DE69219413T2

DE69219413T2 - Kohlenhaltige Zusammensetzung für ein Brennstoffeinzelteil eines Rauchartikels

Info

Publication number: DE69219413T2
Application number: DE69219413T
Authority: DE
Inventors: Alvaro Gonzalez-Parra; Dennis Michael Riggs
Original assignee: RJ Reynolds Tobacco Co
Current assignee: Japan Tobacco Inc
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1992-06-13
Publication date: 1997-09-18
Anticipated expiration: 2012-06-14
Also published as: PL295024A1; TR26117A; HU9202134D0; TW221787B; US5178167A; ZA924208B; CN1034258C; CA2072306A1; NO922529L; EP0525347A2; MX9202965A; ATE152325T1; HUT63038A; KR930000049A; AU643929B2; JP3342510B2; RU2045209C1; KR100238017B1; EP0525347B1; NO180665C

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft Rauchartikel, beispielsweise Zigaretten, und betrifft im besonderen Rauchartikel, die ein kurzes Brennstoffelement und körperlich gesonderte Aerosolerzeugungsmittel aufweisen. Rauchartikel dieser Art und Verfahren und Vorrichtungen zu ihrer Herstellung sind in den folgenden US-Patentschriften beschrieben: 4 708 151 (Shelar); 4 714 082 (Banerjee et al.); 4 732 168 (Resce); 4 756 318 (Clearman et al.); 4 782 644 (Homer et al.); 4 793 365 (Sensabaugh et al.); 4 802 562 (Homer et al.); 4 827 950 (Banerjee et al.); 4 870 748 (Hensgen et al.); 4 881 556 (Clearman et al.); 4 893 637 (Hancock et al.); 4 893 639 (White); 4 903 714 (Barnes et al.); 4 917 128 (Clearman et al.); 4 928 714 (Shannon); 4 938 238 (Hancock et al.) und 4 989 619 (Clearman et al.), sowie in der Monographie mit dem Titel Chemical and Biological Studies of New Cigarette Prototypes That Heat Instead of Burn Tobacco, R.J. Reynolds Tobacco Company, 1988 (RJR-Monographie). Diese Rauchartikel vermögen dem Raucher die Annehmlichkeiten des Rauchens (Z.B. Geschmack, Gefühl, Befriedigung des Rauchens und dergleichen) zu vermitteln.
Zigaretten, Zigarren und Pfeifen sind allgemein verwendete Rauchartikel, in denen Tabak in verschiedener Form zur Verwendung kommt. Wie im Hintergrund-Teil der vorstehend genannten Patentschriften erläutert, sind bereits zahlreiche Rauchartikel als Verbesserung oder Alternativen zu den diversen allgemein verwendeten Rauchartikeln vorgeschlagen worden.
Die in den vorstehend genannten Patenten und/oder Schriften beschriebenen Rauchartikel benutzen ein brennbares kohleartiges Brennstoffelement zur wärmeerzeugung und aerosolbildende Substanzen, die körperlich gesondert von dem Brennstoffelement angeordnet sind und mit diesem in einer wärmeaustauschenden Beziehung stehen.
Kohleartige Brennstoffelemente für solche Rauchartikel weisen typisch ein Gemisch von einem Kohlematerial und einem Bindemittel auf. Fakultative Zusätze, wie Flammverzögerungsmittel, Abbrand-modifizierende Mittel, Kohlenmonoxid-Katalysatoren und dergleichen, haben ebenfalls in derartigen Brennstoffelement- Zusammensetzungen Anwendung gefunden. Die Energiegehalte dieser Brennstoffelemente, d.h. die beim Glosten und Ziehen entwikkelte Wärme, sind häufig schwierig zu kontrollieren, und eine Einflußnahme ist bisher weitgehend durch Modifizierung der Brennstoffelement-Gestaltung, z.B. der Zahl und Anordnung von Durchlässen durch das Brennstoffelement hindurch und/oder an dessen Umfang, ausgeübt worden.
Es wäre von Vorteil, ein leichteres Verfahren zur Einflußnahme auf die Energiegehalte derartiger kohleartiger Brennstoffelemente zur Verfügung zu haben, so daß die Gestaltungsparameter von Rauchartikeln, bei denen diese Brennstoffelemente Anwendung finden, variiert werden können, auf Basis einer kontrollierten Energiemenge, die durch die Brennstoffelemente erzeugt wird.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß der Natriumgehalt von kohleartigen Brennstoffelementen der vorstehend beschriebenen Art einen Einfluß auf die Anzündbarkeit dieser Brennstoffelemente hat. Es wurde ferner gefunden, daß der Natriumgehalt dieser Brennstoffelemente ein Faktor bei der Kontrolle der Energiegehalte der Brennstoffelemente während des Ziehens und Glostens ist.
Die in den Brennstoffelementen enthaltene Menge an Natrium und die Form, in der das Natrium bei der Herstellung des Brennstoffelements eingebracht wird, haben wesentliche Auswirkungen auf die Verbrennungseigenschaften des Brennstoffelements. Somit kann die während der Herstellung der Brennstoffelemente zugegebene Menge an Natrium und die Form, in der es zugesetzt wird, variiert werden, um die Gebrauchseigenschaften der Rauchartikel zu verbessern und die Kontrolle über die Brenneigenschaften der Brennstoffelemente zu steigern.
Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf neuartige Zusammensetzungen, die zur Herstellung von kohleartigen Brennstoffelementen für Zigaretten und andere Rauchartikel geeignet sind, um eine größere Kontrolle über die Brenneigenschaften der Brennstoffelemente zu erzielen. Im besonderen liegt eine Aufgabe der Erfindung darin, die Anzündbarkeit von kohleartigen Brennstoffelementen von Rauchartikeln zu verbessern.
In der EP-A-0 236 992 ist ein Brennstoffelement für einen Rauchartikel offenbart, welches einen Kohlegehalt von z.B. 80 % oder mehr aufweist. Eine Ausführungsform dieses bekannten Brennstoffelements enthält ein Bindemittel, dessen einziger Bestandteil Natriumcarboxymethylcellulose (NaCMC) ist, wobei dieses Bindemittel zu einem Gesamtnatriumgehalt von 7741 ppm der Brennstoffzusammensetzung führt; weil dieses bekannte Brennstoffelement 90 % Kohlematerial und 10 % NaCMC umfaßt, bedeutet ein Gesamtnatriumgehalt von 7741 ppm, daß das Bindemittel, d.h. NaCMC, ein hochnatriumhaltiges Bindemittel ist.
Die EP-A-0 236 992 offenbart außerdem eine Kohlematerial- Zusammensetzung für ein Brennstoffelement mit einem Bindemittel, welches NaCMC und ein Zusatzmittel umfaßt, welches von Natriumchlorid gebildet sein kann. Es wird jedoch nichts darüber ausgesagt, welchem Zweck dieses Zusatzmittel dient.
Die EP-A-0 236 992 offenbart auch eine Liste von Bindemitteln, welche von NaCMC verschieden sind, ohne ein Zusatzmittel für diese Bindemittel, und schließlich wird die Zugabe von Natriumchlorid beschrieben, um die Glosteigenschaften zu verbessern und als Glostverzögerungsmittel zu wirken.
Derwent Publications Ltd., London, GB, AN83-71 34 78 (29) und JP-A-58 096 696 offenbaren die Imprägnierung eines Kohlematerials, im besonderen Anthrazit, mit einer wäßrigen Lösung von Chloriden, Nitraten, Carbonaten, Acetaten und Oxalaten zur Erzielung guter Brenneigenschaften. Einem Beispiel gemäß wird ein fester Brennstoff wie folgt erzeugt: Es wird ein Granulat hergestellt aus Anthrazit, CaCO&sub3; und Carboxymethylcellulose, woraufhin dieses Granulat mit einer 3 Gew.-%igen wäßrigen Lösung von FeCl&sub3; imprägniert wird; das Granulat wurde sodann an der Luft getrocknet und einer Wärmebehandlung in einem Heißlufttrockner bei 110 ºC über zwei Stunden ausgesetzt, um den festen Brennstoff zu erhalten, der gute Anzündbarkeit und Glutausbreitungs eigenschaften aufweisen soll.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Natrium-haltige kohleartige Brennstoffzusammensetzung für Brennstoffelemente von Rauchartikeln, wobei es sich bei der Zusammensetzung um ein inniges Gemisch handelt, das hauptsächlich ein Kohlematerial, ein Bindemittel und wenigstens eine Natriumverbindung als Abbrand-modifizierendes Mittel aufweist, und wobei erfindungsgemäß eine gute Anzündbarkeit von aus dieser Zusammensetzung hergestellten Brennstoffelementen durch eine solche Zusammensetzung erzielt wird, welche aufweist:
(a) 60 bis 99 Gew.-% Kohlematerial;
(b) 0 bis 20 Gew.-% Tabak;
und zur Verbesserung der Anzündbarkeit des Brennstoffelements
(c) 1 bis 20 Gew.-% eines Bindemittels, wobei das Bindemittel einen Eigengehalt an Natrium unter 1500 ppm hat, sowie
(d) mindestens eine nicht als Bindemittel wirkende Natriumverbindung in einer solchen Menge, daß der Natriumgehalt der kohleartigen Brennstoffzusammensetzung auf 3000 bis 10 000 ppm angehoben wird, wobei diese Natriumverbindung ausgewählt ist aus der Natriumcarbonat, Natriumacetat, Natriumoxalat und Natriummalat umfassenden Gruppe.
Die Messung des Natriumgehalts erfolgt durch Atomemissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-AES).
Gegebenenfalls kann ein nichtbrennendes Füllstoffmaterial, wie Calciumcarbonat, aggiomeriertes Calciumcarbonat oder dergleichen, zu der Brennstoffzusammensetzung hinzugefügt werden, um die Kontrolle der durch das Brennstoffelement während der Verbrennung erzeugten Kalorien zu begünstigen, indem die darin enthaltene Menge an verbrennlichem Material verringert wird. Das Füllstoffmaterial bildet typischerweise weniger als circa 50 Gew.-% der Brennstoff zusammensetzung, noch besser weniger als circa 30 Gew.-%, am besten circa 5 bis circa 20 Gew. -%.
Eine geeignete Wahl der bei der Herstellung des Brennstoff 5 verwendeten Brennstoffzusammensetzung gestattet es, die Energieübertragung während des Ziehens (z.B. durch Konvektion) und die Energieübertragung während des Glostens (z.B. durch Strahlung und/oder Leitung) zu kontrollieren, die Anzündbarkeit des Brennstoffelements zu verbessern und die Gesamtaerosolerzeugung von Zigaretten, bei denen die Brennstoffelemente Anwendung finden, zu verbessern, sowie weitere Vorteile zu erhalten.
Das in der Brennstoffzusammensetzung zur Anwendung kommende Kohlematerial kann eine beliebige Art von aktiviertem oder nichtaktiviertem Kohlematerial sein, ist jedoch bevorzugt ein Kohlematerial in Lebensmittelreinheit mit einer mittleren Teilchengröße von circa 12 µm.
Die hier geeigneten Bindemittel sind Bindemittel oder Mischungen von Bindemitteln, die weniger als circa 1500 ppm Natrium enthalten (d.h. Bindemittel mit niederem Natriumgehalt oder natriumfreie Bindemittel) und sind bevorzugt kein Natriumsalz- Material. In dem Bindemittel natürlich vorkommendes (d.h. inhärent vorhandenes) Natrium, sofern unter circa 1500 ppm, ist akzeptabel. Bindemittel, die akzeptabel sind, umfassen Ammoniumalginat, welches besonders bevorzugt ist, Carboxymethylcellulose und dergleichen.
Es wurde gefunden, daß der Natriumgehalt des End-Brennstoffelements, wenn von dem Natriumsalz des Bindemittels abgeleitet, nicht so wirksam ist wie Natrium, welches der Brennstoffzusammensetzung in anderer Form zugesetzt wird, wie dies erfindungs gemäß vorgesehen ist.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß nicht nur die Höhe des Natriumgehalts des End-Brennstoffelements wichtig ist, sondern daß auch die Quelle des Natriums von sehr großer Bedeutung ist. Die meistbevorzugte Natriumquelle für die erfindungsgemäßen Brennstoffzusammensetzungen ist Natriumcarbonat (Na&sub2;CO&sub3;). Die Zugabe von Natriumcarbonat als wäßrige Lösung ist wirksam, um die erforderlichen Natriumgehalte in der erfindungsgemäßen Brennstoffzusammensetzung herbeizuführen. Zwar ist die Verwendung wäßriger Lösungen unterschiedlicher Konzentration (z.B. 0,1 % bis 10 %, vorzugsweise 0,5 % bis 7 %) das bevorzugte Verfahren zum Hinzufügen von Natrium zu der Brennstoffzusammensetzung; gegebenenfalls können jedoch auch andere Verfahren, z.B. eine Beimischung in trockenem Zustand, Anwendung finden.
Eine absichtliche Veränderung des Natrium-(Na-)Gehalts der Brennstoffzusammensetzung innerhalb eines Bereichs von circa 3000 bis 10 000 ppm (Gesamt-Na-Gehalt = Eigen-Na + hinzugegebenes Na) ermöglicht es dem resultierenden Brennstoffelement, ausgewählte und bestimmbare Brenneigenschaften aufzuweisen.
Andere Zusatzmittel, die in der erfindungsgemäßen Brennstoffzusammensetzung enthalten sein können, umfassen Verbindungen, die zur Freisetzung von Ammoniak unter den Verbrennungsbedingungen der Brennstoffzusammensetzung befähigt sind. Es wurde festgestellt, daß solche Verbindungen in der Brennstoffzusammensetzung in Anteilen von circa 0,5 bis 5,0 %, vorzugsweise circa 1 bis 4 % und meistbevorzugt von circa 2 bis 3 % geeignet sind, die Mengen einiger Carbonyl-Verbindungen in den Verbrennungsprodukten des brennenden Brennstoffs zu verringern. Geeignete Verbindungen, die Ammoniak während des Brennens der Brennstoffzusammensetzung freisetzen, umfassen Harnstoff, anorganische und organische Salze (z.B. Ammoniumcarbonat, Ammoniumalginat oder Mono-, Di- oder Triammoniumphosphat); Aminozucker (z.B. Prolino-Fructose oder Asparagino-Fructose); Aminosäuren, im besonderen Alpha-Aminosäuren (z.B. Glutamin, Glycin, Asparagin, Prolin, Alanin, Cystin, Asparaginsäure, Phenylalanin oder Glutaminsäure); Di- oder Tripeptide, quaternäre Ammoniumverbindungen und dergleichen.
Eine besonders bevorzugte Ammoniak-freisetzende Verbindung ist die Aminosäure Asparagin. Der Zusatz von Asparagin (Asn) in der Brennstoffzusammensetzung zu circa 1 % bis circa 3 % als ein Mittel zur Reduzierung von während der Verbrennung gebildeten Carbonyl-Verbindungen ist ebenfalls als Teil der Erfindung zu betrachten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wenn der Natriumgehalt der Brennstoffzusammensetzung in einem Bereich von 3500 bis 9000 ppm angesiedelt ist, läßt sich das Brennstoffelement sehr leicht anzünden.
Erfindungsgemäß kann die Glostrate eines brennenden kohleartigen Brennstoffelements dahingehend kontrolliert werden, daß sie im wesentlichen wunschgemäß schnell oder langsam ist, indem der Natriumgehalt der Brennstoffzusammensetzung auf einen Bereich von circa 3000 bis 9000 ppm modifiziert wird.
Erfindungsgemäß kann ferner die Glosttemperatur eines brennenden kohleartigen Brennstoffelements, welches aus einer Zusammensetzung hergestellt ist, die ein Gemisch von einem Kohlematerial und einem natriumfreien Bindemittel umfaßt, angehoben werden, indem der Natriumgehalt der Brennstoffelement-Zusammensetzung auf einen Bereich zwischen circa 2500 und circa 10 000 ppm eingestellt wird.
Erfindungsgemäß kann die Temperatur beim Ziehen von einem brennenden kohleartigen Brennstoffelement, welches aus einer Zusammensetzung hergestellt ist, die ein Gemisch von einem Kohlematerial und einem natriumfreien Bindemittel umfaßt, wunschgemäß (auf hoch/mittel/niedrig) kontrolliert werden, indem der Natriumgehalt des Brennstoffelement-Gemischs so eingestellt wird, daß der Natriumgehalt zwischen circa 6500 und circa 10 000 ppm fällt.

Kurzbeschreibung der Figuren

Fig. 1 veranschaulicht den Aufbau der in der RJR-Monographie beschriebenen Zigarette (Referenzzigarette), wobei der Brennstoffelement-Querschnitt gemäß Fig. 1A modifiziert ist und die Zigarette die erfindungsgemäß hergestellte Brennstoff-Zusammensetzung aufweist;
Fig. 1A ist ein Querschnitt des Brennstoffelements von Fig. 1;
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Zigarette, bei der ein aus der erfindungsgemäßen Brennstoff-Zusammensetzung hergestelltes kohleartiges Brennstoffelement Anwendung finden kann;
Fig. 2A ist ein Querschnitt des Brennstoffelements der Zigarette von Fig. 2;
Fig. 3 zeigt die vorderseitigen Temperaturen während des Ziehens für Brennstoffelemente nach Fig. 1A, die mit unterschiedlichen Mengen an zugesetztem Na&sub2;CO&sub3; in wäßriger Lösung (0 %, 0,5 %, 1,0 %, 3,0 %, 5,0 % und 7,0 %) hergestellt sind;
Fig. 4 zeigt die Glosttemperaturen von Brennstoffelementen nach Fig. 1A, die mit unterschiedlichen Mengen an zugesetztem Na&sub2;CO&sub3; in wäßriger Lösung (0 %, 0,5 %, 1,0 %, 3,0 %, 5,0 % und 7,0 %) hergestellt sind, gemessen 15 Sekunden nachdem ein Zug getätigt wurde;
Fig. 5 veranschaulicht die "rückseitigen" Temperaturen von Brennstoffelementen nach Fig. 1A, die mit unterschiedlichen Mengen an zugesetztem Na&sub2;CO&sub3; in wäßriger Lösung (0 %, 0,5 %, 1,0 %, 3,0 %, 5,0 % und 7,0 %) hergestellt sind;
Fig. 6 gibt die Kapselwandtemperaturen von Kapseln, die mit Brennstoffelementen nach Fig. 1A bestückt sind, welche mit unterschiedlichen Mengen an zugesetztem Na&sub2;CO&sub3; in wäßriger Lösung (0 %, 0,5 %, 1,0 %, 3,0 %, 5,0 % und 7,0 %) hergestellt sind;
Fig. 7 ist ein Diagramm der zugweisen Gasaustrittstemperaturen, wie rückseitig an den in Fig. 6 verwendeten Kapseln ermittelt;
Fig. 8 zeigt die Gasaustrittstemperatur von den Mundendestücken der Zigaretten, bei denen Brennstoffelemente nach Fig. 1A zur Anwendung kommen, die mit unterschiedlichen Gehalten an zugesetztem Na&sub2;CO&sub3; in wäßriger Lösung (0 %, 0,5 %, 1,0 %, 3,0 %, 5,0 % und 7,0 %) hergestellt sind;
Fig. 9 zeigt die Fingertemperaturen für Zigaretten mit Brennstoffelementen nach Fig. 1A, welche mit unterschiedlichen Gehalten an zugesetztem Na&sub2;CO&sub3; in wäßriger Lösung (0 %, 0,5 %, 1,0 %, 3,0 %, 5,0 % und 7,0 %) hergestellt sind;
Fig. 10 zeigt die Kurven für die zugweise erzeugten Kalorien, die von Brennstoffelemente nach Fig. 1A erhalten werden, welche mit unterschiedlichen Gehalten an zugesetztem Na&sub2;CO&sub3; in wäßriger Lösung (0 %, 0,5 %, 1,0 %, 3,0 %, 5,0 % und 7,0 %) hergestellt sind;
Fig. 11 zeigt den Druckabfall in angezündetem Zustand für Zigaretten nach Fig. 1, wenn diese unter den Bedingungen von 50 cm³/30 s mit den Brennstoffelementen von Fig. 1A, die mit unterschiedlichen Gehalten an zugesetztem Na&sub2;CO&sub3; in wäßriger Lösung (0 %, 015 %, 1,0 %, 3,0 %, 5,0 % und 7,0 %) hergestellt sind, geraucht werden;
Fig. 12 zeigt die Aerosoldichten in Abhängigkeit von der Zahl der Züge für die Zigaretten nach Fig. 1 beim Abrauchen unter den Bedingungen von 50 cm³/30 s mit den Brennstoffelementen nach Fig. 1A, die mit unterschiedlichen Gehalten an zugesetztem Na&sub2;CO&sub3; in wäßriger Lösung (0 %, 0,5 %, 1,0 %, 3,0 %, 5,0 % und 7,0 %) hergestellt sind;
Fig. 13 und Fig. 14 zeigen die Gesamt-Aerosolausbeuten als Funktion der Konzentration der Natriumcarbonat-Lösung bzw. des tatsächlichen Natriumgehalts in ppm in jedem der Brennstoffelemente;
Fig. 15 und Fig. 16 zeigen die Glycerin- bzw. Nicotin-Ausbeuten in Abhängigkeit von der Zahl der Züge für Zigaretten nach Fig. 1 beim Abrauchen unter den Bedingungen von 50 cm³/30 s mit den Brennstoffelementen von Fig. 1A, die mit unterschiedlichen Gehalten an zugesetztem Na&sub2;CO&sub3; in wäßriger Lösung (0 %, 0,5 %, 1,0 %, 3,0 %, 5,0 % und 7,0 %) hergestellt sind.

Detailbehreibung der bevorzugten Aubführungsformen

Wie vorstehend beschrieben, bezieht sich die Erfindung im besonderen auf eine Brennstoffzusammensetzung, die geeiguet ist für Brennstoffelemente von Rauchartikeln, wie die Referenz- Zigarette (Fig. 1), und andere Rauchartikel, wie die in den US-Patentschriften 4 793 365; 4 928 714; 4 714 082; 4 756 318; 4 854 331; 4 708 151; 4 732 168; 4 893 639; 4 827 950; 4 858 630; 4 938 238; 4 903 714; 4 917 128; 4 881 556; 4 991 596 und 5 027 837 beschriebenen. Siehe auch die Europäische Patentveröffentlichung Nr. 342 538.
Fig. 1 ist allgemein repräsentativ für eine Referenzzigarette mit einer gemäß Fig. 1A modifizierten Brennstoffelement-Gestaltung. Die Zigarette weist ein von der erfindungsgemäßen Brennstoffzusammensetzung gebildetes kohleartiges Brennstoffelement 10 auf, welches von einer Isolierglasfaser-Hülse 16 umschrieben ist. In Längsrichtung hinter dem Brennstoffelement und in Kontakt mit einem Teil der hinteren Peripherie desselben ist eine Kapsel 12 angeordnet. Die Kapsel trägt ein Substratmaterial 14, welches aerosolbildende Materialien und Geschmackstoffe enthält. Die Kapsel 12 ist von einem Röllchen 18 von Tabak in Form von geschnittenem Füller umgeben. Das Mundendestück der Zigarette umfaßt zwei Teile, einen Tabakpapier- Abschnitt 20 und ein schwach wirkendes Polypropylen-Filtermaterial 22. Wie gezeigt, werden mehrere Papierlagen verwendet, um die Zigarette und ihre einzelnen Komponenten zusammenzuhalten.
Wärme aus dem brennenden Brennstoff element wird durch Leitung und Konvektion auf das Substrat in der Kapsel übertragen. Während des Ziehens kondensieren die durch das Substrat getragenen Aerosol- und Geschmackstoff-Materialien unter Bildung eines rauchähnlichen Aerosols, welches durch den Rauchartikel gesaugt wird, wobei es zusätzliche Tabak- und andere Geschmackstoffe von anderen Komponenten des Rauchartikels aufnimmt, und aus dem Mundendestück 22 austritt.
Es wird nun im einzelnen auf die Figuren 2 und 2A Bezug genommen, die eine andere Zigarettenausführung und ein Brennstoffelement hierfür zeigen, wobei die erfindungsgemäße Brennstoffzusammensetzung Anwendung finden kann. Wie gezeigt, umfaßt die Zigarette ein in Abschnitte unterteiltes kohleartiges Brennstoffelement 100, welches von einer Hülse von Isoliermaterial 102 umgeben ist. Das Isoliermaterial 102 kann von Glasfasern oder Tabak gebildet sein und ist durch Behandlung im wesentlichen nichtbrennend gemacht. Wie gezeigt, erstreckt sich das Isoliermaterial 102 über jedes Ende des Brennstoffelements hinaus. In anderen Worten, das Brennstoffelement ist innerhalb der Isolierhülse zurückgesetzt angeordnet. In Längsrichtung hinter dem Brennstoffelement 100 befindet sich ein Substrat 104, das vorteilhaft aus einem Röllchen oder einer gerafften Bahn aus einem Cellulosematerial gebildet ist, z.B. Papier oder Tabakpapier. Dieses Substrat 104 ist von einer nachgiebigen Hülse 106 umschrieben, die vorteilhaft Glasfasern, Tabak, z.B. in Form von geschnittenem Füller, oder Mischungen von diesen Materialien aufweisen kann. Hinter dem Substrat angeordnet befindet sich ein Mundendestück 107, welches zwei Abschnitte umfaßt, einen Tabakpapier-Abschnitt 108 und einen schwach wirkenden Polypropylen-Filterabschnitt 110. Es sind mehrere Lagen Papier verwendet, um die Zigarette und ihre einzelnen Komponenten zusammenzuhalten.
In einer (nicht gezeigten) weniger bevorzugten Ausführungsform, die der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform jedoch ähnlich ist, kann das Substrat (z.B. ein gerafftes Papier) innerhalb eines Röhrchens angeordnet sein, welches seinerseits von geschnittenem Tabakfüller oder Isoliermaterial umschlossen ist. Das Röhrchen ist ausreichend lang, um sich durch den Hohlraum zwischen dem hinteren Ende des Brennstoffelements und dem vorderen Ende des Substrats zu erstrecken und einen Teil der Länge des hinteren Endes des Brennstoffelements zu umgeben. Somit ist das Röhrchen zwischen der Isolierhülse und dem Brennstoffelement angeordnet und umschreibt und berührt das hintere Ende des Brennstoffelements. Das Röhrchen ist bevorzugt aus einem wärmebeständigen Material ohne Dochtwirkung hergestellt (z.B. ein wärmebeständiges Kunststoff-Röhrchen, ein behandeltes Papierröhrchen oder ein mit Folie ausgekleidetes Papierröhrchen).
Wie bei der Zigarette nach Fig. 1 wird bei dieser Zigarette Wärme aus dem brennenden Brennstoffelement an das Substrat übertragen. Bei dieser Zigarette ist jedoch Konvektion die überwiegend vorherrschende Art der Energieübertragung. Diese Wärme verflüchtigt die Aerosol- und Geschmackstoff-Materialien, die von dem Substrat getragen sind und zu einem rauchähnlichen Aerosol kondensieren, welches beim Ziehen durch den Rauchartikel gesaugt wird und durch das Mundendestück 106 austritt.
Andere Rauchartikel, bei denen die erfindungsgemäße Brennstoffzusammensetzung mit Erfolg Anwendung finden kann, sind in den Patenten beschrieben, die bereits durch Bezugnahme in den vorliegenden Text eingefügt wurden.
In vielen der vorstehend genannten Patente benutzen die kohleartigen Brennstoffelemente für die Rauchartikel ein Natriumcarboxymethylcellulose- (NaCMC-) Bindemittel, in Mengen von circa 10 Gew.-%, in inniger Mischung mit circa 90 Gew.-% Kohlepulver. Aus dieser Zusammensetzung hergestellte Brennstoffelemente haben die folgenden physikalischen Eigenschaften: (1) Sie sind manchmal schwer anzündbar; (2) sie verbrennen bei sehr hohen Temperaturen; (3) sie verbrennen sehr schnell; (4) sie können große Mengen an Kohlenmonoxid erzeugen. Versuche zur Verbesserung der Eigenschaften dieser Brennstoffelemente haben zu der vorliegenden Erfindung geführt, wobei durch Elementaranalyse der Brennstoffzusammensetzung gefunden wurde, daß der Natriumanteil in der Brennstoffzusammensetzung ein für die Brenneigenschaften der Brennstoffzusammensetzung verantwortlicher Faktor war.
Die folgende Tabelle zeigt die Elementaranalyse von kationischen Unreinheiten, die in gemischten Brennstoffelement-Zusammensetzungen anwesend sind, welche von einem Kohlematerial (90 %) und einem Gradienten von zwei Bindemitteln, nämlich NaCMC und Ammoniumalginat (Alg), gebildet sind. Aus Tabelle 1 ist zu ersehen, daß das ganz aus NaCMC bestehende Bindemittel einen Basislinien-Natriumgehalt von 7741 ppm aufweist, während der Basislinien-Natriumgehalt des ganz aus Alginat bestehenden Bindemittels nur 2911 ppm beträgt. Es wurde gefunden, daß durch Verändern des Natriumgehalts der Brennstoffzusammensetzung, z.B. durch Mischen von Bindemitteln mit hohem und niederem Natriumgehalt, oder noch besser, durch Verwendung eines Bindemittels mit niederem Natriumgehalt und Zugabe von Natriumverbindungen, wie Natriumcarbonat, Natriumacetat, Natriumoxalat, Natriummalat und dergleichen, eine Veränderung der Brenneigenschaften des Brennstoffelements erzielt und auf die Energieanforderungen jedes beliebigen Rauchartikels zugeschnitten werden kann. Tabelle 1 Elementaranalyse* der Kationen in Kohle/Bindemittel- Brennstoffelementen
Wie vorstehend beschrieben, ist ein Hauptbestandteil der erfindungsgemäßen Brennstoffzusammensetzung ein Kohlematerial. Bevorzugte Kohlematerialien weisen einen Kohlegehalt von über circa 60 Gew.-% auf, noch besser von über circa 75 Gew.-%, am besten von über circa 85 Gew.-%.
Kohlematerialien werden typischerweise durch Carbonisieren einer organischen Substanz gewonnen. Eine besonders geeignete Quelle einer derartigen organischen Substanz ist ein Papierfaserstoff von Hartholz. Andere geeignete Quellen von Kohlematerialien sind Kokosnußkohle, wie die als PCB erhältlichen PXC-Kohlematerialien, und die experimentellen Kohlematerialien, wie Lot B-11030-CAC-5, Lot B-11250-CAC-115 und Lot 089-A12-CAC-45 der Firma Calgon Carbon Corporation, Pittsburgh, PA.
Die Herstellung von Brennstoffelementen aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung kann nach einer Vielfalt von Verarbeitungsmethoden erfolgen, zu denen Herstellen in einer Form, auch unter Druck, Bearbeiten mittels eines Werkzeugs oder Extrusion die gewünschte Form gehören. Geformte Brennstoffelemente können Durchlässe, Nuten oder hohle Bereiche aufweisen.
Bevorzugte extrudierte kohleartige Brennstoffelemente können hergestellt werden, indem bis zu 95 Teile eines Kohlematerials, bis zu 20 Teile eines Bindemittel und bis zu 20 Teile Tabak (z.B. Tabakstaub und/oder Tabakextrakt) mit ausreichender wäßriger Na&sub2;CO&sub3;-Lösung (die eine vorgewählte Lösungskonzentration aufweist) vermischt werden&sub1; um eine extrudierbare Mischung zu erhalten. Die Mischung kann sodann durch Extrusion mittels eines sog. Ram- oder Kolbenextruders oder einer Compoundier- Schnecke in ein Extrudat der gewünschten Form mit der gewünschten Zahl von Durchlässen oder Hohlräumen überführt werden.
Wie bereits beschrieben, kann ein nichtbrennendes Füllstoffmaterial, wie Calciumcarbonat, agglomeriertes Calciumcarbonat oder dergleichen, der Brennstoffzusammensetzung zugesetzt werden, um dazu beizutragen, die durch das Brennstoffelement bei der Verbrennung erzeugten Kalorien zu kontrollieren, dadurch, daß die Menge an darin vorhandenem verbrennlichem Material verringert wird. Das Füllstoffmaterial bildet typisch weniger als circa 50 Gew.-% der Brennstoffzusammensetzung, noch besser weniger als circa 30 Gew.-%, am besten circa 5 bis circa 20 Gew.-%. Bezüglich Einzelheiten zu solchen Füllstoffen, siehe Europäische Patentveröffenlichung Nr. 419 981.
Wie bereits beschrieben, kann die erfindungsgemäße Brennstoffzusammensetzung Tabak enthalten. Die Form des Tabaks kann variieren, und gegebenenfalls kann mehr als eine Form von Tabak in der Brennstoffzusammensetzung eingebracht sein. Die Art des Tabaks kann variieren und umfaßt heißluftgetrocknete, Burley-, Maryland und Orient-Tabake, die Edel- und Spezialtabake sowie Mischungen hiervon.
Eine geeignete Form von Tabak zum Einbringen in die Brennstoffzusammensetzung ist ein fein zerteiltes Tabakerzeugnis, welches sowohl Tabakstaub wie fein zerteilte Tabakplättchen umfaßt.
Andere Formen von Tabak, die für die Brennstoffzusammensetzung geeignet sind, sind ein Tabakextrakt oder Mischungen von Tabakextrakten. Tabakextrakte werden typischerweise dadurch erhalten, daß ein Tabakmaterial unter Verwendung eines Lösungsmittels, wie Wasser, Kohlendioxid, Schwefelhexafluorid, einem Kohlenwasserstoff, wie Hexan oder Ethanol, einem Halogenkohlenwasserstoff, wie kommerziell erhältliches Freon, sowie anderen organischen und anorganischen Lösungsmitteln extrahiert wird. Tabakextrakte können sprühgetrocknete Tabakextrakte, gefriergetrocknete Tabakextrakte, Tabakaromaöle, Tabakessenzen und andere Arten von Tabakextrakten umfassen. Verfahren zum Erhalt geeigueter Tabakextrakte sind in den US-Patenten Nr. 4 506 682 (Mueller), 4 986 286 (Roberts et al.), 5 005 593 (Fagg) und 5 060 669 (White et al.) und in der Europäischen Patentveröffentlichung Nr. 338 831 beschrieben.
Geeiguete Bindemittel für die vorliegende Zusammensetzung fügen der Brennstoffzusammensetzung kein nennenswertes Natrium hinzu.
Brennstoffzusammensetzungen auf Kohle- und Bindemittel-Basis mit einem Basislinien-Natriumgehalt von circa 3000 ppm Na oder weniger, sind wünschenswert. Diese Basislinien-Begrenzung des Na-Gehalts gestattet die kontrollierte Zugabe gewünschter Mengen an Natrium durch den Zusatz von wäßrigem Na&sub2;CO&sub3;, wobei die resultierenden Brennstoffelemente hieraus ausgesprochene Vorteile ziehen. Demgemäß eignen sich Natriumsalze, sofern nicht verdünnt, hier im allgemeinen nicht als Bindemittel. Bindemittel mit anderen kationischen Spezies, z.B. Kalium, Ammonium, etc. sind im allgemeinen akzeptabel.
Das bevorzugte Verfahren zur Zugabe von Natrium zu den natriumfreien Bindemitteln (oder Bindemitteln mit niederem Natriumgehalt) besteht darin, eine wäßrige Lösung der Natriumverbindung mit dem Bindemittel und dem Kohlematerial zu mischen. Bevorzugt ist die Konzentration der wäßrigen Lösung in einem Bereich von circa 0,1 bis 10 Gew.-%, am besten von circa 0,5 bis 7 Gew.-% angesiedelt. Die meistbevorzugte Natriumguelle zum Gebrauch für die erfindungsgemäßen Brennstoffzusammensetzungen ist Natriumcarbonat (Na&sub2;CO&sub3;); andere geeignete Natriumverbindungen sind Natriumacetat, Natriumoxalat, Natriummalat und dergleichen. Wenngleich nicht bevorzugt, kann auch mit einem Trokkenzusatz (in Verbindung mit angemessenern Mischen) ein Verteilen der Natriumverbindungen in dem Bindemittel und Kohlematerial unter Bildung einer geeigneten Zusammensetzung herbeigeführt werden.
Das meistbevorzugte natriumfreie Bindemittel für die erfindungsgemäßen Brennstoffzusammensetzungen ist Ammoniumalginat HV, erhältlich von der Firma Kelco Co, San Diego, CA. Zu anderen geeigueten natriumfreien Bindemitteln gehören die Polysaccharid-Gummistoffe, wie die Pflanzenexsudate Gummi arabicum, Tragantgummi, Karaya-Gummi, Ghatti-Gummi; die Pflanzenextrakte Pektin, Arabinogalactan; die aus Pflanzensamen gewonnene Mehle Johannisbrotkernmehl, Guarmehl; Alginate, Carrageenan, Furcellaran; Getreidestärken aus Mais, Weizen, Reis, Wachsmais, Sorghum, Wachssorghum; aus Knollen gewonnene Stärken, wie Kartoffelstärke, Arrowroot, Tapioca; die mikrobiellen Fermentations-Gummistoffe Xanthan und Dextran; die modifizierten Gummistoffe, einschließlich Cellulosederivaten, wie Methylcellulose, Carboxymethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, und dergleichen.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele näher erläutert, die dem besseren Verständnis der Erfindung dienen, jedoch nicht als Einschränkung derselben zu verstehen sind. Alle hierin angegebenen Prozentwerte, soweit nicht anders angegeben, sind Gewichtsprozente. Alle Temperaturen sind in Grad Celsius ausgedrückt.

Beispiel 1

Es wurden 6 Satz Brennstoffelemente hergestellt, wobei dem Extrusionsgemisch Natriumcarbonat in unterschiedlichen Mengen hinzugefügt wurde.
Die Herstellung der Brennstoffelemente erfolgte aus einer Mischung, die 90 Gew. -% eines carbonisierten Kraftzellstoffs von Hartholz, der auf eine mittlere Teilchengröße von 12 µm (Mikrometer) (gemessen mit einem Microtrac (registrierte Marke)) ausgemahlen war, und 10 % Ammoniumalginat-Bindemittel Kelco HV (registrierte Marke) enthielt. Diese Mischung aus Kohlepulver und Bindemittel wurde mit wäßrigen Lösungen von Natriumcarbonat verschiedener Konzentration gemischt, um Extrusionsmischungen zu erhalten, aus denen die Brennstoffelemente zu ihrer endgültigen Form verarbeitet wurden. Circa 30 Gew.-% jeder Na&sub2;CO&sub3;-Lösung wurden zu jeder Mischung hinzugegeben, um die verschiedenen Extrusionsmischungen zu bilden.
Die Herstellung des Kohlematerials von Hartholz-Faserstoff erfolgte durch Carbonisieren einer nichttalkumhaltigen Sorte von Grand Prairie Canadian (registrierte Marke) -Hartholz-Kraftpapier unter einem Stickstoffpolster, wobei die Temperatur in Stufen, die angemessen sind, um die Oxidation des Papiers auf ein Mindestmaß zu verringern, auf eine Endcarbonisiertemperatur von mindestens 750 ºC erhöht wurde. Das resultierende Kohlematerial wurde unter Stickstoff auf weniger als circa 35 ºC abgekühlt und sodann zu einem feinen Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von circa 12 µm (Mikrometer) im Durchmesser aufgemahlen.
Die Konzentrationen der Na&sub2;CO&sub3;-Lösungen, die bei der Herstellung der Extrusionsmischungen zur Anwendung kamen, waren: (a) 0 Gew.-%, die Kontrolle, (b) 0,5 Gew.-%, (c) 1,0 Gew.-%, (d) 3,0 Gew.-%, (e) 5,0 Gew.-% und (f) 7,0 Gew.-% Natriumcarbonat in Wasser.
Das Brennstoffgemisch wurde mit einem Ram-Extruder extrudiert, wobei Brennstoffstäbchen mit 6 gleichmäßig beabstandeten Durchlässen am Umfang in der Form von Schlitzen oder Nuten, jeweils mit einer Tiefe von circa 0,9 mm (0,035 Inch) und einer Breite von circa 0,7 mm (0,027 Inch), erhalten wurden. Die Gestaltung der Durchlässe (Schlitze), die sich längs der Peripherie des Brennstoffelements erstrecken, entspricht im wesentlichen der in Fig. 1A gezeigten. Nach dem Extrudieren wurden die feuchten Brennstoffstäbchen auf einen Feuchtegehalt von circa 4,0 % getrocknet. Die resultierenden getrockneten Stäbchen wurden auf 10 mm abgelängt, wodurch Brennstoffelemente erhalten werden.
Die physikalischen Eigenschaften der getrockneten und geschnittenen Brennstoffelemente sind nachfolgend in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2 Physikalische Eigenschaften des Brennstoffelements Natriumcarbonat-Zusatz
*Aufgenommene Feuchte nach Konditionierung bei 24 ºC (75 ºF) und 40 % relativer Feuchtigkeit über 4 Tage.

Beispiel 2

Die in Beispiel 1 hergestellten Brennstoffelemente wurden einer Atomemissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-AES) unterworfen, um ihre Elementarzusammensetzungen zu untersuchen.
Tabelle 3 bringt die Ergebnisse der ICP-AES-Analyse für die in Beispiel 1 gebildeten 6 verschiedenen Sätze von Brennstoffelementen. Tabelle 3 kann entnommen werden, daß die Natriumcarbonat-Lösungen, in Abhängigkeit von der Konzentration der eingesetzten Lösung, zu signifikant unterschiedlichen Natriumaufnahmen der Brennstoffelemente führen. Die Natriumgehalte variieren von 1120 ppm für die Kontrolle (d.h. der Eigenanteil) bis 17 420 ppm für Ammoniumalginat-Brennstoffelemente, die unter Verwendung der 7%igen Natriumcarbonat-Lösung hergestellt wurden. Tabelle 3 ICP-AES Analyse der Brennstoffelemente Effekt von Natriumcarbonat-Lösungen während der Verarbeitung

Beispiel 3

Es wurden Anzündversuche an den in Beispiel 1 hergestellten unterschiedlichen Sätzen von Brennstoffelementen durchgeführt, wobei eine computergesteuerte Abrauchmaschine mit Luftkolbenmechanismus eingesetzt wurde.
Bei diesem Versuch wurde ein Brennstoffelement in eine leere Aluminiumkapsel eingebracht, die sodann mit einer Isolierhülse aus C-Glas umhüllt wurde. Diese Anordnung wurde dann in einen Halter eingesetzt, der durch den computerangesteuerten Kolben für 2,4 Sekunden in eine Propanflamme verbracht wurde. Während sich das Brennstoffelement in der Flamme befand, wurde ein 50-cm³-Zug von zwei (2) Sekunden Dauer getätigt. Sodann wurde die Anordnung durch den Kolben aus der Flamme zurückgezogen, und es wurde ein zweiter 50-cm³-Zug getätigt.
Dann werden Temperaturmessungen des Brennstoffelements durch eine Infrarotkamera-Anordnung (Heat Spy (registrierte Marke)) überwacht. Nach den anfänglichen 2 Zügen wurden insgesamt 4 weitere 50-cm³-Züge unter ständiger Überwachung der Temperaturen des Brennstoffelements auf die Anordnung angewandt.
Ein Brennstoffelement wurde dann als angezündet betrachtet, wenn nach allen 6 Zügen die vorderseitige Temperatur über 200 ºC lag. Ein Brennstoffelement wurde als teilweise angezündet betrachtet, wenn die vorderseitige Temperatur des Brennstoffelements nach Zug 4 über 200 ºC, nach Zug 6 jedoch unter 200 ºC lag. Ein Brennstoffelement wurde als nicht angezündet betrachtet, wenn es nach Zug 4 eine Temperatur unter 200 ºC hatte.
Bei der Prüfung der Brennstoffelemente wurden pro Na&sub2;CO&sub3;-Gehalt insgesamt 10 Brennstoffelemente untersucht, um die durchschnittliche Anzündbarkeit dieser Gruppe zu ermitteln.
Es wurde gefunden, daß die Ammoniumalginat-Brennstoffelemente, die kein zusätzliches Natrium enthielten, unter den Versuchsbedingungen in 100 % der Fälle nicht angezündet waren. Dagegen führte die Verwendung einer 1%-Natriumcarbonat-Lösung während des Mischens der Brennstoffelement-Inhaltsstoffe dazu, daß unter Anwendung der gleichen Versuchsbedingungen 60 % der Brennstoffelemente vollständig angezündet waren, 10 % teilweise angezündet waren und nur 30 % nicht angezündet waren. Durch Einsatz einer 30%igen Natriumcarbonat-Lösung in der Mischung fiel der Prozentsatz an Brennstoffelementen, die nicht angezündet waren, auf 10 %. Weitere Zugaben von Natriumcarbonat zu den Gemischen führten zu einem Rückgang der Anzündbarkeit.
Dieses Beispiel zeigt schlüssig, daß mit dem Zusatz von Natrium zu den Brennstoffelementen durch Verwendung einer wäßrigen Natriumcarbonat-Lösung drastische Verbesserungen der Anzündbarkeit der Brennstoffelemente gelingen. Es scheint jedoch einen Punkt zu geben, an dem weitere Zugaben von Natrium zu den Brennstoffelementen zu einer Abschwächung der Anzündbarkeit führen.
Diesen Daten nach liegt die optimale Konzentration der Natriumcarbonat-Lösung, die dem Brennstoffelement hinzuzufügen ist, um eine Verbesserung der Anzündbarkeit von Brennstoffelementen mit dem Schlitzmuster nach Fig. 1A herbeizuführen, in einem Bereich von 1 bis 3 %, woraus sich ein Natriumgehalt in dem Brennstoffelement ergibt, der zwischen 3800 bis 8700 ppm liegt.
Bei einem anderen Anzündbarkeitsversuch wurde ein modifiziertes Brennstoffelement der Referenzzigarette (mit dem Schlitzmuster nach Fig. 1A) mit den erfindungsgemäßen Brennstoffelementen verglichen. Das Referenzzigaretten-Brennstoffelement hatte eine Länge von 10 mm und einen Durchmesser von 4,5 mm, bei einer Zusammensetzung aus 9 Teilen eines Kohlematerials von Hartholz, 1 Teil NaCMC-Bindemittel und 1 Gew.-% K&sub2;CO&sub3;, wobei die Zusammensetzung vor Gebrauch bei einer Temperatur von über 800 ºC 2 Stunden lang mit Hitze behandelt wurde, um das Bindemittel zu carbonisieren und jegliche darin enthaltenen flüchtigen Verbindungen zu reduzieren oder zu beseitigen.
Für gemäß Beispiel 1 hergestellte Brennstoffelemente mit einem Na-Gehalt von circa 3500 bis circa 9000 ppm wurde gefunden, daß sie in fast 100 % der Fälle angezündet waren, während die Referenzzigaretten-Brennstoffelemente nur in circa 10 bis circa 25 % der Fälle angezündet waren.

Beispiel 4

Die Glosttendenz eines Brennstoffelements gemäß Beispiel 1 wurde gemessen, indem ein Brennstoffelement in eine leere Kapsel eingebracht, angezündet und sodann auf seinen Gewichtsverlust überwacht wurde, als Hinweis darauf, wie schnell das Brennstoffelement während der Glimmphasen einer angezündeten Zigarette abbrennen wird. Damit wird auch ein relatives Maß für die Rate der Energieübertragung durch Leitung auf die Kapsel während des Glostens erhalten.
Ammoniumalginat-Brennstoffelemente, welche kein zugesetztes Natrium enthalten, brennen während der Glimmphase sehr langsam. Die Zugabe von Natrium beschleunigt die Abbrandrate in Abhängigkeit von der dem Brennstoffelement hinzugegebenen Menge an Natrium. Die Menge an verbranntem Kohlematerial stieg bis zu einer Natriumcarbon-Lösungskonzentration von circa 3,0 % schnell an. Eine weitere Erhöhung der Natriumzugabe bewirkt gegenüber den mit der 3%-Lösung hergestellten Brennstoffelementen nur geringfügig höhere Glostraten.
Diese Daten sind von Bedeutung, weil sie zeigen, daß es möglich ist, die Glostraten der Brennstoffelemente, und damit ihre Energieübertragung durch Leitung auf die Kapsel durch Einstellen des Natriumgehalts zu kontrollieren.

Beispiel 5

Die Brennstoffelemente von Beispiel 1 wurden weiteren Analysen unterzogen, einschließlich
(a) Messung der vorderseitigen Brennstoffelement- Temperaturen;
(b) Messung der rückseitigen Brennstoffelement- Temperaturen;
(c) Messung der Kapseltemperaturen;
(d) Messung der Aerosol-Temperaturen; und
(e) Messung der Fingertemperaturen.
Diese Untersuchungen wurden auf einer zugweisen Basis durchgeführt, wobei Abrauchbedingungen zur Anwendung kamen, die aus 50-cm³-Zügen von zwei (2) Sekunden Dauer im Abstand von jeweils 30 Sekunden bestanden. Dieses Prüfverfahren wird nachfolgend als der "50/30"-Test bezeichnet.
Aus Fig. 3 sind die vorderseitigen Temperaturen zu entnehmen, welche von den brennenden Brennstoffelemente von Beispiel 1 während des Ziehens erhalten wurden. Diese Temperaturen wurden gemessen unter Verwendung einer Infrarotkamera "Heat Spy" (registrierte Marke), die auf die Vorderseite des Brennstoffelements gerichtet war.
Wie in Fig. 3 gezeigt, fallen die abgelesenen Brennstoffelement-Temperaturwerte im wesentlichen in eine von zwei Gruppen. Das Brennstoffelement, welches kein zugesetztes Natriumcarbonat enthält (die Kontrolle, d.h. 0 % zugesetzte Na&sub2;CO&sub3;-Lösung), zeigt das typische Verhalten eines Kohle-Brennstoffelements mit einem zu 100 % von Ammoniumalginat gebildeten Bindemittel; d.h. die Temperaturen beim Ziehen sind über den ganzen Abrauchplan hinweg hoch.
Mit kleinen Zugaben von Natriumcarbonat zu dem Brennstoffelement (d.h. 0,5-1,0%iger Na&sub2;CO&sub3;-Lösung) ist nur ein sehr geringer Unterschied in den Temperaturen beim Ziehen gegenüber der Kontrolle zu bemerken. Wenn jedoch eine 3,0- oder höherprozentige Lösung von Natriumcarbonat bei der Herstellung der Brennstoffelemente herangezogen wird, wird das Auftreten einer drastischen Veränderung der Temperaturen beim Ziehen festgestellt. Die Temperaturen beim Ziehen zeigen einen deutlichen Rückgang gegenüber der Kontrolle, wobei die gezeigten Temperaturen viel mehr denjenigen ähneln, die in Verbindung mit einem NaCMC-Bindemittel-Brennstoffelement auftreten.
Fig. 4 zeigt die Glosttemperaturen der Brennstoffelemente, gemessen 15 Sekunden nachdem der Zug getätigt wurde. Diese Daten sind gleich den Daten für die Temperaturen beim Ziehen, wie vorstehend in bezug auf Fig. 3 erläutert.
Die Glosttemperaturen der Brennstoffelemente mit dem höheren Natriumgehalt sind niedriger als die von denen, die wenig oder kein zugesetztes Natrium aufweisen. Jedoch ist anzumerken, daß trotz der niederen Glosttemperaturen die Glostrate tatsächlich größer ist, wenn höhere Natriumgehalte vorliegen. Wenn dem Brennstoffelement größere Mengen an Natriumcarbonat zugegeben wurden, dann verbrennt an jedem beliebigen Punkt in der Glimmphase mehr Kohle, selbst wenn die Gesamtverbrennungstemperatur niedriger ist.
Fig. 5 zeigte die rückseitigen Temperaturen der brennenden Brennstoffelemente von Beispiel 1, gemessen durch Einführung eines Dünndraht-Thermoelements in die Kapsel gegen die Rückseite des Brennstoffelements. Die Daten dieser Figur zeigen, daß das Kontroll-Brennstoffelement (welches kein zugesetztes Natrium enthält) eine niedrigere rückseitige Temperatur (circa 40 ºC) über die meisten Züge hinweg aufweist, im Vergleich zur gleichen Art von Brennstoffelement mit zugesetztem Natrium. Diejenigen Brennstoffelemente, die den Natriumzusatz aufweisen, verhalten sich alle mehr oder weniger gleich.
Fig. 6 zeigt die Kapselwandtemperaturen, gemessen an einem 11 mm vom vorderen Ende des Brennstoffelements entfernten Punkt. Bei dieser Analyse wurden die Brennstoffelemente in einer Aluminiumkapsel der Größe 30 mm x 4,5 mm (Innendurchmesser) angeordnet, die auf eine Tiefe von 25 mm mit einem Tabaksubstrat befüllt war, das mit einem "Marumerizer" behandelt war (siehe White, US-Patent Nr. 4 893 639), und die Kombination wurde mit einer C-Glas-Isolierhülse umhüllt.
Die Temperaturmessungen wurden erhalten durch Einführen eines Dünndrahtthermoelements durch die Hülse bis zu einem Punkt, an dem die Spitze des Thermoelements die Kapsel berührte. Das Einführungsloch wurde vor dem Rauchen mit einer abdichtenden Verbindung wieder verschlossen. Fig. 6 zeigt, daß die Kontroll- Brennstoffelemente zu einer Kapseltemperatur führen, die wesentlich niedriger ist als diejenige, die beobachtet wird, wenn Brennstoffelemente mit Natriumzusätzen zu verwendet werden.
Brennstoffelemente, die mit wäßrigen Na&sub2;CO&sub3;-Lösungen im Bereich von 1,0 % bis 5,0 % Natriumcarbonat hergestellt wurden, lieferten Kapseltemperaturen, die circa 50 ºC höher sind als die Kontrolle (0 % Zusatz). Diese Tatsache unterstützt die Hypothese, daß durch die höhere Glostrate der Natrium-haltigen Brennstoffelemente mehr Wärme durch Leitung auf die Kapsel übertragen wird und deshalb die Funktionstemperaturen der Zigarette besser aufrechterhalten werden als bei dem Kontroll-Brennstoffelement mit NaCMC-Bindemittel.
In Fig. 7 sind die zugweisen Gasaustrittstemperaturen graphisch aufgetragen, wie sie an der Rückseite der Kapseln ermittelt wurden. Bei dieser Analyse wurden die Brennstoffelemente wieder in einer Aluminiumkapsel der Größe 30 mm x 4,5 mm (Innendurchmesser) angeordnet, die auf eine Tiefe von 25 mm mit einem Tabaksubstrat befüllt war, das mit einem "Marumerizer" behandelt war (siehe White, US-Patent Nr. 4 893 639), und die Kombination wurde mit einer C-Glas-Isolierhülse umhüllt.
Allgemein ist ersichtlich, daß die Zugabe von Natriumcarbonat zu der zur Herstellung der Brennstoffelemente verwendeten Zusammensetzung zu einem Ansteigen der Temperatur des in der Kapsel vorhandenen Aerosols führt. Hohe Gehalte an Natrium führen zu einem Anstieg der Temperatur des Aerosols um circa 20 ºC gegenüber der Kontrolle.

Beispiel 6

Zigaretten, die im wesentlichen der Beschreibung von Fig. 1 entsprechen, wurden unter Verwendung der Brennstoffelemente der Beispiele 1 bis 5 hergestellt, wobei die folgenden Komponenten zur Anwendung kamen:
1. Eine 30 mm lange geschlitzte Aluminiumkapsel, die auf eine Tiefe von 25 mm mit verdichtetem (d.h. in einem "Marumerizer" behandelten) Tabaksubstrat befüllt war,
2. 15 mm lange Brennstoffelement-Isolierhülsen aus C-Glas,
3. ein 22 mm langes Tabakröllchen rund um die Kapsel, und
4. ein Mundendestück, bestehend aus einem 20 mm langen Abschnitt eines 10,2 cm (4 Inch) breiten gerafften Tabakpapiers und 20 mm eines Polypropylen-Filtermaterials.

Substratherstellung

Das Substrat war ein verdichteter Tabak, gewonnen durch Extrudieren einer Paste von Tabak und Glycerin auf eine schnell rotierende Scheibe, woraus die Bildung kleiner, annähernd kugeliger Bällchen des Substratmaterials resultiert. Eine allgemeine Beschreibung des Verfahrens und Bezeichnung der Vorrichtung ist in der US-PS 4 893 639 (White) enthalten, deren Offenbarung durch Bezugnahme in den vorliegenden Text eingefügt wird.

Aluminium-Kapsel

Eine hohle Aluminiumkapsel wurde aus Aluminium nach einem Metallziehverfahren gefertigt. Die Kapsel hatte eine Länge von circa 30 mm, einen Außendurchmesser von circa 4,6 mm und einen Innendurchmesser von circa 4,4 mm. Ein Ende des Behälters war offen; das andere Ende war verschlossen, bis auf zwei schlitzartige Öffnungen, die eine Größe von circa 0,65 mm auf 3145 mm aufwiesen und um circa 1,14 mm voneinander beabstandet waren.
Die Kapsel wurde mit dem verdichteten Tabaksubstrat auf eine Tiefe von circa 25 mm befüllt. Sodann wurde das Brennstoffelement circa 3 mm tief in das offene Ende des Behälters eingeführt. Damit erstreckte sich das Brennstoffelement circa 7 mm über das offene Ende der Kapsel hinaus.

Isolierhülse

Ein Kunststoffröhrchen mit einer Länge von 15 mm und einem Durchmesser von 4,5 mm wird mit einem Isolierhülsen-Material umhüllt, das ebenfalls eine Länge von 15 mm aufweist. Bei diesen zigarettenartigen Ausführungsformen ist die Isolierhülse von einer Lage Owens-Corning-C-Glasmatte gebildet, mit einer Dicke von circa 2 mm vor dem Zusammenpressen durch die Hülsenherstellmaschine. Der Enddurchmesser des eingehülsten Kunststoffröhrchens beträgt circa 7,5 mm.

Tabakröllchen

Ein von einem volumenexpandierten geschnittenen Füller aus einer Mischung von Burley-, heißluftgetrocknetem und Orienttabak gebildetes Tabakröllchen wird in ein Papier mit der Bezeichnung P1487-125 der Firma Kimberly-Clark Corp. eingehüllt, wobei ein Tabakröllchen mit einem Durchmesser von circa 7,5 mm und einer Länge von circa 22 mm erhalten wird.

Vorderenden Baugruppe

Der Isolierhülsen-Abschnitt und das Tabakstäbchen werden mittels einer Papierumhüllung mit der Bezeichnung P2674-190 der Firma Kimberly-Clark Corp. miteinander verbunden, wobei die Papierumhüllung die Länge des Tabak/Glas-Hülsen-Abschnitts sowie die Länge des Tabakröllchens umschreibt. Das mundseitige Ende des Tabakröllchens wird gebohrt, um einen sich in Längsrichtung durch dieses hindurch erstreckenden Durchlaß mit einem Durchmesser von circa 4,6 mm zu schaffen. Die Spitze des Bohrers ist so geformt, daß sie in das Kunststoffröhrchen in der Isolierhülse eintritt und an diesem angreift. Die Patronen- Baugruppe wird durch das vordere Ende der kombinierten Isolierhülse und Tabakrolle eingeführt, während gleichzeitig der Bohrer und das mit diesem in Eingriff stehende Kunststoffröhrchen von dem mundseitigen Ende des Röllchens zurückgezogen werden. Die Patronen-Baugruppe wird eingeführt, bis das anzuzündende Ende des Brennstoffelements mit dem vorderen Ende der Isolierhülse bündig ist. Die Gesamtlänge der resultierenden Vorderenden-Baugruppe beträgt circa 37 mm.

Mundendestück

Das Mundendestück weist einen 20 mm langen zylindrischen Abschnitt eines locker gerafften Tabakpapiers und einen 20 mm langen zylindrischen Abschnitt eines gerafften, im Schmelz- Blas-Verfahren gefertigten nicht-gewebtem Polypropylen-Bahnenmaterials auf, die jeweils eine äußere Papierumhüllung aufweisen. Jeder der Abschnitte wird erhalten durch Unterteilen von Strängen, die unter Verwendung der in der US-PS 4 807 809 (Pryor et al.) beschriebenen Vorrichtung hergestellt sind.
Der erste Abschnitt weist einen Durchmesser von circa 7,5 mm auf und ist gebildet von einer locker gerafften Bahn von Tabakpapier, erhältlich als P1440-GNA von der Firma Kimberly-Clark Corp., welches von einer unter der Bezeichnung P1487-184-2 von der Firma Kimberly-Clark Corp. erhältlichen Papierpfropfenumhüllung umschlossen ist.
Der zweite Abschnitt hat einen Durchmesser von circa 7,5 mm und ist gebildet von einem gerafften Bahnematerial aus non-woven Polypropylen, erhältlich unter der Bezeichnung PP-100 von der Firma Kimberly-Clark Corp., welches von einer unter der Bezeichnung P1487-184-2 von der Firma Kimberly-Clark Corp. erhältlichen Papierpfropfenumhüllung umschlossen ist.
Die zwei Abschnitte werden axial ausgerichtet, so daß sie mit ihren Enden aneinander anliegen, und werden miteinander verbunden, indem die Länge eines jeden der Abschnitte mit einer unter der Bezeichnung L-1377-196F von der Firma Simpson Paper Company, Vicksburg, Michigan, erhältlichen Papierumhüllung umschlossen wird. Die Länge des Mundendestücks beträgt circa 40 mm.

Zusammenfügen zur fertigen Zigarette

Die Vorderenden-Baugruppe wird axial ausgerichtet, so daß ihr Ende und das Ende des Mundendestücks aneinander anliegen, derart, daß das behälterseitige Ende der Vorderenden-Baugruppe dem gerafften Tabakpapier-Abschnitt des Mundendestücks benachbart ist. Die Vorderenden-Baugruppe wird mit dem Mundendestück verbunden, indem die Länge des Mundendestücks und eine dem Mundendestück benachbarte Länge von 5 mm der Vorderenden-Baugruppe mit Mundstückbelagpapier umschlossen wird.

Enokonditionierung

Alle fertiggestellten Zigaretten wurden für 4 bis 5 Tage bei 24 ºC (75 ºF) relativer Feuchte (RH) vor dem Rauchen konditioniert.

Gebrauch

Im Gebrauch zündet der Raucher das Brennstoffelement mit einem Zigarettenanzünder an, und das Brennstoffelement brennt. Der Raucher führt das Mundende der Zigarette zwischen seine Lippen und zieht an der Zigarette. Ein sichtbares Aerosol mit einem Tabakaroma wird in den Mund des Rauchers eingezogen.

Beispiel 7

Wie die Brennstoffelemente von Beispiel 1, wurden auch die Zigaretten von Beispiel 6 einer detaillierten Untersuchung unterworfen, einschließlich:
(a) Messung der Kapselaustritts-Gastemperaturen
(b) Messung der Mundendestück-Fingertemperaturen
(c) Messung der CO/CO&sub2;-Ausbeuten
(d) Messung der Gesamt-Kalorienabgabe
(e) Messung des Druckabfalls in angezündetem Zustand
(f) Messung der zugweisen Aerosoldichte
(g) Messung der Gesamt-Aerosol-Ausbeute
(h) Messung der zugweisen Glycerin-Ausbeute
(i) Messung der Gesamt-Glycerin-Ausbeute
(j) Messung der zugweisen Nicotin-Ausbeute
(k) Messung der Gesamt-Nicotin-Ausbeute
Diese Untersuchungen wurden auf einer zugweisen Basis durchgeführt, wobei eine (oder beide) der zwei Arten von Abrauchbedingungen angewendet wurden: (1) der bereits beschriebene "50/30"- Test und (2) Abrauchbedingungen nach FTC.
In Fig. 8 sind die Gasaustrittstemperaturen der Mundendestücke der Zigaretten von Beispiel 6 graphisch aufgetragen. Die Aerosoltemperaturen aller Proben liegen bei circa 40 ºC oder darunter, je nach Anzahl der Züge. Aus Fig. 8 ist jedoch ersichtlich, daß Zusätze von Natriumcarbonat zu dem Brennstoffelement zu höheren Aerosoltemperaturen bei den späteren Zügen führen, im Vergleich zu den Kontroll-Brennstoffelementen.
Die Auftragungen der verschiedenen Fingertemperaturen der Zigaretten von Beispiel 6 sind in Fig. 9 gezeigt. Die Fingertemperatur wird gemessen, indem ein Dünndrahtthermoelement am Mundendestück der Zigarette an einem Punkt, der circa 20 mm vom Mundende des Filters entfernt liegt, angeordnet wird. Fig. 9 zeigt, daß die Fingertemperaturen mit der Konzentration der Natriumlösung steigen, bis ein Wert von circa 3,0 % erreicht ist. Höhere Gehalte an zugegebenem Natriumcarbonat führen dann zu einem Rückgang der Fingertemperatur. Alle in Fig. 9 gezeigten Fingertemperaturwerte sind bemerkenswert niedrig, im Vergleich zu typischen Meßwerten von circa 75 ºC für die Referenzzigarette.
Die Messung der CO/CO&sub2;-Ausbeuten von Zigaretten aus Beispiel 6, die unterschiedliche Gehalte an Natriumcarbonat aufweisen, erfolgte sowohl auf einer zugweisen Basis, unter Anwendung der 50/30-Abrauchbedingungen, wie nach dem Standard-FTC-Verfahren (35 cm³ Zugvolumen, 2 Sekunden Dauer, durch Glosten von 58 Sekunden Dauer voneinander getrennt).
Eine Zusammenfassung der CO-Ausbeuten nach dem 50/30-Test und der korrespondierenden CO-Ausbeuten nach dem FTC-Test ist nachfolgend in Tabelle 4 dargestellt. Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, daß die CO-Ausbeuten nach FTC relativ niedrig sind. Tabelle 4 FTC- und 50/30-CO-Ausbeuten pro Zug
Desgleichen gibt Tabelle 5 eine Zusammenfassung der CO&sub2;-Ausbeuten nach dem 50/30-Test sowie nach dem FTC-Test. Tabelle 5 FTC- und 50/30-CO&sub2;-Ausbeuten pro Zigarette
Die vorstehend gezeigten Daten zur CO/CO&sub2;-Ausbeute können verwendet werden, um sowohl die zugweise wie die gesamte Ausbeute an durch Konvektion übertragener Wärmeenergie zu berechnen, die von den Brennstoffelementen geliefert wird. Fig. 10 zeigt die Kurven für die zugweise erzeugten Kalorien, die von den verschiedenen Brennstoffelementen erhalten werden, wenn sie unter den Abrauchbedingungen des 50/30-Tests geraucht werden. Fig. 10 zeigt, daß Zusätze von Natriumcarbonat zu den Brennstoffelementen zu einer Zunahme der Energieübertragung durch Konvektion führen, besonders während der ersten 8 Züge.
Die Gesamt-Kalorienabgabe der Brennstoffelemente unter den 50/30- und FTC-Abrauchbedingungen ist in Tabelle 6 zusammengefaßt. Tabelle 6 Kalorienausbeute nach FTC und "50/30"
In Fig. 11 ist der Druckabfall in angezündetem Zustand gezeigt, der von der Zigarette beim Verrauchen unter den 50/30-Abrauchbedingungen geliefert wird. Fig. 11 ist zu entnehmen, daß alle untersuchten Zigaretten von Beispiel 6 einen Druckabfall in angezündetem Zustand aufweisen, der unter 500 mmWs liegt. Der Zusatz von Natriumcarbonat zu den Brennstoffelementen führte zu einer Erhöhung des Druckabfalls in angezündetem Zustand von bis zu 100 mmWs, je nach zugesetztem Natriumgehalt gegenüber der Kontrolle.
Tabelle 7 stellt einen Vergleich der Gebrauchseigenschaften von drei Zigaretten dar, die identisch sind, außer daß drei verschiedene Bindemittel zur Bildung der Brennstoffelemente verwendet wurden: (1) NaCMC (kein zugesetztes Na); (2) Ammoniumalginat (kein zugegebenes Na) und (3) Ammoniumalginat mit Zusatz von 3%iger Na&sub2;CO&sub3;-Lösung.
Die Unterschiede in den Gebrauchseigenschaften dieser drei Zigaretten sind unmittelbar zu ersehen.

Tabelle 7

Vergleich von Merkmalen von Zigaretten, die mit Brennstoffelementen hergestellt sind, deren Bindemittel (1) ganz von NaCMC, (2) ganz von Ammoniumalginat und (3) von Ammoniumalginat in Mischung mit einer 3%-Na&sub2;CO&sub3;-Lösung gebildet sind
*EGT = Gasaustrittstemperatur
**MEP = Mundendestück
Die zugweisen Aerosoldichten von Zigaretten nach Beispiel 6, die Brennstoffelemente aufweisen, deren Mikrostruktur Natriumcarbonat zu unterschiedlichen Anteilen hinzugefügt wurde, wurden durch Abrauchen der Zigaretten auf einer Abrauchmaschine unter 50/30-Abrauchbedingungen erhalten. Die Dichte des Aerosols aus dem Mundendestück wurde durch Passierenlassen des Aerosols durch ein Photometer gemessen.
Fig. 12 ist ein Diagramm der Aerosoldichte als Funktion der Anzahl der Züge für die Zigaretten mit den sechs verschiedenen Arten von Brennstoffelementen. Fig. 12 ist zu entnehmen, daß das Kontroll-Brennstoffelement (0 % Na&sub2;CO&sub3;-Zusatz) zu sehr geringer Aerosolentwicklung aus der Zigarette führt. Die Zugabe selbst kleiner Mengen Natriumcarbonat zu den Brennstoffelementen führt zu drastischen Steigerungen der Aerosoldichte. Brennstoffelemente, die mit 1,0%igen Natriumcarbonat-Lösungen hergestellt sind, führen zu einer 400%igen Erhöhung der Gesamt-Aerosolausbeute.
Noch deutlicher wird dies aus der näheren Betrachtung der Figuren 13 und 14, in denen die Gesamt-Aerosolausbeuten als Funktion der Konzentration der Natriumcarbonat-Lösung bzw. des tatsächlichen Natriumgehalts in ppm in jedem der Brennstoffelemente aufgetragen sind.
Ausbeuten von Aerosolkomponenten und Geschmackstoffen (z.B. Glycerin und Nicotin) wurden von den Zigaretten nach Beispiel 6 unter 50/30-Abrauchbedingungen erhalten. Fig. 15 stellt die zugweisen Glycerin-Ausbeuten dar. Aus Fig. 15 ist zu entnehmen, daß die Zigaretten mit dem Kontroll-Brennstoffelement deutlich geringere Glycerin-Ausbeuten liefern als diejenigen, bei denen Brennstoffelemente mit Natriumcarbonat-Zusatz Anwendung finden.
Das gleiche Verhalten ist hinsichtlich der Nicotin-Ausbeuten aus Fig. 16 ersichtlich.

Beispiel 8

Es wurde festgestellt, daß die Zugabe von Asparagin (die bevorzugte Ammoniak-freisetzende Verbindung) zu der Brennstoffmischung in Mengen zwischen 0 % bis 3 % die Formaldehyd-Gehalte in den Verbrennungsprodukten von Zigaretten um bis zu über 70 % verringerte.

Beispiel 8A:

Es wurden Referenzzigaretten mit Tabak/Kohle-Brennstoffelementen hergestellt, unter Verwendung der folgenden Komponenten:

Substrat:

Aluminiumoxid 44,50
Kohle 15,00
NaCMC 0,50
Partikuläre Tabakmischung 10,00
Casing- und wärmebehandelte Tabakpartikel 10,00
Glycerin 20,00 Brennstoffelement (10 mm x 4,5 mm; 5 Schlitze, 3 mm tief eingeführt):

Mundendestück:

10 mm Hohlraum; 10 mm langes Tabakpapier; 20 mm langer Polypropylen-Filterabschnitt.

Tabakröllchen:

Gemisch von aufgeblähten Tabaken Isolierhülse: 15 mm lang, aus Owens-Corning-"C"-Glas

Umhüllungspapier:

KC-1981-152 Ergebnisse des Abrauchvorgangs - Gemessene Formaldehyd-Werte

Beispiel 8B

Es wurden Referenzzigaretten mit Tabak/Kohle-Brennstoffelementen hergestellt, wobei die folgenden Komponenten zur Anwendung kamen:

In einem "Marumerizer" behandeltes Substrat:

Aluminiumoxid 44,50
Kohle 15,00
NaCMC 0,50
Partikuläre Tabakmischung 10,00
Casing- und wärmebehandelte Tabakpartikel 10,00
Glycerin 20,00 Brennstoffelement (10 mm x 4,5 mm; 6 Schlitze, 3 mm tief eingeführt:

Mundendestück:

Tabakröllchen:

Gemisch von aufgeblähten Tabaken

Isolierhülse:

15 mm lang, aus Owens-Corning-"C"-Glas

Umhüllungspapier:

KC-1981-152 Ergebnisse des Abrauchvorgangs - Gemessene Formaldehyd-Werte

Claims

1. Natrium-haltige Kohlenstoff-Brennstoffzusammensetzung für Brennstoffelemente von Rauchartikeln, bei welcher es sich um eine innige Mischung handelt, die hauptsächlich Kohlenstoff als solchen, ein Bindemittel und wenigstens eine Natriumverbindung als Abbrand-modifizierendes Mittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung aufweist

(a) 60 bis 99 Gew.% Kohlenstoff;

(b) bis zu 20 Gew.% Tabak;

und zur Verbesserung der Anzündbarkeit des Brennstoffelements

(c) 1 bis 20 Gew.% eines Bindemittels, welches einen Eigengehalt an Natrium unter 1 500 ppm hat, sowie

(d) mindestens eine nicht als Bindemittel wirkende Natriumverbindung in einer solchen Menge, daß der Natriumgehalt der Kohlenstoff-Brennstoffzusammensetzung auf 3 000 bis 10 000 ppm angehoben wird, wobei diese Natriumverbindung ausgewählt ist aus der Natriumkarbonat, Natriumazetat, Natriumoxalat und Natriummalat enthaltenden Gruppe.

2. Brennstoffzusammensetzung nach Anspruch 1, bei der die nicht als Bindemittel wirkende Natriumverbindung in Form von 0,1 bis ungefähr 10 Gew.%, vorzugsweise von 0,5 bis ungefähr 7 Gew.%, einer wässrigen Lösung vorliegt.

3. Brennstoffzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, welche außerdem ein nicht brennendes Füllstoffmaterial enthält.

4. Brennstoffzusammensetzung nach Anspruch 3, bei der das Füllstoffmaterial Kalziumkarbonat oder aggiommeriertes Kalziumkarbonat ist.

5. Brennstoffzusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Bindemittel ein Alginatbindemittel, vorzugsweise Ammoniumalginat, ist.

6. Brennstoffzusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, welche 3 500 bis 9 000 ppm Natriumkarbonat enthält.