DE3721204A1

DE3721204A1 - Umhuellung fuer rauchartikel und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE3721204A1
Application number: DE19873721204
Authority: DE
Inventors: Jun Vladimir Hampl; Robert D Fields; Edward P Bullwinkel
Original assignee: Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Corp
Priority date: 1986-06-30
Filing date: 1987-06-26
Publication date: 1988-01-28
Also published as: GB8714152D0; FR2600684B1; EP0251254B1; MX166266B; ES2004434A6; AU7448087A; EP0251254A1; CA1310875C; JPS6387967A; US4805644A; AU594472B2; FI872884A0; ATE78534T1; GB2191930B; GB2191930A; FR2600684A1; FI872884A; JP2730894B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Umhüllungen für Raucherzeugnisse, wie etwa Zigaretten. Zigaretten werden herkömmlicherweise durch Einwickeln von Tabak in Papier, das aus Flachs oder anderen Zellulose-Fasern und Kalziumkarbonat-Füllstoff angefertigt ist, hergestellt. Papier dieser allgemeinen Beschreibung ist Standard in den heutigen Zigaretten und von einer Anzahl von Lieferan ten erhältlich. Die brennende Zigarette gibt Rauch ab, der als Nebenstrom, wenn er vom angezündeten Ende der Zigarette abgegeben, oder als Hauptstrom, wenn er durch die Tabaksäule hindurch zum Raucher gesogen wird, klassi fiziert werden kann. Die vorliegende Erfindung ist gerich tet auf eine Umhüllung, die die Menge des Nebenstrom-Rauchs erheblich reduziert, und auf ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer solchen Umhüllung.

Es sind verschiedene Versuche durchgeführt worden, die Menge des Nebenstrom-Rauches zu reduzieren. Jedoch war keiner dieser Versuche erfolgreich genug, um das Stadium bedeutsamer kommerzieller Nutzung zu erreichen. Beispiels weise ist das US-Patent Nr. 42 25 636 auf die Verwendung hochporösen, kohlenstoffbeschichteten Zigarettenpapiers zur erheblichen Reduzierung sowohl des Hauptstrom- als auch des Nebenstrom- Rauches gerichtet. Das US-Patent Nr. 37 44 496 ist auch auf eine mit Kohlenstoff gefüllte Umhüllung gerichtet, die vorzugsweise mit Verbindungen, wie etwa Alkalimetall-Hydroxiden, Bikarbonaten und Karbo naten, behandelt ist. Es ist ebenfalls erkannt worden, daß einige in Tabakblätter eingewickelte Rauchartikel geringere Mengen Nebenstrom-Rauches abgeben; jedoch sind solche Umhüllungen zur Verwendung für Zigaretten nicht brauchbar. Diese Erzeugnisse, ebenso wie diejenigen, die aus anderen Versuchen zur Verringerung des Nebenstroms hervorgegangen sind, wiesen entweder den Nachteil über mäßiger Kosten oder nachteilige Auswirkungen bezüglich der Abgabe von Hauptstrom-Schwebstoffteilchen, des Zuges, des Geschmacks oder anderer Faktoren, wie z.B. der Brenn geschwindigkeit, auf. Das US-Patent Nr. 44 61 311 be schreibt eine weitere Verbesserung von Umhüllungen, die außerordentliche Mengen von Alkalimetall-Salzen enthalten. Obwohl Zigaretten mit derartigen Umhüllungen den Neben strom-Rauch erfolgreich verringern, zeigen sie für einige Raucher auffällige Geschmacksveränderungen. Deshalb stellt keine dieser Methoden eine völlig zufrieden stellende Lösung für die Reduzierung des Nebenstrom- Rauches von Zigaretten dar.

Es ist dem Fachmann bekannt, daß die Einarbeitung von Füllstoffverbindungen in Papier für Zigarettenumhüllungen gebräuchlich ist. Beispielsweise offenbart das vorgenannte US-Patent Nr. 37 44 496 die Verwendung von Kohlenstoff als Füllmaterial. Das US-Patent Nr. 44 61 311 lehrt die Ver wendung von Kalziumkarbonat. Eine Reihe von Patenten auf den Namen Cline sowie Cline und andere, einschließlich des US-Patentes Nr. 42 31 377, lehrt die Verwendung ver schiedener Magnesiumverbindungen als Füllstoff. Es ist auch vorgeschlagen worden, daß herkömmlicher Ton eines der Materialien sein kann, die als Füllstoffe für Um hüllungspapier für Zigaretten geeignet sind. Beispiele derartiger Lehren schließen das US-Patent Nr. 21 81 614 ein. Überdies wurde gelehrt, daß herkömmlicher Ton an sich als Füllstoff für zum Rauchen geeignete Zusammen setzungen brauchbar ist. Schließlich ist es, wie z.B. aus dem US-Patent Nr. 30 49 449, bekannt, Füllstoffe, wie etwa Attapulgit-Ton, in Tabak-Zusammenstellungen zu ver wenden.

Trotz der vorstehenden, dem Fachmann zugänglichen Infor mationen bleibt der Wunsch bestehen, verstärkte Verringe rungen des Nebenstrom-Rauches in effizienter Weise und ohne nachteilige Auswirkungenauf andere Raucheigenschaften, wie etwa Geschmack oder Farbe der Asche, zu erzielen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Umhüllung für einen zum Rauchen geeigneten Artikel und auf den Rauch artikel selbst, die beide eine beträchtliche Verringerung des Nebenstrom-Rauches ohne eine wesentliche nachteilige Auswirkung auf Eigenschaften, wie z.B. Schwebstoffteilchen- Substanz des Hauptstroms und Anzahl der Züge, erzielen. Diese Ergebnisse werden durch Abändern der Formeln für das Zigaretten-Umhüllungspapier erzielt. Die Formel für das Papier wird abgeändert, so daß sie gewisse anorga nische Füllstoffe in einer zur Erzielung einer Gesamt oberfläche des Füllstoffs im Papier von mehr als 80 m² pro 1 m² des Papiers ausreichenden Menge enthält. Zusätz lich enthält das Papier ein Salz oder mehrere Salze der Karbon säure in einer Menge, die ausreichend ist, um eine konti nuierliche, zusammenhängende Asche zu erzeugen, wenn die Zigarette oder ein anderer Rauchartikel geraucht wird. Überraschenderweise ergibt sich aus dem in der vorliegen den Erfindung beschriebenen Umhüllungspapier ein Rauch artikel mit sehr bedeutenden Verringerungen des Neben strom-Rauches bei gleichzeitig äußerst geringer Wirkung auf andere Brenneigenschaften.

Nachstehend ist die Erfindung anhand bevorzugter Aus führungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Schemadarstellung einer glimmenden Zigarette gemäß der Erfindung im Teil schnitt,

Fig. 2 ein Diagramm, das zeigt, wie gemäß der Erfindung die Verringerung des Nebenstrom-Rauches mit zuneh mender Oberfläche des Füllstoffes im Zigaretten papier ansteigt,

Fig. 3A in schematischer und perspektivischer Darstellung einen Schnitt eines nicht-porösen Füllstoffs,

Fig. 3B in schematischer und perspektivischer Darstellung einen Schnitt eines porösen Füllstoffs, und

Fig. 4 ein Diagramm, das die Wirkung zeigt, die der Zusatz eines Salzes der Karbonsäure, nämlich Kaliumazetat, in Kombination mit einem Füllstoff gemäß der Er findung auf die Verringerung des Nebenstrom-Rauchs hat.

Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit bevorzugten Aus führungsbeispielen beschrieben ist, versteht es sich von selbst, daß sie nicht auf diese Ausführungsbeispiele be schränkt sein soll. Es ist im Gegenteil beabsichtigt, alle Alternativen, Abänderungen und Äquivalente innerhalb des Schutzumfangs und Erfindungsgedankens der Erfindung gemäß den beigefügten Schutzansprüchen zu erfassen.

Während des Rauchens einer Zigarette wird ein großer Teil des gesamten, durch die Verbrennung des Tabaks erzeugten Rauchs vom angezündeten Ende der Zigarette als Nebenstrom- Rauch abgegeben. Die Relativmengen des Hauptstrom- und des Nebenstrom-Rauches in einem bestimmten Moment sind abhängig von der Art, wie die Zigarette geraucht wird. Wenn die Zigarette zwischen den Zügen für längere Zeit spannen in einen Aschenbecher gelegt wird, wird ein sehr großer Teil des gesamten erzeugten Rauches als Nebenstrom abgegeben. Ob die Zigarette während der Zeitspannen zwischen den Zügen vom Raucher gehalten wird oder in einem Aschenbecher liegt, der Nebenstrom steigt in jedem Fall als konzentrierte und in hohem Maße sichtbare Rauch fahne auf. Überdies wird diese konzentrierte Rauchfahne kontinuierlich vom angezündeten Ende der Zigarette abge geben, sogar dann, wenn während der Züge Luft eingesogen wird, so daß während des Verbrauchs einer Zigarette, un abhängig davon, ob der Verbrauch hauptsächlich durch Glimmen oder durch Ziehen erfolgt, Nebenstrom-Rauch in großen Mengen konstant abgegeben wird. Manchmal wird die Nebenstrom-Rauchfahne durch einen Luftzug bis in die Nähe anderer Personen mitgenommen, die dies als unangenehm empfinden. Aus diesem Grunde sind Zigaretten, die einen merklich geringeren Nebenstrom erzeugen, in hohem Maße erwünscht.

Erfindungsgemäß wird die Schwebstoffteilchen-Masse im Nebenstrom-Rauch durch Veränderungen des zum Umwickeln der Tabaksäule verwendeten Papiers in hohem Maße redu ziert. Frühere Versuche, den Nebenstrom-Rauch durch Ver änderungen der Umhüllung zu verringern, beinhalteten die Verwendung von Papier, das technisch oder wirtschaftlich unbrauchbar war, das den Geschmack veränderte, das vom ästhetischen Standpunkt aus unannehmbar war, oder das zu drastisch erhöhter Abgabe von Hauptstrom-Rauch und Zug-Gesamtzahl führte. Im Gegensatz dazu führen die Ab wandlungen der vorliegenden Erfindung nicht zu einer ver zögerten Brenngeschwindigkeit oder erhöhten Abgabe von Teer im Hauptstrom; sie haben keine nachteiligen Aus wirkungen auf das Aussehen der Zigarette oder Asche, und sie erfordern nicht den Einsatz exotischer Materialien oder Herstellungsverfahren. Beispielsweise gewähren Ziga retten, die mit der erfindungsgemäßen Umhüllung herge stellt sind, dem Raucher einen normalen Genuß, reduzieren aber die Möglichkeit des Auftretens von streunendem Rauch, der für Unbeteiligte störend ist.

Erfindungsgemäß werden diese höchst erwünschten vorteil haften Wirkungen dadurch erzielt, daß eine besondere Art von Füllstoff in Kombination mit einem Salz oder mehrerer Salze der Karbonsäure in Umhüllungsmaterialien für Artikel zum Rauchen verwendet wird. In anderer Hinsicht kann solches Umhüllungsmaterial herkömmliches Zigarettenpapier sein, das aus Flachs und/oder anderen Zellulosefasern her gestellt ist und, falls gewünscht, einen oder mehrere andere anorganische Füllstoffe, charakteristischerweise Kalziumkarbonat, enthält. Andere geeignete mineralische Füllstoffe sind für den Fachmann ohne weiteres erkennbar. Die besonderen Füllstoffe umfassen anorganische Materi alien mit einer Oberfläche von wenigstens etwa 20 m²/g und vorzugsweise wenigstens ungefähr 25 m²/g. Sie sind erfindungsgemäß vorteilhaft mit einem Füllstoffgehalt in Bereichen von allgemein etwa 5 Gew.% bis etwa 50 Gew.% des Papiers.

Obwohl die Verwendung von Füllstoffen und Salzen der Kar bonsäure als Zusätze zu Zigarettenpapier zwecks Verbes serung der Brenneigenschaften seit vielen Jahren bekannt ist, sind die Füllstoffe bei der herkömmlichen Verwendung normalerweise nicht aus Materialien mit der angegebenen Oberfläche und in Kombination mit Salzen der Karbonsäure ausgewählt. Der verbleibende Teil der Papierzusammensetzung gemäß der Erfindung umfaßt herkömmliche Materialien, wie z.B. Zellulosefasern, vorzugsweise Flachs, andere Füll stoffe und Materialien zur Verbesserung der Brenneigen schaften. Die Gesamtoberfläche im Sinne der Erfindung ist allgemein als Differenz zwischen der gesamten Oberfläche des Füllstoffmaterials und der von den Hohlräumen oder Poren im Füllstoffmaterial beigesteuerten Oberfläche definiert.

Obwohl es nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf irgendeine bestimmte Theorie zu beschränken, wird ange nommen, daß die in dieser Erfindung beschriebenen beson deren Papierzusammensetzungen ihren Zweck dadurch er füllen, daß sie gewisse Stofftransportvorgänge, die in einer glimmenden Zigarette auftreten, abwandeln. Dies kann durch Bezugnahme auf Fig. 1 erklärt werden, welche eine perspektivische Schemadarstellung einer glimmenden Ziga rette im Teilschnitt zeigt. Der heiße Kegel der Glut 1 und die ihn begleitende anorganische Asche 2 rücken allmählich nach rechts in Richtung des nicht brennenden Teils der aus einem Tabakstab 3 bestehenden und von einer Papierumhüllung 4 umhüllten Zigarette vor. Infolge der sehr hohen Temperatur der Glut 1 (etwa 900°C) und des damit verbundenen Verbrennungseffekts wird kein sichtbarer Rauch von der Glut abgegeben. Jedoch treten im mittleren Bereich 5 zwischen der vorrückenden Glut und den mehr entfernten Teilen der nicht verbrannten Zigarette verschiedene destruktive Destillationen und Teilverbrennungsvorgänge auf. Von außen her kann der Bereich 5 als eine schwarze Kohlungslinie 1 wahrgenommen werden, die die noch nicht vollständig verbrannte orga nische Substanz der Papierumhüllung 4 zusammen mit den ursprünglich in der Umhüllung enthaltenen anorganischen Füllstoffen enthält.

Es ist selbstverständlich, daß die Kohlungslinie 6 und ihr endgültiges verbranntes Stadium (von Natur gänz lich anorganisch) viel durchlässiger als die ursprüng liche Umhüllung 4 sind. Dieser Umstand ermöglicht das leichte Austreten von sichtbarem Rauch, wie dies an der von diesem Bereich der glimmenden Zigarette aufsteigenden Rauchfahne 7 zu erkennen ist.

Die Natur und der Ursprung dieses sichtbaren Rauches kön nen verstanden werden, wenn man ihn als Nebel betrach tet, d.h. als Suspension von kleinen Flüssigkeitströpf chen in einer Gasphase als Ergebnis der Unterkühlung und der spontanen Kernbildung der Dampfphase gewisser hoch siedender Verbindungen, die während des vorgenannten destruktiven Destillationsvorganges erzeugt werden. Ist ein derartiger Nebel einmal gebildet, dann weist er hohe Beständigkeit auf und kann nur durch hochwirksame mecha nische Filtermittel, die an der Kohlungslinie 6 nicht vorhanden sind, von seinem Gehalt an Flüssigkeitströpfchen befreit werden. In der praktischen Anwendung der vorlie genden Erfindung werden diese Unterkühlung und spontane Kernbildung der Dampfphase durch Einarbeitung bestimmter Füllstoffe in die Papierumhüllung beträchtlich reduziert.

Diese Füllstoffe erfüllen ihre Funktion durch Schaffung vergrößerter Kondensationsflächen mit dem Ergebnis, daß ein großer Teil der Nebeltröpfchen-Vorstufendämpfe als Flüssigkeitsschichten an den kühleren Oberflächen der Füllstoffteilchen kondensiert. Derartige Phasenumwand lungen (Gas - Flüssigkeit) sind äußerst schnell und wir kungsvoll und verringern somit die erforderliche Über sättigung, die zur Nebel-(Rauch)erzeugung notwendig ist.

Man könnte erwarten, daß dieser Kondensationsmechanismus lediglich vorübergehende und unbedeutende Entlastung von der Raucherzeugung bietet, da die dauernd vorrückende Glut diese kondensierten Flüssigkeiten bald wieder zum Sieden bringt und so die ursprünglichen Dämpfe hervor bringt, die an erster Stelle für die Raucherzeugung ver antwortlich sind. Wenn dies geschieht, findet das erneute Sieden jedoch am äußeren Umfang der Zigarette statt, wo der Sauerstoffgehalt der Umgebung (Luft) im Vergleich zum Zigaretteninneren, wo die Dämpfe zuerst erzeugt wurden, stark erhöht ist. Es wird angenommen, daß diese Dämpfe infolge dieses erhöhten Sauerstoffgehalts wirkungsvoll verbrannt oder zu gasförmigen Produkten ab gebaut werden, die aufgrund ihres niedrigen Molekular gewichts beim Abkühlen keine sichtbaren Rauch formende Kerne bilden können.

Wie durchweg im Text dieser Schrift beschrieben, sind die Ergebnisse der prozentualen Nebenstrom-Reduzierung in bezug auf eine mit herkömmlichem Zigarettenpapier her gestellte Kontrollzigarette dargestellt. Dieses Papier ist gekennzeichnet durch eine Durchlässigkeit von 30 cm/min (gemessen mittels des CORESTA-Verfahrens bei einem Druck differential von 1 Zentibar), ein Flächengewicht von 25 g/m², ein Füllstoffgehalt von 30% Kreide, ein Faser gehalt von 69% Flachs, und eine Mischung von Materialien zur Verbesserung der Brenneigenschaften von 0,3% Kalium zitrat und 0,6% Natriumzitrat. (Die Oberfläche der Kreide in der Kontrollumhüllung beträgt nur 3 m²/g). Sowohl die Kontrollzigaretten als auch die mit der erfindungs gemäßen Umhüllung hergestellten Zigaretten enthielten den gleichen amerikanischen Standard-Tabakverschnitt mit einer Fülldichte von 0,265 g/cm³.

Bedingungen für die Oberfläche

Wie in Fig. 2 gezeigt, nimmt die prozentuale Verringerung des Nebenstrom-Rauches anfänglich mit Vergrößerung der Gesamtoberfläche des Füllstoffes im Papier zu. Diese Gesamtoberfläche ist das Produkt der spezifischen Ober fläche des Füllstoffes in Einheiten von m²/g, des Ge wichtsanteils des Füllstoffes im Papier und des Flächen gewichts des Papiers in g/m.² (Der Beitrag des Faseranteils des Papiers ist vernachlässigbar). Fig. 2 zeigt ferner, daß die Zunahmegeschwindigkeit der prozentualen Ver ringerung des Nebenstrom-Rauches bis auf nahe Null ab nimmt, wenn die Gesamtoberfläche im Papier den Wert von 150 m² Füllstoff pro m² des Papiers übersteigt. Es wird angenommen, daß dieser Effekt durch andere Geschwindig keitsbegrenzungsvorgänge beim Transport der an der Kon densationsfläche kondensierenden Gase verursacht wird. Mit anderen Worten, wenn eine ausreichende Kondensations fläche bereitgestellt ist, dann stellt sie nicht mehr die Geschwindigkeitsbegrenzungsstufe im Verlauf der Konden sation der gasförmigen Bestandteile dar.

Die spezifischen Oberflächen der verschiedenen Füllstoffe wurden ermittelt unter Verwendung des gut bekannten BET- Verfahrens (Brunauer, Emmett, Teller, J. Amer. Chem Soc. 60, 309 (1938)) und bekannter Merkmale der porösen Be schaffenheit des bestimmten Füllstoffes. Da das BET-Ver fahren die Adsorption des sehr kleinen Moleküls des Stick stoffgases beinhaltet, liefert es die Füllstoff-Gesamtober fläche, welche aus der Oberfläche und der von jeglichen Poren oder Hohlräumen im tatsächlichen Füllstoffteilchen beigesteuerten Fläche besteht.

Erfindungsgemäß ist die durch diese Hohlräume oder Poren bereitgestellte Fläche nicht als Kondensationsfläche wirksam, da in der in einer glimmenden Zigarette verfüg baren Zeit keine Gase in diese Poren oder Hohlräume hinein diffundieren können. Die Fig. 3A und 3B zeigen z.B. zwei Füllstoffteilchen 10, 11 mit gleicher Oberfläche, die sich jedoch in ihrer Gesamtoberfläche aufgrund von Rissen 12 beträchtlich unterscheiden, wie die Schnittdarstellung deutlich zeigt. Ein treffendes Beispiel ist die Verwendung von Zeolith als Füllstoff zur Nebenstrom-Verringerung. Zeolithe sind aufgrund des Vorhandenseins von winzigen Poren, die aus ihrer ungewöhnlichen Kristallstruktur herrühren, von Natur aus porös. Wenn diese Poren mole kularer Größe leer sind, liefern BET-Messungen der Ad sorption von Stickstoff eine spezifische Gesamtoberfläche von etwa 150 m²/g. Wenn Zeolith jedoch der Einwirkung von Wasser ausgesetzt worden ist (wie dies bei der Papier herstellung immer der Fall ist), dann werden diese Poren völlig mit Wassermolekülen gefüllt. Diese Wassermoleküle sind derart fest gehalten, daß nachfolgende BET-Messungen lediglich eine Oberfläche von einigen 4 m²/g anzeigen. Infolgedessen weisen Zeolithe hinsichtlich der Reduzierung des Nebenstrom-Rauchs keine höhere Wirksamkeit als ein nicht poröser Füllstoff mit etwa gleicher Oberfläche, z.B. herkömmliche Kreide, auf.

Die meisten Füllstoffe, die bei der praktischen Anwendung der Erfindung von Nutzen sind, sind nicht porös, bestehen stattdessen aber aus kleinen undurchlässigen Kristallen. In derartigen Fällen können die sehr praktischen BET- Messungen als direktes Maß zur Bewertung der wirksamen Kondensationsfläche (Oberfläche) verwendet werden.

Thermische Beständigkeit der Füllstoffstruktur

Während des Erhitzen des Füllstoffs beim Herannahen und Passieren der heißen Glut darf sich die gewünschte große Oberfläche des Füllstoffs nicht wesentlich verringern. Einige Füllstoffe, die bei Raumtemperatur eine große Oberfläche aufweisen, erfüllen diese Anforderung nicht, da die Füllstoffteilchen schmelzen, verschmelzen oder zusammenbrechen. Beispielsweise verringert sich die Gesamtoberfläche eines Füllstoffes, Silcron 900, ein von der SCM Pigments Corp. hergestelltes Kiesel-Hydrogel, drastisch (von 47 m²/g auf 6 m²/g), nachdem es erhöhten Temperaturen ausgesetzt war (Erhitzen bis auf 400°C) Wenn dieser erstere Wert benutzt wird, ergibt sich nicht die vorhergesagte, auf diesem Wert beruhende Verringerung des Nebenstrom-Rauchs. (Die tatsächliche beobachtete Ver ringerung des Nebenstrom-Rauchs mit diesem Füllstoff be findet sich in guter Übereinstimmung mit den in Fig. 2 gezeigten Werten, wenn der letztere Oberflächenwert be nutzt wird.)

Aus dem oben Gesagten sollte nicht der Schluß gezogen werden, daß alle thermisch instabilen Füllstoffe beim Erhitzen Oberfläche verlieren. Einige Füllstoffe verhalten sich gerade entgegengesetzt und umfassen eine wichtige Gruppe von Nebenstrom-Rauch reduzierenden Füllstoffen. Diese Füllstoffe sind allgemein bestimmte kristalline feste Körper, die beim Erhitzen auf mäßige Temperaturen chemisch abgebaut werden, um neue kristalline Phasen zu bilden, die sich in ihrer Dichte von dem ursprünglichen festen Körper unterscheiden. Wenn diese Umwandlung statt findet, zerbrechen die ursprünglichen Kristalle und schaffen zusätzliche Oberflächen. Beispiele dieser Füll stoffe sind Hydrate (CaSO₄×2H₂O), Hydroxide (Ca(OH)₂), Karbonate (MgCO₃), Peroxide (MgO₂). Diese Verbindungen werden thermisch abgebaut, so daß sie eine neue kristal line Phase und ein gasförmiges Nebenprodukt (H₂O, CO₂ oder O₂) im Temperaturbereich von 200 bis 500°C bilden.

Zur Verwirklichung des Vorteils dieser thermisch erzeugten Oberfläche darf während der Umwandlung keine Flüssigphase (wie etwa Schmelzen oder eine eutektische Formation) auf treten. Wenn dies nicht der Fall ist, hilft die Flüssig keit, die Füllstoffteilchen zusammenzusintern und führt zu einer wirklichen Verringerung der Oberfläche.

Wirkung der Salze der Karbonsäure

Die Erfindung benötigt zusätzlich zur Schaffung einer großen Kondensationsfläche auch die Anwesenheit bestimmter Additive, die dazu dienen, eine zusammenhängende und kon tinuierliche Asche zu erzeugen. Dies wird erreicht durch Einarbeitung von Salzen der Karbonsäure, wie etwa Kalium zitrat oder Natriumazetat, in das Papier, vorzugsweise in einer Menge von 6 bis 12%. Diese Salze erfüllen ihre Funktion durch leichtes Sintern nicht nur des verkohlten Materials des teilweise abgebauten Papiers, sondern auch desjenigen der sich am Ende anfallenden anorganischen Asche. Wenn solche Salze nicht bereitgestellt werden, zeigen die Strukturen sowohl des verkohlten Materials als auch der Asche große Sprünge und Risse. Da im Inneren der Zigarette die erzeugten Gase unter einem merkbaren Über druck stehen, entweichen sie bevorzugterweise durch solche Risse, wobei sie die bereitgestellten Konden sationsflächen völlig umgehen. Offensichtlich wird da durch die Wirksamkeit der Kondensationsstellen beein trächtigt. Sobald jedoch der durch die Beseitigung der Risse erhaltene Vorteil erreicht worden ist, führen zu sätzliche Mengen von Salzen der Karbonsäure aufgrund übermäßigen Sinterns der Füllstoffteilchen zur Verminderung der Oberfläche. Somit wird tatsächlich durch die Bereit stellung eines Überschusses eines Salzes der Karbonsäure (<12%) die Verringerung des Nebenstrom-Rauchs negativ beeinträchtigt. Diese Wirkungen sind in Fig. 4 gezeigt, in der die Kurve der Nebenstromverringerung jenseits von etwa 12% abfällt.

Ästhetische, ökonomische, Gesundheits- und Produktions erfordernisse

Der Füllstoff muß nicht nur, um für Zigarettenpapier geeignet zu sein, die oben dargestellten Kriterien be züglich der Oberfläche und der thermischen Beständigkeit erfüllen, sondern er sollte auch gut aussehendes Ziga rettenpapier liefern.

Der Füllstoff muß, um brauchbar zu sein, offensichtlich Gesundheits- und Sicherheitsbestimmungen erfüllen und vorzugsweise keine unlöslichen Salze bestimmter Schwer metalle, wie etwa Zink, Kadmium oder Blei, enthalten, wo während der Verbrennung des Zigarettenpapiers die Möglich keit chemischer Reduktion der Metallionen mit Bildung giftiger Metalldämpfe besteht.

Der Füllstoff ist, außer daß er Kondensationsstellen schafft, vorzugsweise im wesentlichen wasserunlöslich und kostenmäßig tragbar.

Beispiele geeigneter Füllstoff-Zusammensetzungen 1) Tone

Attapulgit-Ton. Dieser Ton besitzt eine thermisch be ständige Oberfläche (200 m²/g), welche diejenige mehr herkömmlicher Tone, wie etwa Kaolinit oder Betonit, bei weitem übersteigt.

2) Oxide

In der Dampfphase hergestellte Kieselerde und Tonerde. Beide Oxide, die durch Verbrennen ihrer jeweiligen Chloride hergestellt wurden, weisen enorme Oberflächen (200 bis 600 m²/g) auf und sind thermisch beständig. Diese Eigenschaft kontrastiert mit derjenigen mehr herkömmlicher Kieselsäuren, die während des Erhitzens abgebaut werden und dabei ihre Wirksamkeit hinsichtlich der Reduzierung des Nebenstrom-Rauchs verlieren.

3) Peroxide

Peroxide des Magnesiums, Kalziums und Strontiums können in der Erfindung verwendet werden. Sie werden alle bei mäßigen Temperaturen thermisch abgebaut, so daß sie größere Oberflächen liefern.

4) Karbonate

Karbonate des Magnesiums, Kalziums, Strontiums und Bariums, deren Oberflächen größer als etwa 20 m²/g sind, können in der Erfindung verwendet werden. (Diese Karbonate können von den herkömmlichen handelsüblichen Karbonaten, die eine Oberfläche <10 m²/g aufweisen, unterschieden werden).

5) Phosphate

Phosphate des Magnesiums, Strontiums und Bariums, deren Oberflächen größer als etwa 20 m²/g sind, können in der Erfindung verwendet werden.

6) Sulfate

Sulfate des Kalziums, Strontiums und Bariums, deren Ober flächen größer als etwa 20 m²/g sind, können in der Erfindung verwendet werden.

7) Aluminate

Aluminate des Magnesiums, Kalziums, Strontiums und Bariums, deren Oberflächen größer als etwa 20 m²/g sind, können in der Erfindung verwendet werden.

8) Silikate

Silikate des Magnesiums, Kalziums, Strontiums, Bariums, Natriums und Kaliums, deren Oberflächen größer als etwa 20 m²/g sind, können in der Erfindung verwendet werden. Lediglich diejenigen Natrium- und Kaliumsilikate, die wasserunlöslich sind, können verwendet werden.

Beispiele Beispiel 1

Eine Zigarettenumhüllung wurde hergestellt, die 50% Flachs fasern, 10% Attapulgit-Ton (von der Engelhard Chemicals Co. hergestelltes Attagel 40), 30% Kreide und 10% Kalium azetat als Verbrennungsadditiv zum Sintern der Asche und Erzeugung einer zusammenhängenden und kontinuierlichen Asche enthält. Die Umhüllung hatte ein Flächengewicht von 40 g/m² und eine CORESTA-Durchlässigkeit von 12 cm/min. Ein Zigarettenpapier dieser Zusammensetzung hat eine Ober fläche von ungefähr 125 m² pro m² Papier. Mit dieser Um hüllung wurden Zigaretten ohne Filter mit einer Länge von 70 mm und mit einem amerikanischen Standard-Tabakver schnitt mit einer Dichte von 0,265 g/cm³ hergestellt. Die mit diesen Zigaretten erzielte Reduzierung des Neben stroms betrug im Vergleich zu den vorstehend beschriebenen Kontrollzigaretten (herkömmliche Zigaretten) etwa 50%.

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß Kalium azetat durch Kaliumzitrat ersetzt wurde. Die Reduzierung des Nebenstrom-Rauchs blieb mit 50% etwa gleich.

Beispiel 3

Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß der Ge halt an Attapulgit-Ton auf 15% erhöht und der Kreidegehalt auf 25% reduziert wurde. Zigarettenpapier dieser Zusammen setzung weist eine Oberfläche von etwa 160 m² pro m² Papier auf. Die Reduzierung des Nebenstrom-Rauchs betrug etwa 55%.

Beispiel 4

Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß der Ge halt an Attapulgit-Ton auf 20% erhöht und der Kreidege halt auf 20% reduziert wurde. Zigarettenpapier dieser Zusammensetzung weist eine Oberfläche von ungefähr 200 m² pro m² dieses Papiers auf. Die Reduzierung des Nebenstrom- Rauchs betrug etwa 60%.

Beispiel 5

Beispiel 4 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß das Flächengewicht des Papiers auf 35 g/m² reduziert wurde. Zigarettenpapier dieser Zusammensetzung und dieses Flächengewichts weist eine Oberfläche von ungefähr 175 m² pro m² Papier auf. Die Reduzierung des Nebenstrom-Rauchs betrug etwa 55%.

Beispiel 6

Ein Zigarettenpapier wurde hergestellt, das 50% Flachs fasern, 40% in der Dampfphase hergestelltes Aluminium oxid (von der Degussa Corp. hergestelltes Aluminiumoxid (C) und 10% Kaliumzitrat enthält. Die Umhüllung hatte ein Flächengewicht von 40 g/m² und eine CORESTA-Durchlässigkeit von 10 cm/min. Ein Zigarettenpapier dieser Zusammensetzung weist eine Oberfläche von ungefähr 400 m² pro m² Papier auf. Zigaretten wurden wie im Beispiel 1 hergestellt. Die Reduzierung des Nebenstrom-Rauchs betrug nahezu 70%.

Beispiel 7

Beispiel 6 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß der Ge halt des in der Dampfphase hergestellten Aluminiumoxids (fumed alumina) auf 20% reduziert und der entfernte Teil durch Kreide ersetzt wurde. Das Zigarettenpapier dieser Zusammensetzung wies eine Oberfläche von ungefähr 225 m² pro m² Papier auf. Die Reduzierung des Nebenstrom-Rauchs betrug etwa 65%.

Beispiel 8

Eine Zigarettenumhüllung wurde hergestellt, die 50% Flachs fasern, 40% aktiviertes Aluminiumoxid (von der Alcoa Co. hergestellte Sorte CP2) und 10% Kaliumzitrat enthält. Die Umhüllung hatte ein Flächengewicht von 40 g/m² und eine CORESTA-Durchlässigkeit von 15 cm/min. Das Zigaretten papier dieser Zusammensetzung wies eine Oberfläche von ungefähr 140 m² pro m² Papier auf. Die Reduzierung des Nebenstrom-Rauchs betrug etwa 50%.

Beispiel 9

Ein Zigarettenpapier wurde hergestellt, das 50% Flachs fasern, 20% in der Dampfphase hergestelltes Siliziumdi oxid (von der Cabot Corp. hergestelltes Cabosil EH-5), 20% Kreide und 10% Kaliumazetat enthält. Die Umhüllung hatte ein Flächengewicht von 40 g/m² und eine CORESTA- Durchlässigkeit von 12 cm/min. Das Zigarettenpapier dieser Zusammensetzung hatte eine außergewöhnlich große Oberfläche von über 1000 m² pro m² Papier. Die Redu zierung des Nebenstrom-Rauchs betrug etwa 65%, die Asche war jedoch nahezu schwarz.

Beispiel 10

Beispiel 9 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß der Ge halt der in der Dampfphase hergestellten Kieselerde auf 40% erhöht und keine Kreide in die Papierzusammensetzung auf genommen wurde. Die Reduzierung des Nebenstrom-Rauchs betrug etwa 65% und die Asche war ebenfalls nahezu schwarz.

Obwohl die Beispiele unter Verwendung von Kalziumkarbonat als zusätzlicher Füllstoff erläutert wurden, können an dere Füllstoffe in Kombination mit dem Füllstoff großer Oberfläche verwendet werden, oder er kann den einzigen Füllstoff darstellen. Das Material zur Verbesserung der Brenneigenschaften kann ebenfalls hinsichtlich seiner Zusammensetzung variieren; beispielsweise kann Natrium zitrat oder Natriumazetat verwendet werden, und zwar z.B. in Mengen von etwa 6 Gew.% bis ungefähr 15 Gew.%. Der Fachmann erkennt, daß die Form der Kurve nach Fig. 2 gleichbleibend ist, obwohl sie durch verschiedene Tabak zusammensetzungen etwas verschoben werden kann.

In Übereinstimmung mit der Erfindung wird die Kurve als charakteristisch angesehen, und der beschriebene Effekt der Nebenstrom-Reduzierung tritt in jedem Fall auf.

Es ist ein weiteres Ergebnis besonders bevorzugter Aus führungsbeispiele der Erfindung, daß die Zigarettenasche sehr ähnlich der Asche herkömmlicher Zigaretten ist. Dies ist besonders bezeichnend bei Verwendung von Attapulgit- Ton, in der Dampfphase hergestellter Tonerde und akti vierter Tonerde, da einige andere Füllstoffe großer Ober fläche, wie etwa in der Dampfphase hergestellte Kiesel erde (380 m²/g), obwohl sie den Nebenstrom-Rauch redu zieren, dazu neigen, dunkle Asche zu erzeugen.

Abwandlungen jeglicher Formel für herkömmliches Ziga rettenpapier durch Hinzufügung derartiger erfindungs gemäßer Füllstoffe resultiert in einer Verminderung der Menge des Nebenstrom-Rauchs. Die Wirkung dieser Behand lung kann jedoch aufs äußerste gesteigert werden durch Verwendung von Papier mit niedriger Porosität und durch Aufrechterhaltung des Blatt-Raumgewichts auf einem mit niedriger Porosität vereinbaren hohen Niveau. Bei einer bestimmten Menge zusätzlichen Füllstoffes bewirkt geringere Porosität eine weitere Verringerung des Nebenstrom-Rauchs. Die Porosität des Papiers liegt gemäß bevorzugter Aus führungsbeispiele der Erfindung im Bereich von 5 bis 30. Die Porosität ist als CORESTA-Durchlässigkeit angegeben (Oberflächengeschwindigkeit in Zentimeter pro Minute von Luft, die bei einem Druckdifferential von einem Zentibar durch ein poröses Papier strömt).

Es ist somit offenkundig, daß erfindungsgemäß ein zur Verwendung als Umhüllung für Rauchartikel ausgebildetes Blattmaterial geschaffen ist, daß die vorstehend darge legten Ziele und Vorteile vollständig erreicht. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit bestimmten Ausführungs beispielen beschrieben wurde, leuchtet es ein, daß sich im Lichte der vorstehenden Beschreibung viele Alterna tiven, Abwandlungen und Variationen dem Fachmann als offenkundig ergeben. Dementsprechend ist es beabsichtigt, sämtliche derartigen Alternativen, Abwandlungen und Vari ationen innerhalb des Erfindungsgedankens und breiten Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche zu umfassen.

Claims

1. Bahnmaterial zur Verwendung als Umhüllung für Rauch artikel, dadurch gekennzeichnet, daß das Material eine Zellulose-Ausgangsbahn mit einem im wesent lichen wasserunlöslichen und thermisch beständigen Füll stoff enthält, der unter Rauchbedingungen eine Oberfläche in der Bahn von wenigstens 80 m² pro m² der Bahn bereit stellt und bis ungefähr 15 Gew.% eines Alkalimetall-Salzes enthält.

2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Füllstoff eine Oberfläche im Bereich von wenigstens etwa 20 m²/g aufweist.

3. Material nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Füllstoff eine Oberfläche im Bereich von wenigstens etwa 25 m²/g aufweist.

4. Material nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus im wesent lichen wasserunlöslichen Tonen, Oxiden, Peroxiden, Karbo naten, Phosphaten, Sulfaten, Aluminaten und Silikaten.

5. Material nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff Attapulgit-Ton ist.

6. Material nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff in derDampfphase hergestelltes Aluminiumoxid ist.

7. Material nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkali metall-Salz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Natrium- und Kaliumsalzen der Karbonsäure, Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Apfelsäure, Milchsäure, Glykol säure, Zitronensäure, Weinsäure, Fumarsäure, Oxalsäure, Malonsäure, Salpetersäure und Phosphorsäure.

8. Material nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das Salz aus der Gruppe bestehend aus Natriumzitrat und Kaliumzitrat ausgewählt ist.

9. Material nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangs bahn Flachsfasern enthält.

10. Material nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn auch einen anorganischen Füllstoff enthält.

11. Material nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß der zusätzliche anorganische Füll stoff Kalziumkarbonat ist.

12. Material nach wenigstens einem der Ansprüche 1bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangs bahn eine Durchlässigkeit von bis zu etwa 30 cm/min. aufweist.

13. Material nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Attapulgit- Ton, in der Dampfphase hergestellter Kieselerde und Ton erde, Peroxiden des Magnesiums, Kalziums und Strontiums, Karbonaten des Magnesiums, Kalziums, Strontiums und Bari ums, Phosphaten des Magnesiums, Strontiums und Bariums, Sulfaten des Kalziums, Strontiums und Bariums, Aluminaten des Magnesiums, Kalziums, Strontiums und Bariums, und Silikaten des Magnesiums, Kalziums, Strontiums, Bariums, Natriums und Kaliums.

14. Material nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis13, gekennzeichnet durch eine Porosität von bis zu etwa 30 cm/min.

15. Material nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine Füllstoffmenge im Bereich von etwa 5 bis 50 Gew.%.

16. Rauchartikel mit einem von einer Umhüllung umwickel ten Tabakstab, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung eine Zellulose-Ausgangsbahn mit einem im wesentlichen wasserunlöslichen und thermisch beständigen Füllstoff enthält, der unter Rauchbedingungen eine Ober fläche von wenigstens 80 m² pro m² Papier bereitstellt und bis zu etwa 15 Gew.% eines Alkalimetall-Salzes enthält.

17. Rauchartikel nach Anspruch 16, dadurch gekenn zeichnet, daß der Füllstoff eine Oberfläche im Bereich von wenigstens etwa 20 m²/g aufweist.

18. Rauchartikel nach Anspruch 16, dadurch gekenn zeichnet, daß der Füllstoff eine Oberfläche im Bereich von wenigstens etwa 25 m²/g aufweist.

19. Rauchartikel nach wenigstens einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Attapulgit-Ton, in der Dampfphase hergestellter Kiesel erde und Tonerde, Peroxiden des Magnesiums,Kalziums und Strontiums, Karbonaten des Magnesiums, Kalziums, Stronti ums und Bariums, Phosphaten des Magnesiums, Strontiums und Bariums, Sulfaten des Kalziums, Strontiums und Bariums, Aluminaten des Magnesiums, Kalziums, Strontiums und Bari ums, und Silikaten des Magnesiums, Kalziums, Strontiums, Bariums, Natriums und Kaliums.

20. Rauchartikel nach wenigstens einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff Attapulgit-Ton ist.

21. Rauchartikel nach wenigstens einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff in der Dampfphase hergestelltes Aluminiumoxid ist.