EP2552253A1 - Perforiertes zigarettenpapier - Google Patents

Perforiertes zigarettenpapier

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Publication number
EP2552253A1
EP2552253A1 EP11711482A EP11711482A EP2552253A1 EP 2552253 A1 EP2552253 A1 EP 2552253A1 EP 11711482 A EP11711482 A EP 11711482A EP 11711482 A EP11711482 A EP 11711482A EP 2552253 A1 EP2552253 A1 EP 2552253A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cigarette
perforated
cigarette paper
area
paper
Prior art date
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Application number
EP11711482A
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English (en)
French (fr)
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EP2552253B1 (de
Inventor
Bernhard Eitzinger
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Delfortgroup AG
Original Assignee
Delfortgroup AG
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Publication date
Application filed by Delfortgroup AG filed Critical Delfortgroup AG
Publication of EP2552253A1 publication Critical patent/EP2552253A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2552253B1 publication Critical patent/EP2552253B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A24TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24DCIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
    • A24D1/00Cigars; Cigarettes
    • A24D1/02Cigars; Cigarettes with special covers
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A24TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24DCIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
    • A24D1/00Cigars; Cigarettes
    • A24D1/10Cigars; Cigarettes with extinguishers
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A24TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24DCIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
    • A24D1/00Cigars; Cigarettes
    • A24D1/02Cigars; Cigarettes with special covers
    • A24D1/027Cigars; Cigarettes with special covers with ventilating means, e.g. perforations

Definitions

  • the present invention relates to a cigarette paper which imparts self-extinguishing properties to a cigarette made therefrom and which has at least one discrete perforated area.
  • a test to determine the level of inflammation of cigarettes is described in ASTM E2187-04b.
  • the test consists of placing a smoldering cigarette on a pad consisting of 10 layers of filter paper. The test is carried out on 40 cigarettes and the percentage of cigarette which is extinguished on the substrate before the gluten cone reaches the beginning of the cigarette filter is determined.
  • the self-extinguishing property can be understood, for example, to mean that at least the majority of the cigarette tested according to ASTM E2187-04b fulfills the mentioned criterion, ie. H. the percentage is above 50%.
  • a typical cigarette is made of tobacco, which is wrapped by the cigarette paper and together with it forms a typically cylindrical tobacco rod.
  • the tobacco rod is followed by the filter, which typically consists of cellulose acetate fibers.
  • the filter and tobacco rod are wrapped by the tipping paper.
  • the tipping paper bonds the filter to the tobacco rod.
  • Self-extinguishing a cigarette is achieved in most cases by appropriate design of the cigarette paper, so the paper that covers the tobacco.
  • the cigarette paper is designed so that, at least in areas of the cigarette paper, the diffusion constant is so low that not enough oxygen is added to the cone to keep the glowing process going. As a result, the smoldering cigarette goes out.
  • Cigarette papers are made from cellulose fibers derived from wood, flax or other materials. Mixtures of cellulose fibers of various origins are also used. Cigarette papers have a typical basis weight of 10 g / m 2 to 60 g / m 2 , with the range of 20 g / m 2 to 35 g / m 2 being generally preferred.
  • Cigarette papers also often include inorganic mineral fillers added to the paper at 10% to 40% by mass.
  • a frequently used filler is lime (calcium carbonate), but also other oxides and carbonates, such as magnesium oxide and aluminum hydroxide.
  • the cigarette paper may also be provided with burn salts which increase or decrease the smoldering speed of the paper.
  • burn salts which increase or decrease the smoldering speed of the paper.
  • very often used are sodium and tripotassium citrate and mixtures thereof, which are added to the paper to 0% to 5% of the paper pulp.
  • the group of fire salts of industrial importance additionally includes citrates, malays, tartrates, acetates, nitrates, succinates, fumarates, gluconates, glycates, lactates, oxylates, salicylates, ⁇ -hydroxycaprylates and phosphates.
  • Cigarette papers are typically made into rolls of, for example, between 0.3m and 5m widths and cut into reels having a cigarette circumference derived width, typically 9mm to 35mm.
  • This perforation can be done by various methods.
  • the electrostatic perforation is used, in which the paper is conveyed through one or more spark gaps, which burn holes in the paper. These holes typically have a diameter between 5 ⁇ and 100 ⁇ .
  • the laser perforation can be used, which produces slightly larger holes with typical diameters between 50 ⁇ and 500 ⁇ .
  • the mechanical perforation may also be used, in which holes are produced in the paper by needling or similar tools. These holes have a typical diameter between 100 ⁇ and 2000 ⁇ .
  • the air permeability achieved in the perforation processes can be very high, for example up to more than 6000 CU, but cigarette papers are usually perforated so that the air permeability after perforation is between 50 CU and 500 CU.
  • the perforation process can be carried out after papermaking on separate dedicated perforating machines in roll or bobbin width.
  • a perforation on the cigarette machine so before, during or after the production of cigarettes or similar tobacco articles from the cigarette paper on the cigarette machine after any perforation possible.
  • the full-surface perforation of a cigarette paper with a low outlet air permeability brings a significant disadvantage in the acceptance of a cigarette made from this paper by the smoker with it. Due to the high air permeability flows much dilution air when smoking in the cigarette. During smoking, the tobacco rod and thus the perforated cigarette paper are consumed.
  • One way to compensate for this effect is not to choose the air permeability over the length of the tobacco rod constant, but to give such a continuous profile through the perforation of the cigarette paper of the air permeability along the axis of the cigarette, that the increase in the smoke values from train to train Train is reduced as possible. On the cigarette paper web, therefore, a repetitive, continuous air permeability profile is to be produced by perforation.
  • the endless tobacco rod formed from the cigarette paper must be cut at the very beginning and end of such a continuous air permeability profile so that the air permeability profile is in the right place on the finished cigarette.
  • the detection of the beginning of the profile is because of the continuous course of the air permeability but, if at all, then very imprecisely possible.
  • the present invention is therefore based on the object to overcome the disadvantages of the prior art.
  • a cigarette paper which lends to a cigarette made therefrom, preferably a filter cigarette, self-extinguishing properties, the cigarette paper comprising at least a first discrete area which is perforated and has an air permeability which is greater than the air permeability outside first perforated area.
  • the air permeability within the first perforated area is constant over the entire perforated area.
  • the air permeability within the first perforated area is from 50 CU to 2000 CU, preferably from 100 CU to 1000 CU.
  • the width of the first perforated region is between 2 mm and 25 mm, preferably between 4 mm and 12 mm, particularly preferably between 5 mm and 9 mm.
  • the cigarette paper further comprises a transverse side A which is intended to face a filter in the manufactured cigarette, the first perforated region being within the third adjacent to the transverse side A, preferably within the quarter adjacent to the transverse side A, particularly preferably within the fifth adjacent to the transverse side A, based on the length of the cigarette paper.
  • the cigarette paper further comprises a transverse side A intended to face a filter (6) in the manufactured cigarette, the mean air permeability being within the half or third adjacent the transverse side A, relative to the length of the cigarette paper , greater than the mean air permeability in the remaining part of the cigarette paper.
  • the cigarette paper comprises at least a second discrete area which is perforated and which is separated from the first perforated area by an area which is not perforated.
  • the second perforated area is farther from the first transverse side than the first perforated area.
  • the air permeability within the second perforated area is less than the air permeability within the first perforated area.
  • the cigarette paper includes at least one further discrete area that is perforated and that is separated from the first perforated area and the second perforated area by at least one area that is not perforated.
  • the further perforated area is farther away from the lateral side A than the first perforated area and the second perforated area.
  • the air permeability within the further perforated area is smaller than the air permeability within the first perforated area and the second perforated area.
  • the air permeability within the second perforated area and / or the further perforated area is constant over the respective entire perforated area.
  • the air permeability within the second perforated area and / or the further perforated area is from 50 CU to 2000 CU, preferably from 100 CU to 1000 CU.
  • the width of the second perforated area and / or the further perforated area is between 2 mm and 25 mm, preferably between 4 mm and 12 mm, particularly preferably between 5 mm and 9 mm.
  • the air permeability outside of a perforated area is less than 15 CU, preferably less than 10 CU.
  • the diffusivity (outside and inside a perforated area) or the average diffusivity of the cigarette paper is less than 0.35 cm / s, preferably less than 0.25 cm / s, more preferably less than 0.20 cm / s.
  • the cigarette paper comprises one or more mineral fillers selected from the group consisting of carbonates and oxides, preferably from the group consisting of calcium carbonate, aluminum hydroxide and magnesium oxide, more preferably the weight fraction of the one or more mineral fillers is 10%. up to 40%.
  • the cigarette paper comprises one or more brand salts selected from the group consisting of citrates, malays, tartrates, acetates, nitrates, succinates, fumarates, gluconates, glycates, lactates, oxylates, salicylates, ⁇ -hydroxycaprylates and phosphates, preferably selected from the group consisting of sodium citrate and tripotassium citrate, more preferably, the content of the one or more Brandsalzen up to 5 wt .-%.
  • brand salts selected from the group consisting of citrates, malays, tartrates, acetates, nitrates, succinates, fumarates, gluconates, glycates, lactates, oxylates, salicylates, ⁇ -hydroxycaprylates and phosphates, preferably selected from the group consisting of sodium citrate and tripotassium citrate, more preferably, the content of the one or more Brandsalzen up to 5
  • the cigarette paper has a basis weight of 10 g / m 2 to 60 g / m 2 , preferably from 20 g / m 2 to 35 g / m 2 .
  • a filter cigarette comprising a cigarette paper according to the present invention, and further comprising a filter and a mouthpiece tipping paper, wherein the distance between the tipping paper and the first perforated area is less than 10 mm, preferably less than 5 mm.
  • the object of the present invention is further achieved by a method for producing a cigarette paper according to the present invention, which comprises a perforation step for producing at least one perforated area by electrostatic perforation, laser perforation and / or mechanical perforation.
  • the perforation step is carried out on a cigarette machine or, alternatively, on a device separate from the cigarette machine.
  • the object of the present invention is further achieved by using a paper (starting paper) for producing a cigarette paper according to the present invention, preferably by a method according to the present invention, wherein the paper is used as a paper web with a width of 0.3 m to 5 m or, alternatively, from 9mm to 35mm.
  • the air permeability of the starting paper is less than 15 CU, preferably less than 10 CU.
  • the starting paper has a diffusivity of less than 0.35 cm / s, preferably less than 0.25 cm / s, more preferably less than 0.20 cm / s.
  • the starting paper comprises a mineral filler selected from the group consisting of carbonates and oxides, preferably from the group consisting of calcium carbonate, aluminum hydroxide and magnesium oxide, more preferably the weight fraction of the one or more mineral fillers is from 10 % to 40%.
  • the starting paper comprises one or more brominated salts selected from the group consisting of citrates, malays, tartrates, acetates, nitrates, succinates, fumarates, gluconates, glycates, lactates, oxylates, salicylates, ⁇ -hydroxycaprylates and phosphates, preferably selected from the group consisting of sodium citrate and tripotassium citrate, more preferably, the content of the one or more Brandsalzen up to 5 wt .-%.
  • the starting paper has a basis weight of 10 g / m 2 to 60 g / m 2 , preferably from 20 g / m 2 to 35 g / m 2 .
  • the object of the present invention is further achieved by a use of a cigarette paper according to the present invention for the production of a cigarette according to the present invention.
  • the present invention is based on the surprising discovery that it is not necessary to produce a continuous air permeability profile, but that it is already sufficient to perforate a discrete area with a constant air permeability located close to the filter on the cigarette paper to achieve a comparably good effect.
  • the average air permeability in the mouth half closer to the mouthpiece or third is preferably higher than in the remaining part of the cigarette paper.
  • a discrete perforated area lying near the cigarette filter is now located in a region of the tobacco rod in which, during smoking, the pressure difference between the environment and the interior of the tobacco rod is high, ie comparatively much air in the tobacco rod Tobacco strand can flow. In areas closer to the ember cone and farther from the mouth end, this pressure difference is smaller. Thus, these areas contribute less to the amount of air flowing into the cigarette, and it affects the Abrauch tone little in a row, if these areas are not perforated, so have a low air permeability.
  • the perforated areas are now of a discrete nature and clearly demarcated from non-perforated areas, they can be clearly recognized by means of optical sensors, and it is not difficult to synchronize the cutting processes on the cigarette machine with the paper path so that the discrete areas become on each cigarette in the desired position near the filter.
  • the air permeability in each of the perforated areas is constant. Therefore, the perforator only needs to be turned on and off at a timing corresponding to the paper web speed. This is much easier than following a continuous air permeability profile. Also, to perforate discrete areas of various but within the range of constant air permeability, there is no difficulty in that the perforation performance can be easily adjusted each time the perforator is turned on and off.
  • Figure 1 is a schematic representation of a cigarette with an exemplary
  • the cigarette paper 1 which comprises a first perforated region 2, a second perforated region 3 and further perforated regions 4.
  • the cigarette paper 1 is partially unrolled from the tobacco column 7 of the cigarette.
  • Figure 2 shows the special perforation pattern of the cigarette paper to the desired
  • This pattern results from the typical manufacturing process machine-made cigarettes.
  • an endless tobacco rod is first formed, which is then cut along the lines B into portions twice the length of the tobacco rod of a cigarette is shared.
  • this double-length part of the tobacco rod along the line C is divided into two parts and moved apart in the axial direction, so that a double-length filter plug can be inserted.
  • the entire double-length filter and part of the tobacco strands following the filter are glued and wrapped with a double-width tipping paper.
  • this double cigarette connected by the double-length filter is divided into two cigarettes by a final cut through the center of the filter.
  • the pattern to be produced by perforation on the cigarette paper can also be adapted to other methods of cigarette production.
  • the starting point of the examples is a cigarette paper with the following data:
  • the diffusivity is the diffusion constant of the paper [cm 2 / s] divided by the thickness of the paper [cm]. It is a transfer coefficient and thus describes the gas flow passing through the paper at a given concentration difference, irrespective of the thickness of the paper.
  • the diffusivity can be measured, for example, with a C0 2 diffusivity meter from Sodim.
  • This cigarette paper was now electrostatically perforated over the entire area, so that an air permeability of 50 CU, 100 CU, 150 CU and 200 CU was achieved.
  • the distance is the distance from the leading edge of the tipping paper to the beginning of the discrete perforated area.
  • the comparable air permeability is the air permeability of the fully perforated cigarette paper, which achieves the same levels of smoke on the test cigarette as the perforated cigarette paper in discrete areas.
  • the inflammation tendency was first determined according to ASTM E2187-04b. According to ASTM E2187-04b, 40 cigarettes per cigarette paper were tested and all samples quenched 90% or more of the tested cigarettes, with no statistically significant differences between the samples.
  • the cigarettes were further smoked according to the method described in DIN ISO 4387.
  • a volume of 35 cm 3 is sucked in every minute for 2 seconds at the mouth end of the smoldering cigarette. This suction of 35 cm 3 is called a train.
  • the process is repeated until the cigarette has smoked so far that it falls below a predetermined by the standard minimum length.
  • the smoke is sucked through a glass fiber filter, which is later chemically analyzed. From this, the nicotine-free dry condensate ("tar”) and nicotine are determined and usually expressed in mg per cigarette.
  • Machine smoking was carried out on a Borgwaldt RM20 smoking machine, but modified so that each pass on the cigarette was passed through another glass fiber filter so that after analysis, the smoke levels of each train could be determined. For each paper sample, 20 cigarettes were smoked by machine in this way.
  • the first train Since the first move, the cigarette is lit, the first train is a special feature in terms of its Abrauch tone and is excluded from the considerations. It is also possible with standardized, machine smoking that the last train can not be completed, because the cigarette falls below the prescribed minimum length during the turn. Such a train ("fractional puff") is called Fraction of a whole train registered. To simplify the presentation, therefore, the last move is excluded from the considerations.
  • the comparative value is the ratio of tar between the penultimate and second traction for a cigarette with a full perforated cigarette paper having the air permeability indicated in Table 1.
  • the concentration of perforation in discrete areas near the filter allows a reduction in air permeability since the perforated areas are now in a region where the difference between the ambient air pressure and the pressure inside the tobacco rod is higher during smoking is as in closer to the gluten cone located regions.
  • the full-surface perforated paper has an air permeability of 50 CU over a length of 60 mm, while sample A is only perforated to a tenth of this length, namely 6 mm. It would be expected that in order to produce the same air flow in the cigarette, the 10-fold air permeability, ie 500 CU is needed. Surprisingly, however, it has already been found that 160 CU are sufficient to achieve the same levels of exhaustion.
  • the smoke values comparable to a cigarette with a cigarette paper perfused over the entire area can be achieved with an even lower air permeability.
  • the perforated area is now twice as large.
  • the air permeability could be half that, ie 80 CU.
  • the second perforated area is farther from the mouth end and thus in a region where the pressure difference is not so great. In addition, it is consumed during the smoking process.
  • the patterns A, G and H differ only in the distance of the perforated area from the leading edge of the tipping paper. In pattern A it is 1 mm, in pattern G it is 3 mm and finally in pattern H it is 5 mm. Although it can be seen that there is an improvement in the uniformity of the tension profile over the full-surface perforated paper, the extent of this improvement decreases rapidly as the first perforated area too far from the leading edge of the tipping paper. Specifically, the improvement decreases from 13% to about 8% at 3 mm and to only 5% at 5 mm distance. It will therefore strive to keep this distance at least less than 10 mm and preferably less than 5 mm.
  • the patterns A, J, K and N initially differ in the width of the perforated area. Accordingly, the air permeability was adjusted to achieve comparable levels of smoke.
  • pattern A with a width of 6 mm, it is 160 CU, with pattern J with a width of 7 mm about 140 CU, with pattern K with 9 mm width still 1 10 CU and with pattern N with a width of 20 mm finally only 80 CU.
  • the minimum width is limited by the maximum air permeability that can be achieved in such a narrow range by perforating without unduly compromising the tensile strength of the paper. Taking Pattern B, with 650 CU on a width of 6 mm, as a guide, you will need to perforate a nominal 2 mm wide area with 1950 CU to achieve the same result. This is already a very high air permeability, which is already difficult to achieve with perforators in such a small area, which is why the width of the perforated area should be between 2 mm and 25 mm, preferably between 4 mm and 12 mm and more preferably between 5 mm and 9 mm.
  • patterns L and M show that the air permeability of the two perforated areas need not be equal. Based on the results so far, it seems advantageous to perforate more strongly that area which is closer to the mouth.
  • the air permeability of the first region is about 150% of the air permeability of the second region.
  • the improvement in the ratio of the tar values is about 13% (pattern L) comparable to a paper with a perforated area of pattern A.
  • each area should be less perforated than its predecessor, as viewed from the mouth end to the cone.

Landscapes

  • Paper (AREA)
  • Cigarettes, Filters, And Manufacturing Of Filters (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zigarettenpapier (1), das einer daraus gefertigten Zigarette selbstverlöschende Eigenschaften verleiht, wobei das Zigarettenpapier mindestens einen diskreten Bereich (2) umfasst, der perforiert ist und eine Luftdurchlässigkeit aufweist, die größer ist als die Luftdurchlässigkeit außerhalb des perforierten Bereichs. Vorzugsweise befindet sich der perforierte Bereich in einer fertigen Filterzigarette in der Nähe des Filters (5).

Description

PERFORIERTES ZIGARETTENPAPIER
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zigarettenpapier, das einer daraus gefertigten Zigarette selbstverlöschende Eigenschaften verleiht, und das mindestens einen diskreten perforierten Bereich aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Aufgrund gesetzlicher Bestimmungen zur Selbstverlöschung von Zigaretten besteht Bedarf in der Zigarettenindustrie, Zigaretten zur Verfügung zu stellen, die diese Selbstverlöschung sicherstellen. Damit soll verhindert werden, dass liegen gelassene, glimmende Zigaretten beispielsweise Möbel, Betten oder andere Heimtextilien in Brand setzen. Man versucht also, Zigaretten zu erzeugen, deren Neigung, andere Materialien zu entzünden, reduziert ist, wenn die glimmende Zigarette mit diesen Materialien in Kontakt kommt.
Ein Test, um die Entzündungsneigung von Zigaretten zu bestimmen, ist in ASTM E2187-04b beschrieben. Der Test besteht darin, eine glimmende Zigarette auf eine Unterlage bestehend aus 10 Lagen eines Filterpapiers zu legen. Der Test wird an 40 Zigaretten durchgeführt, und es wird der prozentuale Anteil der Zigarette ermittelt, die auf der Unterlage verlöschen, bevor der Glutkegel den Beginn des Zigarettenfilters erreicht.
Im Rahmen der Erfindung kann die selbstverlöschende Eigenschaft beispielsweise so verstanden werden, dass zumindest der überwiegende Anteil der nach ASTM E2187-04b getesteten Zigarette das genannte Kriterium erfüllt, d. h. der Prozentsatz über 50% liegt.
Eine typische Zigarette besteht aus Tabak, der vom Zigarettenpapier umhüllt wird und mit ihm gemeinsam einen typischerweise zylindrischen Tabakstrang bildet. An den Tabakstrang schließt sich der Filter an, der typischerweise aus Zelluloseacetatfasern besteht. Der Filter und der Tabakstrang werden durch das Mundstücksbelagpapier umhüllt. Das Mundstückbelagpapier verbindet den Filter mit dem Tabakstrang. Die Selbstverlöschung einer Zigarette wird in den meisten Fällen durch entsprechende Gestaltung des Zigarettenpapiers, also des Papiers, das den Tabak umhüllt, erreicht. Dabei wird das Zigarettenpapier so gestaltet, dass zumindest in Bereichen des Zigarettenpapiers die Diffusionskonstante so niedrig ist, dass nicht mehr ausreichend Sauerstoff zum Glutkegel hinzutritt, um den Glimmprozess in Gang zu halten. Als Folge davon verlischt die glimmende Zigarette.
Typische Zigarettenpapiere bestehen aus Zellulosefasern, die aus Holz, Flachs oder anderen Materialien gewonnen werden. Auch Gemische aus Zellulosefasern verschiedener Herkunft werden eingesetzt. Zigarettenpapiere haben ein typisches Flächengewicht von 10 g/m2 bis 60 g/m2, wobei der Bereich von 20 g/m2 bis 35 g/m2 im Allgemeinen bevorzugt wird.
Zigarettenpapiere umfassen oft auch anorganische, mineralische Füllstoffe, die dem Papier zu einem Massenanteil von 10% bis 40% zugesetzt werden. Ein häufig eingesetzter Füllstoff ist Kalk (Kalziumkarbonat), eingesetzt werden aber auch anderer Oxide und Karbonate, wie Magnesiumoxid und Aluminiumhydroxid.
Das Zigarettenpapier kann außerdem auch mit Brandsalzen ausgestattet werden, die die Glimmgeschwindigkeit des Papiers erhöhen oder verringern. Sehr häufig eingesetzt werden Natrium- und Trikaliumzitrat und Gemische daraus, die dem Papier zu 0% bis 5% der Papiermasse zugesetzt werden. Die Gruppe der Brandsalze von technischer Bedeutung umfasst aber zusätzlich Zitrate, Malaie, Tartrate, Acetate, Nitrate, Succinate, Fumarate, Gluconate, Gycolate, Lactate, Oxylate, Salicylate, α-Hydroxycaprylate und Phosphate.
Zigarettenpapiere werden typischerweise in Rollen mit beispielsweise zwischen 0,3 m und 5 m Breite hergestellt und in Bobinen mit einer aus dem Zigarettenumfang abgeleiteten Breite von typischerweise 9 mm bis 35 mm geschnitten.
Ein mögliches Verfahren zur Erzielung von Selbstverlöschung besteht darin, ein Zigarettenpapier zu wählen, dessen Diffusionskonstante schon durch den Papierherstellungsprozess so niedrig ist, dass die Zigarette von selbst verlischt. Als Folge davon ist aber auch die Strömung von Luft in die Zigarette zufolge einer Druckdifferenz, also die Luftdurchlässigkeit, stark reduziert. Dies erweist sich als Nachteil, denn der Rauch im Tabakstrang der Zigarette kann dadurch beim Rauchen nur sehr wenig durch einströmende Luft verdünnt werden und die Abrauchwerte für Teer, Nikotin und vor allem Kohlenmonoxid, sind nennenswert erhöht. Beispielsweise beträgt die Luftdurchlässigkeit solcher Papiere weniger als 10 CORESTA Einheiten (1 CORESTA Unit = 1 CU = 1 cm3/(cm2 min kPa)), während typische Zigarettenpapiere, bei denen keine Selbstverlöschung auftritt, eine Luftdurchlässigkeit zwischen 20 CU und 300 CU besitzen.
Dieser Nachteil wird behoben, indem man das Zigarettenpapier vollflächig perforiert. Dabei entstehen im Papier im Vergleich zur natürlichen Porenstruktur große Löcher, die zwar die Luftdurchlässigkeit erhöhen, aber die Diffusionskonstante des Papiers nur wenig verändern. Dadurch wird ein Verdünnungsluftstrom in die Zigarette beim Rauchen ermöglicht und die Abrauchwerte werden gesenkt, ohne die Selbstverlöschung der aus diesem Papier gefertigten Zigarette im oben genannten Test zu beeinträchtigen.
Diese Perforation kann durch verschiedene Verfahren erfolgen. Eingesetzt wird beispielsweise die elektrostatische Perforation, bei der das Papier durch eine oder mehrere Funkenstrecken gefördert wird, die Löcher in das Papier brennen. Diese Löcher besitzen typischerweise einen Durchmesser zwischen 5 μηι und 100 μηι. Des Weiteren kann die Laserperforation eingesetzt werden, die etwas größere Löcher mit typischen Durchmessern zwischen 50 μπι und 500 μπι erzeugt. Als weiteres Beispiel kann auch noch die mechanische Perforation dienen, bei der durch Nadeln oder ähnliche Werkzeuge, Löcher im Papier erzeugt werden. Diese Löcher haben einen typischen Durchmesser zwischen 100 μπι und 2000 μπι.
Die bei den Perforationsverfahren erreichte Luftdurchlässigkeit kann sehr hoch sein, beispielsweise bis über 6000 CU, allerdings werden Zigarettenpapiere meistens so perforiert, dass die Luftdurchlässigkeit nach der Perforation zwischen 50 CU und 500 CU beträgt.
Der Perforationsprozess kann nach der Papierherstellung auf separaten dafür vorgesehenen Perforationsmaschinen in Rollen- oder Bobinenbreite durchgeführt werden. Selbstverständlich ist auch eine Perforation auf der Zigarettenmaschine, also vor, während oder nach der Herstellung von Zigaretten oder ähnlichen Tabakartikeln aus dem Zigarettenpapier auf der Zigarettenmaschine nach jedem beliebigen Perforationsverfahren möglich. Die vollflächige Perforation eines Zigarettenpapiers mit einer niedrigen Ausgangsluftdurchlässigkeit bringt allerdings einen wesentlichen Nachteil in der Akzeptanz einer aus diesem Papier gefertigten Zigarette durch den Raucher mit sich. Durch die hohe Luftdurchlässigkeit strömt viel Verdünnungsluft beim Rauchen in die Zigarette. Während des Rauchens werden nun der Tabakstrang und damit auch das perforierte Zigarettenpapier konsumiert. Dadurch verkleinert sich die Fläche, durch die Verdünnungsluft in die Zigarette strömen kann, mit jedem Zug des Rauchers an der glimmenden Zigarette sowie auch während des Glimmens. Dies bewirkt, dass mit dem entsprechend kürzer werdenden Tabakstrang der Raucher eine von Zug zu Zug steigende Menge an Teer, Nikotin und Kohlenmonoxid aufnimmt. Er hat also von Zug zu Zug den Eindruck, dass die Zigarette "stärker" wird. Dieser Eindruck ist unerwünscht.
Eine Möglichkeit diesen Effekt zu kompensieren, besteht darin, die Luftdurchlässigkeit über die Länge des Tabakstrangs nicht konstant zu wählen, sondern durch die Perforation des Zigarettenpapiers der Luftdurchlässigkeit entlang der Zigarettenachse ein solches kontinuierliches Profil zu verleihen, dass beim Rauchen die Zunahme der Abrauchwerte von Zug zu Zug möglichst reduziert wird. Auf der Zigarettenpapierbahn ist also durch Perforation ein sich wiederholendes, kontinuierliches Luftdurchlässigkeitsprofil zu erzeugen.
Während dieses Verfahren theoretisch denkbar ist, stellen sich dabei erhebliche technische Probleme. Zum Einen ist die Regelung der Perforationseinrichtung zur Herstellung eines solchen kontinuierlichen Profils sehr anspruchsvoll und die laufende Messung der Luftdurchlässigkeit für die Regelung nur ungenau und nicht mit hoher Geschwindigkeit möglich. Daher ist auch die Geschwindigkeit, mit der Perforationsmaschinen solche Profile, falls überhaupt, erzeugen können, entsprechend niedrig.
Zum anderen muss auf der Zigarettenmaschine der aus dem Zigarettenpapier geformte endlose Tabakstrang genau am Beginn und am Ende eines solchen kontinuierlichen Luftdurchlässigkeitsprofils geschnitten werden, damit sich auf der fertigen Zigarette das Luftdurchlässigkeitsprofil an der richtigen Stelle befindet. Die Detektion des Beginns des Profils ist wegen des kontinuierlichen Verlaufs der Luftdurchlässigkeit aber, wenn überhaupt, dann nur sehr ungenau möglich. Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Nachteile im Stand der Technik zu überwinden.
Kurzfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Zigarettenpapier, das einer daraus gefertigten Zigarette, vorzugsweise einer Filterzigarette, selbstverlöschende Eigenschaften verleiht, wobei das Zigarettenpapier mindestens einen ersten diskreten Bereich umfasst, der perforiert ist und eine Luftdurchlässigkeit aufweist, die größer ist als die Luftdurchlässigkeit außerhalb des ersten perforierten Bereichs.
In einer Ausführung des Zigarettenpapiers ist die Luftdurchlässigkeit innerhalb des ersten perforierten Bereichs über den gesamten perforierten Bereich konstant.
In einer Ausführung des Zigarettenpapiers beträgt die Luftdurchlässigkeit innerhalb des ersten perforierten Bereichs von 50 CU bis 2000 CU, vorzugsweise von 100 CU bis 1000 CU.
In einer Ausführung des Zigarettenpapiers beträgt die Breite des ersten perforierten Bereichs zwischen 2 mm und 25 mm, vorzugsweise zwischen 4 mm und 12 mm, besonders bevorzugt zwischen 5 mm und 9 mm.
In einer Ausführung umfasst das Zigarettenpapier weiterhin eine Querseite A, die dazu vorgesehen ist, in der gefertigten Zigarette einem Filter zugewandt zu sein, wobei der erste perforierte Bereich innerhalb des an die Querseite A angrenzenden Drittels, vorzugsweise innerhalb des an die Querseite A angrenzenden Viertels, besonders bevorzugt innerhalb des an die Querseite A angrenzenden Fünftels, bezogen auf die Länge des Zigarettenpapiers, liegt.
In einer Ausführung umfasst das Zigarettenpapier weiterhin eine Querseite A, die dazu vorgesehen ist, in der gefertigten Zigarette einem Filter (6) zugewandt zu sein, wobei die mittlere Luftdurchlässigkeit innerhalb der an die Querseite A angrenzenden Hälfte oder Drittels, bezogen auf die Länge des Zigarettenpapiers, größer ist als die mittlere Luftdurchlässigkeit im übrigen Teil des Zigarettenpapiers. In einer Ausführung umfasst das Zigarettenpapier mindestens einen zweiten diskreten Bereich, der perforiert ist und der von dem ersten perforierten Bereich durch einen Bereich getrennt ist, der nicht perforiert ist.
In einer Ausführung des Zigarettenpapiers liegt der zweite perforierte Bereich von der ersten Querseite weiter entfernt als der erste perforierte Bereich.
In einer Ausführung des Zigarettenpapiers ist die Luftdurchlässigkeit innerhalb des zweiten perforierten Bereichs kleiner als die Luftdurchlässigkeit innerhalb des ersten perforierten Bereichs.
In einer Ausführung umfasst das Zigarettenpapier mindestens einen weiteren diskreten Bereich, der perforiert ist und der von dem ersten perforierten Bereich und dem zweiten perforierten Bereich durch mindestens einen Bereich getrennt ist, der nicht perforiert ist.
In einer Ausführung des Zigarettenpapiers liegt der weitere perforierte Bereich von der Querseite A weiter entfernt als der erste perforierte Bereich und der zweite perforierte Bereich.
In einer Ausführung des Zigarettenpapiers ist die Luftdurchlässigkeit innerhalb des weiteren perforierten Bereichs kleiner als die Luftdurchlässigkeit innerhalb des ersten perforierten Bereichs und des zweiten perforierten Bereichs.
In einer Ausführung des Zigarettenpapiers ist die Luftdurchlässigkeit innerhalb des zweiten perforierten Bereichs und/oder des weiteren perforierten Bereichs über den jeweiligen gesamten perforierten Bereich konstant.
In einer Ausführung des Zigarettenpapiers beträgt die Luftdurchlässigkeit innerhalb des zweiten perforierten Bereichs und/oder des weiteren perforierten Bereichs von 50 CU bis 2000 CU, vorzugsweise von 100 CU bis 1000 CU.
In einer Ausführung des Zigarettenpapiers beträgt die Breite des zweiten perforierten Bereichs und/oder des weiteren perforierten Bereichs zwischen 2 mm und 25 mm, vorzugsweise zwischen 4 mm und 12 mm, besonders bevorzugt zwischen 5 mm und 9 mm. In einer Ausführung des Zigarettenpapiers beträgt die Luftdurchlässigkeit außerhalb eines perforierten Bereichs weniger als 15 CU, vorzugsweise weniger als 10 CU.
In einer Ausführung des Zigarettenpapiers beträgt die Diffusivität (außerhalb und innerhalb eines perforierten Bereichs) oder die mittlere Diffusivität des Zigarettenpapiers weniger als 0,35 cm/s, vorzugsweise weniger als 0,25 cm/s, besonders bevorzugt weniger als 0,20 cm/s.
In einer Ausfuhrung umfasst das Zigarettenpapier einen oder mehrere mineralische Füllstoffe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Karbonaten und Oxiden, vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Kalziumkarbonat, Aluminiumhydroxid und Magnesiumoxid, besonders bevorzugt beträgt der Gewichtsanteil des einen oder der mehreren mineralischen Füllstoffe von 10% bis 40%.
In einer Ausführung umfasst das Zigarettenpapier ein oder mehrere Brandsalze, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Zitraten, Malaien, Tartraten, Acetaten, Nitraten, Succinaten, Fumaraten, Gluconaten, Gycolaten, Lactaten, Oxylaten, Salicylaten, a-Hydroxycaprylaten und Phosphaten, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Natriumzitrat und Trikaliumzitrat, enthält, besonders bevorzugt beträgt der Gehalt an den einen oder den mehreren Brandsalzen bis zu 5 Gew.-%.
In einer Ausführung weist das Zigarettenpapier ein Flächengewicht von 10 g/m2 bis 60 g/m2, vorzugsweise von 20 g/m2 bis 35 g/m2 auf.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird weiterhin gelöst durch eine Filterzigarette, die ein Zigarettenpapier gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, und die weiterhin einen Filter und ein Mundstücksbelagpapier umfasst, wobei der Abstand zwischen dem Mundstücksbelagpapier und dem ersten perforierten Bereich weniger als 10 mm, vorzugsweise weniger als 5 mm beträgt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Zigarettenpapiers gemäß der vorliegenden Erfindung, das einen Perforationsschritt zum Erzeugen von mindestens einem perforierten Bereich durch elektrostatische Perforation, Laserperforation und/oder mechanische Perforation umfasst. In einer Ausführung des Verfahrens wird der Perforationsschritt auf einer Zigarettenmaschine oder, alternativ, auf einer von der Zigarettenmaschine getrennten Einrichtung durchgeführt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird weiterhin gelöst durch eine Verwendung eines Papiers (Ausgangspapier) zur Herstellung eines Zigarettenpapiers gemäß der vorliegenden Erfindung, vorzugsweise nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei das Papier als Papierbahn mit einer Breite von 0,3 m bis 5 m oder, alternativ, von 9 mm bis 35 mm vorliegt.
In einer Ausführung der Verwendung beträgt die Luftdurchlässigkeit des Ausgangspapiers weniger als 15 CU, vorzugsweise weniger als 10 CU.
In einer Ausführung der Verwendung weist das Ausgangspapier eine Diffusivität von weniger als 0,35 cm/s, vorzugsweise weniger als 0,25 cm/s, besonders bevorzugt weniger als 0,20 cm/s auf.
In einer Ausführung der Verwendung umfasst das Ausgangspapier einen mineralischen Füllstoff, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Karbonaten und Oxiden, vorzugsweise aus der Gruppe, bestehend aus Kalziumkarbonat, Aluminiumhydroxid und Magnesiumoxid, besonders bevorzugt beträgt der Gewichtsanteil des einen oder der mehreren mineralischen Füllstoffe von 10% bis 40%.
In einer Ausführung der Verwendung umfasst das Ausgangspapier ein oder mehrere Brandsalze ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Zitraten, Malaien, Tartraten, Acetaten, Nitraten, Succinaten, Fumaraten, Gluconaten, Gycolaten, Lactaten, Oxylaten, Salicylaten, a- Hydroxycaprylaten und Phosphaten, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Natriumzitrat und Trikaliumzitrat, enthält, besonders bevorzugt beträgt der Gehalt an den einen oder den mehreren Brandsalzen bis zu 5 Gew.-%.
In einer Ausführung der Verwendung weist das Ausgangspapier ein Flächengewicht von 10 g/m2 bis 60 g/m2, vorzugsweise von 20 g/m2 bis 35 g/m2 auf. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird weiterhin gelöst durch eine Verwendung eines Zigarettenpapiers gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung einer Zigarette gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung beruht darauf, dass überraschend festgestellt wurde, dass es gar nicht nötig ist, ein kontinuierliches Luftdurchlässigkeitsprofil zu erzeugen, sondern dass es bereits ausreichend ist, einen nahe dem Filter am Zigarettenpapier gelegenen, diskreten Bereich mit einer konstanten Luftdurchlässigkeit zu perforieren, um einen vergleichbar guten Effekt zu erzielen.
Sollte mit einem diskreten perforierten Bereich nahe dem Filter nicht das Auslangen gefunden werden, da die Abrauchwerte noch zu hoch sind, können selbstverständlich weitere diskrete Bereiche mit einer anderen Luftdurchlässigkeit durch Perforation erzeugt werden, die sich dann entsprechend näher am anzuzündenden Ende der Zigarette befinden. Häufig werden zwei solche diskrete perforierte Bereiche ausreichen.
Falls zwei oder mehr diskret perforierte Bereiche - in Längsrichtung einer aus dem Papier herzustellenden Zigarette betrachtet - hintereinander angeordnet sind, ergibt sich dennoch vorzugsweise tendenziell eine Zunahme der Luftdurchlässigkeit in Richtung auf das Mundstück, d.h. das dem anzuzündenden Ende entgegengesetzten Ende. Beispielsweise ist die mittlere Luftdurchlässigkeit in der dem Mundstück näheren Hälfte oder Drittel vorzugsweise höher als im übrigen Teil des Zigarettenpapiers.
Wiewohl die Ursache für diesen Effekt nicht vollständig bekannt ist, mag die folgende Begründung Hinweise darauf geben, wie er zustande kommt. Beim Rauchen wird am Mundende der Zigarette ein Unterdruck gegenüber der Umgebung hergestellt, um einen Luftstrom durch die Zigarette zu erzeugen und den Rauch durch den Filter zum Raucher zu transportieren. Dieser Unterdruck wird entlang der Zigarette abgebaut, sodass näherungsweise keine Druckdifferenz mehr zwischen dem Punkt direkt vor dem Glutkegel und der Umgebung besteht.
Ein nahe dem Zigarettenfilter liegender diskreter perforierter Bereich, befindet sich nun in einer Region des Tabakstrangs, in dem beim Rauchen die Druckdifferenz zwischen der Umgebung und dem Inneren des Tabakstrangs hoch ist, also vergleichsweise viel Luft in den Tabakstrang einströmen kann. In Bereichen die näher am Glutkegel und weiter vom Mundende entfernt liegen, ist diese Druckdifferenz geringer. Somit tragen diese Bereiche weniger zur in die Zigarette strömenden Luftmenge bei, und es beeinflusst die Abrauchwerte in einem Zug wenig, wenn diese Bereiche nicht perforiert sind, also eine niedrige Luftdurchlässigkeit aufweisen.
Dadurch dass die perforierten Bereiche nun diskreter Natur sind und von nicht perforierten Bereichen klar abgegrenzt sind, können sie mittels optischer Sensoren klar erkannt werden, und es ist nicht schwierig, die Schneidprozesse auf der Zigarettenmaschine mit dem Papierlauf so zu synchronisieren, dass die diskreten Bereiche sich auf jeder Zigarette in der gewünschten Position nahe dem Filter befinden.
Zusätzlich ist die Luftdurchlässigkeit in jedem der perforierten Bereiche konstant. Daher braucht die Perforationseinrichtung nur mit einer der Papierbahngeschwindigkeit entsprechenden Taktung ein- und ausgeschaltet werden. Dies ist viel einfacher, als einem kontinuierlichen Luftdurchlässigkeitsprofil zu folgen. Auch diskrete Bereiche mit verschiedener aber innerhalb des Bereichs konstanter Luftdurchlässigkeit zu perforieren, bereitet keine Schwierigkeiten, da bei jedem Ein- und Ausschalten der Perforationseinrichtung einfach die Perforationsleistung eingestellt werden kann.
Genaue Beschreibung der Erfindung
Im Folgenden sollen nun einige Beispiele den gewünschten erfindungsgemäßen Effekt demonstrieren.
Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer Zigarette mit einer beispielhaften
Ausführung des erfindungsgemäßen Zigarettenpapiers 1, das einen ersten perforierten Bereich 2, einen zweiten perforierten Bereich 3 und weitere perforierte Bereiche 4 umfasst. In der Darstellung ist das Zigarettenpapier 1 von der Tabaksäule 7 der Zigarette teilweise abgerollt. Weiterhin dargestellt ist ein Filter 6 und ein diesen teilweise umhüllendes Mundstücksbelagpapier 5 sowie eine Querseite A.
Figur 2 zeigt das spezielle Perforationsmuster des Zigarettenpapiers, um den gewünschten
Effekt zu erzielen. Dieses Muster ergibt sich aus dem typischen Herstellungsprozess maschinell gefertigter Zigaretten. Dabei entsprechen die mit Nummern bezeichneten perforierten Bereiche des Papierstreifens in Fig. 2 jenen der Fig. 1. Bei der Herstellung von Zigaretten wird zunächst ein endloser Tabakstrang geformt, der dann durch Schnitte entlang der Linien B in Teile mit der doppelten Länge des Tabakstrangs einer Zigarette geteilt wird. In einem nachfolgenden Schritt der Zigarettenherstellung wird dieser doppelt lange Teil des Tabakstrang entlang der Linie C in zwei Teile geteilt und in axialer Richtung auseinandergerückt, sodass ein doppelt langer Filterstöpsel eingelegt werden kann. Der gesamte doppelt lange Filter und Teilbereich der an den Filter anschließenden Tabakstränge werden mit einem doppelt breiten Mundstücksbelagpapier verklebt und umwickelt. Danach wird diese mittels des doppelt langen Filters verbundene Doppelzigarette durch einen letzten Schnitt durch die Mitte des Filters in zwei Zigaretten geteilt. Das durch Perforation am Zigarettenpapier herzustellende Muster kann auch an andere Verfahren der Zigarettenherstellung angepasst werden.
BEISPIEL 1
Ausgangspunkt der Beispiele ist ein Zigarettenpapier mit den folgenden Daten:
Flächengewicht 28 g/m2
Füllstoffanteil 21% der Papiermasse
Füllstoff Kalk
Brandsalzanteil 1%
Brandsalz Kaliumzitrat
Luftdurchlässigkeit 6 CU
Diffusivität 0,2 cm/s (für C02)
Die Diffusivität ist die Diffusionskonstante des Papiers [cm2/s] dividiert durch die Dicke des Papiers [cm]. Sie ist ein Transferkoeffizient und beschreibt damit den bei gegebener Konzentrationsdifferenz durch das Papier tretenden Gasstrom unabhängig von der Dicke des Papiers. Die Diffusivität kann beispielsweise mit einem C02 Diffusivity Meter der Firma Sodim gemessen werden.
Selbstverständlich können ebenso gute Ergebnisse auch mit anderen Zigarettenpapieren, beispielsweise mit anderem Flächengewicht, anderen Füllstoffen und Füllstoffanteil, anderen Brandsalzen und Brandsalzanteil erzielt werden, sofern deren Luftdurchlässigkeit vor der Perforation entsprechend niedrig, also typischerweise kleiner als etwa 15 CU oder deren Diffusionskonstante kleiner als etwa 0,35 cm/s ist, um die Selbstverlöschung der daraus gefertigten Zigaretten sicherzustellen.
Dieses Zigarettenpapier wurde nun vollflächig elektrostatisch perforiert, sodass eine Luftdurchlässigkeit von 50 CU, 100 CU, 150 CU und 200 CU erreicht wurde.
Aus demselben Zigarettenpapier wurden weitere Papiermuster hergestellt, bei denen statt der gesamten Fläche diskrete Bereiche perforiert sind. Diese Bereiche wurden als Bänder ausgeführt, sodass der perforierte Bereich eine bestimmte Breite besitzt, aber die Zigarette in Umfangsrichtung vollständig umschließt. Die Papiere wurden mit ein oder zwei Bändern ausgestattet, wobei nichts dagegen spricht, auch mehr Bänder vorzusehen. Die Spezifikationen dieser Papiere sind in Tabelle 1 angegeben.
Tabelle 1 : Spezifikationen der Papiermuster.
Bereich 1 Bereich 2 Vergleichbare
Muster Abstand* Breite Luftdur chl. Abstand* Breite Luftdur chl. Luftdurchl.**
[mm] [mm] [CU] [mm] [mm] [mm] [CU]
A 1 6 160 50
B 1 6 650 200
C 1 6 120 30 6 120 50
D 1 6 240 30 6 240 100
E 1 6 370 30 6 370 150
F 1 6 500 30 6 500 200
G 3 6 160 50
H 5 6 160 50
J 1 7 140 50
K 1 9 110 50
L 1 6 130 30 6 90 50
M 1 6 410 30 6 270 150
N 1 20 90 50
* Der Abstand ist die Distanz von der Vorderkante des Mundstückbelagpapiers zum Beginn des diskreten perforierten Bereichs.
** Die vergleichbare Luftdurchlässigkeit ist die Luftdurchlässigkeit des vollflächig perforierten Zigarettenpapiers, das dieselben Abrauchwerte auf der Testzigarette erzielt wie das in diskreten Bereichen perforierte Zigarettenpapier.
Aus allen Papieren wurden Zigaretten mit den folgenden Spezifikationen gefertigt:
Zigarettenlänge 84 mm
Filterlänge 20 mm Länge Mundstückbelagspapier 24 mm
Länge Tabakstrang 64 mm
Länge sichtbarer Tabakstrang 60 mm
Durchmesser 7,8 mm
Tabakgewicht 650 mg
Tabakmischung American Blend
Filterventilationsgrad 15%
Diese Spezifikationen verstehen sich nur als Beispiel, die Erfindung kann selbstverständlich auf jedes andere Zigarettendesign mit vergleichbarem Erfolg angewendet werden.
Bei allen Zigarettenmustern wurden zunächst die Entzündungsneigung nach ASTM E2187- 04b bestimmt. Gemäß ASTM E2187-04b wurden pro Zigarettenpapier 40 Zigaretten getestet und bei allen Proben verlöschten 90% oder mehr der getesteten Zigaretten, wobei keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den Proben festgestellt werden konnten.
Die Zigaretten wurden weiters nach dem in DIN ISO 4387 dargestellten Verfahren abgeraucht. Bei diesem Verfahren wird jede Minute einmal ein Volumen von 35 cm3 in 2 Sekunden am Mundende der glimmenden Zigarette angesaugt. Dieses Ansaugen von 35 cm3 bezeichnet man als Zug. Das Verfahren wird dabei solange wiederholt, bis die Zigarette soweit abgeraucht ist, dass sie eine durch die Norm vorgegebene Mindestlänge unterschreitet. Der Rauch wird durch einen Glasfaserfilter gesaugt, der später chemisch analysiert wird. Daraus werden das nikotinfreie Trockenkondensat ("Teer") und das Nikotin bestimmt und üblicherweise in der Einheit mg pro Zigarette angegeben.
Das maschinelle Abrauchen erfolgte auf einer Rauchmaschine der Marke Borgwaldt RM20, die jedoch so modifiziert war, das jeder Zug an der Zigarette durch einen anderen Glasfaserfilter geleitet wurde, sodass nach Analyse die Abrauchwerte jedes Zuges bestimmt werden konnten. Zu jedem Papiermuster wurden 20 Zigaretten auf diese Weise maschinell abgeraucht.
Da beim ersten Zug, die Zigarette angezündet wird, stellt der erste Zug eine Besonderheit hinsichtlich seiner Abrauchwerte dar und wird von den Betrachtungen ausgeschlossen. Ebenso ist es beim genormten, maschinellen Abrauchen möglich, dass der letzte Zug nicht mehr vollständig ausgeführt werden kann, weil die Zigarette während des Zuges die vorgeschriebene Mindestlänge unterschreitet. Ein solcher Zug ("fractional puff) wird als Bruchteil eines ganzen Zuges registriert. Um die Darstellung zu vereinfachen, wird deshalb auch der letzte Zug von den Betrachtungen ausgeschlossen.
Im Allgemeinen kommt es von Zug zu Zug zu einem monotonen Ansteigen der Abrauchwerte. Um nun die Ungleichmäßigkeit der Abrauchwerte von Zug zu Zug zu beschreiben, wird das Verhältnis des nikotinfreien Trockenkondensats ("Teer") zwischen dem vorletzten Zug und dem zweiten Zug an der Zigarette gebildet. In Tabelle 2 ist nun dieses Verhältnis angeführt. Je höher also dieses Verhältnis, umso stärker nehmen die Abrauchwerte von Zug zu Zug zu und umso ungleichmäßiger ist das Zugprofil.
Tabelle 2: Ungleichmäßigkeit der Abrauch werte
*** Der Vergleichswert ist das Verhältnis von Teer zwischen dem vorletzten und dem zweiten Zug für eine Zigarette mit einem vollflächig perforierten Zigarettenpapier mit der in Tabelle 1 angegebenen Luftdurchlässigkeit.
Es zeigt sich bei allen Mustern eine Verbesserung in der Gleichmäßigkeit des Zugprofils, wobei typischerweise eine Reduktion des beobachteten Verhältnisses der Teerwerte von etwa 5% bis 20% erreicht wird.
BEISPIEL 2: Muster A und B
Zunächst zeigt sich, dass die Konzentration der Perforation in diskreten Bereichen nahe des Filters eine Reduktion der Luftdurchlässigkeit erlaubt, da sich die perforierten Bereiche nun in einer Region befinden, in der während des Rauchens die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck im Inneren des Tabakstrangs höher ist als in näher beim Glutkegel gelegenen Regionen. Das vollflächig perforierte Papier weist eine Luftdurchlässigkeit von 50 CU auf einer Länge von 60 mm auf, während Muster A nur auf einem Zehntel dieser Länge, nämlich 6 mm perforiert ist. Zu erwarten wäre, dass, um denselben Luftstrom in die Zigarette zu erzeugen, die 10-fache Luftdurchlässigkeit, also 500 CU benötigt wird. Überraschend zeigt sich aber, dass bereits 160 CU ausreichen, um dieselben Abrauchwerte zu erzielen. Hinsichtlich der Gleichmäßigkeit des Zugprofils kommt es zu einer Verbesserung im Teerverhältnis um etwa 13% von 1 ,42 auf 1,23. Bei höheren Luftdurchlässigkeiten, Muster B, ist dieser Effekt noch ausgeprägter. Auch hier genügt eine Luftdurchlässigkeit von 650 CU anstatt eines nominellen Werts von 200 x 60/6 = 2000 CU.
BEISPIEL 3: Muster C-F
Perforiert man das Zigarettenpapier statt in einem diskreten Bereich in zwei diskreten Bereichen, dann können die zu einer Zigarette mit einem vollflächig perforierten Zigarettenpapier vergleichbaren Abrauchwerte mit einer noch niedrigeren Luftdurchlässigkeit erreicht werden. Dies ist nahe liegend, da im Vergleich zu nur einem perforierten Bereich die perforierte Fläche nun doppelt so groß ist. Theoretisch könnte also in Muster C die Luftdurchlässigkeit halb so groß, also 80 CU, gewählt werden. Jedoch liegt der zweite perforierte Bereich weiter vom Mundende entfernt und damit in einer Region, in der die Druckdifferenz nicht mehr so groß ist. Zudem wird er während des Rauchvorgangs konsumiert. Sein Beitrag ist daher geringer und deshalb mussten beide Bereiche in Muster C mit 120 CU perforiert werden, um die Abrauchwerte einer Zigarette mit vollflächig perforiertem Papier von 50 CU vergleichbar zu gestalten. Bei den höheren Luftdurchlässigkeiten der Muster D, E und F gelten diese Überlegungen analog.
Bezüglich des Verhältnisses der Teerwerte sieht man eine deutliche Verbesserung gegenüber der vollflächigen Perforation von etwa 10% bis 20%, jedoch ist die Verbesserung nicht mehr so ausgeprägt, wie bei nur einem perforierten Bereich.
Wegen der niedrigeren Luftdurchlässigkeit kann aber mit geringerer Leistung oder höherer Geschwindigkeit perforiert werden, sodass dieser Vorteil gegen die geringere Verbesserung in der Gleichmäßigkeit des Zugprofils abzuwägen ist.
BEISPIEL 4: Muster A, G und H
Die Muster A, G und H unterscheiden sich ausschließlich im Abstand des perforierten Bereichs von der Vorderkante des Mundstückbelagpapiers. Im Muster A beträgt er 1 mm, in Muster G 3 mm und schließlich in Muster H 5 mm. Es zeigt sich, dass zwar eine Verbesserung in der Gleichmäßigkeit des Zugprofils gegenüber dem vollflächig perforierten Papier eintritt, jedoch nimmt das Ausmaß dieser Verbesserung rasch ab, wenn sich der erste perforierte Bereich von der Vorderkante des Mundstückbelagpapiers zu weit entfernt. Konkret nimmt die Verbesserung von 13% auf etwa 8% bei 3 mm und auf nur noch 5% bei 5 mm Abstand ab. Man wird also danach streben, diesen Abstand wenigstens kleiner als 10 mm und bevorzugt kleiner als 5 mm zu halten.
BEISPIEL 4: Muster A, J, K und N und B
Die Muster A, J, K und N unterscheiden sich zunächst in der Breite des perforierten Bereichs. Entsprechend wurde auch die Luftdurchlässigkeit angepasst, um vergleichbare Abrauchwerte zu erzielen. In Muster A, mit einer Breite von 6 mm, beträgt sie 160 CU, bei Muster J mit einer Breite von 7 mm etwa 140 CU, bei Muster K mit 9 mm Breite noch 1 10 CU und bei Muster N mit einer Breite von 20 mm schließlich nur noch 80 CU.
Es konnte eine Verbesserung in der Gleichmäßigkeit des Zugprofils von 7% bis 14% erreicht werden. Dies zeigt, dass der Einfluss der Breite eher gering ist. Es darf angenommen werden, dass der perforierte Bereich auch mehr als 20 mm breit sein darf, wenn eine Verbesserung erzielt werden soll. Aufgrund dieser Daten wird man den perforierten Bereich höchstens etwa 25 mm breit wählen.
Die minimale Breite ist begrenzt durch die maximale Luftdurchlässigkeit, die in einem solchen schmalen Bereich durch Perforationseinrichtungen erzielt werden kann, ohne die Zugfestigkeit des Papiers zu stark zu beeinträchtigen. Nimmt man Muster B, mit 650 CU auf einer Breite von 6 mm, als Anhaltspunkt, dann wird man einen 2 mm breiten Bereich nominell mit 1950 CU perforieren müssen, um dasselbe Ergebnis zu erzielen. Dies ist bereits eine sehr hohe Luftdurchlässigkeit, die mit Perforationseinrichtungen in einem so kleinen Bereich schon schwierig zu erzielen ist, weshalb die Breite des perforierten Bereichs zwischen 2 mm und 25 mm liegen soll, bevorzugt zwischen 4 mm und 12 mm und besonders bevorzugt zwischen 5 mm und 9 mm.
BEISPIEL 5: Muster A, E, L und M
Muster L und M schließlich zeigen, dass die Luftdurchlässigkeit der beiden perforierten Bereiche nicht gleich sein muss. Aufgrund der bisherigen Ergebnisse scheint es vorteilhaft, jenen Bereich, der näher am Mundende liegt, stärker zu perforieren. In den Mustern L und M beträgt die Luftdurchlässigkeit des ersten Bereichs etwa 150% der Luftdurchlässigkeit des zweiten Bereichs.
Die erzielte Verbesserung im Verhältnis der Teerwerte liegt mit etwa 13% (Muster L) vergleichbar einem Papier mit einem perforierten Bereich aus Muster A.
Bei höherer Luftdurchlässigkeit, wie in den Mustern E und M, zeigt sich jedoch, dass eine gleichartige Perforation beider Bereiche (Muster E, 370 CU) mit -1 1.6% ein schlechteres Ergebnis bringt als das ungleich perforierte Papier aus Muster M (410 CU/270 CU) mit -15% Veränderung im Verhältnis der Teerwerte.
Jedenfalls darf aus diesen Ergebnissen geschlossen werden, dass es nicht vorteilhaft ist, den zweiten Bereich stärker als den ersten Bereich zu perforieren. Wohingegen man, soweit es technisch sinnvoll und mit den Abrauchwerten vereinbar ist, versuchen wird, den zweiten Bereich weniger zu perforieren.
Analog gilt für mehrere perforierte Bereiche, dass, vom Mundende zum Glutkegel gesehen, jeder Bereich weniger stark perforiert sein sollte als sein Vorgänger.
Es spricht auch nichts dagegen spricht, die Breite der Bereiche unterschiedlich zu gestalten. Ebenso kann auch die Position der perforierten Bereiche variiert werden.
Insgesamt sind noch viele weitere Variationen dieser Erfindung denkbar, die Beispiele hier sollen nur das Prinzip der Erfindung verdeutlichen und verstehen sich nicht als Einschränkung.

Claims

Patentansprüche
1. Zigarettenpapier (1), das einer daraus gefertigten Zigarette selbstverlöschende Eigenschaften verleiht, wobei das Zigarettenpapier mindestens einen ersten diskreten Bereich (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Bereich perforiert ist und eine Luftdurchlässigkeit aufweist, die größer ist als die Luftdurchlässigkeit außerhalb des perforierten Bereichs.
2. Zigarettenpapier nach Anspruch 1, wobei die Luftdurchlässigkeit innerhalb des perforierten Bereichs (2) über den gesamten perforierten Bereich konstant ist.
3. Zigarettenpapier nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lundurchlässigkeit innerhalb des perforierten Bereichs (2) von 50 CU bis 2000 CU, vorzugsweise von 100 CU bis 1000 CU beträgt.
4. Zigarettenpapier nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Breite des perforierten Bereichs (2) zwischen 2 mm und 25 mm, vorzugsweise zwischen 4 mm und 12 mm, besonders bevorzugt zwischen 5 mm und 9 mm beträgt.
5. Zigarettenpapier nach einem der vorangehenden Ansprüche, das weiterhin eine Querseite A umfasst, die dazu vorgesehen ist, in der gefertigten Zigarette einem Filter (6) zugewandt zu sein, wobei der perforierte Bereich (2) innerhalb des an die Querseite A angrenzenden Drittels, vorzugsweise innerhalb des an die Querseite A angrenzenden Viertels, besonders bevorzugt innerhalb des an die Querseite A angrenzenden Fünftels, bezogen auf die Länge des Zigarettenpapiers, liegt.
6. Zigarettenpapier nach einem der vorangehenden Ansprüche, das weiterhin eine Querseite A umfasst, die dazu vorgesehen ist, in der gefertigten Zigarette einem Filter (6) zugewandt zu sein, bei dem die mittlere Lundurchlässigkeit innerhalb der an die Querseite A angrenzenden Hälfte oder Drittel, bezogen auf die Länge des Zigarettenpapiers, größer ist als die mittlere Luftdurchlässigkeit im übrigen Teil des Zigarettenpapiers.
7. Zigarettenpapier nach einem der vorangehenden Ansprüche, das mindestens einen zweiten diskreten Bereich (3) umfasst, der perforiert ist und der von dem ersten perforierten Bereich (2) durch einen Bereich getrennt ist, der nicht perforiert ist.
8. Zigarettenpapier nach Anspruch 7, wobei der zweite perforierte Bereich (3) von der Querseite A weiter entfernt liegt als der erste perforierte Bereich (2).
9. Zigarettenpapier nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Luftdurchlässigkeit innerhalb des zweiten perforierten Bereichs (3) kleiner ist als die Luftdurchlässigkeit innerhalb des ersten perforierten Bereichs (2).
10. Zigarettenpapier nach einem der Ansprüche 7 bis 9, das mindestens einen weiteren diskreten Bereich (4) umfasst, der perforiert ist und der von dem ersten perforierten Bereich (2) und dem zweiten perforierten Bereich (3) durch mindestens einen Bereich getrennt ist, der nicht perforiert ist.
1 1. Zigarettenpapier nach Anspruch 10, wobei der weitere perforierte Bereich (4) von der Querseite A weiter entfernt liegt als der erste perforierte Bereich (2) und der zweite perforierte Bereich (3).
12. Zigarettenpapier nach Anspruch 10 oder 1 1, wobei die Luftdurchlässigkeit innerhalb des weiteren perforierten Bereichs (4) kleiner ist als die Luftdurchlässigkeit innerhalb des ersten perforierten Bereichs (2) und des zweiten perforierten Bereichs (3).
13. Zigarettenpapier nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Luftdurchlässigkeit außerhalb eines perforierten Bereichs weniger als 15 CU, vorzugsweise weniger als 10 CU beträgt.
14. Zigarettenpapier nach einem der vorangehenden Ansprüche, das eine mittlere C02- Diffusivität von weniger als 0,35 cm/s, vorzugsweise weniger als 0,25 cm/s, besonders bevorzugt weniger als 0,20 cm/s aufweist.
15. Zigarette, die ein Zigarettenpapier (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 umfasst, und die weiterhin einen Filter (6) und ein Mundstücksbelagpapier (5) umfasst, wobei der Abstand zwischen dem Mundstücksbelagpapier (5) und dem ersten perforierten Bereich (2) weniger als 10 mm, vorzugsweise weniger als 5 mm beträgt.
16. Verfahren zur Herstellung eines Zigarettenpapiers nach einem der Ansprüche 1 bis 14, das einen Perforationsschritt zum Erzeugen von mindestens einem perforierten Bereich durch elektrostatische Perforation, Laserperforation und/oder mechanische Perforation umfasst.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Perforationsschritt auf einer Zigarettenmaschine oder auf einer von der Zigarettenmaschine getrennten Einrichtung durchgeführt wird.
18. Verwendung eines Papiers zur Herstellung eines Zigarettenpapiers nach einem der Ansprüche 1 bis 14, vorzugsweise nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 15 und 16, wobei das Papier als Papierbahn mit einer Breite von 0,3 m bis 5 m oder von 9 mm bis 35 mm vorliegt.
19. Verwendung eines Zigarettenpapiers nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Herstellung einer Zigarette nach Anspruch 15.
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