EP4176128A1 - Hitzebeständiges umhüllungspapier für aerosolerzeugende artikel - Google Patents

Hitzebeständiges umhüllungspapier für aerosolerzeugende artikel

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EP4176128A1
EP4176128A1 EP21728017.1A EP21728017A EP4176128A1 EP 4176128 A1 EP4176128 A1 EP 4176128A1 EP 21728017 A EP21728017 A EP 21728017A EP 4176128 A1 EP4176128 A1 EP 4176128A1
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EP
European Patent Office
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wrapping paper
aerosol
fibers
carbon
mass
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EP21728017.1A
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English (en)
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EP4176128B1 (de
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Roland Zitturi
Dietmar Volgger
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Delfortgroup AG
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Publication date
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Publication of EP4176128B1 publication Critical patent/EP4176128B1/de
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Definitions

  • the invention relates to a wrapping paper for an aerosol-generating article, which is comparatively heat-resistant and therefore has sufficient mechanical strength after use of the article to ensure problem-free handling of the article and also has a fire-retardant effect, so that the aerosol-generating article made from it does not like a smoking article can be smoked. This is achieved through a high Ge content of certain carbon formers in the wrapping paper.
  • aerosol generating articles which comprise an aerosol generating material and a paper which wraps the aerosol generating material to form a typically cylindrical rod.
  • the aerosol-generating material is a material that releases an aerosol when exposed to heat, the aerosol-generating material only being heated but not burned.
  • the aerosol-generating article also comprises a filter which can filter components of the aerosol and which is wrapped by a filter wrapping paper and another wrapping paper which connects the filter and the wrapped rod with aerosol-generating material to one another.
  • the aerosol-generating material When an aerosol-generating article is used as intended, it is common for the aerosol-generating material to be heated but not incinerated. This heating can be done, for example, by an external device into which the aerosol-generating article is inserted, or by a heat source attached to one end of the aerosol-generating article, which is put into operation for use of the article, for example by lighting it up.
  • the wrapping paper When the aerosol-generating material is heated up, the wrapping paper is also heated and thermally degraded. It can happen that the wrapping paper loses so much strength that it tears when the aerosol-generating article is removed from the heater. This requires an increased cleaning effort by the consumer and is therefore not desirable.
  • the wrapping paper can lose its strength when heated, so that the heat source falls off and poses a fire risk.
  • the wrapping material of the aerosol-generating article has fire-retardant properties.
  • a wrapping paper which consists of comparatively few cellulose fibers and is coated with a composition of lime and a binder, so that at least 50% of the wrapping paper is formed by lime.
  • the disadvantage of this wrapping material is that it is comparatively brittle due to the thick coating and generates a lot of dust when the wrapping paper is processed into an aerosol-generating article.
  • the strength is not particularly high.
  • WO 2011/117750 a wrapping material is described which consists of a laminate of an aluminum foil and a paper.
  • the aluminum foil faces the aerosol generating material and partially protects the paper from the effects of heat.
  • the disadvantages of this wrapping material are the complex manufacturing process and the lack of biodegradability, because experience has shown that many aerosol-generating articles are simply disposed of in the environment after use.
  • aerosol-generating articles are rod-shaped articles which comprise an aerosol-generating material and a wrapping paper which wraps the aerosol-generating material, with the aerosol-generating material only being heated and not burned when used as intended.
  • Typical aerosol-generating materials for example tobacco, are heated without combustion if the aerosol-generating material is heated to a temperature of at most 400.degree.
  • the high proportion of cellulose fibers is necessary in order to achieve a high initial strength of the wrapping paper. It is known that many carbon formers that could potentially be used in paper damage the cellulose fibers in the paper and thus quickly lead to a severe loss of strength when heated. However, they partially protect the cellulose fibers that are still in the paper structure from thermal degradation. Since paper is generally highly flammable, it is common opinion that carbon formers must be used in a very high concentration in paper for an effective, fire-retardant effect. In this concentration, however, according to popular opinion and also according to the inventors' experiments, the cellulose fibers are so severely damaged and the strength of the paper is reduced so much that their use is not sensible. In contrast to this, the inventors have recognized that with a few carbon formers there is actually a suitable narrow concentration range in which there is both a good fire-retardant effect and the reduction in the strength of the paper is not too great.
  • the components of the wrapping paper also allow excellent biodegradability and very good processability in the manufacture of the aerosol-generating article.
  • the wrapping paper requires cellulose fibers for its strength, the cellulose fibers making up at least 70% and at most 95% of the weight of the wrapping paper.
  • the proportion of cellulose fibers can preferably be at least 75% and at most 90% and most preferably at least 80% and at most 90%, each based on the weight of the wrapping paper.
  • the pulp fibers are preferably obtained from one or more plants that are selected from the group consisting of conifers, deciduous trees, spruce, pine, fir, beech, birch, eucalyptus, flax, hemp, jute, ramie, abaca, sisal, and kenaf Cotton.
  • the cellulose fibers can also be wholly or partly fibers made from regenerated cellulose, such as Tencel TM fibers, Lyocell TM fibers, viscose fibers or Modal TM fibers.
  • the pulp fibers are preferably formed to a proportion of at least 40% and at most 100% based on the mass of the pulp fibers from pulp fibers from conifers, because these pulp fibers give the wrapping paper a high level of strength.
  • the wrapping paper contains a carbon former, the carbon former making up at least 5% and at most 20% of the weight of the wrapping paper.
  • the carbon former protects the cellulose fibers inside the paper structure excessive oxidation, but also damages the cellulose fibers themselves, so that the concentration of the carbon former must be within a narrow range and depends on the type of carbon former. As the concentration of the carbon former increases, the fire-retardant effect increases, but the strength of the wrapping paper after heating decreases again due to increasing damage to the cellulose fibers.
  • the proportion of carbon formers in the wrapping paper is therefore preferably at least 9% and at most 16% of the mass of the wrapping paper.
  • the carbon former is preferably an ammonium phosphate and particularly preferably a mono ammonium phosphate, a diammonium phosphate, a triammonium phosphate, an ammonium polyphosphate or a mixture thereof.
  • the carbon former is less preferably a guanylurea phosphate, guanidine phosphate, phosphoric acid, a phosphonate, melamine phosphate, dicyandiamide, boric acid or borax. These less preferred compounds are more difficult to process or toxicologically not entirely unthinkable.
  • Sodium polyphosphate is also a carbon former, but not according to the invention.
  • the choice of the concentration of the carbon former is not free within the specified interval, but depends on the type of carbon former and must be made so that the reduction in the strength of the wrapping paper after heating is not too high.
  • the tensile strength of the wrapping paper in the longitudinal direction is determined as a characteristic feature of the strength and is determined first under the conditions of ISO 187: 1990 and then after the wrapping paper has been heated. More specifically, the loss of strength can be determined by the following method.
  • a paper sample of the appropriate geometry is conditioned in accordance with ISO 187: 1990 and tested in a tensile test in accordance with ISO 1924-2: 2008.
  • the tensile strength depends on the direction in which the paper sample was taken.
  • tensile strength is always understood to mean the tensile strength in the running direction of the wrapping paper during papermaking, the so-called longitudinal direction.
  • the initial tensile strength is determined according to the invention by conditioning the paper sample without prior thermal loading according to ISO 187: 1990 and testing it according to ISO 1924-2: 2008.
  • the tensile strength after thermal loading, R T is determined by exposing the sample to a temperature of 230 ° C. for 1 minute in an air atmosphere, during which the air can reach essentially all sides of the paper sample and there is little air flow. The paper sample is then conditioned in accordance with ISO 187: 1990 and the tensile strength is also determined in accordance with ISO 1924-2: 2008.
  • the quotient r R T / R 0 describes what proportion of the tensile strength after the thermal Loading of the wrapping paper is retained and thus characterizes the thermal resistance of the wrapping paper. High values of the quotient r describe a high thermal resistance.
  • the concentration of the carbon former in the wrapping paper should be chosen so that the quotient r of the tensile strength RT after thermal loading (230 ° C for 1 minute) and the initial tensile strength R 0 is at least 0.20 and at most 0.90 and particularly preferred at least 0.25 and at most 0.80. This means that the tensile strength will not be reduced by more than 80%.
  • the quotient can be influenced by the amount of cellulose fibers and the type and concentration of the carbon former, with more cellulose fibers leading to a higher initial tensile strength R 0 and an increasing concentration of the carbon former generally leading to a decreasing tensile strength after thermal loading R T.
  • the negative effect of the carbon former on the tensile strength RT must be weighed against the fire-retardant effect, which increases with increasing concentration, depending on the type of use on the aerosol-generating article. It has been shown that in the interval according to the invention and preferred for the concentration of the carbon former, a very good compromise can be found for aerosol-generating articles.
  • the tensile strength RT should preferably not fall below a certain value after thermal exposure so that problem-free handling of the aerosol-generating article is possible during and after use.
  • the tensile strength of the wrapping paper RT in the longitudinal direction after thermal loading is therefore preferably at least 8 N / 15 mm and at most 50 N / 15 mm and particularly preferably at least 10 N / 15 mm and at most 40 N / 15 mm.
  • the wrapping paper is designed so that the side of the wrapping paper facing the aerosol-generating material contains a higher proportion of carbon formers than the other side of the wrapping paper.
  • the side facing the aerosol-generating material is typically exposed to higher thermal loads. A higher content of carbon formers on this side of the wrapping paper can therefore contribute particularly well to the fire-retardant effect.
  • the proportion of carbon formers in the wrapping paper can be reduced without sacrificing the fire-retardant effect and thus the proportion of cellulose fibers in the wrapping paper can be increased with the same weight per unit area, which increases the overall strength of the wrapping paper.
  • this preferred distribution of the carbon former in the Wrapping paper also reduces the weight per unit area without sacrificing the fire-retardant effect, which reduces the material requirement.
  • the distribution of the carbon former in the wrapping paper can be influenced by the manufacturing process, as will be explained further below.
  • the carbon former is preferably distributed essentially evenly over at least 70% of the area of the wrapping paper, particularly preferably over at least 95% of the area, where fluctuations in the proportion of the carbon former within these areas are only due to the manufacture but not intended.
  • a disadvantage of the carbon former can be that it discolors the wrapping paper when it is exposed to heat.
  • This disadvantage can be overcome in that the wrapping paper according to the invention is connected to another paper layer, for example glued, so that the wrapping paper according to the invention faces the aerosol-generating material and the additional paper layer is attached to the side facing away from the aerosol-generating material. In the event of thermal stress, this further paper layer covers the wrapping paper so that the color visible from the outside is not or only insignificantly changed.
  • the wrapping paper is therefore preferably connected to a paper layer.
  • This paper layer particularly preferably comprises cellulose fibers and lime particles, the lime particles making up at least 15% and at most 40% of the mass of the paper layer.
  • the lime particles ensure a white color of the paper layer and a high opacity, so that the discoloration of the wrapping paper according to the invention underneath is not or only slightly visible.
  • the wrapping paper with the additional paper layer as a whole could in principle also be referred to as “two-layer wrapping paper”, but this nomenclature is avoided here.
  • such a two-ply structure is referred to as "wrapping paper with additional paper layer" because only the portion of the two-ply structure designated by “wrapping paper” has to meet the above requirements with regard to the proportion of cellulose fibers, carbon formers and the quotient of the tensile strengths .
  • the wrapping paper according to the invention can contain further components. These include, for example, fillers, sizing agents, wet strength agents, additives, processing aids, humectants and flavorings. Those skilled in the art can choose these components according to their experience.
  • Wet strength medium in particular can be helpful for use on aerosol-generating articles because that aerosol formed when the aerosol generating article is used has a high moisture content.
  • the wrapping paper can partially absorb the water from the aerosol, which reduces its strength. This can be prevented by using wet strength agents.
  • the fillers in the wrapping paper according to the invention can contribute to the fact that the wrapping paper is less discolored. However, the fillers also reduce the tensile strength of the wrapping paper, so that their proportion should not be too high.
  • the proportion of fillers in the wrapping paper is therefore preferably at least 0% and at most 20%, particularly preferably at least 0% and at most 10% and very particularly preferably at least 0% and at most 5%, each based on the weight of the wrapping paper.
  • the filler is preferably selected from the group consisting of calcium carbonate, magnesium carbonate, titanium dioxide, magnesium oxide, magnesium hydroxide, aluminum hydroxide, kaolin, talc and mixtures thereof.
  • the filler is less preferably a carbonate.
  • the wrapping paper additionally contains starch or a starch derivative or is coated with starch or a starch derivative.
  • the proportion of starch or the starch derivative is at least 2% and at most 10% of the weight of the wrapping paper.
  • the aerosol-generating material can contain oils, for example flavorings, which, when the aerosol-generating article is stored or used, penetrate the wrapping paper and lead to stains.
  • the resistance to the penetration of oils can be determined according to TAPPI T559 cm-12 and is specified as the KIT level.
  • the KGG level is at least 4 and at most 8.
  • the weight per unit area of the wrapping paper can vary, a higher area weight generally also meaning a higher tensile strength. With a higher basis weight, however, the wrapping paper also becomes stiffer and more difficult to process, and the need for material increases.
  • the weight per unit area of the wrapping paper according to the invention is therefore preferably at least 15 g / m 2 and at most 80 g / m 2 , particularly preferably at least 20 g / m 2 and at most 60 g / m 2 .
  • the basis weight of the wrapping paper can be determined according to ISO 536: 2019.
  • the thickness of the wrapping paper mainly influences the flexural rigidity and the heat transport within the wrapping paper.
  • a high level of flexural rigidity is beneficial because the aerosol-generating article made from the wrapping paper then becomes less susceptible to damage. forms, on the other hand, high flexural rigidity can cause problems because of the restoring forces when the aerosol-generating material is to be wrapped with the wrapping paper.
  • a high thickness slows down the heat transport through the wrapping paper and is also favorable for this reason.
  • the thickness of the wrapping paper according to the invention is preferably at least 25 ⁇ m and at most 100 ⁇ m and particularly preferably at least 40 ⁇ m and at most 80 ⁇ m. The thickness can be determined on a single layer according to ISO 534: 2011.
  • the initial tensile strength R 0 of the wrapping paper measured in the longitudinal direction, is preferably at least 10 N / 15 mm and at most 100 N / 15 mm, particularly preferably at least 20 N / 15 mm and at most 80 N / 15 mm a high proportion of cellulose fibers can be achieved. However, this also means higher material costs, which is why it does not make sense to want to achieve a particularly high tensile strength.
  • the preferred intervals allow a particularly favorable combination of problem-free processability and material expenditure.
  • the tensile strength can be determined according to ISO 1924-2: 2008.
  • the aerosol-generating material often contains humectants, so that when heated, the aerosol produced has a comparatively high level of humidity. This moisture can reduce the strength of the wrapping paper, which is why it is advantageous if the wrapping paper also has a corresponding strength in the moist state.
  • the wet tensile strength in the longitudinal direction is therefore preferably at least 1 N / 15 mm and at most 10 N / 15 mm and particularly preferably at least 2 N / 15 mm and at most 8 N / 15 mm ⁇
  • the wet tensile strength in the longitudinal direction can according to ISO 12625-5: 2016 to be determined.
  • the air permeability of the wrapping paper can be low.
  • a low air permeability is often achieved by grinding the cellulose fibers more intensively. This also contributes to an increase in strength, so that the air permeability is preferably at least o cm 3 / (cm 2 -min-kPa) and at most 50 cm 3 / (cm 2 -min-kPa) and particularly preferably at least o cm 3 / ( cm 2 -min-kPa) and a maximum of 20 cm 3 / (cm 2 -min-kPa).
  • the air permeability can be measured according to ISO 2965: 2019.
  • the optical properties can be important. In general, high opacity and high whiteness are desirable. Both properties can be significantly influenced by the type and amount of filler in the wrapping paper.
  • the opacity is preferably at least 40% and at most 90%, particularly preferably at least at least 45% and at most 80%.
  • the whiteness is preferably at least 80% and at most 95%, particularly preferably at least 83% and at most 90%.
  • Aerosol-generating articles can be manufactured from the wrapping material according to the invention by methods known from the prior art.
  • An aerosol-generating article according to the invention therefore comprises an aerosol-generating material and a wrapping paper according to one of the embodiments described above, the wrapping paper wrapping the aerosol-generating material.
  • the proportion of said carbon-forming agent is higher on one side of the wrapping paper than on the other side and the side with the higher proportion of carbon-forming agent faces the aerosol-generating material.
  • the wrapping paper according to the invention can advantageously be used in aerosol-generating articles, which is why the use of the wrapping paper according to the invention in aerosol-generating articles is also an object of the invention.
  • the wrapping paper according to the invention can be produced by the following process according to the invention, comprising steps A to G.
  • the step of applying the composition containing the carbon former to the fiber web is preferably carried out by one or a combination of two or more of the following steps:
  • F.3 one-sided application of a composition containing carbon formers to the fiber web by printing, in particular gravure printing or spraying.
  • Step F.i is carried out in a size press and the fiber web is soaked with a composition containing carbon formers.
  • This variant has the advantage that it is easy to implement. It generally leads to a largely homogeneous distribution of the carbon former over the thickness of the wrapping paper, so that comparatively more carbon former is required to achieve the desired effect. But it is also possible to adjust the settings of the size press in this step so that the carbon former is unevenly distributed over the thickness of the fiber web, and therefore of the wrapping paper.
  • step F.2 the composition containing carbon formers is applied to one side of the fiber web in a film press or in a coating unit. This results in an uneven distribution of the carbon former over the thickness of the wrapping paper and the high fire-retardant effect can be achieved by a lower proportion of carbon former in the wrapping paper.
  • step F.3 the composition containing carbon formers is applied to one side of the fiber web by printing or spraying, the composition in particularly preferred embodiments being printed onto one side of the fiber web by a gravure printing unit.
  • the fiber web is preferably dried, rolled up and unrolled again before step F.3. In the rolled state, the fiber web can then be transported to a further device on which the composition is applied by printing or spraying. While steps Fi and F.2 are usually carried out on the same paper machine on which the wrapping paper is produced, the order according to step F.3 typically takes place in a separate device.
  • steps Fi and F.3 are combined so that initially in a step Fi the fiber web is impregnated with a carbon-forming composition in a size press and in step F.3 a further carbon-forming composition is soaked in a gravure printing unit is printed on one side of the fiber web.
  • the carbon former is both distributed in the wrapping paper and also present in a higher concentration on one side of the wrapping paper, whereby the fire-retardant effect can be increased again significantly.
  • steps F.i and F.2 are combined, step F.i being carried out in a size press and step F.2 being carried out in a coating unit.
  • the wrapping paper can be produced particularly efficiently because, for example, all application devices can be integrated into a paper machine.
  • the composition containing carbon formers is preferably applied to at least 70% of the area of the wrapping paper, particularly preferably to at least 95% of the area of the wrapping paper .
  • the composition which is used in steps F.i, F.2 or F.3 contains the carbon former and a solvent, the solvent being preferably water.
  • the amount of carbon former in the composition can vary and depends on the type of application method, the amount applied and the desired amount of carbon former in the wrapping paper. The person skilled in the art is able to determine a suitable composition from these points of view and to design the application process accordingly.
  • steps Fi and F.2 are carried out, the fiber web is then dried, rolled up and unrolled again, and then step F.3 is carried out, the fiber web in the dried, rolled-up state before step F.3 Carbon formers preferably in an amount of at least 5% and at most 10% of the mass of the fiber web in this dried, rolled-up state.
  • steps F.i, F.2 and / or F.3 are combined in any form, the compositions containing carbon formers which are applied in steps F.i, F.2 and / or F.3 can be different.
  • the cellulose fibers make up at least 70% and at most 95% of the mass of the wrapping paper.
  • the proportion of cellulose fibers can be preferably at least 75% and at most 90% and very particularly preferably at least 80% and at most 90%, in each case based on the mass of the wrapping paper according to step G.
  • the pulp fibers in step A are preferably obtained from one or more plants selected from the group consisting of conifers, deciduous trees, spruce, foie re, fir, beech, birch, eucalyptus, flax, hemp, jute, ramie, abaca, sisal , Kenaf and cotton.
  • the cellulose fibers can also be wholly or partly fibers made from regenerated cellulose, such as Tencel TM fibers, Lyocell TM fibers, viscose fibers or Modal TM fibers.
  • the pulp fibers in step A are at least 40% and at most 100% based on the mass of the pulp fibers from pulp fibers from pine trees, because these pulp fibers give the wrapping paper in step G a high initial strength.
  • the wrapping paper after step G contains carbon formers, the carbon formers making up at least 5% and at most 20% of the mass of the wrapping paper.
  • the proportion of carbon former in the wrapping paper after step G is preferably at least 9% and at most 16% of the mass of the wrapping paper.
  • the carbon former is preferably an ammonium phosphate and particularly preferably a mono ammonium phosphate, a diammonium phosphate, a triammonium phosphate, an ammonium polyphosphate or a mixture thereof.
  • the carbon former is less preferably a guanylurea phosphate, guanidine phosphate, phosphoric acid, a phosphonate, melamine phosphate, dicyandiamide, boric acid or borax. These less preferred compounds are more difficult to process or toxicologically not entirely unthinkable.
  • Sodium polyphosphate is also a carbon former, but not according to the invention.
  • the wrapping paper after step G is a wrapping paper according to one of the embodiments described above.
  • a wrapping paper Pi according to the invention was produced on a Fourdrinier paper machine.
  • cellulose fibers were suspended in water (step A) and ground in a grinding unit (step B).
  • the suspension was then applied to a rotating sieve (step C) and dewatered there in order to form a fiber web (step D).
  • the fiber web was pressed (step E) in order to dewater it further and dried by contact with heated drying cylinders (step F).
  • step Fi a composition comprising water and monoammonium phosphate
  • the fiber web was then dried by contact with heated drying cylinders.
  • the fiber web was rolled up (step G) and a wrapping paper Pi according to the invention was thus obtained.
  • the amount of cellulose fibers was chosen so that the wrapping paper Pi contained about 87% of the mass of cellulose fibers.
  • the composition in step F.i comprised water and monoammonium phosphate and was chosen together with the settings of the size press so that the amount of monoammonium phosphate in the wrapping paper after step G was about 7%. It can be assumed that the distribution of the mono ammonium phosphate in the wrapping paper Pi was largely homogeneous over the thickness.
  • a wrapping paper P2 according to the invention was produced from the wrapping paper Pi according to the invention by unrolling the roll of wrapping paper Pi again and printing a composition comprising water and monoammonium phosphate over the entire surface in a gravure printing unit on one side of the wrapping paper (step F.3).
  • the wrapping paper was then dried in a hot air dryer and rolled up again (step G).
  • the composition in step F.3 was chosen together with the settings of the gravure printing unit and in particular the geometry of the printing cylinder so that in the finished wrapping paper P2 a total of 12.5% of the mass of the wrapping paper was formed by monoammonium phosphate. This resulted in an inhomogeneous distribution of the monoammonium phosphate in the wrapping paper, so that the content of monoammonium phosphate was higher on the printed side than on the other side.
  • a wrapping paper Zi not according to the invention comprising 70% cellulose fibers and 29% precipitated lime, but without carbon formers, was used as a comparative example.
  • a wrapping paper Z2 not according to the invention comprising 90% pulp fibers and 10% sodium polyphosphate, (NaP0 3 ) n , was used as a carbon former as a comparative example.
  • the wrapping paper Zi not according to the invention was bonded to the wrapping paper P2 according to the invention to form a two-layer structure so that the side of the wrapping paper P2 with the higher monium phosphate content was facing away from the wrapping paper Zi.
  • the wrapping papers Pi, P2, P3 and Zi, Z2 were stored in a drying cabinet heated to 230 ° C. for 1 minute. They were then conditioned according to ISO 187: 1990 and the tensile strength measured according to ISO 1924-2: 2008.
  • the quotient r R T / R 0 was determined from the initial tensile strength R 0 and the tensile strength R T after thermal loading in order to characterize the thermal resistance.
  • Table 1 shows that with the wrapping papers Pi and P2 according to the invention, as well as with the two-layer structure P3 containing the wrapping paper P2 according to the invention, the tensile strength is reduced to 34% to 55% by the thermal load.
  • the tensile strength is hardly reduced by the thermal load and is still about 94% of the initial tensile strength.
  • the wrapping papers Pi and P2 according to the invention and the two-ply structure P3 all show an acceptable decrease in tensile strength.
  • the higher content of monoammonium phosphate in the wrapping paper P2 damages the fibers more and reduces the tensile strength to a greater extent after thermal stress.
  • the fire-retardant effect is also important.
  • the wrapping papers P1 / P2 according to the invention, the two-layer structure P3 and the comparative examples Zi and Z2 not according to the invention were used to produce aerosol-generating articles which were intended for use with a heater.
  • the manufacture of the aerosol generating articles was problem-free for all wrapping papers.
  • the comparative example Zi not according to the invention had no fire-retardant effect.
  • the aerosol-generating articles with the wrapping papers P1 / P2 according to the invention could not be ignited in such a way that a combustion or a stable smoldering process started. It was also not possible to smoke these aerosol-generating articles in a standardized process.
  • the wrapping paper P2 according to the invention turned out to be somewhat better than Pi, which shows that an uneven distribution of the carbon-forming agent over the thickness of the wrapping paper can contribute to increasing the fire-retardant effect.
  • the two-layer structure P3 was a laminate of the wrapping paper P2 according to the invention and the comparative example Zi not according to the invention and showed after use of the aerosol-generating article manufactured therefrom has a significantly lower discoloration than the aerosol-generating articles with Pi and P2.
  • the wrapping paper Zi thus fulfilled its function of masking the discoloration of the wrapping paper P2. Influences on the taste of the aerosol-generating articles could not be determined.
  • the wrapping papers according to the invention are therefore very well suited for use in aerosol generating articles and have good biodegradability after heating and a better combination of strength and fire-retardant action than comparable wrapping papers from the prior art.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Umhüllungspapier, das für die Anwendung auf aerosolerzeugenden Artikeln geeignet ist und das Zellstofffasern und einen Kohlebildner umfasst, wobei die Zellstofffasern mindestens 70% und höchstens 95% der Masse des Umhüllungspapiers ausmachen und der Kohlebildner in einer Konzentration von mindestens 5% und höchstens 20% bezogen auf die Masse des Umhüllungspapiers enthalten ist und in einer solchen Konzentration im Umhüllungspapier vorhanden ist, dass der Quotient r = RT/R0 aus der Zugfestigkeit R0 gemessen nach ISO 1924-2:2008 unter den Bedingungen von ISO 187:1990 und aus der Zugfestigkeit RT gemessen nach ISO 1924-2:2008 unter den Bedingungen von ISO 187:1990, nachdem das Umhüllungspapier eine Minute lang einer Temperatur von 230°C ausgesetzt war, mindestens 0,20 und höchstens 0,90 beträgt.

Description

HITZEBESTÄNDIGES UMHÜLLUNGSPAPIER FÜR AEROSOLERZEUGENDE ARTIKEL
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Umhüllungspapier für einen aerosolerzeugenden Artikel, das ver gleichsweise hitzebeständig ist und daher nach dem Gebrauch des Artikels noch ausreichen de mechanische Festigkeit besitzt, um eine problemlose Handhabung des Artikels sicherzu stellen und zusätzlich brandhemmend wirkt, sodass der daraus gefertigte aerosolerzeugende Artikel nicht wie ein Rauchartikel geraucht werden kann. Dies wird durch einen hohen Ge halt an bestimmten Kohlebildnern im Umhüllungspapier erreicht.
HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK Im Stand der Technik sind aerosolerzeugende Artikel bekannt, die ein aerosolerzeugendes Material umfassen, sowie ein Papier, das das aerosolerzeugende Material umhüllt, und so einen typischerweise zylindrischen Stab bildet. Dabei ist das aerosolerzeugende Material ein Material, das bei Wärmeeinwirkung ein Aerosol freisetzt, wobei das aerosolerzeugende Mate rial nur aufgeheizt, aber nicht verbrannt wird. In vielen Fällen umfasst der aerosolerzeugende Artikel auch einen Filter, der Bestandteile des Aerosols filtern kann und der von einem Fil terumhüllungspapier umhüllt ist, sowie von einem weiteren Umhüllungspapier, das den Fil ter und den umhüllten Stab mit aerosolerzeugendem Material miteinander verbindet.
Beim bestimmungsgemäßen Gebrauch eines aerosolerzeugenden Artikels ist es üblich, dass das aerosolerzeugende Material aufgeheizt, aber nicht verbrannt wird. Dieses Aufheizen kann beispielsweise durch ein externes Gerät geschehen, in das der aerosolerzeugende Artikel ge steckt wird, oder durch eine an einem Ende des aerosolerzeugenden Artikels angebrachte Wärmequelle, die zum Gebrauch des Artikels beispielsweise durch Anzünden in Betrieb ge nommen wird. Durch das Aufheizen des aerosolerzeugenden Materials wird auch das Umhül- lungspapier erhitzt und thermisch abgebaut. Dabei kann es Vorkommen, dass das Umhül lungspapier so viel Festigkeit verliert, dass es beim Entfernen des aerosolerzeugenden Arti kels aus dem Heizgerät zerreißt. Das erfordert einen erhöhten Reinigungsaufwand durch den Konsumenten und ist daher nicht erwünscht. Auch bei aerosolerzeugenden Artikeln mit inte grierter Wärmequelle kann das Umhüllungspapier beim Erhitzen seine Festigkeit verlieren, so dass die Wärmequelle abfällt und ein Brandrisiko darstellt. Zudem möchte man verhindern, dass der Konsument aerosolerzeugende Artikel versehent lich in derselben Art und Weise verwendet wie eine Zigarette und versucht, ein Ende des ae rosolerzeugenden Artikels anzuzünden, so dass eine Verbrennung oder ein Glimmprozess des aerosolerzeugenden Materials in Gang kommt. Dazu ist es erforderlich, dass das Umhül lungsmaterial des aerosolerzeugenden Artikels brandhemmende Eigenschaften hat.
Versuche Umhüllungspapiere für solche aerosolerzeugenden Artikel hitzebeständig oder brandhemmend zu machen waren nur teilweise erfolgreich.
In WO 2015/082648 ist beispielsweise ein Umhüllungspapier beschrieben, das aus ver gleichsweise wenig Zellstofffasern besteht und mit einer Zusammensetzung aus Kalk und einem Bindemittel beschichtet wird, sodass mindestens 50% des Umhüllungspapiers durch Kalk gebildet werden. Der Nachteil dieses Umhüllungsmaterials besteht darin, dass es durch die dicke Beschichtung vergleichsweise spröde ist und bei der Verarbeitung des Umhüllungs papiers zu einem aerosolerzeugenden Artikel viel Staub erzeugt. Zudem ist wegen des gerin gen Anteils an Zellstofffasern die Festigkeit nicht besonders hoch.
In WO 2011/117750 ist ein Umhüllungsmaterial beschrieben, das aus einem Laminat aus einer Aluminiumfolie und einem Papier besteht. Die Aluminiumfolie ist dem aerosolerzeu genden Material zugewandt und schützt das Papier teilweise vor der Wärmeeinwirkung. Die Nachteile dieses Umhüllungsmaterials sind der aufwändige Herstellungsprozess und die mangelnde biologische Abbaubarkeit, weil erfahrungsgemäß viele aerosolerzeugende Artikel nach dem Gebrauch einfach in der Umwelt entsorgt werden.
Es besteht also ein Interesse daran, ein Umhüllungspapier zur Verfügung zu haben, das nach dem Erhitzen noch ausreichend Festigkeit besitzt, brandhemmend wirkt und trotzdem biolo gisch abbaubar ist. Zudem sind bei der Gestaltung von Umhüllungspapieren für aerosoler zeugende Artikel noch unter anderem gesetzliche Bestimmungen, die Toxikologie und die Einflüsse des Umhüllungspapiers auf den Geschmack des aerosolerzeugenden Artikels zu berücksichtigen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen aerosolerzeugenden Artikel ein Umhül lungspapier zur Verfügung zu stellen, das weitgehend hitzebeständig oder brandhemmend ist und günstige Eigenschaften bezüglich Festigkeit, Verarbeitbarkeit, biologischer Abbaubarkeit und Geschmackseinfluss hat. Aerosolerzeugende Artikel im Sinne dieser Erfindung sind stabförmige Artikel, die ein aero solerzeugendes Material und ein Umhüllungspapier umfassen, das das aerosolerzeugende Material umhüllt, wobei beim bestimmungsgemäßen Gebrauch das aerosolerzeugende Mate rial nur aufgeheizt und nicht verbrannt wird. Eine Aufheizung ohne Verbrennung liegt für typische aerosolerzeugende Materialien, beispielsweise Tabak, jedenfalls dann vor, wenn das aerosolerzeugende Material auf eine Temperatur von höchstens 400°C aufgeheizt wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Umhüllungspapier für einen aerosolerzeugenden Artikel nach Anspruch l, einen aerosolerzeugenden Artikel umfassend dieses Umhüllungspapier nach Anspruch 24, die Verwendung eines solchen Umhüllungspapiers für aerosolerzeugende Arti kel nach Anspruch 26 und ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Umhül lungspapiers nach Anspruch 27 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfinder haben gefunden, dass sich diese Aufgabe durch ein Umhüllungspapier lösen lässt, das für die Anwendung auf aerosolerzeugenden Artikeln geeignet ist und das Zellstoff fasern und einen Kohlebildner umfasst, wobei die Zellstofffasern mindestens 70% und höchs tens 95% der Masse des Umhüllungspapiers ausmachen und der Kohlebildner in einer Kon zentration von mindestens 5% und höchstens 20% bezogen auf die Masse des Umhüllungs papiers enthalten ist und in einer solchen Konzentration im Umhüllungspapier vorhanden ist, dass der Quotient r = RT/R0 aus der Zugfestigkeit R0 gemessen nach ISO 1924-2:2008 unter den Bedingungen von ISO 187:1990 und aus der Zugfestigkeit RT gemessen nach ISO 1924-2:2008 unter den Bedingungen von ISO 187:1990, nachdem das Umhüllungspapier eine Minute lang einer Temperatur von 230°C ausgesetzt war, mindestens 0,20 und höchs tens 0,90 beträgt.
Nach den Erkenntnissen der Erfinder ist der hohe Anteil an Zellstofffasern notwendig, um eine hohe anfängliche Festigkeit des Umhüllungspapiers zu erreichen. Es ist bekannt, dass viele Kohlebildner, die potenziell in Papieren eingesetzt werden könnten, die Zellstofffasern im Papier schädigen und so bei Erwärmung rasch zu einem starken Verlust der Festigkeit führen. Sie schützen aber die weiter in der Papierstruktur hegenden Zellstofffasern teilweise vor einem thermischen Abbau. Da Papier generell leicht brennbar ist, müssten nach gängiger Meinung Kohlebildner für einen wirksamen, brandhemmenden Effekt in einer sehr hohen Konzentration in Papier eingesetzt werden. In dieser Konzentration werden aber, nach gän giger Meinung und auch nach Experimenten der Erfinder, die Zellstofffasern so stark ge schädigt und die Festigkeit des Papiers so stark reduziert, dass deren Einsatz nicht sinnvoll in Frage kommt. Im Gegensatz dazu haben die Erfinder erkannt, dass es bei einigen wenigen Kohlebildnern tatsächlich einen geeigneten engen Konzentrationsbereich gibt, in dem sowohl ein guter brandhemmender Effekt vorliegt als auch die Reduktion der Festigkeit des Papiers nicht zu hoch ist.
Erst die Kombination aus dem hohen Gehalt an Zellstoffasern und der geeignet gewählten Konzentration des Kohlebildners erlaubt es, ein Umhüllungspapier herzustellen, das dank seiner anfänglich hohen Festigkeit und trotz des Verlust an Festigkeit durch den Kohlebild ner auch nach dem Erhitzen eine so hohe Zugfestigkeit aufweist, dass ein daraus gefertigter aerosolerzeugender Artikel problemlos aus dem Heizgerät entfernt werden kann bzw. keine Gefahr besteht, dass eine in den aerosolerzeugenden Artikel integrierte Wärmequelle abfallen könnte. Der brandhemmende Effekt ist überdies ausreichend, dass der aerosolerzeugende Artikel nicht wie eine Zigarette geraucht werden kann.
Die Bestandteile des Umhüllungspapiers erlauben zusätzlich eine ausgezeichnete biologische Abbaubarkeit und eine sehr gute Verarbeitbarkeit bei der Herstellung des aerosolerzeugen den Artikels.
Das Umhüllungspapier benötigt für seine Festigkeit Zellstofffasern, wobei die Zellstofffasern mindestens 70% und höchstens 95% der Masse des Umhüllungspapiers ausmachen. Zur Er zielung eines noch günstigeren Verhältnisses zwischen Zellstofffasern und Kohlebildner kann der Anteil an Zellstofffasern bevorzugt mindestens 75% und höchstens 90% und ganz beson ders bevorzugt mindestens 80% und höchstens 90% betragen, jeweils bezogen auf die Masse des Umhüllungspapiers.
Die Zellstofffasern sind bevorzugt aus einer oder mehreren Pflanzen gewonnen, die ausge wählt sind aus der Gruppe bestehend aus Nadelbäumen, Laubbäumen, Fichte, Föhre, Tanne, Buche, Birke, Eukalyptus, Flachs, Hanf, Jute, Ramie, Abaca, Sisal, Kenaf und Baumwolle. Bei den Zellstofffasern kann es sich ganz oder teilweise auch um Fasern aus regenerierter Cellu lose, wie Tencel™ Fasern, Lyocell™ Fasern, Viskosefasern oder Modal™ Fasern handeln.
Bevorzugt sind die Zellstofffasern zu einem Anteil von mindestens 40% und höchstens 100% bezogen auf die Masse der Zellstofffasern aus Zellstofffasern aus Nadelbäumen gebildet, weil diese Zellstofffasern dem Umhüllungspapier eine hohe Festigkeit verleihen.
Das Umhüllungspapier enthält einen Kohlebildner, wobei der Kohlebildner mindestens 5% und höchstens 20% der Masse des Umhüllungspapiers ausmacht. Nach den Erkenntnissen der Erfinder schützt der Kohlebildner in der Papierstruktur innenliegende Zellstofffasern vor zu starker Oxidation, schädigt selbst aber auch die Zellstofffasern, sodass die Konzentration des Kohlebildners in einem engen Bereich liegen muss und von der Art des Kohlebildners abhängt. Bei steigender Konzentration des Kohlebildners verstärkt sich der brandhemmende Effekt, aber die Festigkeit des Umhüllungspapiers nach dem Erhitzen nimmt wegen zuneh mender Schädigung der Zellstofffasern wieder ab. Bevorzugt beträgt der Anteil der Kohle bildner im Umhüllungspapier daher mindestens 9% und höchstens 16% der Masse des Um hüllungspapiers.
Bevorzugt ist der Kohlebildner ein Ammoniumphosphat und besonders bevorzugt ein Mono ammoniumphosphat, ein Diammoniumphosphat, ein Triammoniumphosphat, ein Ammoni umpolyphosphat oder ein Gemisch daraus. Weniger bevorzugt ist der Kohlebildner ein Gua- nylureaphosphat, Guanidinphosphat, Phosphorsäure, ein Phosphonat, Melaminphosphat, Dicyandiamid, Borsäure oder Borax. Diese weniger bevorzugten Verbindungen sind schwie riger zu verarbeiten oder toxikologisch nicht ganz undenklich. Ebenfalls ein Kohlebildner, aber nicht erfindungsgemäß ist Natriumpolyphosphat.
Die Wahl der Konzentration des Kohlebildners ist in dem angegebenen Intervall nicht frei, sondern von der Art des Kohlebildners abhängig und muss so getroffen werden, dass die Re duktion der Festigkeit des Umhüllungspapiers nach dem Erhitzen nicht zu hoch ist.
Zu diesem Zweck wird die Zugfestigkeit des Umhüllungspapiers in Längsrichtung als charak teristisches Merkmal der Festigkeit bestimmt und zunächst unter den Bedingungen von ISO 187:1990 und danach nach dem Aufheizen des Umhüllungspapiers bestimmt. Genauer kann der Verlust an Festigkeit nach dem folgenden Verfahren bestimmt werden.
Zuerst wird eine Papierprobe entsprechender Geometrie, typischerweise ein 15 mm breiter Streifen, gemäß ISO 187:1990 konditioniert und in einem Zugversuch gemäß ISO 1924- 2:2008 getestet. Die Zugfestigkeit hängt von der Richtung ab, in der die Papierprobe ent nommen wurde. Unter Zugfestigkeit wird hier immer die Zugfestigkeit in Laufrichtung des Umhüllungspapiers bei der Papierherstellung, die sogenannte Längsrichtung, verstanden.
Die anfängliche Zugfestigkeit, bezeichnet mit R0, wird erfindungsgemäß ermittelt, indem die Papierprobe ohne vorhergehende thermische Belastung nach ISO 187:1990 konditioniert und gemäß ISO 1924-2:2008 getestet wird. Die Zugfestigkeit nach thermischer Belastung, RT, wird bestimmt, indem die Probe 1 Minute lang einer Temperatur von 230 °C in Luftat mosphäre ausgesetzt wird, wobei die Luft im Wesentlichen alle Seiten der Papierprobe errei chen kann und eine geringe Luftströmung vorliegt. Danach wird die Papierprobe gemäß ISO 187:1990 konditioniert und ebenfalls die Zugfestigkeit gemäß ISO 1924-2:2008 bestimmt. Der Quotient r = RT/R0 beschreibt, welcher Anteil der Zugfestigkeit nach der thermischen Belastung des Umhüllungspapiers erhalten bleibt und charakterisiert so die thermische Be ständigkeit des Umhüllungspapiers. Hohe Werte des Quotienten r beschreiben eine hohe thermische Beständigkeit. Die Konzentration des Kohlebildners im Umhüllungspapier soll erfindungsgemäß so gewählt werden, dass der Quotient r aus der Zugfestigkeit RT nach ther mischer Belastung (230°C für l Minute) und der anfänglichen Zugfestigkeit R0 mindestens 0,20 und höchstens 0,90 und besonders bevorzugt mindestens 0,25 und höchstens 0,80 be trägt. Dies bedeutet, dass die Zugfestigkeit um nicht mehr als 80% reduziert wird.
Der Quotient kann durch die Menge an Zellstofffasern und die Art und Konzentration des Kohlebildners beeinflusst werden, wobei mehr Zellstoffasern zu einer höheren anfänglichen Zugfestigkeit R0 führen und eine steigende Konzentration des Kohlebildners generell zu einer fallenden Zugfestigkeit nach thermischer Belastung RT führt. Der negative Effekt des Kohle bildners auf die Zugfestigkeit RT ist gegen die mit steigender Konzentration immer bessere brandhemmende Wirkung nach der Art des Einsatzes auf dem aerosolerzeugenden Artikel abzuwägen. Es hat sich gezeigt, dass in dem erfindungsgemäßen und bevorzugten Intervall für die Konzentration des Kohlebildners ein für aerosolerzeugende Artikel sehr guter Kom promiss finden lässt.
Bevorzugt soll die Zugfestigkeit RT nach thermischer Belastung einen gewissen Wert nicht unterschreiten, damit eine problemlose Handhabung des aerosolerzeugenden Artikels beim und nach dem Gebrauch möglich ist. Bevorzugt beträgt daher die Zugfestigkeit des Umhül lungspapiers RT in Längsrichtung nach thermischer Belastung mindestens 8 N/15 mm und höchstens 50 N/15 mm und besonders bevorzugt mindestens 10 N/15 mm und höchstens 40 N/15 mm.
Nach den Erkenntnissen der Erfinder ist es von Bedeutung, wie der Kohlebildner über die Dicke des Umhüllungspapiers verteilt ist. Generell kann eine gute brandhemmende Wirkung bereits erreicht werden, wenn der Kohlebildner im Wesentlichen homogen im Umhüllungs papier verteilt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Umhüllungspapier aber so gestaltet, dass die dem aerosolerzeugenden Material zugewandte Seite des Umhüllungspa piers einen höheren Anteil an Kohlebildner enthält als die andere Seite des Umhüllungspa piers. Die dem aerosolerzeugenden Material zugewandte Seite ist typischerweise einer höhe ren thermischen Belastung ausgesetzt. Ein höherer Gehalt an Kohlebildner auf dieser Seite des Umhüllungspapiers kann daher besonders gut zur brandhemmenden Wirkung beitragen. Dadurch kann ohne Einbußen bei der brandhemmenden Wirkung der Anteil an Kohlebildner im Umhüllungspapier gesenkt und so bei gleichem Flächengewicht der Anteil an Zellstofffa sern im Umhüllungspapier erhöht werden, womit insgesamt die Festigkeit des Umhüllungs papiers erhöht wird. Alternativ kann bei dieser bevorzugten Verteilung des Kohlebildners im Umhüllungspapier auch das Flächengewicht ohne Einbußen bei der brandhemmenden Wir kung gesenkt werden, was den Materialbedarf reduziert.
Die Verteilung des Kohlebildners im Umhüllungspapier kann durch den Herstellungsprozess beeinflusst werden, wie weiter unten erläutert wird.
Bevorzugt ist der Kohlebildner auf mindestens 70% der Fläche des Umhüllungspapiers im Wesentlichen gleichmäßig verteilt, besonders bevorzugt auf mindestens 95% der Fläche, wo bei Schwankungen im Anteil des Kohlebildners innerhalb dieser Flächen nur durch die Her- Stellung bedingt aber nicht beabsichtigt sind.
Ein Nachteil des Kohlebildners kann darin bestehen, dass er das Umhüllungspapier bei thermischer Belastung dunkel verfärbt. Dieser Nachteil kann überwunden werden, indem das erfindungsgemäße Umhüllungspapier mit einer weiteren Papierlage verbunden wird, beispielsweise verklebt wird, sodass das erfindungsgemäße Umhüllungspapier dem aeroso lerzeugenden Material zugewandt ist und die weitere Papierlage auf der dem aerosolerzeu genden Material abgewandten Seite angebracht ist. Bei thermischer Belastung überdeckt diese weitere Papierlage das Umhüllungspapier, so dass die von außen sichtbare Farbe nicht oder nur unwesentlich verändert wird.
Bevorzugt ist das Umhüllungspapier daher mit einer Papierlage verbunden. Besonders be vorzugt umfasst diese Papierlage Zellstofffasern und Kalkpartikel, wobei die Kalkpartikel mindestens 15% und höchstens 40% der Masse der Papierlage ausmachen. Die Kalkpartikel sorgen für eine weiße Farbe der Papierlage und eine hohe Opazität, sodass die Verfärbung des darunterliegenden erfindungsgemäßen Umhüllungspapiers nicht oder nur wenig sichtbar wird. Man beachte, dass man das Umhüllungspapier mit der zusätzlichen Papierlage als Gan zes grundsätzlich auch als „zweilagiges Umhüllungspapier“ bezeichnen könnte, diese No menklatur wird hier allerdings vermieden. Stattdessen wird im Sprachgebrauch der vorlie genden Offenbarung eine solche zweilagige Struktur als „Umhüllungspapier mit zusätzlicher Papierlage“ bezeichnet, weil nur der durch als „Umhüllungspapier“ bezeichnete Anteil der zweilagigen Struktur die obigen Anforderungen bezüglich Anteil an Zellstofffasern, Kohle bildnern und Quotient der Zugfestigkeiten erfüllen muss.
Neben den Zellstofffasern und dem Kohlebildner kann das erfindungsgemäße Umhüllungs- papier weitere Komponenten enthalten. Dazu gehören beispielsweise Füllstoffe, Leimungs mittel, Nassfestmittel, Additive, Prozesshilfsmittel, Feuchthaltemittel und Aromastoffe. Diese Komponenten kann der Fachmann nach seiner Erfahrung wählen. Insbesondere Nassfest mittel können für die Anwendung auf aerosolerzeugenden Artikeln hilfreich sein, weil das beim Gebrauch des aerosolerzeugenden Artikels gebildete Aerosol einen hohen Feuchtegeh alt hat. Das Umhüllungspapier kann das Wasser aus dem Aerosol teilweise aufnehmen, wodurch sich seine Festigkeit reduziert. Dem kann durch den Einsatz von Nassfestmitteln vorgebeugt werden.
Die Füllstoffe im erfindungsgemäßen Umhüllungspapier können dazu beitragen, dass sich das Umhüllungspapier weniger verfärbt. Die Füllstoffe reduzieren aber auch die Zugfestigkeit des Umhüllungspapiers, sodass deren Anteil nicht zu hoch sein soll. Bevorzugt beträgt der Anteil an Füllstoffen im Umhüllungspapier daher mindestens o% und höchstens 20%, be- sonders bevorzugt mindestens o% und höchstens io% und ganz besonders bevorzugt min destens o% und höchstens 5%, jeweils bezogen auf die Masse des Umhüllungspapiers.
Der Füllstoff ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calciumcarbonat, Mag nesiumcarbonat, Titandioxid, Magnesiumoxid, Magnesiumhydroxid, Aluminiumhydroxid, Kaolin, Talkum und Mischungen daraus. Weniger bevorzugt ist der Füllstoff ein Carbonat.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Umhüllungspapier zusätzlich Stärke oder ein Stärkederivat oder ist mit Stärke oder einem Stärkederivat beschichtet. Der Anteil der Stärke oder des Stärkederivats beträgt in dieser bevorzugten Ausführungsform mindestens 2% und höchstens 10% der Masse des Umhüllungspapiers. Diese bevorzuget Ausführungs form bietet als zusätzlichen Vorteil einen Widerstand gegen das Durchdringen von Ölen. Das aerosolerzeugende Material kann Öle, beispielsweise Aromastoffe, enthalten, die bei Lage rung oder Gebrauch des aerosolerzeugenden Artikels das Umhüllungspapier durchdringen und zu Flecken führen. Der Widerstand gegen das Durchdringen von Ölen kann gemäß TAPPI T559 cm-12 bestimmt werden und wird als KIT Level angeben. In dieser bevorzugten Ausführungsform beträgt der KGG Level mindestens 4 und höchstens 8.
Das Flächengewicht des Umhüllungspapiers kann variieren, wobei ein höheres Flächenge wicht generell auch eine höhere Zugfestigkeit bedeutet. Mit höherem Flächengewicht wird das Umhüllungspapier aber auch steifer und schwieriger zu verarbeiten und es steigt der Ma terialbedarf. Bevorzugt beträgt das Flächengewicht des eründungsgemäßen Umhüllungspa piers daher mindestens 15 g/m2 und höchstens 80 g/m2, besonders bevorzugt mindestens 20 g/m2 und höchstens 60 g/m2. Das Flächengewicht des Umhüllungspapiers kann nach ISO 536:2019 bestimmt werden.
Die Dicke des Umhüllungspapiers beeinflusst vor allem die Biegesteifigkeit und den Wär metransport innerhalb des Umhüllungspapiers. Eine hohe Biegesteifigkeit ist günstig, weil sich dann der aus dem Umhüllungspapier gefertigte aerosolerzeugende Artikel weniger ver- formt, andererseits kann eine hohe Biegesteifigkeit wegen der Rückstellkräfte Probleme ma chen, wenn das aerosolerzeugende Material mit dem Umhüllungspapier umhüllt werden soll. Eine hohe Dicke verlangsamt den Wärmetransport durch das Umhüllungspapier und ist auch aus diesem Grund günstig. Bevorzugt beträgt die Dicke des erfindungsgemäßen Umhül lungspapiers mindestens 25 pm und höchstens 100 pm und besonders bevorzugt mindestens 40 pm und höchstens 80 pm. Die Dicke kann nach ISO 534:2011 an einer einzelnen Lage bestimmt werden.
Die anfängliche Zugfestigkeit R0 des Umhüllungspapiers, gemessen in Längsrichtung, beträgt bevorzugt mindestens 10 N/15 mm und höchstens 100 N/15 mm, besonders bevorzugt min destens 20 N/15 mm und höchstens 80 N/15 mm· Eine hohe Zugfestigkeit kann durch einen hohen Anteil an Zellstofffasern erreicht werden. Das bedeutet aber auch einen höheren Mate rialaufwand, weshalb es nicht sinnvoll ist, eine besonders hohe Zugfestigkeit erreichen zu wollen. Die bevorzugten Intervalle erlauben eine besonders günstige Kombination aus prob lemloser Verarbeitbarkeit und Materialaufwand. Die Zugfestigkeit kann nach ISO 1924- 2:2008 bestimmt werden.
Das aerosolerzeugende Material enthält oft Feuchthaltemittel, sodass beim Erhitzen das ent stehende Aerosol eine vergleichsweise hohe Feuchte aufweist. Diese Feuchtigkeit kann die Festigkeit des Umhüllungspapiers reduzieren, weshalb es günstig ist, wenn das Umhüllungs papier auch eine entsprechende Festigkeit im feuchten Zustand aufweist. Die Nassbruchkraft in Längsrichtung beträgt daher bevorzugt mindestens 1 N/15 mm und höchstens 10 N/15 mm und besonderes bevorzugt mindestens 2 N/15 mm und höchstens 8 N/15 mm· Die Nass bruchkraft in Längsrichtung kann nach ISO 12625-5:2016 bestimmt werden.
Die Luftdurchlässigkeit des Umhüllungspapiers kann niedrig sein. Eine niedrige Luftdurch- lässigkeit wird oft dadurch erreicht, dass die Zellstofffasern intensiver gemahlen werden. Das trägt auch zu einer Steigerung der Festigkeit bei, sodass bevorzugt die Luftdurchlässigkeit mindestens o cm3/(cm2-min-kPa) und höchstens 50 cm3/(cm2-min-kPa) und besonderes bevorzugt mindestens o cm3/(cm2-min-kPa) und höchstens 20 cm3/(cm2-min-kPa) beträgt. Die Luftdurchlässigkeit kann nach ISO 2965:2019 gemessen werden.
Sofern das erfindungsgemäße Umhüllungspapier von außen auf dem aerosolerzeugenden Artikel sichtbar ist, können die optischen Eigenschaften von Bedeutung sein. Generell sind eine hohe Opazität und eine hohe Weiße wünschenswert. Beide Eigenschaften können durch die Art und Menge des Füllstoffs im Umhüllungspapier wesentlich beeinflusst werden. Be vorzugt beträgt die Opazität mindestens 40% und höchstens 90%, besonders bevorzugt min- destens 45% und höchstens 80%. Bevorzugt beträgt die Weiße mindestens 80% und höchs tens 95%, besonders bevorzugt mindestens 83% und höchstens 90%.
Aus dem erfindungsgemäßen Umhüllungsmaterial können nach aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren aerosolerzeugende Artikel gefertigt werden. Ein erfindungsgemäßer aerosolerzeugender Artikel umfasst daher ein aerosolerzeugendes Material und ein Umhül lungspapier nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, wobei das Um hüllungspapier das aerosolerzeugende Material umhüllt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des aerosolerzeugenden Artikels ist der Anteil des genannten Kohlebildners auf einer Seite des Umhüllungspapiers höher als auf der anderen Seite und ist die Seite mit dem höheren Anteil an Kohlebildner dem aerosolerzeugenden Ma terial zugewandt.
Das erfindungsgemäße Umhüllungspapier kann vorteilhaft in aerosolerzeugenden Artikeln verwendet werden, weshalb auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Umhüllungspa piers in aerosolerzeugenden Artikeln ein Gegenstand der Erfindung ist.
Das erfindungsgemäße Umhüllungspapier kann nach dem folgenden erfindungsgemäßen Verfahren, umfassend die Schritte A bis G hergestellt werden.
A - Suspendieren von Zellstofffasern in einer wässrigen Suspension,
B - Mahlen der suspendierten Zellstofffasern in einem Mahlaggregat,
C - Aufbringen der Suspension auf ein umlaufendes Sieb,
D - Bilden einer Faserbahn durch Entwässern der Suspension,
E - Pressen der Faserbahn,
F - Trocknen der Faserbahn,
G - Aufrollen des Umhüllungspapiers, wobei zwischen den Schritten F und G mindestens eine Kohlebildner enthaltende Zusammenset zung auf die Faserbahn aufgetragen wird und die Faserbahn getrocknet wird, um das Umhül lungspapier zu bilden, und wobei das Umhüllungspapier aus Schritt G Zellstofffasern und Kohlebildner umfasst und die Zellstofffasern mindestens 70% und höchstens 95% der Masse des Umhüllungspapiers ausmachen und der Kohlebildner mindestens 5% und höchstens 20% der Masse des Umhül lungspapiers ausmacht, und wobei der Kohlebildner in einer solchen Konzentration im Um hüllungspapier vorhanden ist, dass der Quotient r = RT/R0 aus der Zugfestigkeit R0 gemessen nach ISO 1924-2:2008 unter den Bedingungen von ISO 187:1990 und aus der Zugfestigkeit RT gemessen nach ISO 1924-2:2008 unter den Bedingungen von ISO 187:1990, nachdem das Umhüllungspapier eine Minute lang einer Temperatur von 230°C ausgesetzt war, mindestens 0,20 und höchstens 0,90 beträgt.
Vorzugsweise wird der Schritt des Auftragens der den Kohlebildner enthaltenen Zusammen- Setzung auf die Faserbahn durch einen oder eine Kombination von zwei oder mehr der fol genden Schritte durchgeführt:
F.i Auftrag einer Kohlebildner enthaltenen Zusammensetzung auf die Faserbahn in einer Leimpresse einer Papiermaschine,
F.2 einseitiger Auftrag einer Kohlebildner enthaltenen Zusammensetzung auf die Faser- bahn in einer Filmpresse oder in einem Streichaggregat einer Papiermaschine, und
F.3 einseitiger Auftrag einer Kohlebildner enthaltenen Zusammensetzung auf die Faser bahn durch Drucken, insbesondere Tiefdruck oder Sprühen.
Dabei wird der Schritt F.i in einer Leimpresse ausgeführt und so die Faserbahn mit einer Kohlebildner enthaltenden Zusammensetzung durchtränkt. Diese Variante bietet den Vorteil, dass sie einfach auszuführen ist. Sie führt im Allgemeinen zu einer weitgehend homogenen Verteilung des Kohlebildners über die Dicke des Umhüllungspapiers, sodass vergleichsweise mehr Kohlebildner benötigt wird, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Es ist aber auch möglich, die Einstellungen der Leimpresse bereits in diesem Schritt so anzupassen, dass der Kohlebildner über die Dicke der Faserbahn, und daher des Umhüllungspapiers, ungleich ver teilt ist.
Gemäß Schritt F.2 wird die Kohlebildner enthaltende Zusammensetzung in einer Filmpresse oder in einem Streichaggregat auf eine Seite der Faserbahn aufgetragen. Dadurch wird eine ungleiche Verteilung des Kohlebildners über die Dicke des Umhüllungspapiers erreicht und die hohe brandhemmende Wirkung kann durch einen geringeren Anteil an Kohlebildner im Umhüllungspapier erreicht werden.
Gemäß Schritt F.3 wird die Kohlebildner enthaltende Zusammensetzung durch Drucken oder Sprühen auf eine Seite der Faserbahn aufgetragen, wobei die Zusammensetzung in besonders bevorzugten Ausführungsformen durch ein Tiefdruckwerk auf eine Seite der Faserbahn auf gedruckt wird. Dabei wird die Faserbahn vorzugsweise vor dem Schritt F.3 getrocknet, aufge rollt und wieder abgerollt. Im gerollten Zustand kann die Faserbahn dann zu einer weiteren Vorrichtung transportiert werden, auf der der Auftrag der Zusammensetzung durch Drucken oder Sprühen durchgeführt wird. Während die Schritte F.i und F.2 in der Regel auf derselben Papiermaschine durchgeführt werden, auf der das Umhüllungspapier hergestellt wird, findet der Auftrag gemäß Schritt F.3 typischerweise in einer separaten Vorrichtung statt. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Schritte F.i und F.3 kom biniert, sodass zunächst in einem Schritt F.i die Faserbahn mit einer Kohlebildner enthal tenden Zusammensetzung in einer Leimpresse getränkt wird und in Schritt F.3 eine weitere Kohlebildner enthaltende Zusammensetzung in einem Tiefdruckwerk auf eine Seite der Fa serbahn aufgedruckt wird. In dieser ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Kohlebildner sowohl im Umhüllungspapier verteilt, als auch in höherer Konzentration auf einer Seite des Umhüllungspapiers vorhanden, wodurch die brandhemmende Wirkung nochmals deutlich gesteigert werden kann.
In einer weiteren ganz besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Schritte F.i, und F.2 kombiniert, wobei der Schritt F.i in einer Leimpresse und der Schritt F.2 in einem Streichaggregat durchgeführt wird. In dieser ganz besonders bevorzugten Ausführungsform kann das Umhüllungspaper besonders effizient hergesteht werden, weil beispielsweise alle Auftragsvorrichtungen in eine Papiermaschine integriert sein können.
Unabhängig davon, welcher oder welche der Schritte F.i, F.2 oder F.3 zur Anwendung kommt bzw. kommen, wird die Kohlebildner enthaltende Zusammensetzung bevorzugt auf mindestens 70% der Fläche des Umhüllungspapiers, besonders bevorzugt auf mindestens 95% der Fläche des Umhüllungspapiers aufgetragen.
Die Zusammensetzung, die in den Schritten F.i, F.2 oder F.3 eingesetzt wird, enthält den Kohlebildner und ein Lösungsmittel, wobei das Lösungsmittel bevorzugt Wasser ist. Die Menge des Kohlebildners in der Zusammensetzung kann variieren und hängt von der Art des Auftragsverfahrens, der Auftragsmenge und der gewünschten Menge an Kohlebildner im Umhüllungspapier ab. Der Fachmann ist in der Lage eine geeignete Zusammensetzung unter diesen Gesichtspunkten festzulegen und das Auftragsverfahren entsprechend zu gestalten.
In der ganz besonders bevorzugten Ausführungsform wird einer der Schritte F.i und F.2 durchgeführt, die Faserbahn danach getrocknet, aufgerollt und wieder abgerollt, und dann Schritt F.3 ausgeführt, wobei die Faserbahn im getrockneten, aufgerollten Zustand vor dem Schritt F.3 den Kohlebildner vorzugsweise in einer Menge von mindestens 5% und höchstens 10% der Masse der Faserbahn in diesem getrockneten, aufgerollten Zustand enthält.
Falls die Schritte F.i, F.2 und/oder F.3 in irgendeiner Form kombiniert werden, können die Kohlebildner enthaltenden Zusammensetzungen, die in den Schritten F.i, F.2 und/oder F.3aufgetragen werden, verschieden sein.
Im Umhüllungspapier nach Schritt G machen die Zellstofffasern mindestens 70% und höchs tens 95% der Masse des Umhüllungspapiers aus. Zur Erzielung eines noch günstigeren Ver- hältnisses zwischen Zellstofffasern und Kohlebildner kann der Anteil an Zellstofffasern be vorzugt mindestens 75% und höchstens 90% und ganz besonders bevorzugt mindestens 80% und höchstens 90% betragen, jeweils bezogen auf die Masse des Umhüllungspapiers nach Schritt G.
Die Zellstofffasern in Schritt A sind bevorzugt aus einer oder mehreren Pflanzen gewonnen, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Nadelbäumen, Laubbäumen, Fichte, Föh re, Tanne, Buche, Birke, Eukalyptus, Flachs, Hanf, Jute, Ramie, Abaca, Sisal, Kenaf und Baumwolle. Bei den Zellstofffasern kann es sich ganz oder teilweise auch um Fasern aus regenerierter Cellulose, wie Tencel™ Fasern, Lyocell™ Fasern, Viskosefasern oder Modal™ Fasern handeln.
Bevorzugt sind die Zellstofffasern in Schritt A zu einem Anteil von mindestens 40% und höchstens 100% bezogen auf die Masse der Zellstofffasern aus Zellstofffasern aus Nadelbäu men gebildet, weil diese Zellstofffasern dem Umhüllungspapier in Schritt G eine hohe an fängliche Festigkeit verleihen.
Das Umhüllungspapier nach Schritt G enthält Kohlebildner, wobei der Kohlebildner mindes tens 5% und höchstens 20% der Masse des Umhüllungspapiers ausmacht. Bevorzugt beträgt der Anteil an Kohlebildner im Umhüllungspapier nach Schritt G mindestens 9% und höchs tens 16% der Masse des Umhüllungspapiers.
Bevorzugt ist der Kohlebildner ein Ammoniumphosphat und besonders bevorzugt ein Mono ammoniumphosphat, ein Diammoniumphosphat, ein Triammoniumphosphat, ein Ammoni umpolyphosphat oder ein Gemisch daraus. Weniger bevorzugt ist der Kohlebildner ein Gua- nylureaphosphat, Guanidinphosphat, Phosphorsäure, ein Phosphonat, Melaminphosphat, Dicyandiamid, Borsäure oder Borax. Diese weniger bevorzugten Verbindungen sind schwie riger zu verarbeiten oder toxikologisch nicht ganz undenklich. Ebenfalls ein Kohlebildner, aber nicht erfindungsgemäß ist Natriumpolyphosphat.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Umhüllungspapier nach Schritt G ein Umhül lungspapier nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsformen erfindungsgemäßer Umhül lungspapiere beschrieben. Ein erfindungsgemäßes Umhüllungspapier Pi wurde auf einer Langsieb-Papiermaschine hergestellt. Dazu wurden Zellstofffasern in Wasser suspendiert (Schritt A) und in einem Mahlaggregat gemahlen (Schritt B). Danach wurde die Suspension auf ein umlaufendes Sieb aufgebracht (Schritt C) und dort entwässert, um eine Faserbahn zu bilden (Schritt D). Die Faserbahn wurde gepresst (Schritt E), um sie weiter zu entwässern und durch Kontakt mit beheizten Trockenzylindern getrocknet (Schritt F). In der Leimpresse der Papiermaschine wurde die Faserbahn mit einer Zusammensetzung, umfassend Wasser und Monoammoni umphosphat, vollflächig beidseitig getränkt (Schritt F.i) und die Faserbahn danach durch Kontakt mit beheizten Trockenzylindern getrocknet. Abschließend wurde die Faserbahn auf gerollt (Schritt G) und so ein erfindungsgemäßes Umhüllungspapier Pi erhalten.
Die Menge an Zellstofffasern wurde so gewählt, dass im Umhüllungspapier Pi etwa 87% der Masse an Zellstofffasern enthalten waren. Die Zusammensetzung in Schritt F.i umfasste Wasser und Monoammoniumphosphat und wurde gemeinsam mit den Einstellungen der Leimpresse so gewählt, dass die Menge an Monoammoniumphosphat im Umhüllungspapier nach Schritt G etwa 7% betrug. Man kann davon ausgehen, dass die Verteilung des Mono ammoniumphosphats im Umhüllungspapier Pi über die Dicke weitgehend homogen war.
Ein erfindungsgemäßes Umhüllungspapier P2 wurde aus dem erfindungsgemäßen Umhül lungspapier Pi hergestellt, indem die Rolle des Umhüllungspapiers Pi wieder abgerollt wur de und in einem Tiefdruckwerk auf eine Seite des Umhüllungspapiers eine Zusammenset zung umfassend Wasser und Monoammoniumphosphat vollflächig aufgedruckt wurde (Schritt F.3). Anschließend wurde das Umhüllungspapier in einer Heißlufttrocknung ge trocknet und wieder aufgerollt (Schritt G). Die Zusammensetzung in Schritt F.3 war gemein sam mit den Einstellungen des Tiefdruckwerks und insbesondere der Geometrie des Druck zylinders so gewählt, dass im fertigen Umhüllungspapier P2 in Summe 12,5% der Masse des Umhüllungspapiers durch Monoammoniumphosphat gebildet waren. Dadurch wurde eine inhomogene Verteilung des Monoammoniumphosphats im Umhüllungspapier erreicht, so dass der Gehalt an Monoammoniumphosphat auf der bedruckten Seite höher war als auf der anderen Seite.
Im Umhüllungspapier P2 waren 82% der Masse durch Zellstofffasern gebildet.
Ein nicht erfindungsgemäßes Umhüllungspapier Zi umfassend 70% Zellstofffasern und 29% gefällten Kalk, aber ohne Kohlebildner wurde als Vergleichsbeispiel herangezogen. Ebenso wurde ein nicht erfindungsgemäßes Umhüllungspapier Z2 umfassend 90% Zellstoff fasern und 10% Natriumpolyphosphat, (NaP03)n, als Kohlbildner als Vergleichsbeispiel her angezogen.
Um ein weiteres Umhüllungspapier P3 zu erhalten, wurde das nicht erfindungsgemäße Um hüllungspaper Zi mit dem erfindungsgemäßen Umhüllungspapier P2 zu einer zweilagigen Struktur so verklebt, dass die Seite des Umhüllungspapiers P2 mit dem höheren Monoam moniumphosphatgehalt von dem Umhüllungspapier Zi abgewandt war.
Die Daten der erfindungsgemäßen Umhüllungspapiere Pi, und P2, der zweilagigen Struktur P3 und der nicht erfindungsgemäßen Vergleichsbeispiele Zi und Z2 wurden entsprechend der üblichen Normen bestimmt.
Zur Bestimmung der Zugfestigkeit nach thermischer Belastung RT wurden die Umhüllungs papiere Pi, P2, P3 und Zi, Z2 für 1 Minute in einem auf 230°C aufgeheizten Trockenschrank gelagert. Danach wurden sie gemäß ISO 187:1990 konditioniert und die Zugfestigkeit nach ISO 1924-2:2008 gemessen.
Aus der anfänglichen Zugfestigkeit R0 und der Zugfestigkeit RT nach thermischer Belastung wurde der Quotient r = RT/R0 bestimmt, um die thermische Beständigkeit zu charakterisie ren.
Alle Daten der Umhüllungspapiere Pi, P2, P3 und Zi, Z2 können aus Tabelle 1 entnommen werden.
Tabelle 1 Tabelle l zeigt, dass bei den erfindungsgemäßen Umhüllungspapieren Pi und P2 ebenso wie bei der das erfindungsgemäße Umhüllungspapier P2 enthaltenden zweilagigen Struktur P3 die Zugfestigkeit durch die thermische Belastung auf 34% bis 55% reduziert wird. Im nicht erfindungsgemäßen Vergleichsbeispiel Zi, das keinen Kohlebildner enthält, wird die Zugfes tigkeit durch die thermische Belastung kaum reduziert und beträgt noch etwa 94% der an fänglichen Zugfestigkeit. Im nicht erfindungsgemäßen Vergleichsbeispiel Z2, das Natriumpo lyphosphat als Kohlebildner enthält, beträgt die Zugfestigkeit nach thermischer Belastung nur noch 19% der anfänglichen Zugfestigkeit und auch der absolute Wert von 6,3 N/15 mm ist zu wenig, um einen daraus hergestellten aerosolerzeugenden Artikel nach dem Gebrauch noch problemlos aus dem Heizgerät entfernen zu können.
Die erfindungsgemäßen Umhüllungspapiere Pi und P2 und die zweilagigen Struktur P3 zei gen sämtlich eine akzeptable Abnahme der Zugfestigkeit. Es ist aber im Vergleich der erfin- dungsgemäßen Umhüllungspapiere Pi und P2 erkennbar, dass der höhere Gehalt an Mono ammoniumphosphat im Umhüllungspapier P2 die Fasern mehr schädigt und die Zugfestig keit nach thermischer Belastung stärker reduziert.
Neben einer nicht zu starken Reduktion der Zugfestigkeit ist aber auch die brandhemmende Wirkung von Bedeutung. Um die brandhemmende Wirkung zu testen, wurden aus den erfin dungsgemäßen Umhüllungspapieren P1/P2, der zweilagigen Struktur P3 und den nicht er findungsgemäßen Vergleichsbeispielen Zi und Z2 aerosolerzeugende Artikel hergestellt, die für eine Verwendung mit einem Heizgerät vorgesehen waren. Die Herstellung der aerosoler zeugenden Artikel war bei allen Umhüllungspapieren problemlos. Beim Versuch den aeroso lerzeugenden Artikel wie eine Zigarette mit einem Feuerzeug anzuzünden, wurde sofort deut lich, dass das nicht erfindungsgemäße Vergleichsbeispiel Zi keine brandhemmende Wirkung besaß. Der daraus gefertigte aerosolerzeugende Artikel konnte problemlos angezündet wer den. Die aerosolerzeugenden Artikel mit den erfindungsgemäßen Umhüllungspapieren P1/P2, der zweilagigen Struktur P3 und dem nicht eründungsgemäßen Vergleichsbeispiel Z2 konnten trotz längerer Einwirkung der Flamme des Feuerzeugs nicht so angezündet werden, dass eine Verbrennung oder ein stabiler Glimmprozess in Gang kam. Es war auch nicht mög lich diese aerosolerzeugenden Artikel in einem standardisierten Verfahren zu rauchen. Hin sichtlich der brandhemmenden Wirkung erwies sich das eründungsgemäße Umhüllungspa pier P2 als etwas besser als Pi, wodurch sich zeigt, dass eine ungleiche Verteilung des Kohle bildners über die Dicke des Umhüllungspapiers zur Steigerung der brandhemmenden Wir kung beitragen kann.
Die zweilagige Struktur P3 war ein Laminat aus dem eründungsgemäßen Umhüllungspapier P2 und dem nicht erfindungsgemäßen Vergleichsbeispiel Zi und zeigte nach dem Gebrauch des daraus gefertigten aerosolerzeugenden Artikels eine deutlich geringere Verfärbung als die aerosolerzeugenden Artikel mit Pi und P2. Das Umhüllungspapier Zi erfüllte also seine Funktion, die Verfärbung des Umhüllungspapiers P2 zu überdecken. Einflüsse auf den Geschmack der aerosolerzeugenden Artikel konnten nicht festgestellt wer den.
Die erfindungsgemäßen Umhüllungspapiere sind somit für die Verwendung in aerosolerzeu genden Artikeln sehr gut geeignet und weisen bei guter biologischer Abbaubarkeit nach dem Erhitzen eine Festigkeit und eine brandhemmende Wirkung in einer besseren Kombination auf als vergleichbare Umhüllungspapiere aus dem Stand der Technik.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Umhüllungspapier, das für die Anwendung auf aerosolerzeugenden Artikeln geeignet ist und das Zellstofffasern und einen Kohlebildner umfasst, wobei die Zellstofffasern mindestens 70% und höchstens 95% der Masse des Umhüllungspapiers ausmachen und der Kohlebildner in einer Konzentration von mindestens 5% und höchstens 20% bezogen auf die Masse des Umhüllungspapiers enthalten ist und in einer solchen Konzentration im Umhüllungspapier vorhanden ist, dass der Quotient r = RT/R0 aus der Zugfestigkeit R0 gemessen nach ISO 1924-2:2008 unter den Bedingungen von ISO 187:1990 und aus der Zugfestigkeit RT gemessen nach ISO 1924-2:2008 unter den Bedingungen von ISO 187:1990, nachdem das Umhüllungspapier eine Minute lang einer Temperatur von 230°C ausgesetzt war, mindestens 0,20 und höchstens 0,90 beträgt.
2. Umhüllungspapier nach Anspruch 1, bei dem der Anteil an Zellstofffasern mindestens 75% und höchstens 90%, vorzugsweise mindestens 80% und höchstens 90% beträgt, jeweils bezogen auf die Masse des Umhüllungspapiers.
3. Umhüllungspapier nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Zellstofffasern ganz oder teilweise aus einer oder mehreren Pflanzen gewonnen sind, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Nadelbäumen, Laubbäumen, Fichte, Föhre, Tanne, Buche, Birke, Eukalyptus, Flachs, Hanf, Jute, Ramie, Abaca, Sisal, Kenaf und Baumwolle.
4. Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zellstoff fasern ganz oder teilweise durch Fasern aus regenerierter Cellulose gebildet sind, ins besondere durch Tencel™ Fasern, Lyocell™ Fasern, Viskosefasern oder Modal™ Fa sern.
5. Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zellstoff fasern zu einem Anteil von mindestens 40% und höchstens 100% bezogen auf die Masse der Zellstofffasern aus Nadelbäumen gewonnen sind.
6. Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Anteil der Kohlebildner im Umhüllungspapier mindestens 9% und höchstens 16% der Masse des Umhüllungspapiers ausmacht.
7. Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kohlebild ner ein Ammoniumphosphat, vorzugsweise ein Monoammoniumphosphat, ein Dia- mmoniumphosphat, ein Triammoniumphosphat, ein Ammoniumpolyphosphat oder ein Gemisch daraus ist, oder wobei der Kohlebildner zumindest teilweise durch ein Guanylureaphosphat, Guanidinphosphat, Phosphorsäure, ein Phosphonat, Melamin phosphat, Dicyandiamid, Borsäure oder Borax gebildet wird.
8. Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zugfestig keit RT, nachdem das Umhüllungspapier eine Minute lang einer Temperatur von 230°C ausgesetzt war, mindestens 8 N/15 mm und höchstens 50 N/15 mm, vorzugs weise mindestens 10 N/15 mm und höchstens 40 N/15 mm beträgt.
9. Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine dem aerosolerzeugenden Material im bestimmungsgemäßen Gebrauch zugewandte Seite des Umhüllungspapiers einen höheren Anteil an Kohlebildner enthält als die andere Seite des Umhüllungspapiers.
10. Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kohle bildner auf mindestens 70%, vorzugsweise auf mindestens 90 % der Fläche des Um hüllungspapiers zumindest im Wesentlichen gleichmäßig verteilt ist.
11. Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Umhül lungspapier mit einer weiteren Papierlage verbunden, insbesondere verklebt ist, so- dass das erfindungsgemäße Umhüllungspapier im bestimmungsgemäßen Gebrauch dem aerosolerzeugenden Material zugewandt ist und die weitere Papierlage auf der dem aerosolerzeugenden Material abgewandten Seite angebracht ist.
12. Umhüllungspapier nach Anspruch 11, wobei die weitere Papierlage Zellstofffasern und Kalkpartikel umfasst, wobei die Kalkpartikel mindestens 15% und höchstens 40% der Masse der weiteren Papierlage ausmachen.
13. Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner min destens eine weitere Komponente umfasst, die ausgewählt ist aus der Gruppe beste hend aus Füllstoffen, Leimungsmitteln, Nassfestmitteln, Additiven, Prozesshilfsmit teln, Feuchthaltemitteln und Aromastoffen.
14. Umhüllungspapier nach Anspruch 13, bei dem der Anteil an Füllstoffen mindestens 0% und höchstens 20%, vorzugsweise mindestens 0% und höchstens 10% und beson- ders bevorzugt mindestens o% und höchstens 5% beträgt, jeweils bezogen auf die Masse des Umhüllungspapiers.
15. Umhüllungspapier nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei der Füllstoff ausge wählt ist aus der Gruppe bestehend aus Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Ti tandioxid, Magnesiumoxid, Magnesiumhydroxid, Aluminiumhydroxid, Kaolin, Tal kum und Mischungen daraus.
16. Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Umhül lungspapier Stärke oder ein Stärkederivat enthält oder mit Stärke oder einem Stärke derivat beschichtet ist, wobei der Anteil der Stärke oder des Stärkederivats vorzugs weise mindestens 2% und höchstens 10% der Masse des Umhüllungspapiers beträgt.
17. Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem gemäß TAPPI T559 cm- 12 bestimmten KIT Level, der mindestens 4 und höchstens 8 beträgt.
18. Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Flächenge wicht mindestens 15 g/m2 und höchstens 80 g/m2, bevorzugt mindestens 20 g/m2 und höchstens 60 g/ m2 beträgt.
19. Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Dicke mindes tens 25 pm und höchstens 100 pm, vorzugsweise mindestens 40 pm und höchstens 80 pm beträgt.
20. Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Zugfestigkeit R0 vor einer thermischen Behandlung in Längsrichtung gemessen mindestens 10 N/15 mm und höchstens 100 N/15 mm beträgt, vorzugsweise mindestens 20 N/15 mm und höchstens 80 N/15 nun beträgt.
21. Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Nassbruch kraft nach ISO 12625-5:2016 in Längsrichtung mindestens 1 N/15 nun und höchstens 10 N/15 nun, vorzugsweise mindestens 2 N/15 nun und höchstens 8 N/15 nun beträgt.
22. Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Luftdurchläs sigkeit mindestens o cm3/(cm2-min-kPa) und höchstens 50 cm3/(cm2-min-kPa), vor zugsweise mindestens o cm3/(cm2-min-kPa) und höchstens 20 cm3/(cm2-min-kPa) beträgt.
23· Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Opazität min destens 40% und höchstens 90%, vorzugsweise mindestens 45% und höchstens 80% beträgt, und/oder dessen Weiße mindestens 80% und höchstens 95%, vorzugsweise mindestens 83% und höchstens 90% beträgt.
24. Aerosolerzeugender Artikel, der ein Umhüllungspapier nach einem der vorhergehen den Ansprüche und ein aerosolerzeugendes Material umfasst, wobei das Umhül lungspapier das aerosolerzeugende Material umhüllt.
25. Aerosolerzeugender Artikel nach Anspruch 24, wobei der Anteil des genannten Koh lebildners auf einer Seite des Umhüllungspapiers höher ist als auf der anderen Seite und die Seite mit dem höheren Anteil an Kohlebildner dem aerosolerzeugenden Mate rial zugewandt ist.
26. Verwendung eines Umhüllungspapiers nach einem der Ansprüche 1 bis 23 in einem aerosolerzeugenden Artikel.
27. Verfahren zur Herstellung eines Umhüllungspapiers für aerosolerzeugende Artikel, umfassend die Schritte A bis G,
A - Suspendieren von Zellstofffasern in einer wässrigen Suspension,
B - Mahlen der suspendierten Zellstofffasern in einem Mahlaggregat,
C - Aufbringen der Suspension auf ein umlaufendes Sieb,
D - Bilden einer Faserbahn durch Entwässern der Suspension,
E - Pressen der Faserbahn,
F - Trocknen der Faserbahn,
G - Aufrollen des Umhüllungspapiers, wobei zwischen den Schritten F und G mindestens eine Kohlebildner enthaltende Zusam mensetzung auf die Faserbahn aufgetragen wird und die Faserbahn getrocknet wird, um das Umhüllungspapier zu bilden, und wobei das Umhüllungspapier aus Schritt G Zellstofffasern und Kohlebildner um fasst und die Zellstofffasern mindestens 70% und höchstens 95% der Masse des Um hüllungspapiers ausmachen und der Kohlebildner mindestens 5% und höchstens 20% der Masse des Umhüllungspapiers ausmacht, und wobei der Kohlebildner in einer solchen Konzentration im Umhüllungspapier aus Schritt G vorhanden ist, dass der Quotient r = RT/R0 aus der Zugfestigkeit R0 gemessen nach ISO 1924-2:2008 unter den Bedingungen von ISO 187:1990 und aus der Zugfestigkeit RT gemessen nach ISO 1924-2:2008 unter den Bedingungen von ISO 187:1990, nachdem das Umhüllungs- papier eine Minute lang einer Temperatur von 230°C ausgesetzt war, mindestens 0,20 und höchstens 0,90 beträgt.
28. Verfahren nach Anspruch 27, bei dem der Schritt des Auftragens der den Kohlebild ner enthaltenen Zusammensetzung auf die Faserbahn durch einen oder eine Kombi nation von zwei oder mehr der folgenden Schritte durchgeführt wird:
F.i Auftrag einer Kohlebildner enthaltenen Zusammensetzung auf die Faserbahn in einer Leimpresse einer Papiermaschine,
F.2 einseitiger Auftrag einer Kohlebildner enthaltenen Zusammensetzung auf die Faserbahn in einer Filmpresse oder in einem Streichaggregat einer Papierma schine, und
F.3 einseitiger Auftrag einer Kohlebildner enthaltenen Zusammensetzung auf die Faserbahn durch Drucken, insbesondere Tiefdruck, oder Sprühen.
29. Verfahren nach Anspruch 28, bei dem die Faserbahn vor dem Schritt F.3 getrocknet, aufgerollt und wieder abgerollt wird.
30. Verfahren nach Anspruch 28 und 29, bei dem einer der Schritte F.i und F.2 durchge führt wird, die Faserbahn danach getrocknet, aufgerollt und wieder abgerollt wird, und dann Schritt F.3 durchgeführt wird, wobei die Faserbahn im getrockneten, aufge rollten Zustand vor dem Schritt F.3 den Kohlebildner vorzugsweise in einer Menge von mindestens 5% und höchstens 10% der Masse der Faserbahn in diesem getrock neten, aufgerollten Zustand enthält.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 30, bei dem unabhängig davon, welcher oder welche der Schritte F.i, F.2 oder F.3 zur Anwendung kommt bzw. kommen, die Kohlebildner enthaltende Zusammensetzung auf mindestens 70% der Fläche des Umhüllungspapiers, vorzugsweise auf mindestens 95% der Fläche des Umhüllungs papiers aufgetragen wird.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 31, wobei die Zusammensetzung, die in einem oder mehreren der Schritte F.i, F.2 und/oder F.3 eingesetzt wird, den Kohle bildner und ein Lösungsmittel enthält, wobei das Lösungsmittel vorzugsweise durch Wasser gebildet ist.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 32, wobei mindestens zwei der Schritte F.i, F.2 und F.3 ausgeführt werden, und die Kohlebildner enthaltenden Zusammen- Setzungen, die in diesen mindestens zwei Schritten aufgetragen werden, verschieden sind.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 33, bei dem der Anteil der Zellstofffasern im Umhüllungspapier nach Schritt G mindestens 70% und höchstens 95%, vorzugs weise mindestens 75% und höchstens 90% und ganz besonders bevorzugt mindestens 80% und höchstens 90% beträgt, jeweils bezogen auf die Masse des Umhüllungspa piers nach Schritt G.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 34, bei dem die in Schritt A verwendeten Zellstofffasern ganz oder teilweise aus einer oder mehreren Pflanzen gewonnen sind, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Nadelbäumen, Laubbäumen, Fich te, Föhre, Tanne, Buche, Birke, Eukalyptus, Flachs, Hanf, Jute, Ramie, Abaca, Sisal, Kenaf und Baumwolle, und/oder bei dem die in Schritt A verwendeten Zellstofffasern ganz oder teilweise durch Fasern aus regenerierter Cellulose gebildet sind, insbeson dere durch Tencel™ Fasern, Lyocell™ Fasern, Viskosefasern oder Modal™ Fasern.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 35, bei dem die in Schritt A verwendeten Zellstofffasern zu einem Anteil von mindestens 40% und höchstens 100% bezogen auf die Masse der Zellstofffasern aus Nadelbäumen gewonnen sind.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 36, bei dem das Umhüllungspapier nach Schritt G Kohlebildner zu einem Anteil von mindestens 5% und höchstens 20%, vor zugsweise von mindestens 9% und höchstens 16% der Masse des Umhüllungspapiers enthält.
38. Verfahren nach Anspruch 37, bei dem der Kohlebildner ein Ammoniumphosphat, vorzugsweise ein Monoammoniumphosphat, ein Diammoniumphosphat, ein Triam- moniumphosphat, ein Ammoniumpolyphosphat oder ein Gemisch daraus ist.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 38, bei dem das Umhüllungspapier nach Schritt G ein Umhüllungspapier nach einem der Ansprüche 1 bis 23 ist.
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