DE3208016C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rauchartikel, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf Zigaretten.

Eine vermehrte Aufmerksamkeit schenkte man bis vor kurzem der Reduzierung des Seitenstromrauches, welcher von den Zigaretten abgegeben wurde während des Glimmens und Schwelens zwischen den Zügen. Eine Bestimmungsgröße der Seitenstromerzeugung einer Zigarette ist die zeitliche Brenngröße der Zigarette während der Glimm- bzw. Schwelperiode zwischen den Zügen. So kann die Seitenstromerzeugung durch Verwendung von Papieren reduziert werden, die der Zigarette geringe zeitliche Brenngrößen verleiht. Die zeitliche Brenngröße des Zigarettenpapiers bezieht sich auf die Permeabilität desselben. Je geringer die Permeabilität ist, um so geringer ist die zeitliche Brenngröße. Folglich greift man zur Erzielung geringer zeitlicher Brenngrößen im Hinblick auf die Seitenstromemission zu Papieren mit geringem Permeabilitätswert.

Aus der US-PS 39 11 932 ist eine Zigarette mit einer Papierumhüllung bekannt, deren Porosität normalerweise ausreichend ist, einen Luftstrom hindurchzulassen. Die Papierumhüllung besteht aus zwei Zonen unterschiedlicher Porosität, wobei der Bereich am anzuzündenden Ende der Zigarette eine Porosität von 120 bis 400 sec Griener aufweist. Der andere Bereich hat eine Porosität zwischen 20 und 60 sec. Griener. Die Abnahme der Porosität in dem Bereich in der Nähe des anzuzündenden Endes wird dadurch erzielt, daß dieser Bereich mit einem die Porosität reduzierenden Additiv beschichtet wird.

Sehr geringe Permeabilitätswerte des bei der herkömmlichen Zigarettenherstellung verwendeten Papiers von ungefähr fünf Coresta-Einheiten haben dazu geführt, daß die Zigarette nicht angezündet verbleibt, wenn zwischen den Zügen die Zigarette sogar nur für eine kurze Zeit glimmt. Die vorliegende Erfindung begründet sich auf der Erkenntnis, daß eine Papierumwicklung mit einem besonders geringen Permeabilitätswert verwendet und zugleich die Verbrennung zwischen den Zügen aufrechterhalten werden kann, wenn ein Papier verwendet wird, für das das Verhältnis des Diffusionskoeffizienten (D₀) des Sauerstoffs durch Stickstoff im Papier und die Dicke (t) des Papiers besonderen Anforderungen genügen. Der Diffusionskoeffizient oder die Diffusivität eines Gases in einer binären Gasmischung ist definiert als die Gasmenge, die in einer Zeiteinheit durch die Fläche eines Einheitsbereiches gelangt, wenn der Konzentrationsgradient eine Einheit ist. Gase diffundieren langsamer, wenn die Diffusion durch poröse Feststoffe, wie Papier, erfolgt, als durch eine uneingeschränkte Gasphase. Der Diffusionskoeffizient von Gasen durch Papier, wird, durch ein Verfahren gemessen, welches von Drake et al. beschrieben und im International Journal of Heat and Mass Transfer, 1980, Volume 23, Seiten 127-134, veröffentlicht ist. Wenn der Diffusionskoeffizient in den Einheiten cm²/sec und die Papierdicke in cm angegeben ist, dann hat das Verhältnis D₀/t die Einheit cm/sec. Entsprechend ist der Diffusionskoeffizient im Verhältnis zum Sauerstoff bestimmt. Er könnte jedoch auch zum Zwecke einer angenehmen Messung auf ein anderes Gas abgestimmt sein.

Die Luftpermeabilität von Papier wird in Coresta-Einheiten ausgedrückt, als die Luftmenge in cm³, die durch einen cm² Papier in einer Minute bei konstanter Druckdifferenz von 1,0 Kilopascal gelangt.

Inhärent poröses Zigarettenpapier besteht aus einem zwischenverriegelten Netzwerk von Fasern, üblicherweise im wesentlichen vollständig oder hauptsächlich aus Cellulosefasern, welche von Partikeln eines Füllers, beispielsweise Kreide, durchsetzt ist. Öffnungen in dieser Faser/Füllermatrix liegen in der Größenordnung von ungefähr 1 µm Breite. Dies ist verglichen mit der Papierdicke (üblicherweise 20 bis 40 µ) klein, und der Luftstrom durch diese Öffnungen im Papier wird durch viskose Kräfte beherrscht. Wenn jedoch Zigarettenpapier nach dem Papierherstellungsprozeß perforiert wird, beispielsweise durch einen elektrostatischen oder mechanischen Prozeß, so werden die Perforationslöcher relativ groß, üblicherweise mit einem mittleren Durchmesser derselben Größenordnung wie die Papierdicke. Der Luftstrom durch diese Perforationslöcher wird durch Trägheitskräfte beherrscht.

Die gesamte Strömung durch das perforierte Zigarettenpapier besteht somit aus zwei Komponenten, nämlich der viskosen Strömung durch die poröse Struktur des Papiers, inhärent durch das Papierherstellungsverfahren, und die Trägheitsströmung durch die perforierten Löcher. Die Gesamtströmung durch das perforierte Papier kann ausgedrückt werden durch:

Q = ZAP + Z′A(P)ⁿ

worin
Q der Luftstrom ist (cm³/min),
A der der strömenden Luft ausgesetzte Papierbereich (cm²),
P die Druckdifferenz quer über das Papier (Kilopascal),
Z die Permeabilität des Papiers infolge der viskosen Strömung durch die vom Papierherstellungsprozeß inhärenten Öffnungen in Coresta-Einheiten (cm/min Kilopascal),
Z′ die Permeabilität des Papiers infolge des Trägheitsstromes durch die Perforationslöcher (cm/min Kilopascal⁻¹^/n) und
n eine Konstante für einen gegebenen Satz von Perforationslöchern, worin 0,5n<1,0 ist. Der exakte Wert von n hängt von der Größe der Perforationslöcher im Papier ab.

Aus der obigen Gleichung ist die "Gesamtpermeabilität" des perforierten Zigarettenpapiers gleich (Z+Z′). Die relativen Werte von Z und Z′ für ein gegebenes perforiertes Papier kann durch Messen der Strömung durch das Papier in Druckserien über das Papier und durch numerisches Rückbilden des Q/P-Wertes in der obigen Gleichung erhalten werden, wenn der Wert von n in Übereinstimmung mit der mittleren Größe der Perforationslöcher im Papier verwendet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rauchartikel der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die zeitliche Brenngröße zwischen den Zügen optimal dahingehend eingestellt ist, daß die zeitliche Brenngröße möglichst klein ist und zugleich aber ein Weiterbrennen des Rauchartikels zwischen den Zügen gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Hier versteht sich die Luftpermeabilität der Umwicklung im Sinne der zuvor definierten viskosen Strömung.

Vorzugsweise besteht die Umwicklung, deren Luftpermeabilität und deren D₀/t-Werte den obengenannten physikalischen Begrenzungen genügen, aus einer einzelnen Papierschicht. Vorteilhafterweise beträgt der D₀/t-Wert nicht mehr als 0,25 cm/sec und nicht weniger als 0,15 cm/sec.

Ebenso hat, in Übereinstimmung mit der Erfindung, ein Rauchartikel Einwickelmaterial, vorzugsweise in Form einer einzelnen Papierschicht, eine Luftpermeabilität infolge der viskosen Strömung, die im wesentlichen nicht mehr als drei Coresta-Einheiten beträgt und einen D₀/t-Wert hat, welcher im wesentlichen im Bereich von 0,08 bis 0,65 cm/sec beträgt.

Wenn das Wickelmaterial große Löcher enthält und der Widerstand gegenüber dem Luftstrom durch das Einwickelmaterial infolge der Trägheits- und der viskosen Kräfte so ist, kann es sein, daß die Gesamtpermeabilität mehr als drei Coresta-Einheiten beträgt, jedoch die Permeabilität infolge der viskosen Strömung sollte nicht mehr als ungefähr drei Coresta-Einheiten betragen. Die Luftpermeabilität der Umwicklung infolge der viskosen Strömung beträgt vorzugsweise nicht mehr als zwei Coresta-Einheiten und beträgt bevorzugt ungefähr eine Coresta-Einheit. Die Permeabilität der Umwicklung infolge der viskosen Strömung sollte in dem Sinne gleichförmig sein, daß die Permeabilität des für die Umwicklung verwendeten Papieres, an jeder ausgewählten Zone gemessen, dieselbe ist, als wenn sie an jeder anderen Zone gemessen wird. Angemessen ist die gewünschte viskose Strömungspermeabilität der Papierumwicklung als eine inhärente Eigenschaft des durch den Papierherstellungsprozeß sich ergebenden Papiers vorgesehen.

Ein mindest akzeptierbarer D₀/t-Wert innerhalb des Bereiches von ungefähr 0,08 bis ungefähr 0,65 cm/sec wird in einem begrenzten Umfang von einer Anzahl von Designfaktoren des Rauchartikels abhängen, dem Typ und der Form des Tabaks oder des anderen Rauchmaterials und dem Durchmesser der Rauchmaterialstange.

Die Erzeugungsmenge des Gesamtpartikelmaterials des Seitenstroms (TPM), d. h. die Seitenstrom-TPM-Abgabe pro Zigarette über die Zeit, in der die Zigarette geraucht wird, correliert mit der Menge des sichtbaren Seitenstromrauches, welcher sichtbar von der Zigarette abgegeben wird. Für kommerzielle Zigaretten mit herkömmlichem Zigarettenpapier ist die Erzeugungsmenge der Seitenstrom-TPM größer als ungefähr 3,0 mg/min. Für den Fall, daß die Zigarette in Übereinstimmung mit der Erfindung hergestellt wird, ist es möglich, Werte von 2,0 mg/min oder weniger zu erhalten.

Erfindungsgemäß können Zigaretten hergestellt werden, die hinsichtlich der Total-Seitenstrom-TPM-Abgabe eine Reduktion von 40% oder sogar 60% oder mehr ergeben, und zwar auf einer gleichen Zugzahlbasis verglichen mit vergleichbaren Zigaretten, eingewickelt in herkömmliches Zigarettenpapier. Die Abgaben der anderen Seitenstrom-Rauchkomponenten, beispielsweise Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid, werden ebenfalls durch Verwendung der Erfindung reduziert.

Zigaretten gemäß der Erfindung haben eine statische Brenndauer, welche geringer ist als die herkömmlicher Zigaretten. Jedoch durch Auswahl relevanter Disignvariablen können Zigaretten vorgesehen werden, die auch dann brennen bleiben, wenn sie mit einem Zug pro Minute geraucht werden. So haben die Zigaretten gemäß der Erfindung nicht nur den Vorteil einer geringen Seitenstrom-Rauchproduktion, sondern sie haben auch eine Selbstauslöschwirkung, wenn sie für eine längere Zeitperiode sich selbst überlassen werden.

Das Umwicklungsmaterial kann chemische Additive oder Füller beinhalten. Die chemischen Additive können in einer Beladung von 0,5% bis 4% eingeschlossen sein, um gewünschte Aschen und/oder Glimmeigenschaften vorzusehen. Geeignete Additive sind beispielsweise Phosphate, Monoammonium oder Dinatriumphosphat, beispielsweise Citrate, Natrium- oder Kaliumcitrat, Tartrate, Formate, Lactate und Acetate. Geeignete Füller sind Titandioxid, Magnesiumoxid und Calciumcarbonat.

Die Erfindung wird nun weiter anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf vier Formen von Zigaretten A, B, C und D in Übereinstimmung mit der Erfindung beschrieben und mittels eines Vergleichs unter Bezugnahme auf drei Formen von Zigaretten herkömmlicher Art E, F und G.

In der beigefügten Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel in Fig. 1 in perspektivischer Ansicht eine Zigarette dargestellt, bei der das Zigarettenpapier im Anzündbereich der Zigarette zur Verdeutlichung der Umwicklung des Tabaks mit dem Papier aufgeklappt dargestellt ist. In Fig. 2 ist ein vergrößerter Schnitt durch das Zigarettenpapier dargestellt.

Die Zigarette besteht aus einer aus Tabak 16 gebildeten Stange 12, an deren Mundende ein Filterstück 18 angebracht ist. Die Zigarette 10 ist mit einem Zigarettenpapier 14 umwickelt, welches in Fig. 2 im vergrößerten Schnitt dargestellt ist. Das Zigarettenpapier 14 ist mit Perforationslöchern 22 versehen, deren Durchmesser etwa der Dicke d des Zigarettenpapiers entspricht. Diese Perforationslöcher sind nach dem eigentlichen Herstellen des Papiers angebracht worden. Im übrigen besteht das Papier aus miteinander verflochtenen Fasern 19, zwischen denen sich Füllstoffe 20 befinden. Zwischen diesen Fasern 19 und den Füllstoffen 20 sind durch die Herstellung des Papiers entstandene Wege 24 vorgesehen, durch die Rauch das Zigarettenpapier durchströmen kann.

Nun zu den Beispielen. Einzelheiten des Zigarettenpapiers der Zigaretten A bis G sind in der folgenden Tabelle I angegeben.

Tabelle I

Jede der Zigaretten B, C, E und F besteht aus einer Tabakstange, die 59 mm lang und einen Umfang von 24,75 mm hat. An dieser Stange ist ein 25 mm langer Celluloseacetat-Filter angebracht. Die Tabakmischung und die Filterspezifizierung sind für jede dieser Zigaretten gleich. Die Zigaretten A, D und G waren Flachzigaretten mit einer Tabakstangenlänge von 70 mm und einem Umfang von 25 mm. Die Filterzigaretten wurden bis auf eine Tabakstangenrestlänge von 8 mm geraucht und die flachen Zigaretten bis zu Restlängen von 23 mm, und zwar unter Standard-Rauchbedingungen mit einem Zug von 35 cm³ Volumen und 2 sec Dauer pro Minute, um die Hauptstrom- und Seitenstrom-Abgaben des TPM und Nikotin zu bestimmen. Die Resultate ergeben sich aus der Tabelle II.

Tabelle II

Wie aus Tabelle II ersichtlich ist, zeigen die Zigaretten B und C Seitenstromabgaben des TPM und Nikotin, die beträchtlich niedriger sind als die entsprechenden Abgaben der Zigaretten E und F herkömmlicher Art. Mehr noch gilt dies, weil die Zigaretten B und C mit einer beträchtlich höheren Zugzahl als die Zigaretten E und F geraucht werden können, während gleichzeitig akzeptable Verbrennungsaufrechterhaltungseigenschaften gegeben sind. Gleicherweise hatten die Zigaretten A und D eine höhere Zugzahl als die Flach-Kontroll-Zigaretten G.

Tabelle III zeigt den Prozentsatz der Reduktionen der Seitenstrom-Rauchkomponenten-Abgaben für Flachzigaretten A und D im Vergleich mit Steuerzigaretten, die herkömmliches Zigarettenpapier verwenden, wobei die Zugzahlen für die Test- und die Kontrollzigaretten gleich waren.

Tabelle III

PMWNF ist eine Abkürzung für "particulate matter water and nicotine free" ("teilchenförmiges Material, wasser- und nikotinfrei").

Die Raten der Seitenstrom-TPM-Produktion für Zigaretten A und D wurden bestimmt und mit 1,3 bzw. 1,9 mg/min befunden.

Das verstärkte bzw. vergrößerte Zugzahlphänomen, festgestellt im Verhältnis mit Tabelle II, dient der Reduzierung der Abgaben pro Zigarette durch Reduzierung der Tabakmenge in jeder Tabakstange, während eine Zugzahl im mit herkömmlichen Zigaretten experimentierten Bereich angesetzt wird.

Wenn so die Brennlänge der Zigarette B von 51 mm auf 30 mm reduziert wird, d. h. die Gesamttabakstange wird von 59 mm auf 38 mm reduziert, so wird die Zugzahl von 19,1 auf 11,3 reduziert, d. h. auf den Zugzahlwert der herkömmlichen Zigarette F. Dies würde in einer reduzierten Seitenstromabgabe von 12,1 mg TPM und 1,61 mg Nikotin resultieren. Gleicherweise könnte die Zugzahl der Zigarette C von 16,1 bis 11,3 dadurch reduziert werden, daß die Brennlänge von 51 mm auf 36 mm reduziert wird, was in einer reduzierten Seitenstromabgabe von 15,3 mg TPM und 1,84 mg Nikotin resultiert. Für beide Zigaretten B und C reduzierter Länge würde die Hauptstrom-TPM- (total particulate matter) -Abgabe nahezu dem der Zigarette F betragen. Es wird festgestellt, daß die Erfindung nützlich auf Tabakstangenlängen im Bereich von 25 bis 55 mm anwendbar ist.

Claims (5)

1. Rauchartikel mit einer Stange aus Rauchmaterial, welche in einer Umwicklung eingewickelt ist, insbesondere eine Papierumwicklung, deren Luftpermeabilität im wesentlichen gleichförmig verteilt ist und nicht mehr als drei und vorzugsweise nicht mehr als zwei Coresta-Einheiten beträgt, wobei der D₀/t-Wert der Umwicklung im Bereich von 0,08 bis 0,65 cm/sec liegt.

2. Rauchartikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der D₀/t-Wert der Umwicklung (14) nicht niedriger ist als 0,15 cm/sec.

3. Rauchartikel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der D₀/t-Wert der Umwicklung nicht mehr als 0,25 cm/sec beträgt.

4. Rauchartikel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Stange (10) des Rauchmaterials (16) innerhalb eines Bereiches von 25 bis 55 mm liegt.

5. Rauchartikelumwicklungsmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Luftpermeabilität im wesentlichen nicht mehr als drei Coresta-Einheiten beträgt und der D₀/t-Wert im Bereich von 0,08 bis 0,65 cm/sec liegt und vorzugsweise nicht niedriger ist als 0,15 cm/sec.