DE3310092C2 - Hüllenmaterial zur Verringerung von Seitenstrom-Rauch und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hüllenmaterial zur Verwendung für Raucherartikel, enthaltend ein Papier auf Cellulose­ basis, das 10 bis 50 Gew.-% eines anorganischen Füllstoffs und ein Alkalimetallsalz äquivalent zu mindestens 23 mg Alkalimetall pro g Basispapier einschließlich Füllstoff enthält, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Derartige Raucherartikel werden gewöhnlich durch Einhüllen von Tabak in Papier, das aus Flachs oder anderen Cellulo­ sefasern und Calciumcarbonat-Füllstoff hergestellt ist, hergestellt. Papiere dieser Zusammensetzungen sind in heu­ tigen Zigaretten Standard. Die brennende Zigarette setzt Rauch frei, der als Seitenstrom klassifiziert werden kann, wenn er vom angezündeten Ende der Zigarette ausströmt oder als Hauptstrom, wenn er durch die Tabaksäule zum Raucher gezogen wird.

Es wurden verschiedene Versuche unternommen, das Ausmaß des Seitenstrom-Rauchs zu verringern. Jedoch war keiner bis zu dem Punkt einer beträchtlichen gewerblichen Aus­ wertung erfolgreich. Beispielsweise ist die US-PS 4 225 636 auf die Verwendung von hochporösen, mit Kohlenstoff beschichteten Zigarettenpapieren gerichtet, die wesent­ liche Verringerungen sowohl des Hauptstroms als auch des Seitenstrom-Rauchs ergeben soll. Die US-PS 3 744 496 ist ebenfalls auf eine mit Kohlenstoff gefüllte Hülle gerich­ tet, die vorzugsweise mit Verbindungen wie Alkalimetall­ hydroxiden, -bicarbonaten und -carbonaten behandelt ist. Es wurde auch erkannt, daß einige Rauchergegenstände, die in Tabakblätter gehüllt sind, geringere Mengen an Seiten­ strom-Rauch abgeben, jedoch sind derartige Umhüllungen für die Verwendung bei Zigaretten nicht brauchbar.

Diese Produkte sowie solche, die aus anderen Versuchen zur Verringerung des Seitenstroms resultieren, litten entweder an übermäßigen Kosten oder an nachteiligen Auswirkungen, die sich auf Teilchenabgaben im Hauptstrom, den Zug, den Geschmack oder andere Faktoren, wie die Brenngeschwindig­ keiten, bezogen. Daher hat keine davon eine praktische Lösung zur Verringerung des Seitenstrom-Rauchs für Zigaretten ergeben.

Es ist bekannt, Hüllen für rauchbare Gegenstände Zusätze, vorwiegend Verbrennungsbeschleuniger, zuzufügen. Referenzen bezüglich der Verwendung derartiger Zusammensetzungen umfassen die US-PS 3 861 401, die US-PS 3 797 504 und die US-PS 3 667 479, die jeweils Verbesserungen der Brenneigen­ schaften beschreiben.

Die DE-OS-32 47 365, die Stand der Technik gemäß § 3, Ab­ satz 2, PatG, ist, beschreibt eine Umhüllung für Raucher­ artikel, wie Zigaretten, die ausgefälltes, amorphes Magnesiumhydroxidgel enthält. Eine wirksame Reduzierung von sekundärem Teer und sichtbarem Nebenrauch wird insbe­ sondere durch ein Basisgewicht des Papiers von zwischen 30 g/m² und 100 g/m² erzielt. Weitere Komponenten in der Umhüllung können ein nicht-reaktiver Grad von Magnesium­ oxid und/oder Calciumcarbonat, vorzugsweise in einer Menge von 30 bis 60% des gesamten Papiergewichts, sein.

Die EP-A-0 085 494, ebenfalls Stand der Technik gemäß § 3, Absatz 2, PatG, offenbart einen Raucherartikel mit redu­ ziertem Seitenstrom-Rauch, worin als Hüllenmaterial ein handelsübliches Zigarettenpapier eingesetzt wird, das 9 bis 20 Gew.-% eines Alkalimetallsalzes enthält, wobei Kaliumcitrat bevorzugt ist.

Die US-A-4 231 377 offenbart eine Umhüllung für Raucher­ artikel, umfassend eine brennbare Celluloseschicht, die mindestens 15% Magnesiumoxid und mindestens 0,5% eines Salzes, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Alkali­ metallacetaten, Carbonaten, Citraten, Nitraten und Tartra­ ten, enthält, wobei die Gewichtsprozentangaben auf das Gewicht der Umhüllung bezogen sind. Es sind Beispiele vorhan­ den, in denen ein Maximum von 3,5% des Salzes angewendet wird.

Als bevorzugtes Basis­ gewicht der Celluloseschicht ist 50 g/m² oder mehr angege­ ben. Mit dieser Umhüllung wird eine Reduktion des sicht­ baren Seitenstrom-Rauchs angestrebt, es befindet sich in diesem Dokument jedoch kein Hinweis darauf, daß zur effek­ tiven Verringerung des Seitenstrom-Rauchs das spezifische Volumen der Celluloseschicht entscheidend sein könnte.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine Hülle oder Hülse für rauchbare Gegenstände, die Seitenstrom-Rauch verringert, während eine beträchtliche Verschlechterung anderer günstiger Eigenschaften vermieden wird, sowie ein verbessertes Verfahren zu deren Herstellung bereitzu­ stellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Hüllenmate­ rial der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Basispapier ein spezifisches Volumen von mindestens 1,3 cm³/g aufweist.

Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Hüllen­ materials sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.

Der hier verwendete Ausdruck spezifisches Volumen wird als das Oberflächenvolumen in Kubikzentimeter von 1 g Papier definiert, berechnet auf der Gewichtsbasis dieses Papiers vor der Behandlung und seiner Dicke nach der Behandlung.

Mit dem erfindungsgemäßen Hüllenmaterial wird eine Ver­ ringerung des Seitenstrom-Rauchs erzielt, ohne beträcht­ liche nachteilige Auswirkung auf Eigenschaften wie teilchenförmiges Material im Hauptstrom und die Zug­ anzahl; diese Ergebnisse erhält man durch Modifizieren von üblichem Zigarettenpapier. Das Papier wird mit einer außergewöhnlichen Menge eines Alkalimetallsalzes behan­ delt, die weit über den bisher in Verbindung mit der Ver­ besserung der Brenneigenschaften verwendeten Mengen liegt.

Derartige Zusätze umfassen Natrium- oder Kaliumsalze von Säuren, wie Kohlensäure, Ameisensäure, Essigsäure, Propion­ säure, Apfelsäure, Milchsäure, Glykolsäure, Zitronensäure, Weinsäure, Fumarsäure, Oxalsäure, Malonsäure, Bernstein­ säure, Salpetersäure und Phosphorsäure. Eine Menge von zumindest 6 Gew.-% ist erforderlich, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erzielen. Bisher wurde angenommen, daß Mengen derartiger Zusätze von über etwa 3,0% nicht zu einem zusätzlichen Vorteil führen würden. Überraschender­ weise ergibt die Anwendung dieser Alkalimetallsalze auf Papier in außergewöhnlichen Mengen, wie sie im Rahmen der Erfindung beschrieben werden, sehr beträchtliche Verringe­ rungen des Seitenstrom-Rauchs, während andere Brenneigen­ schaften nur minimal beeinflußt werden. Bevorzugte Ausfüh­ rungsformen umfassen die Anwendung von Kaliumcitrat auf Zigarettenpapier mit einer Permeabilität von nicht mehr als 10 cm/min.

Das erfindungsgemäße Hüllenmaterial wird dadurch herge­ stellt, daß man auf das Basispapier eine Menge an Alkali­ metallsalz, äquivalent zu mindestens 23 mg Alkalimetall pro g Basispapier einschließlich Füllstoff, aufträgt.

Im folgenden werden die beigefügten Zeichnungen kurz erläutert.

Die Fig. 1 stellt eine Grafik dar, die erfindungsgemäß die prozentuale Verringerung des Seitenstrom-Rauchs als eine Funktion des Gehalts an Kaliumcitrat, das für das Papier angewendet wurde, veranschaulicht.

Die Fig. 2 veranschaulicht erfindungsgemäß den entsprechen­ den Effekt auf die Brenngeschwindigkeit dieser Anwendung von Kaliumcitrat auf das Papier.

Die Fig. 3 und 4 entsprechen den Fig. 1 und 2, jedoch unter Verwendung von Natriumcitrat.

Die Fig. 5 ist eine Grafik, die die Verbesserung der Wirkung des Kaliumcitrats durch Verringerung der Porosität des Papiers zeigt.

Während des Rauchens einer Zigarette wird ein großer Anteil des durch Verbrennung des Tabaks erzeugten Gesamtrauchs von dem angezündeten Ende der Zigarette als Seitenstrom- Rauch abgegeben. Die relativen Mengen des Hauptstroms und des Seitenstroms in einem vorgegebenen Fall hängen von der Art und Weise ab, wie geraucht wird. Wenn die Ziga­ rette in längeren Zeiträumen zwischen den Zügen in einem Aschenbecher abgelegt wird, so bildet der Seitenstrom ei­ nen sehr großen Bruchteil des erzeugten Gesamtrauchs. Unabhängig davon, ob die Zigarette während der Zeiträume zwischen den Zügen vom Raucher gehalten wird oder in ei­ nem Aschenbecher verbleibt, steigt der Seitenstrom als konzentrierbare und gut sichtbare Rauchwolke auf. Darüber hinaus beginnt diese konzentrierte Wolke von dem angezün­ deten Ende einer Zigarette zu entweichen, selbst während Luft während des Zuges eingezogen wird, so daß Seitenstrom- Rauch beständig in großen Mengen während des Verbrauchs einer Zigarette freigesetzt wird, unabhängig davon, ob dieser Verbrauch weitgehend durch Glimmen oder durch Züge erfolgt. Manchmal wird die Seitenstrom-Rauchwolke durch Luftströmungen in die Nähe anderer Personen getragen, die dies als Belästigungsquelle empfinden können. Daher besteht ein Bedürfnis nach Zigaretten, die beträchtlich weniger Seitenstrom-Rauch bilden.

Erfindungsgemäß wird das teilchenförmige Seitenstrom- Rauchmaterial durch Modifizieren des zur Umhüllung der Tabaksäule verwendeten Papiers stark verringert. Frühere Versuche, den Seitenstrom-Rauch durch Modifizieren der Hülle zu verringern, haben die Verwendung von Papieren einbezogen, die technisch oder wirtschaftlich nicht brauch­ bar waren, die ästhetisch unbrauchbar waren oder die zu einer drastisch verringerten Hauptstrom-Rauchfreisetzung und Zugzahl führten. Im Gegensatz hierzu verzögern die Modifikationen der vorliegenden Erfindung nicht die Brenn­ geschwindigkeit oder ergeben keine erhöhte Abgabe von Teer im Hauptstrom; sie wirken sich nicht nachteilig auf das Aussehen der Zigarette oder Asche aus; und sie erfor­ dern nicht die Anwendung exotischer Materialien oder Her­ stellungsverfahren. Beispielsweise ergeben die mit der erfindungsgemäßen Hülle hergestellten Zigaretten einen normalen Genuß für den Raucher, verringern jedoch die Mög­ lichkeit, daß Streu-Rauch Nebenstehende belästigt.

Erfindungsgemäß werden diese sehr wünschenswerten, sehr günstigen Wirkungen durch Behandeln der Hüllenmaterialien für Raucherarti­ kel mit außergewöhnlichen Mengen an Alkalimetallsalzen erzielt. Solche Hüllenmaterialien sind übliche Zigaretten­ papiere, die aus Flachs und/oder anderen Cellulosefasern hergestellt werden, die einen anorganischen Füllstoff, typischerweise Calciumcarbonat, enthalten. Andere geeig­ nete mineralische Füllstoffe sind dem Fachmann auf diesem Gebiet geläufig. Diese Füllstoffe sind über einen breiten Bereich von 10% bis 50%, bezogen auf das Gewicht, erfindungsgemäß brauchbar.

Die Verwendung derartiger Salze erfolgte seit vielen Jah­ ren als Zusätze zu Zigarettenpapieren, um die Aschecharak­ teristika zu verbessern und die Verbrennungsgeschwindigkeit zu beschleunigen, jedoch werden sie bei der üblichen An­ wendung in geringen Mengen im Bereich von 1% bis 3% des Gewichts des Basispapiers zugesetzt. Erfindungs­ gemäß werden derartige Alkalimetallsalze, die normalerwei­ se Verbrennungsbeschleuniger sind, der Hülle in Mengen zugegeben, die weit über den bisher verwendeten liegen, d. h. mindestens 23 mg pro g Basispapier einschließlich Füllstoff, und es hat sich gezeigt, daß sich ihre Wirkung auf die Verbrennungsgeschwindigkeit der Zigarette umkehrt; weitere Zunahmen der Salzzugabe führen statt dessen zu einer Ver­ ringerung der Verbrennungsgeschwindigkeit. Tatsächlich führt bei Papieren mit geringer Porosität und/oder rela­ tiv niedrigem Gehalt an Calciumcarbonat-Füllstoff der Zusatz von überschüssigen Alkalimetallsalzen, beispiels­ weise von über 20% Kaliumcitrat, basierend auf dem Basispapiergewicht, gewöhnlich zum Verlust der Verbren­ nungskontinuität; Zigaretten, die mit derartigen Papieren hergestellt werden, sind selbst-verlöschend.

Als noch bedeutender wurde gefunden, daß unabhängig davon, ob es sich um ein mechanistisch verwandtes oder bloß zufäl­ liges Phänomen handelt, wenn die Alkalimetallsalze in ei­ nem Gehalt im Konzentrationsbereich vorliegen, bei dem eine Umkehr der Verbrennungsgeschwindigkeit auftritt, die Menge des teilchenförmigen Seitenstrom-Rauchs wesentlich verringert wird. Die Wirkungen der gesamten Teilchenabgabe des Seitenstroms (SS-TPM) und der Brenn­ geschwindigkeit bei der Zugabe steigender Mengen an Ka­ liumcitrat zu einem weitverbreitet verwendeten Standard- Zigarettenpapier sind in den Fig. 1 und 2 aufgeführt. Für diese Beispiele wurde ein Zigarettenpapier mit einem Basisgewicht von 25 g/m², einer Permeabilität von 25 cm/min (CORESTA), einem spezifischen Volumen von 1,47 cm³/g und einem Gehalt von 30% Calciumcarbonat als Füllstoff verwendet. Ein derartiges Zigarettenpapier ist im Handel leicht er­ hältlich. Wie gezeigt, erfolgt die Verschiebung der Beschleunigung der Verbrennungsgeschwindigkeit als Reak­ tion auf die zunehmende Salzzugabe allmählich über den Bereich zwischen 6% Kaliumcitrat und 16%. Zum gleichen Zeitpunkt steigt die Verringerung des Seitenstrom-Rauchs, die 25% bei 6% Salzzugabe beträgt, auf 35% bei 16% Salz an und beginnt bei 20% Salzzugabe abzufallen. Diese Gehalte an Kaliumcitrat entsprechen einem Bereich von 23 bis 77 mg Alkalimetall pro Gramm Basispapier.

Erfindungsgemäß sind derartige Salze in einem Bereich von über 23 mg Alkalimetall wirksam, jedoch liegt der bevor­ zugte Bereich bei mindestens 46 mg Alkalimetall pro Gramm Basispapier einschließlich Füllstoff. Für die meisten Zwecke sind Mengen über 100 mg Alkalimetall pro Gramm Basispapier und Füllstoff unwirtschaftlich.

In den Beispielen wird zwar die Verwendung von Kaliumcitrat veranschaulicht, jedoch umfassen andere Verbindungen, die gleiche Wirkungen ergeben, Alkalimetallsalze der folgen­ den Säuren: Kohlensäure, Ameisensäure, Essigsäure, Propion­ säure, Apfelsäure, Milchsäure, Glykolsäure, Weinsäure, Fumarsäure, Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Sal­ petersäure und Phosphorsäure. Für den Fachmann ist er­ sichtlich, daß die Formen der Kurven der Fig. 1 und 2 etwas mit verschiedenen Salzen variieren, wie durch die Fig. 5 und 4 für Natriumcitrat veranschaulicht. Jedoch sind die Kurven charakteristisch und die beschriebenen Auswirkungen auf die Seitenstrom-Verringerung und die Brenngeschwindigkeit werden in jedem Falle bei prozen­ tualen Zugaben von über 6 Gew.-% erzielt. Es wurde auch gefunden, daß andere Alkalimetallsalze, wie Natrium­ salze, wirksam sind. Es ist auch ersichtlich, daß derarti­ ge Salze in Kombination verwendet werden können. Wenn andere Salze verwendet werden, werden die dem Papier zugefüg­ ten Mengen so eingestellt, daß sie die gleiche Menge an Alkalimetall ergeben, wie sie durch die erforderliche Menge an Kaliumcitrat bereitgestellt würde.

Die Behandlung von jeglichem üblichem Zigarettenpapier mit großen Mengen an Alkalimetallsalzen, wie sie hier beschrieben wird, führt zu einer Verringerung des Aus­ maßes des Seitenstrom-Rauchs. Jedoch kann die Wirkung dieser Behandlung auf ein Maximum heraufgesetzt werden bei Verwendung von Papier mit niedriger Porosität und durch Aufrechterhaltung einer Blattmasse bzw. Blattdichte in hohem Ausmaß, die mit einer niedrigen Porosität ver­ einbar ist. Somit zeigt die Fig. 5 die Verbesserung, die aus der Verwendung einer verringerten Porosität bei der Verringerung des Seitenstrom-Rauchs bei einem vorgegebenen Ausmaß der chemischen Behandlung resultiert. Die Kurven A, B und C wurden erhalten unter Verwendung von Papieren mit unterschiedlichen Porositäten von 25, 6 bzw. 1 cm/min. Wie für ein vorgegebenes Ausmaß der chemischen Behandlung gezeigt, bewirkt eine niedrigere Porosität eine weitere Verringerung des Seitenstrom-Rauchs. Die Porositäten werden als CORESTA-Permeabilität angegeben (Oberflächengeschwindigkeit in Zentimeter pro Minute der Luft, die durch ein poröses Papier bei einem Druck-Differential von einem Centibar strömt). Die Fig. 5 zeigt, daß die Porosität unter etwa 10 cm/min für die Verringerung des Seitenstroms bevorzugt ist.

Beispiele

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung und wurden durchgeführt unter Verwendung von Flachs- Zigarettenpapier, das in den Tabellen 1 und 11 beschrie­ ben wird. Kaliumcitrat wurde durch Sättigen dieses Ziga­ rettenpapiers in einer im allgemeinen gleichmäßigen Weise mit einer wäßrigen Lösung des Salzes aufgetragen. Ziga­ retten ohne Filter von 70 mm Länge und 25 mm Umfang wur­ den mit den behandelten Papieren und einem Standard American Blend Tabak hergestellt.

Zur Analyse des Hauptstrom-Rauchs wurde die Methode der Federal Trade Commision zur Bestimmung des gesamten teil­ chenförmigen Materials (TPM) verwendet. Der Seitenstrom- Rauch während des statischen Brennens von 40 mm jeder Zigarettenlänge wurde auf einem Cambridge Filter Pad gesammelt; die gesammelten Mengen sind als gesamtes teilchenförmiges Material im Seitenstrom angegeben (SS-TPM).

Die Tabelle I beschreibt die Beispiele 1 bis 7 und zeigt die Wirkung des spezifischen Blattvolumens auf die Verringerung des Seitenstroms, sowohl mit als auch ohne chemische Behandlung von drei unterschiedlichen Papieren. Die Masse eines Blatts wird normalerweise aus dem Basis­ gewicht des Papiers und seiner Dicke, gemessen nach der TAPPI-Methode T-411 berechnet; jedoch wurden die hier verwendeten spezifischen Volumen berechnet unter Ver­ wendung des Gewichts des Basispapiers (mit Ausnahme des Gewichts der zugesetzten chemischen Masse) und der Dicke des endgültigen Produkts nach dem chemischen Zusatz. Das Papier mit dem niedrigsten spezifischen Volumen ist deut­ lich unterlegen, selbst wenn seine geringe Porosität eine verbesserte Seitenstrom-Verringerung erwarten lassen würde. Die Bedeutung des spezifischen Volumens wird weiter durch Vergleich der Beispiele 5 und 6 demon­ striert, die zeigen, daß trotz seiner größeren Dicke, seines höheren Gewichts und seiner geringeren Permeabi­ lität das Material des Beispiels 5 mehr teilchenförmiges Seitenstrom-Material abgibt als das Material des Bei­ spiels 6.

Die Tabelle II beschreibt die Beispiele 8 bis 15 und vergleicht die Abgaben von trockenem teilchenförmigem Material des Hauptstrom-Rauchs (DPM = TPM - Wasser) und die Zugzahl von verschiedenen Standard-Zigarettenpapieren mit den DPM-Abgaben und Zugzählungen der gleichen Papiere nach Anwendung der erfindungsgemäßen Behandlung. Wie gezeigt, verringert die Erfindung den Seitenstrom-Rauch, ohne Teer und Nikotin im Hauptstrom zu erhöhen.

Claims (9)

1. Hüllenmaterial zur Verwendung für Raucherartikel, enthal­ tend ein Papier auf Cellulosebasis, das 10 bis 50 Gew.-% ei­ nes anorganischen Füllstoffs und ein Alkalimetallsalz äquiva­ lent zu mindestens 23 mg Alkalimetall pro g Basispapier ein­ schließlich Füllstoff enthält, wobei das Basispapier ein spe­ zifisches Volumen von mindestens 1,3 cm³/g aufweist.

2. Hüllenmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Salz aus der Gruppe, bestehend aus Natrium- und Kaliumsalzen von Kohlensäure, Ameisensäure, Essigsäure Propionsäure, Apfelsäure, Milchsäure, Glykolsäure, Zitronensäure, Weinsäure, Fumarsäure, Oxalsäure, Malonsäure Salpetersäure und Phosphorsäure, gewählt wird.

3. Hüllenmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Salz aus der Gruppe, bestehend aus Natriumcitrat und Kaliumcitrat, gewählt wird.

4. Hüllenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalimetallsalz in einer Menge äquivalent zu mindestens 46 mg Alkalimetall pro g Basispapier einschließlich Füllstoff enthalten ist.

5. Hüllenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Basispapier Flachsfasern enthält.

6. Hüllenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der anorganische Füllstoff Calciumcarbonat ist.

7. Hüllenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Basispapier eine Permeabilität bis zu 10 cm/min aufweist.

8. Hüllenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalimetallsalz in einer Menge von 61 mg Alkalimetall pro g Basispapier enthalten ist.

9. Verfahren zur Herstellung eines Hüllenmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Basispapier eine Menge an Alkalimetallsalz, äquivalent zu mindestens 23 mg Alkalimetall pro g Basispapier einschließlich Füllstoff, aufgetragen wird.