EP2739781B1

EP2739781B1 - Zigarettenpapier mit füllstoff mit spezieller partikelgrössenverteilung

Info

Publication number: EP2739781B1
Application number: EP20130776758
Authority: EP
Inventors: Dieter Möhring; Roland Zitturi; Kannika PESENDORFER; Dietmar Volgger
Original assignee: Delfortgroup AG
Current assignee: Delfortgroup AG
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2033-10-08
Also published as: PH12015500521A1; EP2739781A1; PL2739781T3; CN104685124A; WO2014056912A1; BR112015005266A2; BR112015005266B1; CN104685124B; PH12015500521B1; MY168555A; US9414626B2; DE102012109642B3; ES2542685T3; DE102012109642B8; US20150327593A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zigarettenpapier, das Zellstofffasern und Füllstoffpartikel enthält. Dabei schließt der Begriff "enthalten" nicht aus, dass das Zigarettenpapier noch weitere Bestandteile enthält. Insbesondere betrifft sie ein Zigarettenpapier, das es gestattet, die Menge an Kohlenmonoxid im Zigarettenrauch zu vermindern, sowie eine zugehörige Zigarette.

HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK

Es ist allgemein bekannt, dass der Zigarettenrauch viele schädliche Substanzen, darunter auch Kohlenmonoxid enthält. Es besteht daher ein großes Interesse in der Industrie, Zigaretten zu produzieren, deren Rauch nennenswert weniger schädliche Substanzen enthält. Zur Reduktion der Menge an solchen Substanzen sind Zigaretten oft mit Filtern, typischerweise aus Zelluloseacetat, ausgestattet. Diese Filter sind jedoch nicht geeignet, den Gehalt an Kohlenmonoxid im Rauch der Zigarette zu reduzieren, da Zelluloseacetat das Kohlenmonoxid nicht absorbieren kann. Verschiedene Vorschläge, Katalysatoren in den Filter einzubauen, um Kohlenmonoxid in das weniger schädliche Kohlendioxid umzuwandeln, waren bisher teils aus funktionalen, teils aus wirtschaftlichen Gründen nicht erfolgreich.
Es ist auch bekannt, den in der Zigarette entstehenden Rauch beispielsweise durch einen durch eine Perforation des Mundstückbelagspapiers strömenden Luftstrom zu verdünnen. Dadurch kann zwar der Gehalt an Kohlenmonoxid im Zigarettenrauch reduziert werden, jedoch um den Preis, dass auch die den Geschmack der Zigarette bestimmenden Substanzen verdünnt werden und damit der Geschmackseindruck der Zigarette und die Kundenakzeptanz verschlechtert werden. Die Substanzen im Zigarettenrauch werden durch ein Verfahren bestimmt, bei dem die Zigaretten nach genormten Vorgaben abgeraucht werden. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in ISO 4387 beschrieben. Dabei wird die Zigarette zunächst am Beginn des ersten Zuges angezündet und dann jede Minute ein Zug am Mundende der Zigarette mit einer Dauer von 2 Sekunden und einem Volumen von 35 cm³ bei einem sinusförmigen Zugprofil an der Zigarette durchgeführt. Die Züge werden dabei solange wiederholt, bis die Zigarette eine bestimmte, in der Norm vorgegebene Länge unterschreitet. Der aus dem Mundende der Zigarette während der Züge strömende Rauch wird in einem Cambridge Filter Pad gesammelt und dieser Filter wird danach hinsichtlich seines Gehalts an verschiedenen Substanzen, beispielsweise Nikotin, chemisch analysiert. Die aus dem Mundende der Zigarette während der Züge durch das Cambridge Filter Pad hindurchströmende Gasphase wird gesammelt und ebenfalls chemisch analysiert, beispielsweise um den Gehalt an Kohlenmonoxid im Zigarettenrauch zu ermitteln.
Während des genormten Abrauchens befindet sich die Zigarette also in zwei strömungstechnisch unterschiedlichen Zuständen. Während des Zuges besteht eine nennenswerte Druckdifferenz, typischerweise im Bereich von 200 Pa bis 1000 Pa zwischen der dem Tabak zugewandten Innenseite und der Außenseite des Zigarettenpapiers. Durch diese Druckdifferenz strömt Luft durch das Zigarettenpapier in den Tabakteil der Zigarette und verdünnt den während des Zuges entstehenden Rauch. Während dieser Phase, die pro Zug 2 Sekunden dauert, wird das Ausmaß der Verdünnung des Zigarettenrauchs durch die Luftdurchlässigkeit des Papiers bestimmt. Die Luftdurchlässigkeit wird nach ISO 2965 bestimmt und gibt an, welches Luftvolumen pro Zeiteinheit, pro Flächeneinheit und pro Druckdifferenz durch das Zigarettenpapier strömt und hat daher die Einheit cm³/(min cm² kPa). Sie wird oft als CORESTA Einheit (CU, CORESTA Unit) bezeichnet (1 CU = 1 cm³/(min cm² kPa)). Mit diesem Wert wird die Strangventilation einer Zigarette gesteuert, also der Luftstrom, der bei einem Zug an der Zigarette durch das Zigarettenpapier in die Zigarette strömt. Üblicherweise liegt die Luftdurchlässigkeit von Zigarettenpapieren im Bereich von 0 CU bis 200 CU, wobei der Bereich von 20 CU bis 120 CU im Allgemeinen bevorzugt wird.
Im Zeitraum zwischen den Zügen hingegen glimmt die Zigarette ohne eine nennenswerte Druckdifferenz zwischen dem Inneren des Tabakteils der Zigarette und der Umgebung, sodass der Gastransport durch die Gaskonzentrationsdifferenz zwischen Tabakteil und Umgebung bestimmt wird. Dabei kann auch Kohlenmonoxid durch das Zigarettenpapier hindurch aus dem Tabakteil in die Umgebungsluft diffundieren. In dieser Phase, die nach dem in ISO 4387 beschriebenen Verfahren pro Zug 58 Sekunden dauert, ist die Diffusionskapazität des Zigarettenpapiers der für die Reduktion des Kohlenmonoxids maßgebliche Parameter.
Die Diffusionskapazität ist ein Transferkoeffizient und beschreibt die Durchlässigkeit des Zigarettenpapiers für einen Gasstrom, der durch eine Konzentrationsdifferenz verursacht wird. Genauer bezeichnet die Diffusionskapazität das durch das Papier pro Zeiteinheit, pro Flächeneinheit und pro Konzentrationsdifferenz tretende Gasvolumen und hat daher die Einheit cm³/(s cm²) = cm/s. Die Diffusionslcapazität eines Zigarettenpapiers für CO₂ kann beispielsweise mit dem CO₂ Diffusivity Meter der Firma Sodim bestimmt werden und steht in einem engen Zusammenhang mit der Diffusionskapazität eines Zigarettenpapiers für CO.
Aus den obigen Betrachtungen ergibt sich, dass die Diffusionskapazität des Zigarettenpapiers eine eigenständige, wichtige Bedeutung für den Kohlenmonoxidgehalt im Zigarettenrauch hat und dass sich die Werte an Kohlenmonoxid im Zigarettenrauch durch Erhöhung der Diffusionskapazität verringern lassen. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die aus dem Stand der Technik bekannten selbstverlöschenden Zigaretten von Bedeutung, bei denen vergleichsweise hohe Werte an Kohlenmonoxid beobachtet werden. Bei solchen Zigaretten werden brandhemmende Streifen auf das Zigarettenpapier aufgebracht, um in einem genormten Test (ISO 12863) Selbstverlöschung zu erzielen. Dieser oder ein ähnlicher Test ist beispielsweise Bestandteil gesetzlicher Regelungen in den USA, Kanada, Australien und der Europäischen Union. Die erhöhten Werte an Kohlenmonoxid kommen dadurch zustande, dass das Kohlenmonoxid nur in sehr geringem Ausmaß durch die brandhemmenden Streifen aus der Zigarette diffundieren kann. Es wäre daher von großem Vorteil, Zigarettenpapiere zur Verfügung zu haben, die diesen unerwünschten Nebeneffekt kompensieren.
In der Praxis stellt es sich allerdings als äußerst schwierig heraus, die Diffusionskapazität unabhängig von der Luftdurchlässigkeit des Papiers im Papierherstellungsprozess einzustellen. Die Luftdurchlässigkeit ist jedoch ihrerseits in den meisten Fällen Gegenstand der von den Zigarettenherstellern vorgegebenen Papierspezifikationen, sodass sich - unter dieser Vorgabe - die Diffusionskapazität praktisch aus dem Papierherstellungsprozess ergibt und nur in einem sehr kleinen Bereich variiert werden kann (vergleiche auch B.E.: The influence of the pore size distribution of cigarette paper on its diffusion constant and air permeability, SSPT17, 2005, CORESTA meeting, Stratford-upon-Avon, UK). Denn sowohl die Luftdurchlässigkeit als auch die Diffusionskapazität werden durch die Porenstruktur des Zigarettenpapiers bestimmt, wobei zwischen diesen Größen ein Zusammenhang besteht, der annähernd durch D* ∼Z^(1/2) gegeben ist, wobei D* die Diffusionskapazität und Z die Luftdurchlässigkeit bezeichnet. Dieser Zusammenhang gilt vor allem dann in sehr guter Näherung, wenn die Luftdurchlässigkeit des Papiers primär durch die Mahlung der Zellstofffasern eingestellt wird.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ansätze bekannt, um die Diffusionskonstante des Zigarettenpapiers zu erhöhen, beispielsweise durch Zugabe von thermisch instabilen Substanzen ( WO 2012013334 ) oder durch Wahl der mittleren Größe der Füllstoffteilchen ( EP 1450632 , EP 1809128 ). Trotz solcher Versuche mangelt es immer noch an einer Möglichkeit, die Diffusionskapazität bei vorgegebener Luftdurchlässigkeit wesentlich zu erhöhen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zigarettenpapier anzugeben, welches eine selektive Verringerung des Kohlenmonoxidgehalts im Zigarettenrauch bei vorgegebener Luftdurchlässigkeit ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Zigarettenpapier nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß enthält das Zigarettenpapier Zellstofffasern und Füllstoff, wobei mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 70 Gew.-% und besonders vorzugsweise mindestens 90 Gew.-% des Füllstoffs eine nach ISO 13320 mit Mie-Korrektur für Calcit gemessene Partikelgrößenverteilung hat, für deren Verteilungsparameter p = d₁₀+2·d₃₀+2-d₇₀-d₉₀ gilt: p ≤ 5,0 µm, vorzugsweise p ≤ 4,0 µm und besonders vorzugsweise p ≤ 3,5 µm, und p ≥ - 1,0 µm, vorzugsweise p ≥ 0,0 µm und besonders vorzugsweise p ≥ 1,0 µm.
Die Partikelgrößenverteilung kennzeichnet den granulometrischen Zustand eines Partikelkollektivs und beschreibt die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Partikelgröße im Partikelkollektiv. Gemäß ISO 13320 wird die Partikelgröße anhand des Beugungsmusters eines Laserstrahls bestimmt. Zur Berechnung der Partikelgröße aus dem Beugungsmuster gelangen verschiedene Modelle, beispielweise nach Fraunhofer oder nach Mie zum Einsatz. Für die hier relevanten Partikelgrößen wird das Modell nach Mie mit Materialparametern für Calcit verwendet. Aus der auf diese Weise gemessenen Partikelgrößenverteilung kann man beispielsweise entnehmen, welcher Volumenanteil der Partikel kleiner als eine vorgegebene Größe ist. Solche Anteile können beispielsweise in der Form "d_x" angegeben werden, wobei x für eine Zahl zwischen 0 und 100 steht und d ein Maß der Partikelgröße ist. Beispielsweise bedeutet d₁₀ = 0,5 µm, dass 10 Vol.-% der Partikel im Kollektiv kleiner als 0,5 µm sind.
Die Partikelgröße "d" entspricht dabei dem Durchmesser eines kugelförmigen Partikels. Bei Partikeln ohne Kugelform, entspricht sie jenem Durchmesser, den ein kugelförmiges Partikel besitzt, das, gemessen nach ISO 13320, zu demselben Ergebnis führt, wie das Partikel ohne Kugelform.
Dabei können die Partikel, die gemäß der obengenannten Partikelgrößenverteilung verteilt sind, zum überwiegenden Teil plättchenförmig oder nicht-plättchenförmig sein und insbesondere aus Kalk bestehen. Als nicht-plättchenförmig wird hierbei ein Partikel betrachtet, bei dem die Länge 1 und die Breite b weniger als viermal so groß, vorzugsweise weniger als doppelt so groß sind, wie die Dicke d, wobei die Länge 1, die Breite b und die Dicke d jeweils den maximalen Abmessungen in drei zueinander orthogonalen Raumrichtungen entsprechen. Bei der idealisierten Vorstellung einer nahezu quaderförmigen Geometrie könnten die Länge 1, die Breite b und die Dicke d beispielsweise den Kantenlängen des Quaders entsprechen, d. h. es ist keinesfalls nötig, dass die Länge 1 der längsten Abmessung des Partikels entspricht, welche bei einem idealisierten Quader der Raumdiagonale entsprechen würde. In der Regel wird die Länge 1 jedoch größer oder gleich der Breite b sein und sich ihrerseits um einen Faktor von 2,5 oder weniger von der längsten Raumrichtung des Partikels unterscheiden.
Die Erfinder haben gefunden, dass sich durch die Verwendung von Füllstoffen mit einer speziellen Partikelgrößenverteilung die Diffusionskapazität des Zigarettenpapiers besonders günstig beeinflussen lässt. Insbesondere lässt sich bei vorgegebener Luftdurchlässigkeit eine vergleichsweise hohe Diffusionskapazität erreichen.
Die Form der Partikelgrößenverteilung wird dabei durch die vier Werte d₁₀, d₃₀, d₇₀ und d₉₀ charakterisiert und daraus ein Verteilungsparameter p durch p=d₁₀+2·d₃₀+2·d₇₀-d₉₀ berechnet. Die Erfinder haben gefunden, dass es, wenn dieser Verteilungsparameter p eine Größe von etwa 5 µm unterschreitet, zu einem unerwarteten und starken Anstieg der Diffusionskapazität des Zigarettenpapiers kommt. Weiter haben die Erfinder gefunden, dass sich, wenn der Verteilungsparameter einen Wert von etwa 4 µm unterschreitet, ein Plateau ausbildet und kein ähnlich starker Anstieg in der Diffusionskapazität erwartet werden kann, sondern die Diffusionskapazität auf einem hohen Niveau bleibt. Dieser Zusammenhang ist in Fig. 3 dargestellt.
Der Verteilungsparameter p kann auch Werte kleiner als 0 µm annehmen, und im Allgemeinen wird man die Partikelgrößenverteilung so wählen, dass p größer als -1 µm ist.
Vorzugsweise ist die Partikelgrößenverteilung des gesamten Füllstoffs im Papier derart gewählt, dass der Verteilungsparameter p einen wie oben definierten Wert annimmt. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung auch möglich, einen Füllstoff mit der erfindungsgemäßen Partikelgrößenverteilung mit anderen Füllstoffen mit anderen Partikelgrößenverteilungen zu kombinieren, solange der Anteil des Füllstoffs mit einer erfindungsgemäßen Partikelgrößenverteilung ausreichend hoch ist, um den beschriebenen technischen Effekt bereitzustellen. Aus diesem Grund sollte der Anteil des Füllstoffs mit der erfindungsgemäßen Partikelgrößenverteilung am gesamten Füllstoffgehalt wie oben erwähnt mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 70 Gew.-% und insbesondere mindestens 90 Gew.-% betragen.
Bei dem Füllstoff handelt es sich vorzugsweise um gefällten Kalk. Da der Effekt, der durch die Füllstoffe im Papier bewirkt wird, primär physikalischer Natur ist, lassen sich ähnliche Vorteile jedoch auch mit anderen Füllstoffen erreichen, beispielsweise Magnesiumoxid, Magnesiumhydroxid, Aluminiumhydroxid, Titandioxid, Eisenoxid oder Kombinationen derselben.
Wie eingangs erwähnt ist die Diffusionskapazität D ^* bei üblichen Papieren in guter Näherung proportional zur Wurzel aus der Luftdurchlässigkeit Z in CU, das heißt es gilt D* ∼ Z^(1/2). Ein typischer Wert für die Diffusionskapazität für CO₂ bei einer Luftdurchlässigkeit von Z = 50 CU beträgt z. B. 1,65 cm/s. Bisher ist es technisch außerordentlich schwierig, die Diffusionskapazität D ^* unabhängig von der Luftdurchlässigkeit Z derart zu variieren, dass sich bei vorgegebener Luftdurchlässigkeit Z eine erhöhte Diffusionskapazität D ^* ergibt. Durch die erfindungsgemäße Verwendung von Füllstoff mit einer erfindungsgemäßen Partikelgrößenverteilung ist es jedoch möglich, die Diffusionskapazität D ^* für CO₂ bei einem ansonsten gleichen Papier mit einer Luftdurchlässigkeit von Z = 50 CU auf D^* ≥ 1,80 cm/s oder mehr anzuheben. Eine ähnliche relative Erhöhung der Diffusionskapazität D^* aufgrund Füllstoffs mit einer derartigen Partikelgrößenverteilung ergibt sich auch bei Luftdurchlässigkeiten Z, die von Z = 50 CU abweichen. Um diesen Effekt auch für allgemeine Luftdurchlässigkeiten von x CU zu quantifizieren, lässt sich die Diffusionskapazität D ^* für CO₂ unter Ausnutzung der Beziehung $D_{x}^{*} \sim Z^{(1 / 2)}$
auf eine erwartete Diffusionskapazität bei 50 CU normieren, indem man sie mit einem Faktor $\sqrt{50} / \sqrt{x}$
multipliziert, also $D_{50}^{*} = D_{x}^{*} \cdot \sqrt{50} / \sqrt{x} .$
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung gilt für die Diffusionskapazität $D_{x}^{*}$
für CO₂ eines Zigarettenpapiers mit einer Luftdurchlässigkeit von x CU daher: $D_{x}^{*} \cdot \sqrt{50} / \sqrt{x} \geq 1, 80 cm / s,$
vorzugsweise ≥ 1,90 cm/s und insbesondere ≥ 2,0 cm/s. Dies gilt insbesondere für Luftdurchlässigkeitswerte x aus dem Bereich 20 ≤ x ≤ 120, vorzugsweise 30 ≤ x ≤ 100, und zumindest für Papiere mit Füllstoffgehalten zwischen 20 und 40 Gew.-%.
Es zeigt sich, dass für den erfindungsgemäßen Effekt die gesamte Partikelgrößenverteilung wesentlich entscheidender ist als die mittlere Partikelgröße alleine, d. h. der erwünschte Effekt wird im Wesentlichen unabhängig von der mittleren Partikelgröße erzielt. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Medianwert d₅₀ der nach ISO 13320 mit Mie-Korrektur für Calcit gemessenen Partikelgrößenverteilung zwischen 0,2 µm und 4,0 µm, vorzugsweise zwischen 0,5 µm und 3,0 µm.
Der erfindungsgemäße Füllstoff kann dem Papier in der üblichen Weise beigegeben werden, wie es in der Papierherstellung dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt ist. Auch bei der Herstellung des Papiers bedarf es nach Beigabe des erfindungsgemäßen Füllstoffes keiner zusätzlichen, besonderen Maßnahmen.
Vorzugsweise beträgt der gesamte Füllstoffgehalt des Papiers zwischen 10 Gew.-% und 45 Gew.-%, besonders vorzugsweise zwischen 20 Gew.-% und 40 Gew.-%. Ferner hat das Zigarettenpapier vorzugsweise ein Flächengewicht von 10 g/m² bis 60 g/m², besonders vorzugsweise von 20 g/m² bis 35 g/m².
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Papier in Bereichen mit brandhemmenden Materialien behandelt, die geeignet sind, einer aus dem Papier gefertigten Zigarette Selbstverlöschungseigenschaften zu verleihen. Wie eingangs erwähnt wurde, behindern derartige brandhemmende Bereiche die Diffusion des CO aus der Zigarette heraus zwischen zwei aufeinander folgenden Zügen. Dies ist der Grund, weshalb man bei derartigen selbstverlöschenden Zigaretten typischerweise erhöhte CO-Werte beobachtet. Dies ist ein erhebliches Problem, weil der erhöhte Brandschutz die Gesundheitsschädlichkeit des Zigarettenrauchs nicht erhöhen sollte. Mit dem erfindungsgemäßen Zigarettenpapier lässt sich der typische Anstieg des CO-Gehalts im Zigarettenrauch aufgrund der brandhemmenden Bereiche durch die erhöhte Diffusionskapazität des Papiers in den unbehandelten Abschnitten zumindest teilweise kompensieren. Daher entfaltet die Erfindung in Zusammenhang mit derartig behandeltem Papier einen besonderen technischen Effekt.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Fig. 1: zeigt eine Tabelle, in der die Werte für d₁₀, d₃₀, d₇₀, d₉₀, für achtzehn verschiedene Kalksorten angegeben sind. Ferner zeigt die Tabelle Werte für die Luftdurchlässigkeit Z und die Diffusionskapazität D*, die sich für Zigarettenpapiere ergeben, welche den betreffenden Kalk in einem niedrigen (18 Gew.-%) bzw. hohen (28 Gew.-%) Anteil enthalten.
Fig. 2: zeigt eine Tabelle, die für dieselben Kalksorten und Papiere wie in Tabelle 1 die Werte $D_{50}^{*}$
für niedrigen und hohen Kalkgehalt sowie deren Differenz $Δ D_{50}^{*}$
enthält.
Fig. 3: zeigt eine grafische Darstellung von $Δ D_{50}^{*}$
in Abhängigkeit vom Verteilungsparameter p=d₁₀+2·d₃₀+2·d₇₀-d₉₀ der Partikelgrößenverteilung für die Papiere und Kalksorten von Fig. 1.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE UND VERGLEICHSBEISPIELE

Um den erfindungsgemäßen Effekt zu demonstrieren wurden Papierblätter aus Zellstofffasern gefüllt mit einer von 18 verschiedenen Kalksorten mit unterschiedlichen Partikelgrößenverteilungen getestet. Dabei wurden pro Kalksorte zwei Papierblätter hergestellt, eines mit einem Kalkgehalt von etwa 18 Gew.-% (Kalkgehalt "niedrig") und eines mit einem Kalkgehalt von etwa 28 Gew.-% (Kalkgehalt "hoch"). Diese Prozentangaben sind immer als Gewichtsprozent relativ zur Masse des Papierblatts zu verstehen.
Von jeder Kalksorte wurde die Partikelgrößenverteilung mittels Laserbeugung nach ISO 13320 bestimmt. Dabei wurde die Messung aller Kalksorten mit einem Gerät der Firma CILAS mit der Bezeichnung CILAS 1064 (Seriennummer 273) und die Auswertung mit der Software "The Particle Expert" v 6.15 durchgeführt. Für die computergestützte Auswertung wurde das Modell nach Mie für Calcit verwendet. Die Messung wurde mittels einer Nassdispersion durchgeführt, bei der die Probe in einer Flüssigkeit mittels des im Messgerät integrierten Ultraschalldispensors dispergiert wurde. Dieser Ultraschalldispensor wurde bei einer Leistung von 50 Watt und einer Frequenz von 38 kHz betrieben. Bei der verwendeten Flüssigkeit handelte es sich um destilliertes Wasser. Insgesamt wurden bei jeder Messung 500 ml Wasser in die Dispersionseinheit des Messgerätes gefüllt. Die Probenmenge bestand aus etwa 0,1 g des zu untersuchenden Materials im trockenen Zustand. Von jeder Probe wurden 6 Messungen durchgeführt, wobei bei Abweichen einer Messung ein Stabilitätstest von 15 Messungen durchgeführt wurde. Die Durchführung der Messungen erfolgte anhand der Bedienungsanleitung des verwendeten Geräts, wobei wenn nicht anders angegeben die Standardeinstellung des Geräts gewählt wurde, sowie nach ISO 13320. Die Auswertung der Partikelgrößenverteilung durch das Gerät liefert die Größen d₁₀, d₃₀, d₇₀ und d₉₀, aus denen gemäß p=d₁₀+2·d₃₀+2·d₇₀-d₉₀ der Verteilungsparameter p berechnet wurde.
Bei allen Papierblättern wurde die gleiche Zellstofffasermischung bestehend aus einem Gemisch aus Kurz- und Langfasern verwendet, um das Ergebnis nur von der Partikelgrößenverteilung des Kalks und dem Kalkgehalt abhängig zu machen. Im Anschluss an die Herstellung der Papierblätter wurden die Diffusionskapazität sowie die Luftdurchlässigkeit gemessen. Die Diffusionskapazität D* der Papiere wurde nach Konditionierung gemäß ISO 187 mit einem Sodim Paper Diffusivity Meter, Typ 95X-2 (Serie 4 Nr. 26) gemessen. Die Luftdurchlässigkeit Z der Papiere wurde nach ISO 2965 bestimmt, wobei ein Messkopf mit einer rechteckigen Öffnung von 10×20 mm verwendet wurde. Eine Zusammenstellung der Messdaten ist in Tabelle 1 gezeigt, die in Fig. 1 wiedergegeben ist.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Diffusionskapazität möglichst stark und die Luftdurchlässigkeit möglichst wenig zu beeinflussen, wenn man den Füllstoffgehalt verändert. Da die Papierblätter alle eine unterschiedliche Luftdurchlässigkeit aufweisen, ist es notwendig, die Werte auf die oben beschriebene Weise auf ein Papier mit einer einheitlichen Luftdurchlässigkeit - hier 50 CU - zu normieren.
Es ergeben sich dann die Werte in Tabelle 2, die in Fig. 2 wiedergegeben ist, wobei $Δ D_{50}^{*}$
die Differenz der Diffusionskapazitäten $D_{50}^{*}$
bei hohem und niedrigem Kalkgehalt bei einem Papier mit 50 CU Luftdurchlässigkeit bezeichnet.
Stellt man den Zusammenhang zwischen dem Verteilungsparameter p der Partikelgrößenverteilung des Füllstoffs und der Änderung $Δ D_{50}^{*}$
der Diffusionskapazität in einem Diagramm dar, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, dann zeigt sich, dass eine besonders hohe Änderung der Diffusionskapazität erreicht werden kann, wenn der Verteilungsparameter p höchstens 5,0 µm, vorzugsweise höchstens 4,0 µm und besonders vorzugsweise höchstens 3,5 µm beträgt, gleichzeitig aber wenigstens -1,0 µm, vorzugsweise wenigstens 0,0 µm und besonders vorzugsweise wenigstens 1,0 µm beträgt.
Die Papiere mit den Nummern 10 und 12-18 gehören also zu den erfindungsgemäßen Ausführungen, während die anderen Papiere zeigen, dass sich mit Füllstoffen mit Partikelgrößenverteilungen, deren Verteilungsparameter p außerhalb des erfindungsgemäßen Wertebereichs liegt, der gewünschte Effekt nicht erzielen lässt.
Wenn man davon ausgeht, dass sich die Luftdurchlässigkeit Z und die Diffusionskapazität D* in guter Näherung gemäß $D * \sim \sqrt{Z}$
verhalten, sollte $Δ D_{50}^{*} = 0$
sein, was bedeuten würde, dass die Diffusionskapazität D* praktisch nicht unabhängig von der Luftdurchlässigkeit eingestellt werden kann. Davon verschiedene Werte von $Δ D_{50}^{*}$
hingegen weisen auf Abweichungen von diesem starren Zusammenhang hin, die man sich im Rahmen der Erfindung zunutze macht. Diese größeren Werte von $Δ D_{50}^{*}$
erhält man, wie die Erfinder zeigen konnten, für Füllstoffe mit einer Partikelgrößenverteilung, deren Verteilungsparameter p zwischen 5,0 µm und -1,0 µm liegt, wobei bevorzugte Obergrenzen für den Verteilungsparameter p bei 4,0 µm, bevorzugt bei 3,5 µm liegen, und bevorzugte Untergrenzen bei 0,0 µm, bevorzugt bei 1,0 µm liegen.
Man erkennt aus Tabelle 2 ferner, dass sich bei den erfindungsgemäßen Papieren mit derartiger Füllstoff-Partikelgrößenverteilung bei einer Luftdurchlässigkeit Z = 50 CU dann in der Tat ein vergleichsweise hoher absoluter Wert für die Diffusionskapazität $Δ D_{50}^{*}$
erhalten lässt, der größer als 1,80 cm/s, vorzugsweise größer als 1,90 cm/s und insbesondere größer als 2,0 cm/s ist.

Claims

Zigarettenpapier, das Zellstofffasern und Füllstoffpartikel enthält,
wobei mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 70 Gew.-% und insbesondere mindestens 90 Gew.-% des Füllstoffs eine nach ISO 13320 mit Mie-Korrektur für Calcit gemessene Partikelgrößenverteilung hat, für deren Verteilungsparameter p=d₁₀+2·d₃₀+2·d₇₀-d₉₀ gilt:
p ≤ 5,0 µm, vorzugsweise p ≤ 4,0 µm und besonders vorzugsweise p ≤ 3,5 µm, und

p ≥ - 1,0 µm, vorzugsweise p ≥ 0,0 µm und besonders vorzugsweise p ≥ 1,0 µm.
Zigarettenpapier nach Anspruch 1, bei dem der Füllstoff ganz oder teilweise aus einem oder mehreren der folgenden Materialien besteht: gefällter Kalk, Magnesiumoxid, Magnesiumhydroxid, Aluminiumhydroxid, Titandioxid und Eisenoxid.
Zigarettenpapier nach Anspruch 1 oder 2, das eine Luftdurchlässigkeit von x CU und eine Diffusionskapazität $D_{x}^{*}$
für CO₂ hat, und wobei gilt $D_{x}^{*} \cdot \sqrt{50} / \sqrt{x} \geq 1, 80 cm / s,$
vorzugsweise ≥ 1,90 cm/s und besonders vorzugsweise ≥ 2,0 cm/s.
Zigarettenpapier nach Anspruch 3, wobei gilt 20 ≤ x ≤ 120, vorzugsweise 30 ≤ x ≤ 100.
Zigarettenpapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Medianwert d₅₀ der nach ISO 13320 mit Mie-Korrektur für Calcit gemessenen Partikelgrößenverteilung zwischen 0,2 µm und 4,0 µm, vorzugsweise zwischen 0,5 µm und 3,0 µm liegt.
Zigarettenpapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der gesamte Füllstoffgehalt des Papiers zwischen 10 Gew.-% und 45 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 20 Gew.-% und 40 Gew.-% beträgt.
Zigarettenpapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Flächengewicht zwischen 10 g/m² und 60 g/m², vorzugsweise zwischen 20 g/m² und 35 g/m² beträgt.
Zigarettenpapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Papier in diskreten Bereichen mit brandhemmenden Materialien behandelt ist, die geeignet sind, einer aus dem Papier gefertigten Zigarette Selbstverlöschungseigenschaften zu verleihen.
Zigarette, umfassend einen Tabakstrang und ein den Tabakstrang umgebendes Zigarettenpapier, wobei das Zigarettenpapier ein Zigarettenpapier nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ist.