DE3208016A1

DE3208016A1 - Rauchartikel

Info

Publication number: DE3208016A1
Application number: DE19823208016
Authority: DE
Inventors: Richard Roland Dibden Purlieu Hampshire Baker; Frederick Joseph New Milton Hampshire Dashley
Original assignee: British American Tobacco Co Ltd
Current assignee: British American Tobacco Investments Ltd
Priority date: 1981-03-06
Filing date: 1982-03-05
Publication date: 1982-09-16
Anticipated expiration: 2002-03-06
Also published as: NL190629C; FI820663L; FR2501015B1; FR2501015A1; CA1141250A; NZ199934A; FI70366C; IT8219919A0; ZA821311B; ATA88182A; SE8201215L; JPH031947B2; AU8100382A; NO154034C; MY8600448A; NO820678L; HK21485A; LU83986A1; NL8200919A; SE450619B

Description

HOFFMANN · EiTLlS &" PARTNER 3208 016

PATBNTANWÄr/ΓΚ

DR. ING. E. HOFFMANN (19301976) . DIPL.-ING.W. EITLE · D R. RER. NAT. K. HOPI=MAN N · Dl PL.-1 NG. W, LEU N

D I PL.-I N G. K. PDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABEILASTRASSE 4 · D-8000 M 0 NCH £N.81 . TELEFON (08?) 911087 . TE LEX 05 29619 (PATHE)

36 525/6 p/we

British-American Tobacco Company Limited London / Großbritannien

Rauchartikel

D'ie Erfindung bezieht sich auf einen Rauchartikel, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf Zigaretten.

Eine vermehrte Aufmerksamkeit schenkte man bis vor kurzem der Reduzierung des Seitenstronirauchcs, welcher von den Zigaretten abgegeben wurde während des Glinuuonu und Schwelens zwischen den Zügen. Eine Determinante der Seitenstromerzeugung einer Zigarette ist die Brennrate der Zigarette während der Glimm- bzw. Schwelperioden zwischen den Zügen. So kann die Seitenstromerzeugung durch Verwendung von Papieren reduziert werden, die der Zigarette geringe Brennraten verleiht. Wie dies Fachleuten auf diesem Gebiet der Technik bekannt ist, bezieht sich die Brennrate des Zigarettenpapiers auf die inherente Permeabilitat desselben. Je geringer die Permeabilität ist, umso geringer ist, allgemein gesprochen, die Brennrate. Konseguen-

terweise greift man zur Erzielung geringer Raten hinsichtlich der Seitcnstromemission zu Papieren mit geringem P e r me a b i 1 i t ä t s wc r t.

Derzeit beträgt der geringste Permeabilitätswert des bei der herkömmlichen Zigarettenherstellung verwendeten Papiers ungefähr fünf Coresta-Einheiten, weil Versuche hinsichtlich der Verwendung geringerer Permeabilitäten zu Zigaretten geführt haben, daß die Zigarette nicht ange— zündet verbleibt, wenn zwischen den Zügen sogar nur für eine kurze Zeit die Zigarette nur glimmt. Die vorliegende Erfindung begründet sich auf die Entdeckung, daß Papierumwickluncjcn mit besonders geringen Pcmeabilitätswerten verwendet werden können, während annehmbare, die Verbrennung aufrechterhaltende Eigenschaften der Rauchai'tikel gleichzeitig erzielt werden können, wenn ein Papier ausgewählt wird, für das das Verhältnis des Diffusionskoeffizienten (D ) des Sauerstoffs durch Stickstoff im Papier und die Dicke (t) des Papiers besonderen Anforderungen genügen.

Der Diffusionskoeffizient oder die Diffusivität eines Gases in einer¹ binäi'en Gasmischung ist definiert als die Gasmenge, die in einer Zeiteinheit durch die Fläche eines Einheitsbereiches gelangt, wenn der Konzentrationsgradient eine Einheit ist (unity). Gase diffundieren langsamer,- wenn die Diffusion durch poröse Feststoffe, wie Papier, erfolgt, als durch eine uneingeschränkte Gasphase. Der Diffusionskoeffizient von Gasen durch Papier wird durch ein Verfahren gemessen, welches von Drake et al beschrieben und im International Journal of Heat and Mass Transfer, 1980, Volume 23, Seiten 12 7-134, veröffentlicht ist. Wenn dex- Diffusionskoeffizxent in den Einheiten

2 — 1

cm see und die Papierdicke in cm quotiert ist, dann hat das Verhältnis D /t die Einheit cm see . Angemessenerweise ist der Diffusionskoeffizient im Verhältnis zum

Sauerstoff bestimmt, er könnte jedoch auch korrespondierend zum Zwecke einer angenehmen Messung auf ein anderes Gas abgestimmt sein.

Die Luftpermeabilität von Papier wird in Coresta-Einheiten

s
2

3 ausgedrückt, als die Luftmenge in cm , die durch einen

Papier in einej: Minute bei konstanter Druckdifferenz von 1,0 Kilopascal cjelangt.

Inhärent poröses Zigarettenpapier besteht aus einem zwischenverriegelten Netzwerk von Fasern, üblicherweise im wesentlichen vollständig oder hauptsächlich aus Cellulosefasern, welche von Partikeln eines Füllers, beispielsweise Kreide, durchsetzt ist. öffnungen in dieser Faser/Füllermatrix liegen in der Größenordnung von ungefähr 1 μκι Breite. Dies ist verglichen mit der Papierdicke (üblicherweise 20 bis 40 μ) klein und der Luftstrom durch diese Öffnungen im Papier wird durch viskose Kräfte beherrscht. Wenn jedoch Zigarettenpapier nach dem PapierlH:rste.llung.ⁱ.;prozoß pcrf oriort wird, be i fipialawr:ir;c: durch einen.elektrostatischen oder mechanischen Prozeß, so werden die Perforationslöcher relativ groß, üblicherweise mit einem mittleren Durchmesser der selben Größenordnung wie die Papierdicke. Der Luftstrom durch diese Perforationslöcher wird durch Trägheitskräfte beherrscht.

Die gesamte Strömung durch das perforierte Zigarettenpapier besteht somit aus zwei Komponenten, nämlich der viskosen Strömung durch die poröse Struktur des Papiers, inherent durch das Papierherstellungsverfahren, und die Trägheitsströmung durch die perforierton Löcher. Die Gesamt:;Lröjimng durch das perforierte Papier kann ausgedrückt werden durch:

Q = ZAP + Z ¹A(P) ⁿ

worin Q der Luftstrom ist (cm min ), A der der strömenden Luft ausgesetzte Papierbereich (cm")

P die Druckdifferenz quer über das Papier ist

(Kilopascal),
Z die Permeabilität des Papiers infolge der viskosen Strömung durch die vom Papierher-Stellungsprozeß innerenten Öffnungen in

Coresta-Einheiten ist (cm min Kilopascal ) Z' die Permeabilität des Papiers infolge des

Trägheitsstromes durch die Perforationslöcher

Λ Λ /ν*

ist (cm min Kilopascal ), 15· und η eine konstante für einen gegebenen Satz

von Perforationslöchern ist, worin 0,5 ^. η <^ 1 ,0 ist. Der exakte Wert von η hängt von der Größe der Perforationslöcher im Papier ab.

Aus der obigen Gleichung ist die "Gesamtpermeabilität" des perforierten Zigarettenpapiers gleich (Z + Z').. Die relativen Werte von Z und Z' für ein gegebenes perforiertes Papier kann durch Messen der Strömung durch das Papier in Druckserien über das Papier und durch numerisches.

Rückbildon dos Q/P-Wertes in der obigen Gleichung erhalten werden, wenn der Wert von η in Übereinstimmung mit der mittleren Größe der Perforationslöcher im Papier verwendet wird.

Die vorliegende Erfindung sieht einen Rauchartikel, beispielsweise einer Zigarette vor, der eine Stange aus Rauchmaterial umfaßt, welches in eine Umwicklung eingewickelt ist, deren Luftpermeabilität infolge der viskosen Strömung im wesentlichen gleichförmig ist und im wesentlichen nicht

— *7 «.

mehr als drei Coresta-Einheiten beträgt und dessen den D /t-Wort im wesentlichen im Bereich von 0,08 bis 0,6 5 cm see beträgt.

Vorzugsweise besteht die Umwicklung,, deren Luftpermeabilität und deren D /t-Werte den obengenannten physikalischen Begrenzungen genügen, aus einer einzelnen Papierschicht.

Vorteilhafterweise beträgt der D /t-Wert nicht mehr als

-1 -1

0,25 cm see und nicht weniger als 0,15 cm see

Ebenso hat, in Übereinstimmung mit der Erfindung, ein Rauchartikel Einwickelmaterial, vorzugsweise in Form einer einzelnen Papierschicht, eine Luftpermeabilität infolge der viskosen Strömung, die im wesentlichen nicht mehr als drei Coresta-Einheiten beträgt und einen D /t-Wert hat, welcher im wesentlichen im Bereich von 0,08 bis 0,6 cm see beträgt.

Wenn das Wickelmaterial große Löcher enthält und der Widerstand gegenüber dem Luftstrom durch das Einwickelmaterial infolge der Trägheits- und der viskosen Kräfte so ist, kann es sein, daß die Gesamtpermeabilität mehr als drei Coresta-Einheiten beträgt, jedoch die Permeabilität infolge der viskosen Strömung sollte nicht mehr als ungefahr drei Coresta-Einheiten betragen. Die Luftpermeabilität der Umwicklung infolge der viskosen Strömung beträgt vorzugsweise nicht mehr als zwei Coresta-Einheiten und beträgt bevorzugt ungefähr eine Coresta-Einheit. Die Permeabilität der Umwicklung infolge der viskosen Strömung sollte in dem Sinne gleichförmig sein, daß die Permeabilität des für die Umwicklung verwendeten Papieres, an jeder ausgewählten Zone gemessen, dieselbe ist, als wenn sie an jeder anderen Zone gemessen wird. Angemessen ist die gewünschte viskose Strömungspermeabilität der Papierumwicklung als eine

inherente Eigenschaft des durch den Papierherstellungsprozeß sich ergebenden Papiers vorgesehen.

Ein mindest akzeptieirbarer D /t-Wert innerhalb des

-1

Bereiches von ungefähr 0,08 bis ungefähr 0,65.cm see wird in einem begrenzten Umfang von einer Zahl von Designfaktoren des Rauchartikels abhängen, dem Typ und der Form des Tabaks oder des anderen Rauchmaterials und dem Durchmesser der Rauchmaterialstange, beispielsweise.

Die Produktionsrate der Seitonstrom- total partikulierten Sache (TPM), d.h. die Seitenstrom-TPM-Abgabe pro Zigarette aufgeteilt über die Zeit, über die die Zigarette geraucht wird, correliert mit der Menge des sichtbaren Seitenstromrauches, welcher bei der Abgabe von der Zigarette beobachtet wird. Für kommerzielle Zigaretten mit herkömmlichen Zigarettenpapier ist die Produktionsrate der Seitenstrom-TPM größer

-1
als ungefähr 3,0 mg min . Für den Fall, daß die Zigarette in Übereinstimmung mit der Erfindung hergestellt wird, ist es möglich, Werte von 2,0 mg min oder weniger zu erhalten.

Zigaretten können in Übereinstimmung mit der' vorliegenden Erfindung hergestellt werden, welche eine Reduktion von 40 % oder sogar 60 % oder mehr hinsichtlich der Total-■ Seitenstrom-TPM-Abgabe ergeben, auf einer gleichen Zugznhlbas.is verglichen mit vergleichbaren Zigaretten, eingewickelt in herkömmliches Zigarettenpapier. Die Abgaben der anderen Seitenstrom-Rauchkomponenten., beispielsweise Kohlenstoffrnonoxid und Kohlenstoffdioxid werden ebenfalls durch Verwendung der Erfindung reduziert.

Zigaretten gemäß der Erfindung haben eine statische Brenndauer, welche geringer ist. als die herkömmlicher Zigaretten. Jedoch durch Auswahl relevanter Dcsignvariablen können Zigaretten wirksam vorgesehen werden, die auch dann brennen bleiben, wenn sie mit einem Zug pro Minute geraucht werden. So haben die Zigaretten gemäß der Erfindung nicht nur . den Vorteil einer geringen Seitenstrom-Rauehproduktion, sondern sie haben ebenso eine Selbstauslöschwirkung, wenn sie für eine längere Zeitperiode sich selbst überlassen werden.

Das Einwickelmaterial kann chemische Additive oder Füller umfassen. Die chemischen Additive können in einer Beladung von 0,5 % bis 4 % eingeschlossen sein, um gewünschte Aschen und/oder Glimmeigenschuften vorzusehen. Geeignete Additive; sind beispielsweise Phosphate, Monoamrnonium oder Dinatriumphosphat, beispielsweise Citrate, Natriumo'der Kaliumeitrat, Tartrate, Formate, Lactate und Acetate. Geeignete Füller sind Titandioxid, Magnesiumoxid und . Calciumcarbonat.

Die Erfindung wird nun weiter anhand eines Beispielsunter Bezugnahme auf vier Formen von Zigaretten. A, B, C und D in Übereinstimmung mit der Erfindung beschrieben und mittels eines Vergleichs unter Bezugnahme auf drei Formen von Zigaretten herkömmlicher Art E, F und G.

In der beigefügten Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel in Fig. 1 in perspektivischer Ansicht eine Zigarette dargestellt, bei der das Zigarettenpapier im Anzündbereich der Zigarette zur Verdeutlichung der Umwicklung des Tabaks mit dem Papier aufgelappt dargestellt wird.In Fig.2 ist ein vergrößerter Schnitt durch das Zigarettenpapier dargestellt,

Die Zigarette besteht aus einer aus Tabak 16 gebildeten Stange 12, an deren Mundende ein Filterstück 18 angebracht ist. Die Zj.garette 10 ist mit einem Zigarettenpapier 14 umwickelt, welches in Fig. 2 im vergrößerten Schnitt dargestellt ist. Das Zigarettenpapier 14 ist
mit Pcrfornt'ionslöchern 22 versehen, deren Durchmesser etwa, der Dicke d des Zigarettenpapiers entspricht. Diese Perforationslöcher sind nach dem eigentlichen Herstellen des Papiers angebracht worden. Im übrigen besteht das

Papier aus miteinander verflochtenen Fasern 19, zwischen denen sich Füllstoffe 20 befinden. Zwischen diesen Fasern 19 und den Füllstoffen 20 sind durch die Herstellung
des Papiers entstandene Wege 24 vorgesehen, durch die Rauch das Zigarettenpapier durchströmen kann.

Nun zu den Beispielen. Einzelheiten des Zigarettenpapier der Zigaretten A bis G sind in der folgenden.Tabelle I angegeben .

Tabelle I

Zigarette Permeabilität D t ^D _o/^t

(Coresta-Einheiten) ^2^-1) (cm) _(cmsec-1_}

A ' 0,7 0,00032 0,0030 0,11

B 1,0 0,0010 0,0040 0,25

C 1,5 0,0021 0,0035 0,60

D 3,0 0,00070 0,0030 0,23

E und G 25 0,0070 0,0040 1,75

F 50 0,0125 0,0039 3,21

Jede der Zigaretten B, C, E und F besteht aus einer Tabakstange, die 59 mm lang und einen Umfang von 24,75 mm hat. An dieser Stange ist ein 25 min langer Celluloseacetat-Filter angebracht. Die Tabakmischung und die Filterspezifizierung sind für jede dieser Zigaretten gleich. Die Zigaretten A, D und G waren Flachzigaretten mit einer Tabakstangenlänge von 70 mm und einem Umfang von 25 mm. Die Filterzigaretten wurden bis auf eine Tabcikstangenrestlänge von 8 mm geraucht und die flachen Zigaretten bis zu Restlängen von 23 mm, und zwar unter Standard-Rauchbedingungen mit einem Zug von 35 cm Volumen und 2 see Dauer pro Minute, um die Hauptstrom- und Seitenstrom-Abgaben des TPM und Nikotin zu bestimmen. Die Resultate ergeben sich aus der Tabelle II„

	Haupt	TPM	Tabelle	strom	II	Seitenstrom	TPM	Nikotin	Zug
	(mg(cig)	Nikotin		(mg/cig)	(mg (cig)	"Wt"
Zigarette	40,8	(mg/c ig)	17,6	2,04	IN L ·
	26,4	2,30	20,6	2,73	15,0
A	22,2	1 ,56	21 ,7	2,60	19,1
B	37,7	1 ,49	21,2	2,11	16,1
c ■	16,0	2,00	34,0	4,58	12,3
D	15,3	1,31	31 ,9	4,30	11,7
E	26,7	1,21	27,6	3,60	11,3
F	1 ,70		9
G

Wie aus Tabelle II ersichtlich ist, zeigen die Zigaretten B und C Seitenstromabgaben des TPM und Nikotin, die beträchtlich niedriger sind als die entsprechenden Abgaben der Zigaretten E und F-herkömmlicher Art. Mehr noch gilt dies, weil die Zigaretten B und C mit einer beträchtlich höheren Zugzahl als die Zigaretten E und F geraucht werden können, während gleichzeitig akzeptable Verbrennungsaufrechterhaltuhgseigenschäften gegeben sind. Gleicherweise hatten die Zigaretten A und D eine höhere Zugzahl als die Flach-Kontroll-Zigaretten G.

Tabelle III zeigt den Prozentsatz der Reduktionen der Seitenstrom-Rauchkomponenten-Abgaben für Flachzigaretten A und D im Vercjleich mit Steuerzigaretten, die herkömmliches Zigarettenpapier verwenden, wobei die Zugzahlen für die Test- und die Kontrollzigaretten gleich waren.

Tabelle III '

Zigarette TPM Nikotin PMWNF CO CO₂

A 6 2 66 61 57 40

D 44 57 41 41 32

PMWNF ist eine Abkürzung für "particulate matter water and nicotine free" ("partikulierte Sache wasser- und nikotinfrei").

Die Raten der Seitenstrom-TPM-Produktion für Zigaretten A und D wurden bestimmt und mit 1,3 bzw. 1,9 mg min befunden.

Das verstärkte bzw. vergrößerte Zugzahlphenomen, festgestellt im Verhältnis mit Tabelle II, kann dazu verwendet werden, die Abgaben pro Zigarette durch Reduzierung der Tabakmenge in jeder Tabakstange zu reduzieren, während der Raucher mit einer Zugzahl im mit herkömmlichen Zigaretten experimentierten Zugzahlbereich versehen wird. Wenn so die Brennlänge der Zigarette B von 51 mm auf 30 mm reduziert wird, d.h. die Gesamttabakstange wird von 59 mm auf 38 mm reduziert, so wird die Zugzahl von 19,1 auf 11,3 reduziert, d.h. auf den Zugzahlwert der her-• kömmlichen Zigarette F. Dies würde in einer reduzierten Seitenstromabgabe von 12,1 mg TPM und 1,61 mg Nikotin resultieren. Gleicherweise könnte die Zugzahl der Zigarette C von 16,1 bis 11,3 dadurch reduziert v/erden, daß die Brennlänge von 51 mm auf 36 mm reduziert wird, was in einer reduzierten Seitenstromabgabe von 15,3 mg TPM und 1,84 mg Nikotin resultiert. Für beide Zigaretten B und G reduzierter Länge würde die Hauptstrom TPM (total particulate matter) Abgabe nahezu dem der Zigarette F betragen. Es wird festgestellt, daß die Erfindung nützlich auf Tabakstangenlängen im Bereich von 25 bis 55 mm anwendbar ist.

Die Verwendung einer Umwicklung entsprechend der Erfindung zieht der Designer von Rauchartikeln, insbesondere Zigaretten vor, und zwar mit einem wertvollen Werkzeug zum Steuern oder Kontrollieren der Seitenstromabgabe, gleich ob sie absolut oder in Relation zur Hauptstromabgabe oder zu beidem betrachtet wird, urn einen annehmbaren Rauchartikel zu erzielen, die Kombinationen von Raucheigenschaften haben, die nicht oder bisher nicht ohne weiteres erzielbar waren. Dies wird darüber hinaus mit relativ einfachen Mitteln erzielt, die kein wesentliches Abweichen von laufenden Herstellungsverfahren involviert und auch nicht unannehmbare

Nachteile mit sich bringt, wie beispielsweise schlechte Verbrennungsaufrechterhaitungseigenschaften.

Claims

!SlTM & PARTNKR l'ATHNTANWÄI/I'H DR. ING. E. HO ΡΓ/ΛΛ Ν Ν (1930-1976) · Dl PL-! N G.W. EITLR . DR. I! ER. HAT. K. HOFFMAN N · Dl PL. -1 NG. W. Li: M H DIPL.-ING. K. FOCHSlC · DR. RER. ΝΛΤ. B. HANSEN ARAßELLASTRASSE 4 . D-8ÜO0 MO NC H E N 81 · TELEFON (OS;) S1IlO Ϊ/ . TELEX. 05=2961? {IVO Ht) 36 525/6 p/we British-American Tobacco Company Limited London / Großbritannxen Rauchartikel P a t e η t a η _s_p r ü c h e

1. Rauchartikel mit einer Stange aus Rauchmaterial, welche in eine Umwicklung eingewickelt ist, insbesondere einer PapierUmwicklung, dadurch gekennzeichnet , daß die Luftpermeabilität der Umwicklung (14) infolge der viskosen Strömung im wesentlichen gleichförmig ist und im wesentlichen nicht mehr als drei und vorzugsweise nicht mehr als zwei Corestä-Einheiten beträgt und deiß der den D /t-Wert der Umwicklung (14) im wosontjichon im bereich von 0,08 bis 0,65 cm.see liegt.

2. Rauchartikel nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c hn e t , daß der D /t-Wert der Umwicklung

-1 (14) nicht niedriger ist als 0,15 cm see

3. Rauchartikel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der D /t-Wert der Umwicklung nicht mehr als 0,25 cm see beträgt.

4. Rauchartikel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch g e kennzeichnet, daß die Länge der Stange

(10) des Rauchmaterials (16) innerhalb eines Bereiches von 25 bis 55 mm liegt.

5. Rauchartikel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeic hn e t , daß beim Rauchen des Artikels die Produktionsrate der Seitenstrom-TPM nicht mehr als ungefähr 2 mg min beträgt.

6. Rauchartikel nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch 20' gekennzeichnet , daß beim Rauchen des

Artikels eine Reduktion der Seitenstrom-TPM-Abgabe zumindest 4ü % ist, verglichen mit einem Rauchartikel, welcher mit einem herkömmlichen Zigarettenpapier umwickelt ist, und zwar auf der Basis gleicher Zugzahl. 25

7. Rauchartikel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion der Seitenstrom-TPM-Abgabe zumindest 60 % oder mehr ist.

8. Rauchartikelumwicklungsmaterial, dadurch gekennzeichnet , daß dessen Luftpermeabilität im wesentlichen nicht mehr als drei Coresta-Einheiten prägt und der D /t-Wert im wesentlichen im Bereich von 0,08 bis 0,65 cm see liegt und vorzugsweise nicht niedrigor ist als 0,15 cm see" .