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Dokumentenidentifikation DE3429275C2 19.12.2002
Titel Umhüllungen für Rauchwaren
Anmelder Kimberly-Clark Corp., Neenah, Wis., US
Erfinder Mathews, John H., Roswell, Ga., US;
Durocher, Donald F., Roswell, Ga., US;
Hampl jun., Vladimir, Roswell, Ga., US
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Anmeldedatum 08.08.1984
DE-Aktenzeichen 3429275
Offenlegungstag 21.02.1985
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.12.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.12.2002
IPC-Hauptklasse D21H 27/00
IPC-Nebenklasse D21H 11/12   A24D 1/02   D21H 17/06   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft Umhüllungen für Rauchwaren, wie z. B. für Zigaretten, insbesondere solche Umhüllungen, welche die Neigung der Zigaretten, ein Entzünden von Oberflächen, die in Berührung mit der brennenden Zigarette kommen, zu verursachen, verringern. Es gibt Berichte über Brände, die brennenden Zigaretten, die in Berührung mit brennbaren Materialien kommen, zugeschrieben werden. Solche Berichte haben das Interesse hervorgerufen, die Neigung von Zigaretten, Oberflächen und Materialien, einschließlich Möbel und Bettzeug, nach Berührung zu entzünden, zu verringern. Eine offensichtlich erwünschte Eigenschaft von Zigaretten in dieser Beziehung wäre, daß diese selbstauslöschende Eigenschaften besitzen, wenn sie zufällig oder aufgrund einer Unachtsamkeit auf brennbare Materialien oder Oberflächen gefallen sind. Da in der Fachwelt Einigkeit darüber besteht, daß der Umhüllungsaufbau der Zigarette stark das Verhalten der Zigarette während des Glimmens beeinflußt, wäre eine Änderung der Umhüllung, um diese erwünschten Eigenschaften zu erzielen, höchst vorteilhaft. Insbesondere ein Umhüllungsaufbau, der nach einer bestimmten Zeit selbst erlischt, ohne die gewünschten Raucheigenschaften nachteilig zu beeinflussen, wäre vorteilhaft. Die vorliegende Erfindung betrifft solche Umhüllungen und deren Verwendung zur Herstellung von Rauchwaren.

Das Verringern der Neigung von Zigaretten, Polster oder Bettzeug zu entzünden, hat große Aufmerksamkeit gefunden. Beträchtliche Anstrengungen wurden auf die Modifikation von Zigarettenpapieren gerichtet, um die Feuergefahren zu verringern, einschließlich der Entwicklung nichtbrennender Umhüllungen, wie in der US-PS 2 998 012 beschrieben, und der Entwicklung von Umhüllungen mit gemusterten Ringen oder Bereichen an nichtbrennenden Materialien, wie in der US-PS 4 044 778 beschrieben.

Darüber hinaus ist es bekannt, wie in der US-PS 4 461 311 beschrieben, daß die Zugabe außergewöhnlicher Mengen an brandfördernden Zusätzen zu Zigarettenpapier zu einer verringerten Emission des Seitenstroms des Rauches führt. Mit solchen Papieren hergestellte Zigaretten besitzen normalerweise jedoch keine selbstauslöschenden Eigenschaften.

Weiterhin beschreibt die US-PS 4 611 983 Umhüllungsaufbauten mit speziell entworfenen Papierstrukturen, welche Zigaretten ergeben, die selbstauslöschend sind, wenn sie in Berührung mit einer brennbaren Oberfläche kommen. Solche Zigaretten brennen jedoch an der Luft kontinuierlich und ungehindert und sind unter den Bedingungen des ungehinderten Brennens nicht selbstauslöschend.

Die US-PS 4 231 377 beschreibt die Zugabe eines Gemisches aus Magnesiumoxid und einem Salz eines Alkalimetalls zu einer brennbaren Umhüllung für Rauchwaren, um den sichtbaren Seitenstrom des Rauches beim Brennen der Rauchwaren zu verringern.

Die DE 22 57 317 B2 beschreibt eine brennbare Umhüllung für Rauchwaren, der feinpulverisierter Kohlenstoff, alleine oder im Gemisch mit einem Erdalkalimetallcarbonat, zugesetzt wird, um unerwünschte Bestandteile im Rauch der Rauchwaren zu verringern. Diese Behandlung führt jedoch zu keinen Rauchwaren, die in Kontakt mit einem Substrat selbstauslöschende Eigenschaften besitzen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Umhüllungen für Rauchwaren bereitzustellen, mit denen Rauchwaren hergestellt werden können, die in Kontakt mit einem brennbaren Substrat selbstauslöschende Eigenschaften besitzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Bereitstellung

  • 1. einer Einfachumhüllung für Rauchwaren, enthaltend einen Alkalimetallsalz- Brandförderer in einer Menge von 16,3 µmol bis 489,5 µmol pro Gramm absolut trockenem Grundblatt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie ein Cellulosefasern enthaltendes Grundblatt mit einem BMI (Brandartindex) im Bereich von 1,5 bis 5,0 cm-1 umfaßt, und
  • 2. einer Doppelumhüllung für Rauchwaren, enthaltend einen Alkalimetallsalz- Brandförderer in einer Menge von 16,3 µmol bis 489,5 µmol pro Gramm absolut trockenem inneren oder äußeren Grundblatt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie ein inneres, Cellulosefasern enthaltendes Grundblatt mit einem BMI (Brandartindex) im Bereich von 0,1 bis 4,0 cm-1 und ein äußeres, Cellulosefasern enthaltendes Grundblatt mit einem BMI von 2,0 bis 40 cm-1 umfaßt.

Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls die Verwendung dieser Umhüllungen zur Herstellung von Rauchwaren. Solche Rauchwaren zeigen von Natur aus eine verringerte Neigung, Oberflächen oder Gegenstände, mit denen sie in Berührung kommen, wie etwa durch zufälliges Fallenlassen, zu entzünden. Rauchwaren mit den erfindungsgemäßen Umhüllungen ergeben solche Vorteile ohne eine bedeutende Erhöhung der Rauchabgabe bzw. -zufuhr und werden somit dem Verlangen der Raucher nach geringer Teerabgabe gerecht. Gemäß der Erfindung können die Umhüllungen und Rauchwaren weiß, dunkel und im Aussehen attraktiv sein, lassen sich gut auf Hochgeschwindigkeits-Zigarettenherstellungsmaschinen verarbeiten, erfordern keine neuen oder ungeprüfte Zusätze und erfordern keine teuren Änderungen des Herstellungsverfahrens oder der Zusammensetzung des Umhüllungsaufbaus.

Gemäß der Erfindung haben die Umhüllungen eine Struktur, die durch einen "Brandartindex" (BMI), der im folgenden beschrieben wird, gekennzeichnet ist und der ein direktes Maß für die Fähigkeit der Umhüllung ist, die Neigung von Zigaretten, Substrate zu entzünden, zu verringern. Weiterhin enthalten die Umhüllungen eine bestimmte Menge eines brandfördernden Additivs, um zu ermöglichen, daß die Rauchwaren mit dieser Umhüllung an der Luft kontinuierlich ungehindert und leicht brennen. Der erforderliche Gehalt an brandförderndem Additiv hängt vom BMI der Umhüllung ab.

Die Brenneigenschaften von Papieren, die für die Herstellung von Umhüllungen für Rauchwaren verwendet werden, werden nicht nur von der chemischen Zusammensetzung, sondern auch von z. B. der Porosität und der Dichte der Papiere, insbesondere von der Porosität der Papiere, beeinflußt. Die Porosität bzw. Permeabilität der Papiere, die für die Herstellung der erfindungsgemäßen Umhüllungen für Rauchwaren verwendet werden, ist jedoch zu gering, um unter Anwendung herkömmlicher Meßtechniken ermittelt werden zu können. Deshalb war es erforderlich, den im folgenden beschriebenen BMI-Test zu entwickeln, mit dem der Ionenfluß durch die offene Struktur des Papiers exakt gemessen werden kann. Der gemessene BMI-Wert korreliert mit der Porosität bzw. Permeabilität des Papiers, d. h. eine hohe Porosität entspricht einem hohen BMI-Wert und eine geringe Porosität entspricht einem niedrigen BMI-Wert. Somit ist der BMI-Wert ein Maß für die Porosität bzw. Permeabilität eines Papiers.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden Einfachumhüllungen und Doppelumhüllungen für Rauchwaren bereitgestellt. Unter Verwendung dieser Umhüllungen brennen die Rauchwaren rasch und vollständig, wenn sie der Luft ausgesetzt sind, beispielsweise in einem Aschenbecher oder während des Rauchens. Jedoch erlöschen solche Rauchwaren von selbst, wenn sie herunterfallen oder in anderer Weise in Berührung mit einer brennbaren Oberfläche kommen.

Das einzigartige und überraschende Merkmal der Erfindung hinsichtlich der Herabsetzung der Feuergefahr ist die Verwendung von brandfördernden Zusätzen in speziell gestalteten Papieren, deren Strukturen durch den BMI definiert werden. Das Ergebnis ist eine verringerte Feuergefahr entgegen der herkömmlichen Anschauung, die angibt, daß die Verwendung von Brandförderern dem Ziel der Herabsetzung der von Zigaretten ausgehenden Feuergefahr entgegensteht.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert; hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Bestimmung des BMI;

Fig. 2 in perspektivischer Ansicht eine einfach umhüllte, erfindungsgemäß gebildete Zigarette in teilweiser Aufdeckung, um die Brandcharakteristika zu veranschaulichen;

Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, mit der Ausnahme, daß ein Doppelumhüllungsaufbau gezeigt ist;

Fig. 4 in graphischer Darstellung die abnehmenden Mengen an Alkalimetallsalz-Brandförderer, die erforderlich sind, um einen vollkommen ungehinderten Brand bei einer Einfachhüllen- Ausführung zu erhalten, als Funktion der Zunahme des BMI. Ebenso sind der Bereich der Papierstrukturen und der Chemikaliengehalte für Umhüllungen von Zigaretten gezeigt, die bei der simulierten Polstermöbelprüfung selbst erlöschen, die der Prüfung, wie vom Upholstered Furniture Association Committee (UFAC) verwendet, ähnlich ist. Der bevorzugte BMI-Bereich für Umhüllungen zur Verwendung in einfach umhüllten Zigaretten ist ebenso gezeigt; und

Fig. 5 eine graphische Darstellung ähnlich der von Fig. 4, welche die bei der erfindungsgemäßen Doppelhüllen-Ausführung erhaltenen Ergebnisse veranschaulicht.

In der nachstehenden Beschreibung wird auf bestimmte Prüfungen, die im folgenden näher erläutert werden, Bezug genommen.

Die BMI-Prüfung beruht auf der Erkenntnis, daß der Widerstand der Umhüllung gegenüber einem elektrischen Stromfluß, wenn das Papier in eine nichtwäßrige Lösung eines Elektrolyten eingetaucht und zwischen zwei Elektroden angeordnet wird, sehr gut mit der Fähigkeit der Umhüllung, die Verbrennung einer Zigarette zu unterstützen, korreliert. Das Verhältnis des inneren spezifischen Widerstands der Elektrolytlösung (Ohm.cm) zum Produkt aus dem elektrischen Widerstand des Papiers (Ohm) und der Fläche des Papiers, die in Berührung mit beiden Elektroden steht (cm2), wird als "Brandartindex" (BMI) definiert, der ein direktes Maß der Fähigkeit einer Umhüllung, die Verbrennung von Zigaretten zu unterstützen, ist. Dieser elektrische Widerstand wurde als Reihenwiderstand mit einer handelsüblich erhältlichen Scheinwiderstandsmeßbrücke (Impedanzbrücke) unter Verwendung einer Wechselspannung mit einer Frequenz von 1 kHz, die an die Elektroden angelegt wurde, gemessen. Die Prüfzelle ist in Fig. 1 gezeigt. Wie darin gezeigt, enthält der Glasbehälter 50 den Elektrolyten 52, beispielsweise eine 0,5 molare Lösung von Tetraethylammoniumchlorid in Butyrolacton. Die Bodenelektrode 54 mit einem Durchmesser von beispielsweise etwa 7,6 cm trägt die Papierprobe 56, auf der eine obere Elektrode 57 mit einem Durchmesser von beispielsweise etwa 1,4 cm angeordnet ist und welche von einem nichtleitenden Träger 59 aus beispielsweise Teflon (Polytetrafluorethylen) umgeben ist. Die Elektroden sind durch einen Draht 58 über die Impedanzbrücke 60 mit einer Wechselstromquelle 61 mit einer Frequenz von 1 kHz verbunden. Die Elektroden können beispielsweise aus goldbeschichteten Messingzylindern bestehen. Der BMI wird bestimmt durch Dividieren des inneren spezifischen Widerstands der Lösung durch das Produkt aus dem gemessenen Widerstand und der Papierfläche in Berührung mit beiden Elektroden (im beschriebenen Fall beträgt die Fläche 1,6 cm2).

Die Ergebnisse hinsichtlich der Entzündungsneigung wurden erhalten durch Anzünden einer Zigarette, Glimmenlassen an der Luft, bis die Kohle vollständig entwickelt war, und dann Auflegen auf die Spitze einer Falte, die durch zwei Kissen im rechten Winkel zueinander gebildet wurde. Die Kissen wurden so aufgebaut, um die Sitzfläche und das Rückenteil eines Möbelstückes, wie etwa von Sofas und Stühlen, nachzuahmen. Diese Prüfung ist ähnlich der von UFAC verwendeten. Jedes Kissen wurde hergestellt durch Umhüllen eines Standardstückes, Klasse II, Baumwollflanell (UFAC) mit einem Grundgewicht von 457,65 g/m2, über ein Kissen aus ungefülltem Polyurethanschaum (ohne Feuerschutzbehandlung) mit einer Dichte von 0,016 g/cm3, einer Dicke von 5,08 cm, einer Breite von 12,7 cm und einer Länge von 20,3 cm. Die Zeit für die Selbstauslöschung jeder Zigarette wurde notiert. Wenn die Zigarette unaufhörlich über ihre gesamte Länge brannte, wurde als Auslöschungszeit unendlich bzw. endlos notiert. Bei sämtlichen dieser Prüfungen wurde eine Standardzigarette mit einem Umfang von 25 mm und einer Tabaksäulenlänge von 70 mm, hergestellt aus einer Standard-American-Tobacco-Mischung, geprüft.

Die Sauerstoffkonzentrations-Grenzwerte wurden bestimmt durch horizontales Anordnen brennender Zigaretten in einer Zugregulierkammer. Die in die Kammer eingelassene Luft wurde langsam mit Stickstoff verdünnt, und die Sauerstoffkonzentration, bei der jede Zigarette selbst erlöschte, wurde aufgezeichnet.

Die Ergebnisse der Abkühlungs-Auslöschungsprüfung wurden bestimmt durch axiales Anbringen einer Länge aus Kupferdraht Nr. 14 an eine Zigarette über einen Abstand entsprechend etwa der Hälfte der Länge der Zigarette. Das freie Ende des Drahtes wurde in ein Kühlblech eingesenkt und die Zigarette horizontal an der Luft angeordnet. Das dem Draht gegenüberstehende Ende der Zigarette wurde angezündet, und die Zeit für das Auslöschen jeder Zigarette, nachdem der voreilende Rand der Kohle das Ende des Drahtes erreichte, wurde aufgezeichnet. Wenn die Zigarette unaufhörlich über ihre gesamte Länge abbrannte, wurde als Auslöschungszeit unendlich bzw. endlos notiert.

Die Rauchfrequenz bzw. Zugzählung wurde gemäß Standard-FTC-Zigarettenprüfverfahren bestimmt. Die Ergebnisse der Kohlenmonoxidprüfung wurden mittels gaschromatographischer Analyse der Rauchgasphase, die während den Zügen gesammelt wurde, erhalten.

Die Herstellung von Papier für Zigarettenumhüllungen ist natürlich bestens bekannt. Das herkömmliche Verfahren umfaßt die üblichen Naßlege-Herstellungsstufen, einschließlich der Faserdispersion, Verdünnung, Abscheidung auf einem Sieb, Entwässern, Pressen und Trocknen. Die Faserkomponente für Zigarettenpapier ist vorzugsweise Flachs, jedoch können andere Cellulosematerialien anstelle von oder in Kombination mit Flachs verwendet werden. Mineralfüllstoffe in einer Menge von bis zu 50 Gewichtsprozent, wie etwa gefälltes Calciumcarbonat, gemahlener Kalkstein, calcinierter Kaolinit, Titandioxid, Diatomeenerde, Natriumsilicoaluminat, amorphes Siliciumdioxid und Calciumsilikat können zum Zwecke der Herstellung des erwünschten Aussehens, beispielsweise der Opazität, zugesetzt werden. Wie dem Fachmann auf dem Gebiet der Papierherstellung bekannt ist, können Mineralien verschiedener Teilchengrößenverteilung, Form und spezifischem Gewicht eine Änderung der Faserarten oder eine Behandlung, wie etwa Raffinieren oder Mahlen, erfordern, um die erwünschten Papiereigenschaften zu erhalten.

Erfindungsgemäß ist es jedoch notwendig, daß die Umhüllungsmaterialeigenschaften bei der Ausführungsform der Einfachumhüllung und bei der inneren Umhüllung bei der Doppelumhüllungsausführungsform innerhalb sorgfältig definierter Grenzen eingestellt werden.

Der BMI der Umhüllung für die Einfachumhüllungs-Ausführungsform muß innerhalb des Bereichs von 1,5 bis 5,0 cm-1, vorzugsweise im Bereich von 1,5 bis 3,5 cm-1, liegen. Zum Vergleich liegen BMI-Prüfwerte, die bei herkömmlichen Umhüllungen erhalten werden, über 10 cm-1 und gewöhnlicherweise über 15 cm-1. Weiterhin ist es neben der richtigen BMI-Einstellung erforderlich, daß die Umhüllung eine bestimmte Menge eines Alkalimetallsalz-Brandförderers enthält. Der notwendige Gehalt an Brandförderer hängt vom BMI der Umhüllung ab. Die Linie A in Fig. 4 zeigt die minimale Menge an Brandförderer pro Gramm absolut trockenem Papier, die erforderlich ist, um es zu ermöglichen, daß eine mit dieser Umhüllung hergestellte Zigarette an der Luft kontinuierlich und ungehindert bzw. leicht brennt. Jedoch ist es erwünscht, daß die Umhüllung mehr Brandförderer enthält, als der minimale Gehalt, der für einen ungehinderten Brand notwendig ist, um normale oder nahezu normale Brenngeschwindigkeiten zu erhalten und hierdurch eine Zunahme der Zugzahl zu verhindern. Die maximale Menge an Brandförderer in der Umhüllung, die es einer Zigarette mit dieser Umhüllung ermöglicht, bei der simulierten Polstermöbelprüfung selbst zu erlöschen, ist als Linie B in Fig. 4 gezeigt. Der Bereich des Gehaltes an Alkalimetallsalz-Brandförderer erstreckt sich von 16,3 µmol bis 489,5 µmol pro Gramm absolut trockenem Grundblatt, was z. B. 5 bis 150 mg an wasserfreiem Kaliumcitrat pro Gramm absolut trockenem Grundpapier für den BMI-Bereich von 5,0 bis 1,5 cm-1 entspricht. Für den bevorzugten BMI-Bereich von 3,5 bis 1,5 cm-1 erstreckt sich der Gehalt an Brandförderer von 48,9 µmol bis 489,5 µmol, was einem Kaliumcitrat-Gehalt von 15 bis 150 mg entspricht.

Der BMI der inneren Umhüllung für den Doppelumhüllungsaufbau muß innerhalb des Bereiches von 0,1 bis 4,0 cm-1, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 2,0 cm-1, liegen. Die äußere Umhüllung besitzt einen BMI im Bereich von 2,0 bis 40 cm-1. Doppelt umhüllte Zigaretten, bei denen die innere Umhüllung einen BMI im Bereich von 0,1 bis 4,0 cm-1 besitzt, können ohne Hilfe von Brandförderern einen ungehinderten Brand nicht aufrechterhalten. Beim Doppelumhüllungsaufbau muß jedoch die innere Umhüllung keinen Brandförderer enthalten. Vorzugsweise enthält die äußere Umhüllung den Brandförderer Kaliumcitrat oder eine stöchiometrisch äquivalente Menge eines anderen Alkalimetallsalzes, im Überschuß zur minimalen Menge, die für einen ungehinderten Brand erforderlich ist, jedoch weniger als die Menge, die verhindern würde, daß eine Zigarette mit dieser Umhüllung bei der simulierten Polstermöbelprüfung selbst erlöscht. Der Gehalt an Alkalimetallsalz- Brandförderer, wie z. B. Kaliumcitrat, erstreckt sich von 16,3 µmol bis 489,5 µmol in der äußeren Umhüllung, wenn der BMI-Bereich der inneren Umhüllung bei 0,1 bis 4,0 cm-1 liegt. Für den bevorzugten BMI-Bereich von 0,1 bis 2,0 cm-1 für die innere Umhüllung erstreckt sich der Gehalt an Brandförderer von 48,9 µmol bis 489,5 µmol.

Der Bereich des BMI und die Gehalte an Brandförderer für den Doppelumhüllungsaufbau sind in Fig. 5 gezeigt. Die Linie A zeigt die minimale Menge an Brandförderer in der äußeren Umhüllung, die für einen kontinuierlichen, ungehinderten Brand erforderlich ist, wenn die innere Umhüllung keinen brandfördernden Zusatz enthält und ihr BMI 4,0 cm-1 beträgt, die obere Grenze des zulässigen BMI-Bereichs. Die Linie B zeigt die Menge an Brandförderer in der äußeren Umhüllung, die es ermöglicht, daß die Zigaretten bei der simulierten Polstermöbelprüfung selbst erlöschen, wenn sie mit dieser Umhüllung und einer inneren Umhüllung ohne brandfördernde Zusätze und mit einem BMI von 0,1 cm-1 der unteren Grenze des zulässigen BMI-Bereichs, hergestellt werden. Somit umfaßt der durch die Linien A und B eingeschlossene Bereich die möglichen Kombinationen des BMI der inneren und äußeren Umhüllung und der Gehalt an Brandförderer in der äußeren Umhüllung, die Zigaretten ergeben, welche sowohl ungehindert und kontinuierlich an der Luft brennen als auch bei der simulierten Polstermöbelprüfung selbst erlöschen. Der bevorzugte Bereich ist schraffiert.

Einfach umhüllte oder doppelt umhüllte Zigaretten mit Umhüllungen, die BMI-Werte und Brandförderergehalte aufweisen, die innerhalb der vorstehend beschriebenen Bereiche liegen, zeigen eine erwünschte Geschwindigkeit und Kontinuität des ungehinderten Brandes an der Luft, erlöschen jedoch rasch und zuverlässig, wenn sie in Kontakt mit einem Substrat, einschließlich vieler brennbarer Materialien, wie sie bei Polstermöbeln verwendet werden, kommen. Diese einzigartige Kombination an Eigenschaften demonstriert die stark verbesserten und unerwarteten Ergebnisse, die gemäß der Erfindung erhalten werden. Ohne auf eine bestimmte Theorie beschränkt zu sein, wird angenommen, daß, obwohl erfindungsgemäß umhüllte Zigaretten kontinuierlich, zuverlässig und schnell an der Luft brennen, diese sehr empfindlich sind gegenüber geringen Verminderungen hinsichtlich der Sauerstoffzufuhr oder Kohletemperatur. Diese Empfindlichkeit führt dazu, daß die Zigaretten selbstlöschend werden, wenn sie in Berührung mit einem Substrat kommen, wobei, zumindest örtlich, der verfügbare Sauerstoff verringert wird, obwohl dieses Substrat aus einem brennbaren Material bestehen kann.

Die Behandlung mit erhöhten Mengen an Alkalimetallsalz-Bradförderer ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, wenn die Umhüllung einen BMI-Bereich von weniger als 3,5 cm-1 aufweist. Im Falle des Doppelumhüllungsaufbaus, wenn die innere Umhüllung einen BMI von weniger als 2,0 cm-1 besitzt, kann die äußere Umhüllung mit erhöhten Mengen an Alkalimetallsalz-Brandförderer behandelt werden. Im allgemeinen gilt, daß die Fähigkeit der erfindungsgemäßen Umhüllung, ein kräftiges Brennen der Zigarette in einem Aschenbecher zu unterstützen, jedoch gleichzeitig eine rasche Selbstauslöschung bei Berührung mit einem Substrat, einschließlich vieler brennbarer Materialien, zu verursachen, am besten erreicht wird, wenn der BMI innerhalb dieses niedrigen Bereichs liegt. Das verwendete Alkalimetallsalz kann aus einer großen Anzahl von Verbindungen gewählt werden, einschließlich den Salzen der Kohlensäure, Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Äpfelsäure, Milchsäure, Zitronensäure, Glykolsäure, Weinsäure und Salpetersäure. Mischungen dieser Salze oder stöchiometrisch äquivalente Mengen anderer Carbonsäuresalze von Alkalimetallen können ebenso verwendet werden.

Innerhalb des bevorzugten BMI-Bereichs sollten Kaliumsalze anstelle von Natriumsalzen verwendet werden, da diese einen ungehinderten Brand effektiver unterstützen. Gehalte an Brandförderer von mehr als 489,5 µmol pro Gramm absolut trockenem Papier sind nicht zweckdienlich, da über diesem Gehalt der Brandförderer anfängt, als Brandverzögerer zu wirken.

Verfahren zur Herstellung von Rauchwaren unter Verwendung von Doppelumhüllungen sind bekannt und können beispielsweise das gleichzeitige Zuführen jeder Umhüllung von Paaren von Spulenkörpern oder das Laminieren der Umhüllungen und Zuführen in der Weise einer Einfachumhüllung umfassen. In jedem Fall zeigt die resultierende, doppelt umhüllte Rauchware die erwünschte reduzierte Entzündungsneigung.

Die nachstehenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1 (Einfachumhüllungsaufbau)

Ein Zigarettenumhüllungsmaterial wurde hergestellt unter Anwendung herkömmlicher Fourdrinier-Papierherstellungsverfahren für Leichtgewichtpapiere unter Verwendung einer gekochten, gebleichten Kraft-Flachspulpe, enthaltend 14 Gewichtsprozent der Anatas-Form von Titandioxid (handelsüblich erhältliches Produkt). Das Papier wurde so behandelt, daß es 90 mg wasserfreies Kaliumcitrat pro Gramm absolut trockenem Papier enthielt. Dieses Papier hatte die folgenden Eigenschaften: Tappi-Opazität von 68%, Reißfestigkeit von 3800 g/29 mm, Permeabilität von 4 cm/min bei 10 mbar (gemessen mit dem Coresta-Verfahren), Grundgewicht 21 g/m2 und BMI von 2,5 cm-1.

Zigaretten, die unter Verwendung dieser Umhüllung hergestellt worden waren und die eine Füllmenge an Tabak von 13,2 mg/mm enthielten, brannten ungehindert mit 3,8 mm/min, erforderten eine Atmosphäre mit 20% Sauerstoff, um kontinuierlich zu brennen, und erlöschten selbst in 3 min bei der simulierten Polstermöbelprüfung. Beispiel 1(M) ist eine Wiederholung mit einer Füllmenge an Tabak von 9,2 mg/mm.

Beispiel 2 (Einfachumhüllungsaufbau)

Ein alternatives Zigarettenumhüllungsmaterial gemäß der Erfindung wurde wie in Beispiel 1 hergestellt, unter Verwendung einer gebleichten Standard-Nordost- Weichholz-Kraftpulpe mit 25 Gew.-% ausgefälltem Calciumcarbonat mit einer mittleren Teilchengröße von 0,75 µm, bestehend aus tonnen- bzw. kegelförmigen Prismen mit Rhomboedern an den Enden (handelsüblich erhältliches Produkt). Das Papier wurde so behandelt, daß es 17 mg wasserfreies Kaliumcitrat pro Gramm absolut trockenem Papier enthielt. Dieses Papier hatte die folgenden Eigenschaften: Tappi-Opazität von 77%, Reißfestigkeit von 5200 g/29 mm, Coresta-Permeabilität von 1,5 cm/min, Grundgewicht 33 g/m2 und BMI von 3,5 cm-1.

Zigaretten, die unter Verwendung dieser Umhüllung hergestellt worden waren und die eine Füllmenge an Tabak von 13,2 mg/mm enthielten, brannten ungehindert mit 3,7 mm/min, erforderten eine Atmosphäre mit mindestens 19% Sauerstoff, um kontinuierlich zu brennen, und erlöschten selbst in 4 min bei der simulierten Polstermöbelprüfung.

Beispiel 2(M) ist eine Wiederholung mit einer Füllmenge an Tabak von 9,2 mg/mm.

Beispiel 3 (Einzelumhüllungsaufbau)

Eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zigarettenumhüllungsmaterials wurde wie in Beispiel 1 hergestellt, unter Verwendung einer gekochten, gebleichten Kraft-Flachs-Pulpe, enthaltend 12 Gew.-% des in Beispiel 1 beschriebenen TiO2 und 2 Gew.-% des Calciumcarbonat-Füllstoffes gemäß Beispiel 2. Das Papier wurde so behandelt, daß es 36 mg wasserfreies Kaliumcitrat pro Gramm absolut trockenem Grundpapier enthielt. Dieses Papier hatte die folgenden Eigenschaften: Tappi-Opazität von 73%, Reißfestigkeit von 4600 g/29 mm, Coresta- Permeabilität von 2 cm/min. Grundgewicht von 24 g/m2 und BMI von 3,5 cm-1.

Zigaretten, die unter Verwendung dieser Umhüllung hergestellt worden waren und die eine Füllmenge an Tabak von 13,2 mg/mm enthielten, brannten ungehindert mit 3,8 mm/min. erforderten eine Atmosphäre mit mindestens 19% Sauerstoff, um kontinuierlich zu brennen, und erlöschten selbst in 4 min bei der simulierten Polstermöbelprüfung.

Beispiel 4 (Einzelumhüllungsaufbau)

Um die Verwendung alternativer Grundblätter für die erfindungsgemäße Umhüllung zu veranschaulichen wurde das Grundblatt aus Beispiel 3 für eine weitere Behandlung ausgewählt, um dessen BMI zu erniedrigen. Der BMI des unbehandelten Blatts betrug 3,5 cm-1. Dieses Blatt wurde durch Walzenbeschichtung behandelt, um eine Anlagerung von 1 Gew.-% einer handelsüblich erhältlichen Hydroxyethylstärke sowie von Kaliumcitrat mit einem Gehalt von 90 mg an wasserfreiem Kaliumcitrat pro Gramm absolut trockenem Grundpapier zu erzielen. Das resultierende Papier hatte einen BMI von 2,5 cm-1 Zigaretten, die mit Umhüllungen aus diesem Material hergestellt wurden, besaßen ähnliche Eigenschaften wie die aus Beispiel 1.

Somit können herkömmliche Umhüllungsmaterialien mit typischerweise hohen BMI- Werten mit geeigneten, wasserlöslichen, filmbildenden Materialien beschichtet oder gesättigt werden, um ein Grundpapier mit einem verringerten BMI zu erhalten, das in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Beispiele geeigneter Beschichtungs- oder Imprägniermaterialien umfassen Zelluloseether, wie etwa Methylzellulose und Carboxymethylzellulose; Stärke oder chemisch modifizierte Stärken, wie etwa hydroxyethylierte oder acetylierte Stärke; Guargum, Natriumalginat oder andere pflanzliche Gummimaterialien; Dextrin; und Proteine, wie etwa Gelatine oder raffinierte pflanzliche Proteine. Die Auftragung kann auf der Papiermaschine, beispielsweise auf einer Leimpresse, erfolgen, oder es kann eine Auftragung auf das hergestellte Papier durch getrennte Behandlung, wie durch Beschichtungs- oder Sättigungstechniken, erfolgen. Wenn die Zusammensetzung, die sowohl das Dichtungsmaterial als auch den Alkalimetallsalzzusatz enthält, instabil ist, können getrennte Behandlungsstufen in beliebiger Reihenfolge angewandt werden.

Beispiel 5 (Doppelumhüllungsaufbau)

Um die erfindungsgemäße doppelt umhüllte Ausführungsform zu veranschaulichen wurden Zigaretten unter Verwendung einer inneren Umhüllung mit einem BMI von 1,0 cm-1 ohne Alkalimetallsalz und einer äußeren Umhüllung aus einem im Handel erhältlichen Zigarettenpapier, das so behandelt wurde, so daß es 60 mg wasserfreies Kaliumcitrat pro Gramm absolut trockenem Grundpapier enthielt, hergestellt. Die innere Umhüllung wurde in gleicher Weise wie das Papier in Beispiel 1 hergestellt. Die physikalischen Eigenschaften der inneren Umhüllung waren wie folgt: Tappi- Opazität 68%, Reißfestigkeit 4000 g/29 mm, Coresta-Permeabilität von 1 cm/min, Grundgewicht 21 g/m2 und BMI von 1 cm-1. Die äußere Umhüllung war ein handelsübliches Zigarettenpapier, enthaltend 30% Calciumcarbonat, das weiterhin so behandelt wurde, daß es 60 mg wasserfreies Kaliumcitrat pro Gramm absolut trockenem Papier enthielt. Die physikalischen Eigenschaften der äußeren Umhüllung waren wie folgt: Opazität von 74%, Reißfestigkeit von 2400 g/29 mm, Coresta- Permeabilität von 55 cm/min. Grundgewicht von 24 g/m2 und BMI von 20 cm-1. Zigaretten, die unter Verwendung der Kombination dieser zwei Umhüllungen hergestellt worden waren und die eine Füllmenge an Tabak von 13,2 mg/mm enthielten, brannten ungehindert mit 4,7 mm/min, erforderten eine Atmosphäre von 20% Sauerstoff, um kontinuierlich zu brennen, und waren selbstauslöschend in 3 min bei der simulierten Polstermöbelprüfung.

Tabellen 1, 2 und 3

In den Tabellen 1, 2 und 3 sind die erfindungsgemäßen Beispiele durch Ziffern angegeben und werden verglichen mit durch Buchstaben angegebene Umhüllungen mit BMI-Werten außerhalb des Bereichs von 1,5 bis 5,0 cm-1 für Einfachumhüllungen und 0,1 bis 4,0 cm-1 für die innere Umhüllung doppelt umhüllter Zigaretten.

Wie die Tabelle 1 zeigt, liefert die Verwendung erfindungsgemäßer Umhüllungen die erwünschten Brandgeschwindigkeiten und reduzierte Entzündungsneigung, wenn der BMI innerhalb des definierten Bereichs liegt. Ebenso gezeigt ist die überraschende Wirkung der Behandlung mit erhöhten Mengen eines Alkalimetallsalz- Brandförderers, wenn der BMI im unteren Bereich liegt. Weiterhin ist gezeigt, daß keine Abweichungen von der Standard-Zigarettenpackungsdichte und dem Umfang erforderlich sind, was dem entgegensteht, was erwartet hätte werden können.

Tabelle 2 enthält Sauerstoffkonzentrations-Grenzwertprüfungen und Abkühlungsauslöschungszeiten für die Beispiele 1, 2 und 5 und die Umhüllungen A und B. Wie gezeigt, verursachen geringe Reduktionen des Sauerstoffs eine Selbstauslöschung der erfindungsgemäß hergestellten Zigaretten.

Um zu zeigen, daß diese vorteilhaften Ergebnisse erhalten werden, während dennoch die Rauchabgabeeigenschaften aufrechterhalten werden können, wurden die Zigaretten der Beispiele 1, 2 und 5 hinsichtlich der Zugzahl, Trockenfeststoffsubstanz und Kohlenmonoxid geprüft. Diese Ergebnisse, zusammen mit den Ergebnissen für herkömmliche Zigarettenumhüllungen ohne Filter A und B, sind in Tabelle 3 gezeigt. Die Filterventilation wurde simuliert durch Reduzieren des Zugvolumens in einem normalen FTC-Rauchsystem durch den angegebenen Grad der Filterventilation. Sämtliche Zigaretten wurden über eine Länge von 47 mm geraucht. Im Gegensatz zu früheren Versuchen zeigt Tabelle 3, daß die erfindungsgemäßen Umhüllungen die Rauchabgabe nicht übermäßig erhöhen. Dies zeigt sich beim Vergleich der Trockenfeststoffsubstanz, der Kohlenmonoxidabgabe, der Brenngeschwindigkeit und der Zugzahl mit den Ergebnissen dieser Prüfungen gegenüber herkömmlichen Zigaretten.











Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird die Einfachumhüllungs-Ausführungsform beschrieben. Wie gezeigt, ist die Tabaksäule 10 von einer Umhüllung 12 umgeben. Das brennende Ende ist teilweise aufgedeckt gezeigt und umfaßt einen Glühbereich 14, der von einem Kohlebereich 16 umgeben ist. Ohne auf eine bestimmte Theorie beschränkt zu sein, wird angenommen, daß das Gleichgewicht der Brenncharakteristika aus der Fähigkeit resultiert, den Glühbereich in der Nähe des Auslöschungspunkts zu halten, während gerade eine ausreichende Sauerstoffmenge, um die Verbrennung aufrechtzuerhalten, zur Verfügung gestellt wird. Die Berührung mit einer Oberfläche reduziert dann den verfügbaren Sauerstoff aus dem Kontaktbereich und resultiert in einer Selbstauslöschung der Zigarette.

Das gleiche Ergebnis tritt bei einem Doppelumhüllungsaufbau gemäß Fig. 3 ein. Hierbei ist eine Tabaksäule 20 gezeigt, die von einer inneren Umhüllung 22 und einer äußeren Umhüllung 24 eingeschlossen ist. Das brennende Ende umfaßt den Glühbereich 26, der vom Kohlebereich 28 umgeben ist. Die Verfügbarkeit an Sauerstoff ist wiederum kontrolliert, mit dem Ergebnis, daß die erwünschten Brenneigenschaften erzielt werden.

Die Linie A in Fig. 4 zeigt, daß die Menge an Brandförderer (z. B. Kaliumcitrat), die zum Erhalt eines kontinuierlichen Brennens erforderlich ist, abnimmt, wenn der BMI-Wert für den Einfachumhüllungsaufbau zunimmt. Ein Vergleich dieses Schaubilds mit den Auslöschungs-Empfindlichkeits-Prüfergebnissen, wie in Tabelle 2 gezeigt, demonstriert die höhere Zuverlässigkeit der Selbstauslöschung von Zigaretten mit Umhüllungen mit niedrigen BMI-Werten. Die Linie B in Fig. 4 zeigt den ungefähren maximalen Gehalt an Brandförderer, der zu einer Umhüllung mit einem vorgegebenen BMI zugegeben werden kann und dennoch ermöglicht, daß die mit dieser bestimmten Umhüllung hergestellten Zigaretten bei der simulierten Polstermöbelprüfung selbst erlöschen. Der Bereich, der durch die Linien A und B eingeschlossen wird, zeigt die Kombinationen von möglichen BMI und Brandförderer für Zigarettenumhüllungen, welche Zigaretten ergeben, die bei der simulierten Polstermöbelprüfung selbst erlöschen. Der bevorzugte Bereich für den BMI und die Gehalte an Brandförderer ist als schraffierter Bereich dargestellt.

Es ist für die Zigaretten schwierig, die simulierte Polstermöbelprüfung zu bestehen, d. h. selbst zu erlöschen, und nur ein ziemlich enger Bereich an Kombinationen aus BMI und Brandförderergehalten ergibt Umhüllungen, die es den Zigaretten ermöglichen, diese Prüfung zu bestehen. Eine Lockerung der Prüfung, beispielsweise durch eine Änderung der Polsterart, würde die Line B nach rechts verschieben und somit den Bereich an zulässigen Kombinationen von BMI und Gehalten an Brandförderer vergrößern.

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung ähnlich der Fig. 4, bezieht sich jedoch auf Doppelumhüllungsaufbauten. Die Linie A zeigt die Mindestmengen an Brandförderer, die in der äußeren Umhüllung für ein kontinuierliches, ungehindertes Brennen erforderlich sind, wenn die innere Umhüllung keinen Brandförderer enthält und einen BMI von 4,0 cm-1 besitzt. Die Linie B zeigt die maximale Menge an Brandförderer, welche die äußere Umhüllung enthalten kann und dennoch ermöglicht, daß Zigaretten mit einer inneren Umhüllung mit einem BMI von 0,1 cm-1 die simulierte Polstermöbelprüfung bestehen. Der bevorzugte Bereich ist schraffiert.

Es ist somit ersichtlich, daß gemäß der Erfindung eine Umhüllungsstruktur für Rauchwaren sowie resultierende Rauchwaren geschaffen werden, welche die oben angegebenen Aufgaben sowie Vorteile vollständig erreichen.


Anspruch[de]
  1. 1. Einfachumhüllung für Rauchwaren, enthaltend einen Alkalimetallsalz-Brandförderer in einer Menge von 16,3 µmol bis 489,5 µmol pro Gramm absolut trockenem Grundblatt, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Cellulosefasern enthaltendes Grundblatt mit einem BMI (Brandartindex) im Bereich von 1,5 bis 5,0 cm-1 umfaßt.
  2. 2. Doppelumhüllung für Rauchwaren, enthaltend einen Alkalimetallsalz-Brandförderer in einer Menge von 16,3 µmol bis 489,5 µmol pro Gramm absolut trockenem inneren oder äußeren Grundblatt, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein inneres, Cellulosefasern enthaltendes Grundblatt mit einem BMI (Brandartindex) im Bereich von 0,1 bis 4,0 cm-1 und ein äußeres, Cellulosefasern enthaltendes Grundblatt mit einem BMI von 2,0 bis 40 cm-1 umfaßt.
  3. 3. Umhüllung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Cellulosefasern Flachs umfassen.
  4. 4. Umhüllung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brandförderer Kaliumcitrat ist.
  5. 5. Umhüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der BMI im Bereich von 1,5 bis 3,5 cm-1 liegt und die Umhüllung einen Alkalimetallsalz-Brandförderer in einer Menge von 48,9 µmol bis 489,5 µmol pro Gramm absolut trockenem Grundblatt enthält.
  6. 6. Umhüllung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der BMI des inneren Grundblattes im Bereich von 0,1 bis 2,0 cm-1 liegt und der Alkalimetallsalz-Brandförderer im äußeren Grundblatt in einer Menge von 48,9 µmol bis 489,5 µmol pro Gramm absolut trockenem Grundblatt enthalten ist.
  7. 7. Umhüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der BMI und die Menge an Alkalimetallsalz-Brandförderer, als Kaliumcitrat-Äquivalent, innerhalb des durch die Linien A und B der Fig. 4 begrenzten Bereichs liegen.
  8. 8. Umhüllung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der BMI des äußeren Grundblatts, der BMI des inneren Grundblatts und die Menge an Alkalimetallsalz- Brandförderer, als Kaliumcitrat-Äquivalent, innerhalb des durch die Linien A und B der Fig. 5 begrenzten Bereichs liegen.
  9. 9. Umhüllung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der BMI und die Menge an Alkalimetallsalz-Brandförderer, als Kaliumcitrat-Äquivalent, innerhalb des schraffierten Bereichs der Fig. 4 liegen.
  10. 10. Umhüllung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der BMI des äußeren Grundblatts, der BMI des inneren Grundblatts und die Menge an Alkalimetallsalz- Brandförderer, als Kaliumcitrat-Äquivalent, innerhalb des schraffierten Bereichs der Fig. 5 liegen.
  11. 11. Verwendung der Einfachumhüllung nach den Ansprüchen 1, 3 bis 5, 7 und 9 zur Herstellung einer Rauchware.
  12. 12. Verwendung der Doppelumhüllung nach den Ansprüchen 2 bis 4, 6, 8 und 10 zur Herstellung einer Rauchware.






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