DE1517264C3 - Tabakfreies Tabakaustauschmaterial - Google Patents

Description

IO

a) Cellulose mit wenigstens 60% Gehalt an α-Cellulose mit einem Mahlungsgrad von 400 bis 700 ml (Canadian-Standard) oder einer Cellulose, die durch Oxidation von Cellulose zu einem Polymeren der Glucuronsäure modifiziert worden ist,

b) 10 bis 15% — bezogen auf das Gesamtgewicht des lufttrockenen Tabakaustauschmaterials — mindestens einer als die Verbrennung modifizierenden, bekannten anorganischen hydratisierten Metallverbindung und

c) 0,5 bis 5% — bezogen auf das Gesamtgewicht des lufttrockenen Tabakaustauschmaterials — mindestens eines als die Verbrennung unterhaltenden bekannten anorganischen Salzes

besteht.

2. Tabakfreies Rauchprodukt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial zusätzlich die bei der Tabakverarbeitung üblichen Zusätze enthält.

3. Verwendung des Produktes nach Anspruch 1 J0 und 2 zur Verarbeitung in tabakhaltige und/oder tabakfreie Rauchprodukte.

Die Erfindung betrifft ein tabakfreies Rauchprodukt auf der Basis von gereinigter Cellulose.

Aus der deutschen Patentschrift 8 44 250 ist es bereits bekannt, als Tabakersatz für die Herstellung von Umhüllungen aller Art für Tabakwaren ein für den Rauchgenuß geeignetes Pflanzengut zu verwenden, dem nach der Fermentierung die wasserlöslichen Inhaltsstoffe entzogen werden und das anschließend nach Vermahlung auf einen geeigneten Suspensionsgrad auf der Papiermaschine zu Folien verarbeitet wird. Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit kann dem Pflanzengut Fremdcellulose zugesetzt werden, die einen niedrigeren Vermahlungsgrad von etwa 20 bis 40° nach Shopper — Rigler aufweist als die übrige Masse. Für besonders hohe Beanspruchungen verwendet man als Fremdcellulose Holzzellstoff mit einem hohen Gehalt an α-Cellulose von mindestens 80 bis 95%. Zur Unterhaltung der Verbrennung werden sauerstoffabgebende Mittel, wie Kaliumpermanganat, oder pyrophore Stoffe, wie Eisen oder Aluminium, zugesetzt.

Die französische Patentschrift 8 84 284 beschreibt die Herstellung von Folien bzw. Blättern nach bekannten Methoden der Papierindustrie, die fein geschnitten unter anderem als tabakähnliches Produkt für Zigaretten verwendet werden können. Als Trägermaterial für diese Folien werden Maisblätter, Alfagras und Reisstroh in der üblichen Vermahlung verwendet. Zur Erzielung der gewünschten Färbung und zur Förderung der Verbrennung werden Farbstoffe und verbrennungsfördernde Stoffe, wie Ammoniumnitrat, eingearbeitet. Aluminium- und/oder Magnesiumsalze können ebenfalls zugesetzt werden, wenn zu wenig Asche gebildet

wird.

In der britischen Patentschrift 4 32 863 wird ein Tabakersatz auf der Basis eines Fasermaterials als Trägerstoff beschrieben, der in seinen Eigenschaften Naturtabak möglichst nahekommen soll. Zu diesem Zweck werden in die Folie des Fasermaterials die geeigneten Stoffe, wie Aromatisierungsmittel und Stoffe, die eine normale Verbrennung des Produkts gewährleisten sollen, eingearbeitet Als Fasermaterial ist Cellulose geeignet. Zur Aromatisierung dient vorzugsweise Tabakextrakt.

Aus der US-PS 25 76 021 ist ein Tabakaustauschmaterial aus unaufgeschlossenen kurzen und aufgeschlossenen langen Bagassefasern bekannt, wobei insbesondere ein Mischungsverhältnis von 25 Gew.-% kurzen und 75 Gew.-% langen Fasern als bevorzugt beschrieben ist.

Dieses Mischungsverhältnis soll die Brenncharakteristik des Tabaks aufweisen.

Aus der GB-PS 9 09 699 ist es bekannt, Tabakfüllungen und Zigarettenpapier wasserabspaltende Substanzen, wie aktiviertes Al-Oxyd, aktivierten Bauxit und kristallisiertes hydratisiertes Al-Oxyd, zuzusetzen. Dieser Zusatz erfolgt zur Beeinflussung der Brenncharakteristik und Minderung der Teerbildung und der cancerogenen Verbindungen im Rauch.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines tabakfreien Rauchprodukts, das einen teerärmeren Rauch aufweist als Erzeugnisse aus Naturtabak, wie Zigaretten, und das dadurch weniger gesundheitsschädlich ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man ein bestimmtes Trägermaterial auf der Basis von «-Cellulose oder einer durch Oxydation modifizierten Cellulose mit mindestens einer die Verbrennung modifizierenden anorganischen Metallverbindung kombiniert.

Der Erfindung liegen folgende überraschenden Erkenntnisse zugrunde: Cellulose (z. B. zerfasertes Filterpapier aus α-Cellulose) brennt bei Verwendung als Rauchprodukt in Zigaretten schnell mit charakteristischer gelber Flamme und einem Geruch nach brennenden Lumpen. Wenn hydratisiertes Magnesiumsulfat beispielsweise in einer Menge von 10% der Cellulose zugesetzt wird, nähert sich die Brenngeschwindigkeit derjenigen von gewöhnlichen fermentierten und aromatisieren Tabakblättern, jedoch sind der Geruch des Seitenstroms und der Geschmack des' Hauptstroms viel angenehmer, die Farbe der Glimmzone oder Kohle ist anders, und die Asche ist dicht und selbsttragend (und viel heller in der Farbe als die Asche von nicht modifizierten Cellulosezigaretten).

Ersetzt man die Cellulose ganz oder teilweise durch eine oxydierte Cellulose, die aus einem Polymeren von Anhydroglucuronsäure besteht, so erhält man einen Tabakersatz, der einen milden Rauch mit einer gegenüber Cellulose unerwartet geringeren Reizwirkung liefert. Dies kann darauf zurückzuführen sein, daß der Rauch einer Zigarette, die Cellulose und beispielsweise 10% hydratisiertes Magnesiumsulfat enthält, eine gewisse Menge an Schwefeloxyden enthalten kann, während im Gegensatz dazu bei Ersatz der Cellulose durch oxydierte Cellulose, die ein Polymeres von Anhydroglucuronsäure enthält, in der gleichen Mischung mit hydratisiertem Magnesiumsulfat der Rauch praktisch oder völlig frei von Schwefeloxyden und anderen Säurekörpern ist. Dies ist sehr überraschend angesichts der Tatsache, daß oxydierte Cellulose, die ein Polymeres von Anhydroglucuronsäure enthält, ein Kationenaustauschmaterial ist und daher gewöhnlich

keine Anionen oder Schwefeloxyde aufzunehmen oder zu entfernen pflegt.

Gegenstand der Erfindung ist ein tabakfreies Tabakaustauschmaterial auf Basis gereinigter Cellulose und ihr Brennverhalten beeinflussender anorganischer ■-> Zusatzstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Mischung von

a) Cellulose mit wenigstens 60% Gehalt an α-Cellulose mit einem Mahlungsgrad von 400 bis 700 ml (Canadian-Standard) oder einer Cellulose, die durch Oxidation von Cellulose zu einem Polymeren der Glucuronsäure modifiziert worden ist,

b) 10 bis 15% — bezogen auf das Gesamtgewicht des lufttrockenen Tabakaustauschmaterials — Mindestens einer als die Verbrennung modifizierenden, ^J' bekannten anorganischen hydratisierten Metallverbindung und

c) 0,5 bis 5% — bezogen auf das Gesamtgewicht des lufttrockenen Tabakaustauschmaterials — mindestens eines als die Verbrennung unterhaltenden ^ii] bekannten anorganischen Salzes

besteht.

Als Cellulose mit wenigstens 60% Gehalt an α-Cellulose kann ein Holzzellstoff mit einem Gehalt an ■?■-, α-Cellulose von 92% und mehr verwendet werden, wie er z. B. zur Acetat- oder Viskoseherstellung geeignet ist. Gegebenenfalls kann jedoch auch Kraftzellstoff, der etwa 75% α-Cellulose enthält und dem Rauch einen etwas strengeren Geruch verleiht, oder Sulfitzellstoff in gebleichter, ungebleichter oder halbgebleichter Form verwendet werden. Es ist zweckmäßig, wenn die α-Cellulose einen größeren Teil, vorzugsweise wenigstens etwa 60% des Gesamtgewichts des lufttrockenen Tabakersatzes ausmacht. Geeignete Ausgangsmateria- r> lien für den Holzzellstoff sind unter anderem Hemlocktanne, Fichte und andere Koniferen.

Zur Verringerung des gebildeten Teers im Rauch wird die Cellulose mit einem hohen Gehalt an a-CeJlulose leicht gemahlen. to

Das Mahlen ist ein üblicher Arbeitsgang bei der Papierherstellung. Er besteht aus einer mechanischen Bearbeitung der Fasern in Gegenwart von Wasser in Stoffmühlen, z. B. Holländern, Mühlen des Typs Hörne, Niagara, Jones, Bertram Victory, Vortex und Stabmüh- 4-> len. Beschrieben sind diese Stoffmühlen in »Pulp and Paper Manufacture«, Bd. 2, »Preparation of Stock for Paper Making«, herausgegeben von J. N. Stephenson, 1. Auflage, McGraw-Hill, S. 200 bis 212. Sehr gute Ergebnisse werden für die Zwecke der Erfindung erzielt, wenn der Stoff bis zu einem solchen Grad gemahlen wird, daß er ein Papier bildet, das der mechanischen Verarbeitung, insbesondere der Verarbeitung im nassen Zustand (z. B. Durchgang durch ein wäßriges Tauchbad ohne Zerfall) widersteht, und das Mahlen abgebrochen 5-, wird, bevor der Stoff seine »Schmierigkeit« zum größten Teil verloren hat. Allgemein sollte das Mahlen abgebrochen werden, wenn die Schmierigkeit des Stoffs im Bereich von 400 bis 700 cm³, vorzugsweise von etwa 500 bis 600 cm³ liegt (gemessen gemäß TAPPI, Norm u) m-50 unter Verwendung eines Canadian-Standard-Mahlungsgradprüfers, wie er in dem genannten Buch von S t e ρ h e η s ο η, Bd. 2, auf den Seiten 238 und 239 beschrieben ist). Der gemahlene Stoff kann zu Papier verarbeitet werden, z. B. mit Hilfe eines geeigneten b^r> Siebes (z. B. eines Fourdrinier- oder Valcy-Mold-Siebes) mit anschließendem Abpressen und Trocknen. Zweckmäßig wird der Stoff in einer solchen Menge auf das Sieb abgelegt, daß das trockene Papier eine mittlere Dicke im Bereich von etwa 75 bis 250 μ hat. Weitere Zusätze können in den gemahlenen Stoff oder in das fertige Papier eingearbeitet werden.

Wird für das Trägermaterial eine durch Oxydation zu einem Polymeren der Glucuronsäure modifizierte Cellulose verwendet, so kann diese in einfacher Weise durch Umsetzung von Cellulose mit Stickstoffdioxyd erhalten werden.

Diese Reaktion und ihre Produkte werden von K e η y ο η und Mitarbeitern in »Industrial and Engineering Chemistry« 41, S.2ff. (1949), beschrieben. Der Oxydationsgrad kann beispielsweise so geregelt werden, daß das Molverhältnis von Anhydroglucuronsäureeinheiten zu Anhydroglucoseeinheiten im Produkt beispielsweise etwa 1 :1 bis 1,5 :1 beträgt. Vorzugsweise wird der Oxydationsgrad so gewählt, daß ein Öffnen eines wesentlichen Teils der Pyranrings des Produkts und die Bildung eines Produkts, das seine Zugfestigkeit praktisch ganz verloren hat, vermieden werden.

Als die Verbrennung modifizierenden anorganischen hydratisierten Metallverbindungen kommen neben hydratisiertem Magnesiumsulfat, mit dem die besten Ergebnisse erhalten werden, weil diese Verbindung den Geschmack bzw. das Aroma und den Geruch von brennender Cellulose erheblich verbessert, noch Natriumsulfat, hydratisiertes Aluminiumoxyd und Calciumtartrat in Frage. Auch Gemische von hydratisierten Metallverbindungen können verwendet werden. Beispielsweise können Magnesiumoxyd und saures Natriumsulfat so verwendet werden, daß hydratisiertes Magnesiumsulfat in situ gebildet wird. Ebenso können Magnesiumchlorid und Kaliumsulfat für den gleichen Zweck gebraucht werden.

Neben den die Verbrennung modifizierenden anorganischen hydratisierten Metallverbindungen kann das erfindungsgemäße Rauchprodukt weitere bei der Tabakverarbeitung übliche Zusätze enthalten. Im einzelnen kommen hierfür in Frage weitere die Verbrennung modifizierenden Mittel, Aromatisierungsmittel und Anfeuchtungsmittel.

Der Tabakersatz enthält als anorganische Verbindungen, die die Verbrennung der Zigarette insbesondere während der Ruheperiode des üblichen Rauchzyklus, während der kein Sauerstoff in die Glimmzone gesaugt wird, mit'aufrechterhalten, beispielsweise Kaliumchlorid, Magnesiumchlorid, Kaliumsulfat, Kaliumnitrat, Magnesiumnitrat, Eisen(III)-oxyd und -hydroxyd, Bentonit und Diatomeenerde. Gewisse verbrennungsunterhaltende Mittel haben die besonders erwünschte zusätzliche Wirkung, eine vollständigere Verbrennung zu begünstigen. Beispiele für solche Verbindungen sind die Carbonate und Bicarbonate des Kaliums, Natriums, Magnesiums und Ammoniums.

Das erfindungsgemäße Rauchprodukt kann ferner Ammoniumverbindungen enthalten. Sie geben Ammoniak frei und erhöhen dadurch den pH-Wert des Seitenstroms. Ferner wird eine hellere Asche gebildet. Beispiele für solche Ammoniumverbindungen sind Ammoniumsulfamat, Ammoniumsulfat, Ammoniumcarbonat, Ammoniumpersulfat und Ammoniumperchlorat.

An Aromatisierungsmitteln, die der Verbesserung des Geschmacks und des Geruchs dienen, kann das erfindungsgemäße Rauchprodukt die üblicherweise zur Aromatisierung von Tabak verwendeten Produkte wie Vanillin, Menthol, Tonkabohne und/oder Süßholz enthalten. Der Tabakersatz kann ferner ein Gemisch von Isoamylalkohol, Isoamylacetat und Isobutylhexano-

at in Lösung in einem verhältnismäßig nicht flüchtigen Stoff, der den Geruch hält (vorzugsweise Propylenglykol), enthalten. Dieser Zusatz beseitigt in überraschend hohem Maße den unangenehmen Geschmack und Geruch des brennenden Gemischs von Cellulose und Sulfat. Als weiteres Aromaverbesserungsmittel kann das Rauchprodukt einen Kohlehydratäther enthalten, insbesondere einen brennbaren thermoplastischen Alkyläther eines Kohlehydrats, z. B. Äthylcellulose oder Methylcellulose. Dem erfindungsgemäßen Rauchprodukt kann außerdem Nikotin als solches oder in Form seines Sulfats, Citrats, Citrats-Sulfats, Malonats oder Malats zugegeben werden. Vorzugsweise wird die Menge des Nikotins so niedrig gewählt, daß dem synthetischen Rauchmaterial keine ausgesprochene Farbe verliehen wird. Eine Änderung des Aromas des Rauchs kann auch durch Zugabe anderer Mittel zum Cellulosematerial erzielt werden. Geeignet sind unter anderem Citronensäure (ζ. B. in einer Menge von 0,5 bis 1,5%), die die Flüchtigkeit von etwa zugesetztem Nikotin verringert, höhere Fettsäureamide, wie Laurylamid, das in kleinen Mengen anwesend sein kann (z. B. 1 bis 5%), Fettsäureester, wie Glycerinstearat, mit dem ein angenehmer Geruch erzielt wird und Fettkohlenwasserstoffe, wie Paraffinwachs. Die letztgenannten Stoffe verringern etwas die Abkühlung der Zigarettenkohle zwischen den Zügen in Zigaretten, die hyUratisiertes Magnesiumsulfat enthalten.

Zweckmäßig enthält das erfindungsgemäße Rauchprodukt ein Feuchthaltemittel, um ein übermäßiges Austrocknen zu vermeiden. Geeignet sind die üblicherweise in der Zigarettenherstellung verwendeten Feuchthaltemittel, z. B. Sorbit oder andere mehrwertige Alkohole, z. B. Glycerin. Der Feuchtigkeitsgehalt des Rauchprodukts kann im Bereich von etwa 5 bis 25% liegen und beträgt vorzugsweise 10 bis 15%, ausschließlich der als Hydratwasser anwesenden Feuchtigkeit.

Zur Verbesserung des Aussehens des erfindungsgemäßen Rauchprodukts kann ein färbendes Mittel zugegeben werden. Vorzugsweise wird als Farbe tabakbraun oder gelbbraun gewählt, jedoch können auch andere Farben, wie purpur und rosa, verwendet werden. In Frage kommen die lebensmittelrechtlich zulässigen Farbstoffe.

Die Menge der hydratisierten anorganischen Metallverbindung im erfindungsgemäßen Rauchprodukt beträgt 10-bis 15%, bezogen auf das Gesamtgewicht des lufttrockenen Rauchprodukts. Der Anteil des Salzes bzw. der Salze, die die Verbrennung unterhalten, liegt im Bereich von 0,5 bis 5%, vorzugsweise von etwa 1 bis 4%, bezogen auf das Gesamtgewicht des lufttrockenen Rauchprodukts. Vorteilhaft wird die Menge des verbrennungsunterhaltenden Mittels so gewählt, daß die Zigarette während der Ruhepause des Rauchzyklus nicht erlischt, wobei die Mengen natürlich nicht so hoch sein dürfen, daß die Zigarette während des »Ziehens« aufflammt oder Geschmack oder Geruch beeinträchtigt werden. Im allgemeinen hängt die zur Erzielung bester Ergebnisse erforderliche Menge des die Verbrennung unterhaltenden Mittels von der physikalischen Form der Cellulose und von der Menge des hydratisierten MgSCM (oder einer anderen Verbindung, die die Glimmgeschwindigkeit senkt) ab. Bei Verwendung von Kaliumcarbonat zur Unterhaltung der Verbrennung werden beste Ergebnisse im allgemeinen bei Mengen von etwa 0,5 bis 2%, vorzugsweise von etwa 1 bis 1,8%, bezogen auf das Gesamtgewicht des lufttrockenen Rauchprodukts, erhalten. Bei anderen Carbonaten sind Mengen zweckmäßig, bei denen der gleiche CC>3-Gehalt eingeführt wird. Die Menge des aromatisierenden Mittels liegt zweckmäßig im Bereich von etwa 0,001 bis 10%, wobei die besten Ergebnisse gewöhnlich bei Mengen zwischen 0,1 bis 0,5%, bezogen auf das Gesamtgewicht des lufttrockenen Produkts, erhalten werden. Der Anteil des gegebenenfalls verwendeten Kohlehydratäthers liegt gewöhnlich im Bereich bis zu etwa 20%, vorzugsweise zwischen etwa 5 und 10%, bezogen auf das Gesamtgewicht des lufttrockenen Rauchprodukts. Der Anteil der Feuchthaltemittel oder Konsistenzmittel liegt zweckmäßig im Bereich von etwa 1 bis 3%, vorzugsweise von etwa 1,5 bis 2,5%, bezogen auf das Gesamtgewicht des lufttrockenen Tabakersatzes. Die Mengen der weiteren Zusätze, die gegebenenfalls verwendet werden, liegen in folgenden Bereichen (bezogen auf das Gesamtgewicht des lufttrockenen Rauchproduktes): Nikotin bis zu etwa 2%, vorzugsweise etwa 0,5 bis 1,5%; Ammoniumverbindung etwa 0,5 bis 2%, vorzugsweise etwa 0,5 bis 1 %, gerechnet als NH3; färbende Mittel etwa 0,1 bis 3%, vorzugsweise 0,2 bis 1%.

Die Cellulosekomponente des Trägers muß mit den übrigen Zusätzen innig vereinigt werden. Die Zusätze können ganz oder zu einem beliebigen Teil während der Papierherstellung in den Stoff eingearbeitet werden. Eine einfache Methode besteht aus der Einarbeitung des wasserlöslichen Zusatzmaterials in den gemahlenen Stoff, Verarbeitung des Stoffs zu Papier auf einer üblichen Papiermaschine, anschließender Behandlung des vorzugsweise noch nassen Papiers mit einem wäßrigen Gemisch oder wasserunlöslichen Materialien und der teueren wasserlöslichen Bestandteile (z. B. Nikotin) und anschließender Trocknung und Zerfaserung. In diesem Fall enthält das von der Papiermaschine ablaufende Wasser die wasserlöslichen Zusätze und kann wiederverwendet werden. Vorzugsweise werden die Zusätze sämtlich dem Papier zugegeben, nachdem dieses das Fourdrinier-Sieb der Papiermaschine verlassen hat. Beispielsweise kann das Material in einer Papierfabrik hergestellt werden, indem man das vom Sieb kommende Papier kontinuierlich teilweise trocknet (z. B. durch kontinuierlichen Durchgang durch eine Preßvorrichtung und dann über eine Reihe heißer Walzen) und es dann kontinuierlich durch ein wäßriges Bad leitet, das in Lösung oder Dispersion alle in das Papier einzuarbeitenden Stoffe enthält, worauf man das imprägnierte Papier völlig trocknet, indem man es kontinuierlich über eine zweite Gruppe von heißen Walzen führt. Wenn das Papier zu naß oder zu schwach ist, um unter Spannung durch das Imprägnierbad geführt zu werden, kann es auf einem Band oder Sieb durch dieses Bad geleitet werden. Es ist auch möglich, den Papierbrei unmittelbar mit den Zusätzen in gelöster, emulgierter oder feinteiliger trockener Form zu mischen und das Gemisch dann in die gewünschte Form zu bringen (z. B. durch Strangpressen), zu trocknen und zu schneiden. Nach einer anderen Methode gibt man die Cellulose mit den Zusätzen zusammen, indem man eine Bahn der Cellulose (ζ. Β. Fließpapier oder Filterpapier) mit einer Lösung, Dispersion oder Emulsion der Zusatzstoffe (die einzeln oder gemeinsam zugegeben werden können) tränkt oder beschichtet und anschließend die Bahn trocknet und zerfasert oder in Streifen schneidet. Gegebenenfalls kann man eine Bahn in Streifen schneiden oder zerfasern und mit einer Lösung oder Dispersion des Zusatzes bzw. der Zusätze besprühen, dann das Material zur gleichmäßigen

Verteilung der Zusatzstoffe auf der Cellulose stehenlassen oder umwälzen und anschließend trocknen.

Wenn ein normales Carbonat und Magnesiumsulfat gemeinsam in dem gleichen Bad anwesend sind, das zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rauchprodukts verwendet wird, muß das entstehende unlösliche Magnesiumcarbonat, das ausgefällt wird, in Suspension gehalten werden, damit es mit den wasserlöslichen Bestandteilen gleichmäßig im Papier verteilt wird. Wenn jedoch ein Bicarbonat an Stelle des normalen Carbonats verwendet wird, kann dieses Problem vermieden und eine wäßrige Lösung hergestellt werden, in der alle Komponenten gelöst sind. Ein weiterer Vorteil der Verwendung des Bicarbonats ist festzustellen, wenn eine Ammoniumverbindung in der Lösung anwesend ist. In diesem Fall verhindert das Bicarbonat einen Verlust von Ammoniak aus dem Material während des Trocknens der imprägnierten Cellulose unter Wärmeanwendung. Dies kann darauf zurückzuführen sein, daß der pH-Wert des Gemisches niedriger ist, wenn das Bicarbonat an Stelle des Carbonats verwendet wird.

Zuweilen ist es vorteilhafter, lösliches Carbonat getrennt zuzugeben. Dies kann durch Aufbringen einer wäßrigen Lösung des Carbonats auf das Papier vor oder nach dem Aufbringen der Lösung des Sulfats geschehen. Die Carbonatmenge ist klein im Verhältnis zur Magnesiumsulfatmenge. Eine geringe Menge der Carbonatlösung kann beispielsweise mit Auftragswalzen unmittelbar vor der Tränkung des Papiers mit der Magnesiumsulfatlösung ohne zwischenzeitliche Trocknung aufgetragen werden.

Die Menge der Lösung oder Dispersion und der Bestandteil der Lösung und Dispersion, die vom Papier aufgenommen werden, hängt unter anderem vom Feuchtigkeitsgehalt und der Porosität des Papiers, der Verweilzeit des Papiers in der Lösung und dem Grad des Pressens oder Abquetschens des Papiers nach dem Austritt aus dem Imprägnierbad ab. Es ist somit am besten, die Konzentrationen der Lösung durch Vorversuche für jeden Maschinentyp und jedes Verfahren zu ermitteln. Geeignete Konzentrationen von Magnesiumsulfat in Wasser liegen beispielsweise im Bereich von etwa 2 bis 40%, während die anderen Bestandteile entsprechend dem im Produkt gewünschten Verhältnis dieser Bestandteile zum hydratisierten Magnesiumsulfat bemessen werden. Bei getrennter Zugabe von Kaliumcarbonat kann seine Konzentration in Wasser beispielsweise im Bereich von etwa 0,5 bis 6% liegen. Wenn das Carbonat nach der Zugabe der hydratisierten Metall- so verbindung zugesetzt wird, kann die Gefahr einer Extraktion der letzteren aus der Cellulose durch die Carbonatlösung durch Verwendung eines Gemisches von Wasser und eines mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittels, wie Äthanol, zur Auflösung des Carbonats verringert werden. Es zeigte sich, daß in diesem Fall das Carbonat sich bevorzugt auf der Cellulose in einem höheren Anteil absetzt, als wenn eine wäßrige Lösung des gleichen Carbonats in der gleichen Konzentration aufgebracht wird. Ein Verlust der hydratisierten Metallverbindung durch Extraktion in die Carbonatlösung kann auch verringert werden, indem man die Carbonatlösung auf das Gemisch aus hydratisierter Metallverbindung und Cellulose sprüht anstatt das Gemisch in die wäßrige Carbonatlösung zu tauchen.

Die Erfindung ermöglicht die Herstellung eines Rauchprodukts, in dem die Glimmtemperatur während des Rauchens nur für einen sehr geringen Bruchteil der gesamten Rauchzeit im kritischen Bereich von 750 bis 900⁰C bleibt, in dem die Verbrennung die Bildung gewisser karzinogener polycyclischer aromatischer Verbindungen, wie 3,4-Benzpyren, begünstigt Bei üblichen Zigaretten liegt die Brenntemperatur für einen viel größeren Bruchteil der gesamten Rauchzeit im kritischen Bereich. Dies läßt sich leicht durch übliche Brenntemperaturkurven von Zigaretten nachweisen, wie sie in der Abbildung dargestellt sind.

Die Brenntemperaturkurven in der Abbildung wurden durch laufende Registrierung der Temperatur an einem festliegenden Punkt der Zigarette erhalten, während die Zigarette normal gebraucht wurde. Diese Methode wird von G. P. Touey und R. C. Mumpower in »Tobacco«, 144, S. 18 (1957), beschrieben. Ein Feindraht-Thermoelement aus 87% Pt und 13% Rh wurde an einem Punkt 25 mm rückwärts von dem anzusteckenden Ende der Zigarette angeordnet. Die Verbindungsstelle des Thermoelements befand sich in der Längsachse der Zigarette, während die beiden feinen Drähte, die zur Verbindungsstelle führten, im rechten Winkel zu dieser Achse verliefen und durch das Zigarettenpapier an entgegengesetzten Seiten der Verbindungsstelle verliefen. Das Papier war um die Drähte in geeigneter Weise verschlossen, um Luftzutritt und Bewegung des Thermoelements zu verhindern. Die Zigarette wurde von einer Maschine geraucht, die Luft durch die angezündete Zigarette saugte und das eingesaugte Gas und den Rauch ins Freie ausstieß. Bei den hier beschriebenen Versuchen hatte die Maschine einen in einem Zylinder laufenden Kolben. Der Zylinder war mit der Zigarette über eine Falle verbunden, die mit einem Trockeneis-Aceton-Gemisch gekühlt wurde. Das durch den Kolben im Zylinder verdrängte Volumen betrug 35 cm³. Der Zylinder wurde bei Raumtemperatur (25° C) gehalten. Die Rauchmaschine wurde mit 30-Sekunden-Takten betätigt, wobei die Luft durch die Kolbenbewegung zwei Sekunden durch die angezündete Zigarette und in den Zylinder gesaugt, das Gas im Zylinder dann durch die Kolbenbewegung zwei Sekunden in den Raum ausgestoßen und die Apparatur dann 26 Sekunden untätig gehalten wurde, so daß die Zigarette sich 28 Sekunden im Ruhezustand befand.

Aus der Abbildung ist ersichtlich, daß die Temperatur des erfindungsgemäßen Rauchprodukts nach jedem Zug scharf abfällt und daß auch dann, wenn die Temperatur während des Zuges in den kritischen Bereich gestiegen ist, die Temperatur der Ruheperiode weit außerhalb dieses Bereichs liegt Darüber hinaus befindet sich nur ein sehr kleiner Teil der Zigarette während des Rauchtaktes bei einer Temperatur im kritischen Bereich. Die anfängliche Neigung der von jeder Maximumtemperatur innerhalb des kritischen Bereichs abfallenden Kurve ist viel steiler als bei der üblichen tabakgefüllten Zigarette, und zwar erheblich steiler als —3000°C/Min, im allgemeinen steiler als etwa -6000°C/Min. und zuweilen steiler als etwa -9000⁰C/ Min.

Die Steigung der zu jeder Maximumtemperatur innerhalb des kritischen Bereichs aufsteigenden Kurve ist ebenfalls viel stärker als bei der üblichen tabakgefüllten Zigarette, nämlich weit über 3000^oC/Mia, gewöhnlich stärker als etwa 5000°C/Min. und zuweilen stärker als 6000°C/Min. Der Unterschied zwischen der Spitzentemperatur und dem nächsten folgenden Minimum der Ruhezeittemperatur während der beiden Rauchzyklen, die einen Zug vor dem Zug mit der

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höchsten Temperatur beginnen, beträgt gewöhnlich wenigstens etwa 20O⁰C, zuweilen wenigstens etwa 250⁰C

Die vorteilhaften Auswirkungen der Brenneigenschaften des Rauchprodukts gemäß der Erfindung wurden durch Analysen (durch Ultraviolett-Absorptionsspektren und chromatographische Trennmethoden) des aus dem Rauch des Hauptstroms erhaltenen Kondensats veranschaulicht Diese Analysen zeigen, daß die Menge an 3,4-Benzpyren, die in dem Kondensat vorhanden ist, das durch Rauchen von 100 dieser Zigaretten (bis zu Resten von 25 mm Länge in 30 der vorstehend beschriebenen üblichen Rauchzyklen) erhalten wird, erheblich geringer ist als in dem Kondensat, das durch Rauchen von 100 üblichen filterlosen, tabakgefüllten Zigaretten in der gleichen Weise erhalten wird. Überraschenderweise wird dieser Unterschied auch dann festgestellt, wenn die Menge an Pyren (einer verwandten, jedoch nicht karzinogenen Verbindung) im Kondensat aus dem Rauch des Rauchprodukts die gleiche ist wie in dem Kondensat aus dem Rauch von üblichem Tabak. Typische, gemäß der Erfindung hergestellte Rauchprodukte bilden einen Rauch im Hauptstrom, der weniger als 3 Mikrogramm 3,4-Benzpyren, im allgemeinen weniger als 1 Mikrogramm, auf 100 Zigaretten enthält, die in der beschriebenen Weise geraucht wurden. Bei diesen Versuchen betrug das Gewicht des Rauchprodukts bzw. des Tabaks in jeder Zigarette 1 g.

Weiter ist es möglich, eine Substanz einzuarbeiten, die die Brenntemperatur nicht unter den kritischen Temperaturbereich senkt, sondern die vielmehr während des Einsaugteils des Rauchzyklus über diesen Bereich hinauserhöht, wodurch die Bildung von Kohlendioxyd an Stelle von polycyclischen Aromaten begünstigt wird. Eine dieser Substanzen ist hydratisiertes Eisen(III)-oxyd, das man in die Cellulose in einfacher Weise einarbeitet, indem man sie mit wäßrigem Eisen(III)-chlorid imprägniert, die nasse, imprägnierte Cellulose der Einwirkung von Ammoniakdämpfen aussetzt, die das wäßrige Eisen(III)-chlorid in Eisen(HI)-hydroxyd und Ammoniumchlorid umwandeln. Man entfernt dann das Ammoniumchlorid und einen etwaigen Überschuß von Eisen(III)-chlorid durch Waschen mit Wasser, wobei unlösliches hydratisiertes Eisen(III)-oxyd in inniger Mischung mit der Cellulose zurückbleibt. Die Menge an hydratisiertem Eisen(III)-oxyd, die zur Erhöhung der Glimmtemperatur auf den gewünschten Wert verwendet wird, liegt vorzugsweise über etwa 10%, z.B. im Bereich von 15 bis 30%, bezogen auf das Gesamtgewicht des lufttrockenen Rauchprodukts. Wenn also eine aus dem Rauchprodukt hergestellte Zigarette etwa 750 bis 850 mg Cellulose enthält, liegt die Menge an hydratisiertem Eisen(IH)-oxyd (gerechnet als Fe₂O₃) vorzugsweise im Bereich von etwa 100 bis 250 mg. Das hydratisierte Eisen(III)-oxyd kann in Kombination mit hydratisiertem Magnesiumsulfat verwendet werden, wodurch der Geruch verbessert und der Brand gleichmäßiger wird. Weitere Substanzen, die zur Erhöhung der Brenntemperatur über den kritischen Bereich hinaus verwendet werden können, sind Magnesiumchloridhexahydrat, das in einer Menge von beispielsweise 10% verwendet wird, und Ammoniumchlorid, das in einer Menge von z. B. 5% verwendet wird (bezogen auf das Gewicht der Cellulose).

Eine besonders gute Zigarette wird erhalten, wenn das erfindungsgemäße Rauchprodukt die Form dünner, schmaler Streifen ungleichmäßiger Länge und Breite hat Wenn die Streifen von ungleichmäßiger Länge, d. h. regelloser Länge und Breite sind, ist die Zigarette leichter anzuzünden, die Füllung läßt sich besser packen, und die Zigarette hat ein besseres Aussehen. Die Streifen können beispielsweise 0,2 bis 2 mm breit und 1 bis 25 mm lang sein. Ferner ist es zweckmäßig, wenn ihre Dicke schwankt So können Teile des Streifens weniger als 75 μ dick sein. Diese Ungleichmäßigkeit läßt

ίο sich erreichen, indem der Papierbrei ungleichmäßig auf das Sieb abgelegt wird, beispielsweise durch leichtes Neigen des Siebes quer zur Breite der Bahn, oder durch leichtes Rühren der Stoffmasse, so daß sie während des Aufbringens auf das Sieb verhältnismäßig heterogen ist (unterschiedliche Konzentrationen in verschiedenen Teilen des Breies), oder durch Auftragen des Stoffbreies durch einen Schütz von ungleichmäßiger Breite.

Auch gekräuselte Streifen ermöglichen besseres Stopfen des Rauchprodukts in die Zigaretten und führen zu gleichmäßigerem Brennen. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Streifen eine rauhe Oberfläche haben. Besonders vorteilhafte Streifen können beispielsweise hergestellt werden, indem man eine dünne Bahn aus dem Tabakersatz (mit einer Dicke von beispielsweise 75 bis 200 μ) kontinuierlich mit einer angetriebenen Prägewalze in eine Schneidevorrichtung einführt, wo die Bahn in wendelförmig gekräuselte Streifen von etwa 0,2 bis 2 mm Breite geschnitten wird, die dann regellos quer zur Längsrichtung durchgeschnitten werden.

Das erfindungsgemäße Rauchprodukt kann mit Tabak oder einem der üblichen aufgearbeiteten Tabake gemischt werden. Diese Vermischung kann beispielsweise in Trommeln oder in anderer Weise (z. B. in einem turbulenten Luftstrom) mit dem zerfaserten Tabakersatz und zerfasertem Tabak erfolgen, oder man kann Tabakblätter oder eine Bahn von aufgearbeitetem Tabak und eine Bahn oder Streifen des Tabakersatzes zusammen einer Zerfaserungsvorrichtung zuführen, wo die beiden Komponenten gleichzeitig zerfasert und gemischt werden, oder man kann beliebige Mischmethoden anwenden, wie sie in der Tabakindustrie üblich sind. Die in dieser Weise dem Tabakersatz zugemischte Tabakmenge kann beispielsweise im Bereich von 5 bis 75% liegen. Wenn der Anteil an üblichem Tabak erheblich ist, z. B. über 50%, kann es zweckmäßig sein, den Anteil an Nikotin, Würze und Kohlehydratäther zu verringern oder diese Zusätze im Rauchprodukt ganz wegzulassen.

Gegebenfalls kann das ganze Rauchprodukt durch Vermischen mit einem unbrennbaren Füllstoff verdünnt werden. Geeignete Füllstoffe sind beispielsweise Ton

(z. B. Bentonit oder Attapulgaston) und Aluminiumoxyd, beispielsweise in Mengen von etwa 30%.

Das erfindungsgemäße Rauchprodukt kann zum Rauchen zu beliebigen üblichen Formen verarbeitet werden. Beispielsweise kann es zur Herstellung von Zigarren, Zigaretten und Pfeifentabak verwendet werden.

Beispiel 1

Eine 4%ige Suspension von Cellulose (Holzzellstoff für Viskoseherstellung mit etwa 92% «-Cellulose) wurde in üblicher Weise gemahlen, worauf eine konzentrierte wäßrige Lösung von MgSO* · 7 H2O und KCI zugesetzt und der Stoffbrei auf eine Konzentration von 1% verdünnt wurde. Das erhaltene Gemisch wurde in üblicher Weise zu einer Papierbahn verarbeitet, die getrocknet wurde. Die zugesetzten Salzmengen und das

Papierherstellungsverfahren wurden so gewählt, daß ein Papier mit einem Riesgewicht von 22,68 kg (Gewicht eines Stapels von 61 χ 101,6 cm) und einem MgSO₄ -7 H₂O-Gehalt von etwa 13% und einem KCl-Gehalt von etwa 1% erhalten wurde. Das getrocknete Papier wurde in eine Lösung von Raumtemperatur getaucht, die pro 100 cm³ 1,5 g Äthylcellulose (Viskosität 7cP, Äthoxygehalt 48 bis 49,5%) und 0,5 g Nikotin in einem Gemisch aus gleichen Raumteilen Methylenchlorid und absolutem Äthanol enthielt Das imprägnierte Papier wurde getrocknet und dann zu gekräuselten Streifen von 0,3 bis 1 mm Breite und 2 bis 20 mm Länge geschnitten und unter Verwendung von üblichen Zigarettenpapier zu Zigaretten verarbeitet. Das durchschnittliche Gewicht dieser is Zigaretten betrug 1,06 g, wovon 50 mg auf das Zigarettenpapier entfielen. Die Zigaretten, die eine Länge von 70 mm hatten, zeigten ein Temperaturprofil innerhalb des in der Abbildung dargestellten Bereichs. Der während des mechanischen Rauchens dieser Zigaretten abgeschiedene Teer zeigte geringere Fluoreszenz als der Teer, der beim Rauchen von üblichem Tabak ohne Filter gebildet wurde. Die das erfindungsgemäße Rauchprodukt enthaltenden Zigaretten brannten gleichmäßig, zogen gut und bildeten einen angenehmen, zufriedenstellenden Rauch.

Beispiel 2

30

Der im Beispiel 1 beschriebene Versuch wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß eine wäßrige Kaliumcarbonatlösung auf die luftgetrocknete Bahn gesprüht wurde, die das Magnesiumsulfat und Kaliumchlorid enthielt, worauf die Bahn erneut getrocknet wurde. Wenn die Menge an K2CO31 % betrug, bezogen auf das Gesamtgewicht des lufttrockenen Produkts, betrug die Zugzahl der erhaltenen Zigaretten 14 bis 15. »Zugzahl« ist die Gesamtzahl der Züge, die erforderlich ist, um die Zigarette bis zu einem Rest von 25 mm Länge mit der Rauchmaschine bei dem beschriebenen 30-Sekunden-Zyklus aufzurauchen. Die Zugzahl einer üblichen filterlosen Zigarette aus Tabak beträgt 12 bis 14, die der Zigarette gemäß Beispiel 1 18 bis 19. Wenn der Anteil an Kaliumcarbonat auf 1,2,1,6 und 3% erhöht wurde, betrugen die Zugzahlen 13 bis 14, 10 bis 12 bzw. 5. In jedem Fall war der Rauch der Zigarette milder als bei der Zigarette gemäß Beispiel 1. Das Brennprofil lag in dem in der Abbildung dargestellten Bereich.

50

Beispiel 3

Holzzellstoff für die Viskoseherstellung (etwa 92% α-Cellulose) wurde in Wasser gemahlen. Der Stoffbrei wurde mit einer wäßrigen Lösung gemischt, die Magnesiumsulfat, Magnesiumnitrat, Sorbit und Ammoniumsulfat enthielt. Der Brei wurde dann mit einer Valley-Blechform zu einem Papierblatt verarbeitet, getrocknet und in eine Lösung von Kaliumcarbonat, Nikotin, braunem Farbstoff und Würze in einem Gemisch aus 40 Volumprozent Wasser und 60 Volumprozent Äthanol getaucht und erneut getrocknet. Die Mengen wurden so gewählt, daß das fertige luftgetrocknete Produkt folgende Zusammensetzung hatte

MgSO₄ · 7 H₂O

Mg(NO₃)₂ · 6 H₂O

Sorbit

(NH₄J₂SO₄

K₂CO₃

Nikotin

Brauner Farbstoff

Gelber Farbstoff

13,3%
1,8%
1,2%
3,3%
1,2%
1%
0,45%
0,1%

Die trockene Bahn wurde in leicht gekräuselte (z. B. 20 Kräuselungen pro m) Streifen von willkürlicher Breite von 0,3 bis 2 mm geschnitten. Die Streifen wurden quer in beliebige Längen von 2 bis 20 mm geschnitten. Folgende Würzen wurden verwendet: Menthol in Mengen von 0,05 bis 1 % (beste Ergebnisse wurden mit 0,1 % oder weniger erhalten), Tonkabohnenextrakt (in Mengen von 0,01 bis 0,5%), der mit einem üblichen Schokoladenaroma gemischt werden kann, wie es für Zigaretten aus Tabak verwendet wird, oder ein Gemisch der folgenden werkseigenen Würzen: 0,1% G-6,0,1% G-318 und 0,05% G-321. Das Produkt wurde zu Zigaretten verarbeitet, die je 1 g des Produkts als Füllung enthielten. Die Temperaturprofile lagen innerhalb des in der Abbildung dargestellten Bereichs. Der Rauch war mild und angenehm. Menge und Grad der Fluoreszenz des Rauchkondensats waren geringer als bei üblichen Zigaretten.

Beispiel 4

Ein 4%iger wäßriger Brei von Sulfitzellstoff für Viskoseherstellung mit 92% α-Cellulose wurde in einem Holländer bis zu einem Mahlungsgrad von 574 cm³ (bestimmt gemäß TAPPI-Norm T 227 m-50) gemahlen. Der gemahlene Stoff wurde auf eine Konsistenz von 1 % verdünnt. Ein gemessenes Volumen des l%igen Stoffbreies wurde in einem gemessenen Volumen einer konzentrierten wäßrigen Lösung von MgSO₄ · 7 H₂O suspendiert, die gleichzeitig Mg(NO₃J₂ · 6 H₂O, (NH₄J₂SO₄ und Sorbit in viel geringeren Konzentrationen enthielt. Die mit Zusätzen versehene Stoffsuspension wurde in üblicher Weise zu Papier verarbeitet und getrocknet. Das getrocknete Papier wurde in eine Lösung von 25° C getaucht, die pro Liter 5,0 g Kaliumcarbonat und 4,0 g Nikotin enthielt. Die Verweilzeit des Papiers in der Lösung betrug etwa 2 Sekunden. Das imprägnierte Papier, das während des Tauchens nicht zerfiel, wurde getrocknet und dann zu Streifen von regelloser Länge von 1 bis 25 mm und regelloser Breite von 0,3 bis 1,3 mm zerschnitten. Das Material wurde über Nacht bei einer relativen Feuchtigkeit von 65% und 24° C gehalten und unter Verwendung von üblichem Zigarettenpapier zu einwandfreien Zigaretten verarbeitet. Das durchschnittliche Gewicht dieser Zigaretten betrug 0,96 g. Hiervon entfielen 50 mg auf das Umhüllungspapier. Die Länge der Zigaretten betrug 70 mm.

Die Mengen der Zusatzstoffe wurden so gewählt, daß das luftgetrocknete Rauchprodukt folgende Zusammensetzung hatte:

MgSO₄ · 7 H₂O

Mg(NO₃J₂ · 6 H₂O

Sorbit

(NH₄J₂SO₄

K₂CO₃

Nikotin

13,3%
1,8%
1,2%
3,3%
1,2%
1%

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   I. Tabakfreies Tabakaustauschmaterial auf Basis gereinigter Cellulose und ihr Brennverhalten beeinflussender anorganischer Zusatzstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Mischung von