine Aschebildung mit verminderter Oberflächenporosität, die die Luftmenge verringern könnte, die an der Verbrennungsgrenze in die Tabakfüllung eindringt. Unter diesen Bedingungen wurde in der Gasphase des Zigarettenrauches eine erhöhte Kohlenmonoxidmenge gemessen. Es wurde vermutet, daß wasserlösliche Alkalisalze, wie beispielsweise Natriumsalze, innerhalb der Asche und auf

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deren Oberfläche sowie an der Verbrennungsgrenze schmelzen und dadurch das Eindringen des Sauerstoffs in die Zigarette an der Verbrennungsgrenze verhindern. Daher erschienen Mittel erforderlich, um den Gehalt an Salzen und insbesondere von Natriumsalzen in dem mit Huminsäure beschichteten Papier zu beseitigen oder beträchtlich zu verringern, um die anschließende Bildung von Kohlenmonoxid in der brennenden Zigarette zu vermindern·

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von mit Huminsäure beschichtetem Papier oder mit Huminsäure beschichteten Umhüllungen mit einem verminderten Gehalt an Natriumionen, wodurch rauchbare Erzeugnisse, die mit diesem Papier hergestellt werden, wesentlich verbessert werden können, sowie die Schaffung von Verfahren und Mitteln, die dahingehend wirken, daß ein zweckmäßigeres braunes Papier oder Umhüllungsmaterial erhalten wird, das zu geringeren Mengen an Gasphasenbestandteilen führt, wobei insbesondere Bestandteile der Gasphase, wie Kohlenmonoxid, wesentlich verringert werden»

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Zeichnungen näher erläutert worin

Fig. 1.2 und 3 die Aschebildung von teilweise gerauchten Zigaretten, die unter Verwendung von mit Huminsäure beschichtetem Papier mit einem Natriumionengehalt von 1,2, 0,8 bzw. 0,1# hergestellt worden sind, und

Fig. 4 die Aschebildung einer teilweise gerauchten Zigarette, die mit herkömmlichem weißem Zigarettenpapier, das keine Huminsäure oder Salze davon enthält, hergestellt wurde,

zeigen.

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in folgenden werden bevorzugte Durchführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Definitionsgemäß sind Huminsäuren Allomelanine, die im Erdboden, im Torf und in Braunkohle (low-rank coal) vorhanden sind. Sie sind im allgemeinen alkalilöslich und fallen in Gegenwart von Säuren aus. Vom chemischen Standpunkt aus bestehen Huminsäuren ganz allgemein aus einem Gemisch komplexer Makromoleküle, die durch das Vorhandensein polymerer phenolischer Strukturen gekennzeichnet sind, die die Fähigkeit besitzen, mit Metallen Chelate zu bilden. Außerdem besitzen Huminsäuren eine starke basenbindende Kraft, und diese Ionenaustauscherfähigkeit kann mit Vorteil bei ihrer Verwendung als Farbstoffe ausgenutzt werden. Es gibt viele verschiedene Huminsäuren je nach den Unterschieden in den Pflanzenresten, aus denen sie stammen, sowie je nach dem Boden, dem Klima, der Mikroflora, des Entwässerungszustandes usw.

Huminsäuren sind natürlicherweise intensiv schokoladenbraun gefärbt und werden wegen ihres natürlichen Vorkommens gegenüber synthetischen Farbstoffen als Färbepigmente zur Herstellung brauner Umhüllungen oder Papiere für rauchbare Erzeugnisse vorgezogen. Im allgemeinen wird eine alkalische Lösung hergestellt, indem man die pulverformige Huminsäure mit einem Alkalihydroxid, wie beispielsweise Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid oder dgl·, wobei Natriumhydroxid bevorzugt ist, unter Bildung eines löslichen Humats vermischt. Diese Lösung wird dazu verwendet, um das Papier auf einer Seite oder beiden Seiten zu imprägnieren, worauf sich ein Fixierungsschritt mit einem Erdalkalisalz anschließt. Bei der Fixierung werden im wesentlichen Natriumionen gegen Erdalkaliionen ausgetauscht, wobei ein wasserunlösliches Humat auf dem Papier zurückbleibt. Jedoch verbleiben einige der ersetzten Natriumionen auf dem mit dem Humat imprägnierten Papier. Es wurde angenommen, daß die Anwesenheit des verbliebenen Natrium-

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salzes die Verbrennung beeinträchtigen könnte und einen unmittelbaren Einfluß auf die Menge an beim Verbrennen des Papiers entwickeltem Kohlenmonoxid besitzt·

Es wurde nun gefunden, daß eine Verbesserung der Raucheigenschaften und eine Abnahme in der Kohlenmonoxidentwicklung erzielt werden könnea, indes man das alt Humat imprägnierte Papier einem kontinuierlichen Waschverfahren mit Wasser unterzieht.

Bei dieser Modifizierung des Papiers besteht die bevorzugte Durchführungsform darin, daß man eine Leimpresse (size press) verwendet, in der das Papier bei Raumtemperatur so langsam durch ein Wasserbad geführt wird, daß eine annähernd vollständige Auflösung und Entfernung der Natriumsalze erzielt wird. Selbstverständlich werden praktisch sämtliche anderen wasserlöslichen Salze bei diesem Verfahren ebenfalls entfernt. Zur Erzielung der wirksamsten Entfernung der wasserlöslichen Salze wird die Durchführung des Verfahrens mit fließendem Wasser bevorzugt. Nach der Waschstufe wird das Papier getrocknet und zur Herstellung rauchbarer Produkte verwendet.

Alternativ wird Natriumhumat einer Aufschlämmung gereinigter Cellulosepülpe zugesetzt, wonach die Aufschlämmung in einer herkömmlichen Papierherstellungsmaschine zur Herstellung eines braunen Papiers verwendet wird, das sich zur Verwendung bei der Herstellung von rauchbaren Erzeugnissen eignet. In diesem besonderen Fall wird das Natriumhumat auf dem Papier durch anschließende Behandlung mit einem Erdalkalisalz fixiert, wonach das Papier kontinuierlich gewaschen wird, um eine beträchtliche Verminderung der wasserlöslichen Salze zu erzielen.

In den beschriebenen Verfahren ist es zweckmäßig, den Natriumgehalt des Papiers auf eine Konzentration in-

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nerhalb des Bereiches von unter 0,396» vorzugsweise auf etwa 0,1% Natrium, bezogen auf das Gewicht des getrockneten Papiers, zu verringern. Selbstverständlich hängt die Zeit, die erforderlich ist, um eine Verringerung auf etwa 0,1 bis 0,396 Natrium zu erzielen, zum großen Teil von der ursprünglichen Natriumkonzentration in dem Papier, der Geschwindigkeit des Durchtritts des Papiers durch das Wasserbad sowie der Strömungsgeschwindigkeit des Waschwassers ab. In einigen Fällen, in denen die Natriumkonzentration besonders hoch, d.h. größer als 1% ist, kann es erforderlich sein, den Waschvorgang mehrere Male zu wiederholen, um die gewünschte Verringerung des Gehaltes an wasserlöslichen Salzen zu erzielen.

Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Eine Rolle aus mit Huminsäure gefärbtem Zigarettenpapier, das für Versuchszwecke hergestellt wurde und einen ursprünglichen Natriumgehalt von 1,2%, bestimmt durch Atomabsorption, aufwies, wurde auf eine herkömmliche Leimpresse (size press) gebracht und durch ein Bad aus fließendem Wasser geführt. Das überschüssige Wasser wurde entfernt und das behandelte Papier anschließend über eine Reihe erhitzter Trocknungswalzen geführt, um das restliche Wasser zu verdampfen. Es wurde eine Reihe von Ansätzen mit demselben Versuchspapier durchgeführt, bei der die Verweilzeit im Waschwasser derart erhöht wurde, daß unterschiedliche verminderte Natriumkonzentrationen erzielt wurden.

Nach dem Trocknen wurden die gewaschenen Papiere zur Herstellung von Zigaretten aus einer herkömmlichen Tabakmischung verwendet« Der Natriumgehalt der gewaschenen Papiere wurde durch Atomabsorption bestimmt und zu 0,856 (Zigarette A) bzw. 0,1% (Zigarette B), jeweils bezogen auf

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das Gewicht des getrockneten Papiers, ermittelt. In analoger Weise wurden Vergleichszigaretten unter Verwendung des nicht gewaschenen Testpapiers, das einen Natriumgehalt von 1,2# aufwies, hergestellt.. Sämtliche Zigaretten waren mit herkömmlichen Filtern aus Celluloseacetat versehen. Ähnliche Zigaretten (Zigarette C) wurden unter Verwendung von mit Huminsäure behandeltem Papier hergestellt, das zur Verringerung der Natriumsalzkonzentration auf 0,8# gewaschen und anschließend mit verdünnter Natronlauge behandelt worden war, um eine Endkonzentration von 1,0% Natrium, bezogen auf das Gewicht des trockenen Papiers, zu erzielen.

Die auf diese ¥aise hergestellten Zigaretten wurden in Doppelversuchen (in duplicate) unter kontrollierten Laboratoriumsbedingungen geraucht und die Gasphase, die durch die Filter hindurchtrat, wurde aufgefangen und infrarotspektroskopisch auf Kohlenmonoxid analysiert.

Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle Σ zusammengefaßt.

	Tabelle	I	Zig. B	ZiE. C
	Vergleich	Zig. A	0,1	1,0
% Natrium	1,2	0,8	18,8	33,8
CO mg/Zlgt.	28,9	25,4	13,4	14,2
Zahl der Züge	15,0	13,2	1,403	2,380
CO mg/Zug	1,927	1,924	1,126	1,59
CO/Teer	1,167	1,339	17,01	24,15
CO/Nicotin	18,75	20,50	32	41
Porosität nach ,	80	44
Greiner, s/50 cm

Die Versuchsergebnisse zeigen, daß in der Abgabe an Kohlenmonoxid eine beträchtliche Verringerung erzielt wurde, wenn die Natriumkonzeiotration in dem Papier verringert wurde.

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Umgekehrt wurde, wenn Natriuaionen dem gewaschenen, mit Huminsäure beschichteten Papier erneut zugesetzt wurden (Zigarette C) ein beträchtliches Ansteigen in der Kohlenmonoxidabgabe beobachtet.

Proben der genannten Zigaretten wurden mikroskopisch untersucht, ua das Aussehen der Zigarettenasche in Abhängigkeit von der Natriumsalzkonzentration zu bestimmen.

Die Untersuchung der Aschebildung bei den teilweise gerauchten Zigaretten zeigte, daß die Zigarette mit der höchsten Natriuakonzentration eine Asche mit weniger Hohlräumen aufwies. Wie sich aus den fotografischen Abbildungen in den Zeichnungen ergibt, so zeigt die in Fig. 1 dargestellte Asche aus einer Zigarette, die aus mit Huminsäure beschichtetem Papier mit einer Natriusskonzentration von 1,256 hergestellt war, eine fast feste Natur. Die in Fig. dargestellte Asche aus einer Zigarette mit einer Natriumkonzentration von 0,8$ in dem mit Huminsäure beschichteten Papier erweist sich als nur leicht verbessert und weist ebenfalls ein verhältnismäßig festes, kompaktes Aussehen auf. Fig. 3 stellt die Fotografie der Asche einer Zigarette dar, die eine Natriumkonzentration von 0,1$ in dem mit Huminsäure beschichteten Papier aufweist. Aus dieser Abbildung ist ersichtlich, daß eine beträchtliche Verbesserung der Aschenbildung erzielt wurde. Die Asche erscheint poröser und weniger kompakt. Fig. 4 ist eine Abbildung einer Vergleichszigarette, die aus herkömmlichem, unbehandeltem weißem Zigarettenpapier hergestellt worden ist, das eine Natriumkonzentration von 0,1% aufweist. Die Asche ist ganz porös und ähnelt der in Fig. 3 dargestellten Asche. Aus den genannten Untersuchungen geht hervor, daß der Mangel an Hohlräumen und die Kompaktheit der Asche von der Menge an Natriumsalzen abhängt, die in dem Zigarettenpapier vorhanden waren.

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Beispiel 2

In ähnlicher Weise, wie in Beispiel 1 "beschrieben, wurde ein handelsübliches, mit Huminsäure beschichtetes Papier (PEC2 der Papeteries de Malaucene, Paris, France) kontinuierlich auf einerLeimpresse gewaschen, bis der Natriumgehalt auf 0,1% (bestimmt durch Atomabsorption) herabgesetzt war.

Aus dem gewaschenen Papier wurden Versuchszigaretten hergestellt sowie Vergleichszigaretten aus ungewaschenem Papier mit einem Natriuragehalt von 0,5%. Sämtliche Zigaretten besaßen herkömmliche Filter aus Celluloseacetat·

Die Zigaretten wurden unter kontrollierten Laboratoriumsbedingungen geraucht und die Gasphase wurde aufgefangen und auf ihren Gehalt an Kohlenmonoxid analysiert· Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle II zusammengefaßt·

Tabelle II Vergleich Erfindungsgemäß % Abnahme

% Natrium 0,5 0,1 80

CO mg/Zigt. 23,3 19,5 16

Zahl der Züge 15,0 13,5 10

CO/Zug 1,553 1,444 7

Aus Tabelle II ergibt sich, daß die Verringerung, die bei diesem Versuch erzielt worden ist, nicht so drastisch ist wie diejenige aus Beispiel 1, wobei jedoch das Malaucene-Papier lediglich die Hälfte des Natriumgehaltes, verglichen mit dem in Beispiel 1 verwendeten Versuchspapier, aufwies. Außerdem war bei diesem Versuch die Poro- . sität nicht so stark gefallen, und es waren keine Informationen über die bei der Nachbehandlung zum Fixieren verwendeten spezifischen Salze vorhanden.

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Es wurden somit ein Zigarettenpapier sowie ein Verfahren und Mittel zu seiner Herstellung geschaffen, bei dem die Raucheigenschaften im Hinblick auf die Bestandteile der Gasphase beträchtlich verbessert sind. Derartige Papiere oder Umhüllungen, wie sie erfindungsgemäß hergestellt werden, werden mit Vorteil in üblichen rauchbaren Erzeugnissen verwendet· Wenngleich in den Beispielen nur mit Huminsäure beschichtete Papiere erwähnt sind, so wird doch deutlich, daß die Anwesenheit von überschüssigen Natriumsalzen, gleichgültig ob auf mit Huminsäure beschichtetem oder herkömmlichem weißen Zigarettenpapier, die Menge an durch Pyrolyse erzeugtem Kohlenmonoxid beeinflussen kann. Daher wird erfindungsgemäß überschüssiges Alkalisalz sowohl von mit Huminsäure behandelten als auch weißen Zigarettenpapieren entfernt.

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Claims

Patenlcmwäli· Dipl-lng. Woliaang Heichel 6 Fiankkiri a. M. 1 Paikßiraße 13 PHILIP MORRIS INCORPORATED, New York, N.Y., VStA Patentansprüche

1. Hüllblattaaterial für Zigaretten oder andere rauchbare Erzeugnisse, das mit einem unlöslichen Salz von Huminsäure gefärbt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllblattmaterial praktisch frei von löslichen Metallsalzen ist.

2. Verfahren zur Herstellung von Blattmaterial zur Vervendung als Hüllblatt für rauchbare Erzeugnisse, wobei das Material mit einem löslichen Humat angefärbt wird, das anschließend durch Ionenaustausch zum Unlöslichmachen fixiert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß man das Hüllblattmaterial nach dem Fixieren zur Entfernung löslicher, während des Ionenaustausches gebildeter Salze wäscht.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Hüllblattmaterial mit einem Alkalihumat anfärbt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das lösliche Humat auf dem Papier durch Ionenaustausch mit einem Erdalkalimetall unlöslich macht.

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5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Vaschen zur Entfernung praktisch sämtlichen während des Ionenaustausches gebildeten Alkali salze s durchführt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als zu entfernendes Salz ein Natriumsalz entfernt.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das Vaschen fortsetzt, bis weniger als 0,3% Natrium, bezogen auf das Gewicht des getrockneten Materials, in dem Material vorhanden sind.

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