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Verfahren zur Herstellung von Tabakwaren Zusatz zum Patent 8F2196
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Tabakwaren für Rauchzwecke,
bei dem ein wasserlösliches Cellulosederivat in Verbindung mit Tabak Verwendung
findet, und stellt eine weitere Ausbildung des Patents 872 176 dar.
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Das genannte Patent betrifft ein Verfahren zur Herstellung zusammenhängender
Massen aus feinzerkleinertem Tabak durch Vermischen des feingemahlenen Tabaks mit
einer begrenzten Menge einer wäßrigen Lösung eines wasserlöslichen Cellulosederivats,
insbesondere eines Celluloseäthers, wie z. B. Methylcellulose oder Carboxymethylcellulose,
und durch Verarbeitung des derart erhaltenen Teiges mittels Druck oder Auswalzen
zu Bändern, Stäben u. dgl. Die so erhaltenen zusammenhängenden Tabakprodukte werden
dann getrocknet und sind zur Verwendung in einer Maschine für Zigarrenherstellung
oder für irgendwelche sonstige Zwecke geeignet. Während zahlreiche Rauchversuche
gezeigt haben, daß die Rauchqualität von Zigarren, die Folien aus Tabakteilchen
mit wasserlöslichen Celluloseäthern als Bindemittel enthalten, den durchschnittlichen
Raucher befriedigt, hat es sich andererseits gezeigt, daß einige wenige Raucher
mit besonders ausgeprägtem Geschmackssinn und von hoher Empfindlichkeit beim Rauchen
der Tabakwaren, welche Cellulosederivate enthalten, die Anwesenheit
einer
kleinem Menge fremdartigen Mäterials,entdecken; welches zuweilen als holzartig oder
aldehydisch.o.der, sauer bezeichnet wird.
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Ziel der Erfindung ist die Gewinnung von Produkten für Rauchzwecke
aus Tabak und wasserlöslichen Cellulosebindemitteln, welche frei sind von dem unerwünschten
Beigeschmack, der dem Rauch infolge der Verbrennung des cellulosehaltigen Bindemittels
anhaftet.
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Die Erfindung hat ein Verfahren zur Herstellung eines Materials für
Rauchzwecke, bestehend aus Tabak in Kombination reit einem wasserlöslichen Ceilulosederivat,
zum Gegenstand und ist dadurch gekennzeichnet, daß dieses Material eine feinverteilte,
kieselsäurehaltige mineralische Substanz enthält, welche, 'dä"sie unverbrennbar
ist, den Verbrennungsprozeß im wesentlichen unverändert übersteht und im Sinne einer
Modifizierung der Verbrennung des Cellulosederivats derart katalytisch wirkt, daß
die entstehenden Verbrennungsgase und Verbrennungsdämpfe weitgehend frei von den
unerwünschten Komponenten sind, wie sie beim Verbrennen des Cellulosederivats in
Abwesenheit der kieselsäurehaltigen Substanz entstehen. Aüf diese Weise wird ein
tabakhaltiges Material erhalten, welches trotz der Gegenwart eines zusätzlichen
verbrennbaren Körpers, nämlich des Cellulosederivats, in seiner angenehmen Rauchqualität
selbst für sehr kritische Raucher ununterscheidbar ist von einer Rauchware, die
denselben Tabak, aber ohne zugefügtes Cellulosederivat, enthält.
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Der nach dem Patent 872 176 hergestellten Tabakmasse wird nach der
Erfindung ein feinverteiltes kieselsäurehaltiges mineralisches Material zugesetzt,
das die Eigenschaft besitzt, die Verbrennung des Cellulosebindemittels derart zu
modifizieren, daß der Raucher die sauren und sonstigen unerwünschten Rauchbestandteile,
wie sie bei der normalen Verbrennung des Cellulosederivats entstehen, nicht mehr
spürt. Geeignete kieselsäurehaltige Materialien sind säurebehandelte Tonarten, hitzebehandelter
Montmorillonit und natürliche sowie synthetische Silicate, welche eine gewisse Anzahl
von relativ beweglichen Wasserstoffatomen enthalten. Da diese kieselsäurehaltigen
Materialien unverbrennbar sind und dennoch einen günstigen Einfiuß auf- die Verbrennung
des wasserlöslichen Cellulosederivats ausüben, wird angenommen, daß sie katalytisch
wirken, so daß die üblichen Verbrennungsprodukte von aldehydischem, -saurem oder
Kohlenwasserstoffcharakter überhaupt nicht gebildet werden oder, falls sie entstehen,
sofort zu der harmlosen Form von Kohlensäure und Wasser- . dampf weiteroxydiert
werden, so daß der Raucher keinen fremdartigen Geschmack oder Geruch empfindet.
In Ermangelung einer besseren- Bezeichnung werden brauchbare kieselsäurehaltige
Materialien im folgenden Text als kieselsäurehaltige Katalysatoren bezeichnet.
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Die kieselsäurehaltigen Katalysatoren nach der Erfindung dürfen nicht
verwechselt werden mit den typischen Verbrennungskatalysatoren, wie für Tabakwaren
empföhlen worden sind: Merkwürdigerweise haben derartige Verbrennungskatalysatoren,
wie z. B. die feinverteilten Oxyde des Eisens; Kupfers oder anderer Schwermetalle
oder Alkali:metallsaize,- sich als 'wertlos zur Beseitigung der unerwünschten Rauchbestandteile
erwiesen, wie sie beim Verbrennen von Cellulosederivaten entstehen. Andererseits
haben ausführliche Studien von verschiedenen kieselsäurehaltigen Katalysatoren einen
erstaunlichen Parallelisrnus zwischen deren Brauchbarkeit für die Zwecke der @,
vorliegenden Erfindung und ihrer Wirkung als Katalysatoren zum Knacken von Petroleumprodukten
erwiesen. Das heißt, es besteht ein deutlicher Zusammenhang in dem Sinne, daß ein
kieselsäurehaltiger Katalysator, der sich für das Knacken von Kohlenwasserstoffen
bewährt, auch für die Unterbindung der Entwicklung beanstandbarer Rauchbestandteile
beim Verrauchen von Tabakwaren geeignet ist, welche wasserlösliche Cellulosederivate
enthalten.
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Erfindungsgemäß wurden tatsächlich höchst befriedigende Tabakwaren,
die aus Tabak und wasserlöslichen Cellulosebindemitteln bestehen, durch Hinzufügen
von kieselsäurehaltigen Katalysatoren hergestellt, wobei letztere lediglich auf
Grund der Tatsache ausgewählt waren, daß sie in der Petroleumindustrie als erfolgreiche
Krackkatalysatoren dienen.
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Es wird heute allgemein angenommen, daß ein gewisser säureartiger
Charakter wesentlich ist für die Wirksamkeit von Katalysatoren beim Knacken hochmolekularer
Kohlenwasserstoffe zu niedrigermoleliularen Bruchstücken. Diese Eigenschaft scheint
also die Vorbedingung zu sein für die Wirksamkeit Dieselsäurehaltiger Katalysatoren,
wie sie gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verbesserung des Geruchs, der bei der
Verbrennung von Cellulosederivaten, wie Methylcellulose und Carboxymethylcellulose,
auftritt, Verwendung finden. Katalysatoren mit geeigneten sauren Eigenschaften,
die hier Verwendung finden können, bestehen aus festen Partikeln, welche Kieselsäure
und solche Mengen eines schwer reduzierbaren Metalloxyds enthalten, daß das Molarverhältnis
von Kieselsäure zu den anderen Oxyden erheblich über 1 liegt. Da alle diese. Kombinationen
von Kieselsäure mit anderen Oxyden, wie z. B. Aluminiumoxyd, Zirkonoxyd, Titanoxyd,
Chromoxyd, Magnesiumoxyd usw., kleine Mengen von Wasser enthalten, ist es ziemlich
wahrscheinlich, daß der Festkörper eine Art von Komplexsäure darstellt, in der einige
Wasserstoffatome, besonders an der Oberfläche der festen Paj:-tikel, in beträchtlich
beweglichem Zustand anwesend sind: Diese Auffassung und experimentelle Ergebnisse
wurden dargelegt von R. C. H an s f o r d (vgl, »A Mechanism of Catalytic Crackinga,
Industrial and Engineering Chemistry, 39, 849 [19471). Der in dieser Veröffentlichung
erwähnte spezielle Katalysator bestand aus ungefähr 12 °/o Aluminiumoxyd und 88
% Kieselsäure (auf Trockengewicht berechnet). In einer anderen Veröffentlichung
(vgl. »Montmorillonite Cracking Catalyst«, Industrial and- Engineering Chemistry,
41, 14$5 [19491)-hat Alexander Grenall die Anwesenheit von Wasserstoffionen in »Filtrolzc-Ton-Katalysatoren
nachgewiesen.
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Kieselsäuregele, welche mit nur 1 °/o Aluminiumoxyd imprägniert werden,
haben sich als gut wirksame Katalysatoren erwiesen (vgl. Pitzers Ausführungen in
»Advancing Fronts in Chemistry«, B.1,
S. 33 [19451, Rheinhold Publishing
Corp., New York). Ein weiterer Katalysator wurde von O'Kelly und Mitarbeitern als
ein Produkt beschrieben (vgl. Industrial and Engineering Chemistry, 39, 154 1I9477),
das mittels gleichzeitiger Fällung der Hydroxyde von Silicium und Aluminium in einem
Gewichtsverhältnis von 9 : i für Kieselsäure zu Aluminiumoxyd herstellbar ist. Ein
Drei-Komponenten-Katalysator, bestehend aus Kieselsäure, Aluminiumoxyd und Zirkoniumoxyd,
wurde von Thomas und Mitarbeitern beschrieben (vgl. Journal of the American Chemical
Society, 66, 1694 [1944j). Katalysatoren können mit natürlichen Tonarten als Ausgangsmaterial
hergestellt werden. Viele Tone enthalten Kieselsäure und Aluminiumoxyd im geforderten
Mengenverhältnis, so daß die Molzahl von Kieselsäure erheblich die Molzahl von Aluminiumoxyd
und jedes weiteren Oxyds übersteigt. Indessen enthalten einige dieser Tonarten anstatt
beweglicher, mit überschüssiger Kieselsäure kombinierter Wasserstoffatome andere
Atome, wie z. B. solche der Alkalien oder alkalischen Erden. Derartige Tone können
durch die teilweise oder gänzliche Entfernung der Alkaliatome und der Atome der
alkalischen Erden und durch deren Ersatz durch Wasserstoffatome mittels Säurebehandlung
aktiviert werden. Andere Tonarten, die schon in ihrer ursprünglichen Zusammensetzung
eine potentielle saure Natur infolge ihres richtigen Verhältnisses von Kieselsäure
zu Aluminiumoxyd und anderen Oxyden besitzen, können mittels Hitzebehandlung aktiviert
werden (vgl. Alexander Grenall, a. a. O.).
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Alle bisher erwähnten natürlichen und synthetischen Katalysatoren
sind wirksame kieselsäurehaltige Katalysatoren im Sinne der vorliegenden Erfindung.
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Nach der Erfindung wird der kieselsäurehaltige Katalysator zum Teig
entweder während der Misch-oder der Knetphase oder später hinzugefügt, nachdem der
Teil in Folien ausgerollt oder in die gewünschten Formkörper, z. B. durch Ausziehen
in Form von Stäben oder Bändern, gepreßt oder geformt worden ist. Im letzteren Falle
wird der gepulverte kieselsäurehaltige Katalysator in die Oberfläche der Folien,
Stäbe oder Bänder eingebracht, vorzugsweise bevor die plastische Tabakmasse sich
gesetzt hat oder getrocknet ist. Auf jeden Fall wird der kieselsäurehaltige Katalysator
in enge Berührung mit dem Cellulosederivat gebracht, so daß dieses später ohne die
Entwicklung unangenehmer Verbrennungsprodukte verbrannt werden kann.
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Die Folie oder eine andere zusammenhängende Masse mit dem zerkleinerten
Tabak, dem wasserlöslichen Cellulosebindemittel und dem kieselsäurehaltigen Katalysator
wird auf beliebigen Feuchtigkeitsgehalt getrocknet. Das Wasser wird bei mäßiger
Temperatur, üblicherweise nicht über 5o° C, verdampft. Das so erhaltene gefestigte
Tabakmaterial kann dann einer Zigarrenmaschine zugeführt oder auf andere beliebige
Weise verwendet werden.
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Der Tabak verliert während der Behandlung keinen seiner Bestandteile
und wird keinen schädigenden Einflüssen, wie Wasserextraktion, hohen Temperaturen
oder starken Säuren oder Basen, ausgesetzt. Darüber hinaus werden erfindungsgemäß
zwei wichtige Vorsichtsmaßnahmen angewendet: i. Der Anteil von Cellulosebindemittel
in dem Tabakprodukt ist derart klein bemessen, daß das Produkt, selbst in Abwesenheit
des kieselsäurehaltigen Katalysators, im Geschmack seines Rauches und bezüglich
anderer Eigenschaften nur in geringem Maße vom Tabak selbst abweicht; 2. die Zugabe
einer kleinen, aber wirksamen Menge des kieselsäurehaltigen Katalysators beeinflußt
die Verbrennung des wasserlöslichen C.ellulosebindemittels derart, daß die geringe
Abweichung in der Güte der Raucheigenschaften, welche sonst von Rauchern mit hochempfindlichem
Geschmackssinn entdeckt werden könnte und welche von der Verbrennung des Cellulosederivats
herrührt, nicht mehr nachweisbar ist.
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Wasserlösliche Cellulosederivate, die sich für die Zwecke der vorliegenden
Erfindung eignen, und ihre physikalischen Eigenschaften sind im Patent 872 176 beschrieben.
Die Tabakprodukte der vorliegenden Eifindung enthalten nicht mehr als 13 °/o des
Cellulosederivats, bezogen auf das Tabakgewicht. Die bevorzugten Tabakprodukte enthalten
etwa 8 bis 12 %
des Cellulosederivats, bezogen auf das Tabakgewicht.
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Die Menge des kieselsäurehaltigen Katalysators; welche für die Tabakprodukte
der vorliegenden Erfindung benötigt wird, hängt von der Wirksamkeit oder Aktivität
des gewählten kieselsäurehaltigen Katalysators ab und von der Tendenz des gewählten
Cellulosederivats zur Entwicklung saurer und sonstwie unerwünschter Gase während
des Verbrennungsvorgangs. Im allgemeinen fällt die Zugabe des kieselsäurehaltigen
Katalysators in den ungefähren Bereich von 2o bis 6o °/o, bezogen auf das Gewicht
des Cellulosederivats im Tabakprodukt. Die vorzugsweise verwendeten kieselsäurehaltigen
Katalysatoren, z. B. gute Katalysatoren zum Kracken von Kohlenwasserstoffen, werden
üblicherweise in Mengen von 45 bis 55 Gewichtsprozent des im Tabakprodukt enthaltenen
Cellulosederivats verwendet.
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Im folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren an Hand einiger Ausführungsbeispiele
näher erläutert werden. Alle Anteile sind auf eine gemeinsame Gewichtseinheit bezogen.
Beispiel I Eine hochviskose (etwa q.000 Centipoise bei 25°C) Lösung wird durch Auflösen
von =i Teilen von Methylcellulose (4ooo-cp-Typ) in 55o Teilen Wasser bereitet. Zu
dieser Lösung werden 5 Teile Glycerin und 3 Teile Sorbitol zugefügt. Wisconsin-Zigarrentabakblätter,
vermahlen zu einer Teilchengröße im Bereich von 8o zu Zoo Maschen (pro 25 mm eines
Siebes), werden mit der Lösung zu einem vollkörperigen Teig vermischt, wobei ioo
Teile des Tabakpulvers verwendet werden. Eine Zugabe von 5 Teilen eines feingepulverten
kieselsäurehaltigen Katalysators mit einer Teilchengröße unter Zoo Maschen (pro
25 mm eines Siebes) wird in den Teig eingetragen. In diesem speziellen Fall war
der kieselsäurehaltige Katalysator ein Kieselsäuregel mit etwa i= Gewichtsprozent
Aluminiumoxyd (zermahlener Katalysator der Socony Vacuum Oil Company). Die teigartige
Masse, die beim Stehenlassen keine Tendenz zum Ausschwitzen von Flüssigkeit
zeigte,
würde auf eine Platte aus rostfreiem Stahl gebracht und mit einem Bogen von Wachspapier
bedeckt. Mit Hilfe einer Walze wurde die Masse zwischen dem Wachspapier und der
Platte in eine etwa o;43 mm dicke Schicht ausgewalzt. Das Wachspapier wurde entfernt,
und die teigartige Schicht wurde der Trocknung überlassen, welche über Nacht bei
Zimmertemperatur (etwa 25° C) vor sich ging. Die luftgetrocknete Tabakfolie wurde
anstatt des üblichen Umlageblattes in der Herstellung von Zigarren benutzt. Rauchproben
zeigten, daß das Produkt ein angenehmes Aroma besaß und zufriedenstellend brannte.
Empfindliche Raucher; die vorher säureartige und reizerregende Rauchbestandteile
bei Rauchproben eines gleichartigen Produkts, bei dem jedoch der kieselsäurehaltige
Katalysator fehlte, beanstandet hatten, konnten beim Rauchen des im vorliegenden
Beispiel beschriebenen Tabakprodukts keine solchen fremdartigen Rauchbestandteile
entdecken. Beispiel 2 Eine sehr zähflüssige (etwa 5o ooo cP bei 25° C) Lösung wurde
durch Auflösen von ii Teilen des Natriumsalzes von Carboxymethylcellulose (hoher
Viskositätstyp) in 43o Teilen Wasser hergestellt. Zu dieser Lösung wurde 16 Teile
Glycerin zugegeben. ioo Teile eines Wisconsin-Zigarrenblattabaks; derart vermahlen,
daß etwa 7o Gewichtsprozent ein 2oo-Maschen-Sieb (2oo pro 25 mm) passierten und
weniger als 2 °/o von einem 8o-Maschen-Sieb zurückgehalten wurden, wurden der zähflüssigen
wäßrigen Lösung zusammen mit 5 Teilen eines feingepulverten (unter Zoo Maschen)
kieselsäurehaltigen Katalysators, der ein thermisch aktivierter Montmorillonit-Ton
(Katalysator der Filtrol Company) war, zugefügt. Die gesamte teigartige Masse wurde
ausgiebig gemischt und dann einer Strangpresse zugeführt, welche ein etwa o,63 mm
dikkes und 75 mm breites Band formte. Das durch einen Schlitz ausgepreßte Band aus
Tabakteig wurde auf ein Drahtnetzförderband gelegt und auf diesem Band mit Hilfe
eines trockenen, 5o° warmen Luftstroms getrocknet. Auf diese Weise wurde das Band
auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 2o Gewichtsprozent entwässert und lieferte
eine zusammenhängende Tabakfolie zur Herstellung von Zigarren und anderen Rauchprodukten:
Vergleichende Rauchproben von der im Beispiel i geschilderten Art zeigten, daß der
kieselsäurehaltige Katalysator die säureartigen Rauchbestandteile; wie sie üblicherweise
beim Verbrennen von Carboxymethylcellulose entstehen, beseitigte, d. h. das Tabakprodukt
nach diesem Beispiel war für äußerst kritische Raucher völlig annehmbar.
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Beispiel 3 Eine äußerst viskose (etwa 4000 cP bei 25° C) Lösung wurde
durch Auflösung- von =i Teilen Methyl cellulose (4ooo-cP-Typ) in 55o Teilen Wasser
bereitet. Zu dieser Lösung wurden 16 Teile Glycerin und ioo Teile gemahlener Tabak
zugesetzt, der aus 3o Teilen Wisconsin-Zigarrenblatt, 56 Teilen Pennsylvania-Zigarrenblatt
und 14 Teilen Havanna-Zigarrenblatt bestand. Die Siebanalyse des gemahlenen Tabaks
ergab 2,8 Gewichtsprozent 8o-Maschen-Größe (8o Maschen pro 25 mm) und 85 % 2oo-Maschen-Größe
(2ooMaschen pro 25 mm). Zu dem entstandenen, nicht ausschwitzenden Teig wurden 5,5
Teile eines feingepulverten Dieselsäurehaltigen Katalysators in Form eines thermisch
aktivierten Montmorillonit-Tons (Katalysator der Filtrol Corporation) zugegeben.
Nachdem, wie im Beispiel i, alle Komponenten gründlich zu einer gleichmäßigen Paste
verrührt worden waren, wurde die Masse zu einer dünnen Folie ausgewalzt und getrocknet.
Vergleichende Rauchproben erwiesen, daß das Produkt dieses Beispiels keine Beanstandung
durch empfindliche Raucher erfuhr, welche die Anwesenheit unerfreulicher fremder
Komponenten im Rauch eines Produkts beobachtet hatten, welches ohne kieselsäurehaltigen
Katalysator hergestellt, aber sonst mit dem Produkt des vorliegenden Beispiels identisch
war.
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Die vorstehend beschriebenen Tabakprodukte, in denen feinverteilter
Tabak, ein wasserlösliches Cellulosebindemittel und ein Dieselsäurehaltiger Katalysator
vereinigt werden, können nach dem Hauptpatent auch feine Glasfasern zur Verbesserung
der physikalischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Tabakprodukte enthalten.
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Nach der Erfindung können auch beispielsweise Zigaretten hergestellt
werden, in denen die übliche Papierumhüllung durch eine Folie aus wasserlöslichen
Cellulosederivaten ersetzt ist. Durch Einbringen eines kieselsäurehaltigen Katalysators
in die aus einem wasserlöslichen Cellulosederivat hergestellte Folie brennen die
neuartigen Zigaretten befriedigend, ohne daß das Cellulosederivat die üblichen reizenden
Gase und Dämpfe abgibt. Gegebenenfalls kann man einen weißen Farbstoff, wie z. B.
Titanoxyd oder Calciumcarbonat, zusammen mit dem ' kieselsäurehaltigen Katalysator
der hochviskosen wäßrigen Lösung eines Cellulosederivats zusetzen. Dadurch erhält
man eine weiße Folie; welche der weißen Papierhülle der Ziga- 1 retten ähnelt.
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Es lassen sich auch Tabakblätter miteinander durch Übergreifen längs
ihrer Ränder und durch die Benutzung einer hochviskosen wäßrigen Lösung eines Cellulosederivats
als Bindemittel zwischen den übergreifenden Blättern verbinden. Auf diese Weise
kann man eine lange und/oder breite Bahn aus einzelnen Tabakblättern herstellen.
Das Einbringen eines kieselsäurehaltigen Katalysators in dieses Produkt verhindert
die Entwicklung unerwünschter Verbrennungsgase durch das Cellulösederivat, wenn
Zigarren oder ähnliche Rauchwaren, die mittels einer derartigen Bahn hergestellt
werden, beim Rauchen verbrannt werden.