DE3855848T2

DE3855848T2 - Verfahren und Einrichtung zur Bildung eines Stranges für die Herstellung von Rauchartikeln

Info

Publication number: DE3855848T2
Application number: DE3855848T
Authority: DE
Inventors: Clifford Russell Marritt; John Larkin Nelson; James Willard Pryor
Original assignee: RJ Reynolds Tobacco Co
Current assignee: Japan Tobacco Inc
Priority date: 1987-08-25
Filing date: 1988-08-16
Publication date: 1997-09-11
Anticipated expiration: 2008-08-17
Also published as: NO883785L; MX163667B; PT88334A; AU609677B2; EP0304759A3; FI883873A0; YU162188A; MY103382A; CS274474B2; DK471488D0; FI84550B; MA21361A1; HUT50023A; DD298594A5; AU2101588A; DK471488A; NO883785D0; KR890003310A; PH25486A; ATE150626T1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bildung eines bei der Herstellung von Rauchartikeln zu verwendenden Strangs.
Im besonderen betrifft die Erfindung die Herstellung von zylindrischen Segmenten zum Gebrauch bei der Herstellung von Rauchartikeln, die ein Brennstoffelement, körperlich gesonderte Aerosolerzeugungsmittel und ein verbessertes Mundendestück aufweisen, welches ein von nicht-gewebten thermoplastischen Fasern oder Filamenten gebildetes Segment umfaßt, um das erzeugte Aerosol an den Benutzer abzugeben, und welches in bevorzugten Ausführungsformen ein Abstandsstück aufweist, welches das Segment aus thermoplastischem Material von den Aerosolerzeugungsmitteln trennt. Noch spezieller betrifft die Erfindung die Herstellung von mindestens einem Teil des Mundendestücks solcher Rauchartikel aus einer nicht-gewebten Bahn aus schmelzgeblasenen thermoplastischen Fasern.
Rauchartikel, bei denen ein derartiges verbessertes Mundendestück zur Anwendung kommt, sind förderlich, die vom Benutzer empfundene Temperatur des Aerosols zu erniedrigen, ohne die Aerosolabgabe abträglich zu beeinflussen. Solche Artikel erzeugen ein Aerosol, welches Tabakrauch ähnelt, jedoch nicht mehr als eine minimale Menge an Produkten unvollständiger Verbrennung oder Pyrolyseprodukten enthält.
Die US-A-3 860 011 beschreibt ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bildung strangartiger Segmente zum Gebrauch als Filterabschnitte bei der Herstellung von herkömmlichen Filterzigaretten. Zur Herstellung der Filterabschnitte wird ein endloser Schlauch eines hohlen Kunststoffmaterials in axialer Richtung in einen Hohldorn eingespeist, der einen sich in Längsrichtung erstreckenden Durchlaß für das Schlauchmaterial schafft und einen konisch geformten Einlaß aufweist. Der Dorn erstreckt sich in axialer Richtung durch eine Düse mit einer inneren Konusfläche, die sich in Bewegungsrichtung des Schlauchmaterials verjüngt und koaxial mit dem Dorn angeordnet ist. Hinter der Hinterkante der inneren Konusfläche schafft die Düse einen zylindrischen Ringraum zwischen dem Dorn und einem Zylinder der Düse, wobei der Zylinder den Dorn umschreibt und koaxial mit diesem angeordnet ist. Ferner ist die Düse mit einem Einlaß für in den zylindrischen Ringraum eingeführte Druckluft ausgestattet. Ein Strom eines faserigen Filtermaterials, welches in Form eines Faserstrangs vorliegt, wird in den konischen Raum zwischen dem Dorn und der inneren Konusfläche der Düse eingespeist, und wenn dieser Strom faserigen Filtermaterials den zylindrischen Ringraum der Düse erreicht, bewirkt die Druckluft ein Aufgehen des faserigen Filtermaterials. Der Strom von faserigem Filtermaterial wird sodann veranlaßt, eine Vorrichtung zu durchlaufen, die dazu dient, eine Endlosbahn von Pfropfenumhüllungspapier um den Strang faserigen Filtermaterials herum zu falten, woraufhin der so hergestellte endlose Strang mittels eines Schneidmessers in mehrere zylindrische Filterabschnitte vorgegebener Länge geschnitten wird.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zur wirksamen Bildung eines zylindrischen Stranges und/oder zylindrischer Segmente aus einem Bahnenmaterial zum Gebrauch bei der Herstellung von Rauchartikeln zu schaffen, im besonderen zum Gebrauch als ein Mundendestück oder Teil eines Mundendestucks von Rauchartikeln, die ein Brennstoffelement und korperlich gesonderte Aerosolerzeugungsmittel aufweisen.
Erfindungsgemäß werden zur Lösung dieser Aufgabe das Verfahren und die Einrichtung nach Anspruch 1 bzw. Anspruch 5 vorgeschlagen.
Das erfindungsgemäß hergestellte verbesserte Mundendestück eines Rauchartikeis der oben definierten Art umfaßt eine nichtgewebte Bahn aus thermoplastischen Fasern oder Filamenten in Form einer schwach wirkenden wärmeverteilenden Materialmasse in Gestalt eines Filterpfropfens. Das Mundendestück kann auch ein zwischen der thermoplastischen Masse und den Aerosolerzeugungsmitteln angeordnetes Abstandsstück aufweisen. Es wurde gefunden, daß anders als bei herkömmlichen Mundendestücken, wie Celluloseacetat-Strängen, die Verwendung eines derartigen verbesserten Mundendestücks die vom Benutzer empfundene Aerosoltemperatur erniedrigt, ohne die Abgabe gewünschter Aerosolmengen abträglich zu beeinflussen.
Bevorzugt sind die Rauchartikel, die das verbesserte Mundendestück benutzen, zigarettenartig und weisen einen kurzes, d.h. weniger als circa 30 mm langes, bevorzugt kohleartiges Brennstoffelement auf. Bevorzugt sind ferner die Aerosolerzeugungsmittel in einem auf Wärmeleitung beruhenden Wärmeaustausch mit dem Brennstoffelement. Das erfindungsgemäße Mundendestück weist bevorzugt ein zylindrisches Segment von einer Bahn aus nichtgewebten schmelzgeblasenen thermoplastischen Fasern auf, die in die Gestalt eines herkömmlichen Filterpfropfens von circa 10 bis 40 mm, vorzugsweise 15 bis 35 mm Länge gerafft oder gefaltet ist, zusammen mit einem gefalteten oder gerafften Tabakpapier-Abstandsstück von circa 5 bis 30 mm, vorzugsweise 5 bis 15 mm Länge zwischen dem nicht-gewebten Bahnsegment und den Aerosolerzeugungsmitteln.
Herkömmliche Zigaretten-Mundendestücke bestehen normalerweise aus Filtermaterialien mäßiger bis hoher Wirksamkeit, z.B. aus Celluloseacetat-Strangmaterial. Solche Materialien weisen im allgemeinen Fasern auf, die vorwiegend in Richtung des Abrauchvorgangs orientiert sind, was möglicherweise dazu führt, daß infolge einer Kanalwirkung die Luft einen relativ kleinen Anteil des Filters durchströmt. Man bemerkt zum Beispiel nach dem Rauchen von Filterzigaretten, daß nur ein Teilbereich des Filters verfärbt erscheint, was von einer kanalartigen Hindurchleitung des Rauchs in diesem Teil des Filters zeugt. Diesen Kanaleffekt empfindet der Benutzer oft als "heiße Stelle" auf den Lippen oder der Zunge.
Es wurde gefunden, daß das erfindungsgemäß gebildete verbesserte Mundendestück, im besonderen die nicht-gewebte Thermoplastbahn-Komponente, als eine Wärmesenke fungiert und dazu beiträgt, daß das Auftreten als heiß empfundener Stellen vermindert wird, indem das beim Rauchen erzeugte Aerosol über einen großen Oberflächenbereich verteilt wird, bevorzugt über im wesentlichen den ganzen Oberflächenbereich der Mundendestück-Komponente(n). Es wird angenommen, daß eine Verteilung des Aerosols über einen großen Oberflächenbereich zu der empfundenen Verringerung der Temperatur beiträgt, dadurch, daß die Verweilzeit des Aerosols im Mundendestück und im besonderen in dem Segment aus nicht-gewebtem thermoplastischem Material verlängert wird. Hinzu kommt, daß anders als bei herkömmlichen Mundendestücken, die im allgemeinen verwendet werden, um beträchtliche Mengen an verschiedenen unerwünschten Komponenten des Tabakrauchs herauszufiltern, bei Rauchartikeln, die das nicht-gewebte thermoplastische Material als das erfindungsgemäß hergestellte Mundendestück benutzen, diese empfundenen Temperaturverringerungen erhalten werden, ohne daß es dabei zu einer wesentlichen Verringerung der Abgabe der Aerosolkomponenten, z.B. Glycerin, Geschmackskomponenten und dergleichen, kommt. In anderen Worten, die Filterwirksamkeit solcher Materialien ist wesentlich niedriger als die eines herkömmlichen Zigarettenfiltermaterials, z.B. von Celluloseacetat-Strangmaterial, was wichtig ist, um eine gewünschte Abgabe des durch die Rauchartikel der oben definierten Art erzeugten Aerosols aufrechtzuerhalten und die Verwendung längerer Materialabschnitte zuzulassen, um eine erhöhte Verweilzeit und Abkühlung des Aerosols zu erhalten.
Bevorzugte Rauchartikel der oben definierten Art, bei denen das erfindungsgemäß hergestellte verbesserte Mundendestück zur Anwendung kommt, vermögen mindestens 0,6 mg Aerosol, gemessen als Rohkondensat (Gesamtmenge feuchter Teilchen (WTPM)), in den ersten 3 Zügen abzugeben, wenn sie unter FTC-Abrauchbedingungen geraucht werden, die aus 35-ml-Zügen von 2 Sekunden Dauer bestehen, die durch 58 Sekunden des Glostens voneinander getrennt sind. Im besonderen sind die erfindungsgemäßen Ausführungsformen in der Lage, 1,5 mg oder mehr Aerosol in den ersten 3 zügen abzugeben. Meistbevorzugt sind erfindungsgemäße Ausführungsformen in der Lage, 3 mg oder mehr Aerosol in den ersten 3 zügen beim Abrauchen unter FTC-Bedingungen zu liefern. Ferner liefern bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Mittel mindestens circa 0,8 mg WTPM pro Zug über mindestens circa 6 Züge, vorzugsweise mindestens circa 10 Züge, unter Abrauchbedingungen nach FTC.
Rauchartikel, die das verbesserte Mundendestück benutzen, und eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Herstellung eines solchen Mundendestücks und/oder eines Teils desselben sind durch die beigefügten Zeichnungen und in der nachfolgende Detailbeschreibung der Erfindung näher erläutert.

Kurzbeschreibung der Figuren

Fig. 1 ist ein Längsschnitt eines bevorzugten Rauchartikels, bei dem das erfindungsgemäß hergestellte verbesserte Filtermaterial zur Anwendung kommt;
Fig. 2 zeigt ein bevorzugtes Verfahren zur Bildung der nicht-gewebten schmelzgeblasenen Thermoplastbahn, welche zur Bildung des Mundendestücks gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Formen der schmelzgeblasenen thermoplastischen Bahn in ein zylindrisches Segment in der Gestalt eines Filterpfropfens;
Fig. 4 veranschaulicht ein Doppel-Konus-System, welches zum Raffen oder Falten von Material in die Gestalt eines Filterpfropfens verwendet wird;
Fig. 5 zeigt die von einem erfindungsgemäß hergestellten Mundendestück auf der Lippe erzeugte Temperatur.

Detailbeschreibung der bevorzugten Außführungsformen

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein für Rauchartikel zu verwendendes verbessertes Mundendestück hergestellt. Das Mundendestück ist besonders geeignet für Rauchartikel, die ein brennbares Brennstoffelement und körperlich gesonderte Aerosolerzeugungsmittel aufweisen, wie die in der EP-A-174 645 sowie in der EP-A-212 234 beschriebenen.
Im allgemeinen umfaßt das verbesserte Mundendestück ein Segment, welches aus einem nicht-gewebten Bahnenmaterial von thermoplastischen Fasern oder Filamenten gebildet ist, wobei auch ein zwischen dem Segment von thermoplastischen Fasern und den Aerosolerzeugungsmitteln angeordnetes Abstandsstück vorhanden sein kann.
Der bevorzugte Weg zum Herstellen solcher thermoplastischer Bahnen ist das Schmelzblasen, wie in US-Patent 3 849 241 vom 19. November 1974 (Buntin et al.) beschrieben, dessen Offenbarung durch Bezugnahme in den vorliegenden Text eingefügt wird.
Fig. 2 zeigt ein herkömmliches Schmelzblasverfahren. Einem durch einen Motor 42 angetriebenen Extruder 41 wird über einen Trichter 43 ein thermoplastisches Polyrnergranulat 44 zugeführt.
Der Extruder wird nach Bedarf beheizt, um das Polymermaterial auf die gewünschte Viskosität zu bringen, während es in ein Formwerkzeug 45 eintritt. Während das extrudierte Polymermaterial aus dem Formwerkzeug 45 austritt, normalerweise vertikal nach unten, wird es von gegenüberliegenden Seiten mit Heißluft aus Leitungen 46 kontaktiert. Gegebenenfalls kann das Formwerkzeug 45 elektrisch oder durch andere Mittel über Leitungen 47 beheizt werden. Fasern 48 werden durch den Luftstrom auf eine Ablagefläche 49 getragen, wobei eine Matte 50 gebildet wird. Die Ablagefläche 49 kann eine um eine Achse 52 angetriebene rotierende Trommel 51 umfassen, wie gezeigt, oder kann ein Band, Sieb oder eine andere Ablagevorrichtung sein, wie für den Fachmann erkennbar sein wird.
Die thermoplastische Bahn kann in eine zylindrische oder andere geeignete Gestalt überführt werden, unter Anwendung herkömmlicher Techniken zur Herstellung von Filterpfropfen, wie gewöhnliche Pfropfenherstellmaschinen, wie sie zum Herstellen von Celluloseacetat-Strängen verwendet werden.
Fig. 3 veranschaulicht eine Möglichkeit, um aus den Bahnen einen Filterpfropfen zu bilden. Wie in Fig. 3 schematisch dargestellt, wird eine Rolle 53 einer Thermoplastfaserbahn 50 abgewickelt und in ein Konus-System 54 zum Vorformen eingezogen, welches die flache Bahn 50 zu einer zylindrischen Gestalt "rafft" oder "faltet", die geeignet ist, in die Filterpfropfenherstellmaschine eingelassen zu werden. Dieser geformte Zylinder 55 erhält eine Umhüllung aus einer Papierbahn 56 (sog. Pfropfenumhüllung) und die Kombination wird mittels einer Klinge 58 in geeignete Längen 57 geschnitten. Vor Eintritt in die Vorrichtung wird mittels eines Auftraggeräts eine durchgehende Klebstoffraupe auf eine Kante der Pfropfenumhüllung aufgebracht. Während diese Komponenten die Vorrichtung durchlaufen, wird die geformte Bahn unter Bildung eines Strangs mit zylindrischem Querschnitt weiter zusammengepreßt, wobei sie gleichzeitig mit der Pfropfenumhüllung 56 umhüllt wird. Wenn die Klebstoffraupe den überlappten Bereich des umhüllten Strangs berührt, wird letzterer mittels eines Verschlußstabs geschlossen. Dieser endlose Filterstrang wird sodann mittels einer Schneidvorrichtung 58 in Längen 57 geschnitten.
Obgleich zur Bildung annehmbarer Filterpfropfen nicht unbedingt erforderlich, so bieten sich die Thermoplastbahnen doch für eine Vorbehandlung an, bevor sie zu einem Strang geformt werden. Zwei solcher Behandlungen, dargestellt in Fig. 3, konnen ein Paar genuteter Rollen 59 umfassen, die zum Faltenbilden verwendet werden, und ein Auftraggerät 60, welches zur Oberflächenbehandlung des Materials mit z.B. Glycerin oder anderen Feuchthaltemitteln verwendet wird.
Das Konus-System 54 ist durch Fig. 3A näher erläutert. Dieses System umfaßt einen Konus 54b innerhalb eines Konus 54a als Vorform-Vorrichtung. Das thermoplastische Bahnenmaterial wird in den Ringraum 54c zwischen den Konen in einem im wesentlichen spannungsfreiem Zustand eingespeist, derart, daß sich am Eintrittspunkt das Bahnenmaterial um den radialen Teil des Innenkonus wickelt. Die Konen können durch nicht gezeigte Mittel relativ zueinander bewegt werden, um zu der gewünschten Gleichförmigkeit und Festigkeit des Filterpfropfens zu gelangen.
Zwar sind die meisten thermoplastischen Polymeren geeignet, zur Herstellung des Bahnenmaterials, welches zur Bildung des Segments von thermoplastischen Fasern verwendet wird, herangezogen zu werden; die bevorzugten thermoplastischen Polymere sind jedoch von Polyolefinen gebildet, wie isotaktisches Polypropylen, und Polyestern, wie Poly(butylenterephthalat). Es liegt in der Natur des Schmelzblas-Warmformungsprozesses, daß verschiedene Zusätze (wie Calciumcarbonat) leicht in die Polymerschmelze eingebracht oder auf die Oberfläche des aufgeschmolzenen Polymeren aufgebracht werden können, während das Material extrudiert wird, um die Struktur der schmelzgeblasenen Bahn und damit ihre Gebrauchseigenschaften in einem Filterelement zu verändern. Ferner lassen sich schmelzgeblasene Bahnen nach der Formung leicht bekannten Nachbehandlungen unterziehen, unter Zuhilfenahme von Hilfsstoffen in trockener oder flüssiger Form, um ihnen gewisse organoleptische und/oder medizinische Merkmale zu verleihen.
Das Flächengewicht solcher Bahnen kann variieren, in Abhängigkeit von mehreren Faktoren, zu denen das zur Bildung des Bahnenmaterials herangezogene Verfahren sowie das jeweils herangezogene thermoplastische Polymere gehören. Für bevorzugte schmelzgeblasene Polypropylen-Materialien ist das Flächengewicht bevorzugt im Bereich von circa 0,5 oz/yd² bis 1,0 oz/yd².
Die Grab-Zugfestigkeiten solcher Bahnen können ebenfalls variieren, liegen jedoch allgemein im Bereich von circa 0,1 lb bis circa 3,0 lb in Maschinenquerrichtung (CD) und bei mindestens circa 0,1 lb in Maschinenlaufrichtung (MD). Bevorzugte Bereiche liegen bei circa 0,7 bis circa 2,4 lb in Maschinenlaufrichtung und circa 0,5 bis circa 2,3 lb in Maschinenguerrichtung. Bevorzugte Bahnen haben ferner eine Grab-Zugfestigkeit, die ein Verhältnis von MD zu CD im Bereich von circa 1:1 bis 4:1 liefert, noch besser im Bereich von 1:1 bis 2:1. Die Grab-Zugfestigkeit solcher Materialien wird im allgemeinen nach Method 5100 - Federal Test Methods Standard No. 191A bestimmt, wobei eine von der Firma Instron Corporation unter dem Namen Instron Model 122 Testing Instrument erhältliche Vorrichtung verwendet wird. Diese Festigkeiten sind allgemein abhängig von mehreren Faktoren, zu denen das Verhältnis der Faserorientierung des Bahnenmaterials in Maschinenlängerichtung zu jener in Maschinenquerrichtung, der Grad der Faser-Faser-Bindung und die Faserbreitenverteilung gehören.
Die Frazier-Porosität solcher Bahnen kann sich ebenfalls in einem Bereich bewegen, im allgemeinen von circa 100 ft³/ft²/min bis circa 1000 ft³/ft²/min, bevorzugt von circa 150 ft³/ft²/min bis circa 1000 ft³/ft²/min (für eine 5-lagige Probe). Die Frazier-Porositätsprüfungen an solchen Materialien werden mit einem Luftdurchlässigkeitsprüfer nach Frazier durchgeführt, der von der Firma Frazier Precision Instrument Company erhältlich ist. Diese Porositätsmessungen spiegeln die Luftdurchlässigkeit der Bahn wider. Das Verfahren ist in Einklang mit Method 5450, Federal Test Methods Standards No. 191A, ausgenommen, daß die verwendete Probengröße 8 inch auf 8 inch beträgt und eine 5-lagige Probe mit einer 20-mm-Luftdüse gemessen wird. Frazier- Einheiten werden ausgedrückt in ft³ Luft je ft² der Probe pro Minute.
Die offene Fläche in Prozent solcher Bahnen liegt allgemein im Bereich von circa 10 % bis 60 %, bevorzugt in einem Bereich von circa 14 % bis 52 %. Die offene Fläche in Prozent ist ein Maß für die Durchlässigkeit der Bahn und kann mit einem Bildanalysator Quantimet Model 970 der Firma Cambridge Instruments gemessen werden. Diese Eigenschaft ist von wesentlicher Bedeutung bei der Bestimmung der Filtrationeeigenschaften von Zylindern, die aus Bahnen gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind.
Ein besonders bevorzugtes Bahnenmaterial, welches zur Bildung des erfindungsgemäßen verbesserten Filterpfropfens geeignet ist, ist ein experimentelles schmelzgeblasenes Polypropylen- Material, welches von der Firma Kimberly-Clark Corporation unter der Bezeichnung PP-100-F erhältlich ist. Dieses spezielle Material hat eine Durchlässigkeit nach Frazier von circa 600, eine Grab-Zugfestigkeit von circa 1,3 lb (MD) und 0,7 lb (CD) und ein Flächengewicht von circa 0,75 oz/yd². In dieses Material ist auch Glycerin in einer Menge von circa 2 Gew.-% eingebracht, um die Umformung des Materials zu einem Zylinder zu erleichtern. Die Einsatzmenge an Glycerin oder eines anderen Feuchthaltemittels kann zwischen circa 0,5 und 8 % variieren, bevorzugt zwischen circa 1 und 4 %, und meistbevorzugt zwischen circa 1,5 und 2,5 %. Derartige Materialien sind ausführlicher in der US-Patentanmeldung Nr. 003 980 vom 16. Januar 1987 beschrieben, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text eingefügt wird.
Vom Standpunkt der Gebrauchseigenschaften und/oder der Ästhetik kann die Filterfestigkeit der erfindungsgemäß verwendeten Thermoplastsegmente breit variieren, ohne dabei die Aerosolabgabe an den Benutzer wesentlich zu stären. Jedoch ist es wünschenswert, ein Segment zu haben, daß sich wie eine Zigarette mit herkömmlichem Celluloseacetat-Filter anfühlt und deren Festigkeit aufweist. Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, um die Festigkeit eines Filtermaterials zu bewerten, wobei die Festigkeitsresultate für Segmente von Thermoplastfasern, die aus pp-100-F der Firma Kimberly-Clark Corporation hergestellt waren, dadurch erhalten wurden, daß ein Filterpfropfen unter eine Platte mit einem Durchmesser von 19 mm gebracht wurde. Die Platte wurde in Kontakt mit dem Filter gebracht, und es wurde ein anfänglicher unkomprimierter Durchmesser abgelesen. In diesem Zustand wurde eine tatsächliche Kraft von etwa 27 g auf das Filter ausgeübt. Die Platte wurde sodann mit weiteren 100 g Gewicht belastet. Nach circa 10 Sekunden unter dieser Belastung wurde eine zweite Ablesung vorgenommen. Die Festigkeit wurde in Prozent angegeben und wurde berechnet, indem das Verhältnis der zweiten Ablesung zur ersten Ablesung mit 100 multipliziert wurde. Allgemein sind Filterfestigkeiten in einem Bereich von circa 94 % bis circa 99 % angesiedelt, wobei der bevorzugte Bereich bei circa 96 % bis circa 98 % liegt.
Der Gesamtdruckabfall von Artikeln, in denen das erfindungsgemäß hergestellte verbesserte Mundendestück Anwendung findet, ist vorzugsweise ähnlich oder liegt unter dem von herkömmlichen Zigaretten. Der Druckabfall des Mundendestücks selbst variiert in Abhängigkeit vom Druckabfall des vorderen Endstücks des Rauchartikels. Für bevorzugte Rauchartikel ist der Druckabfall im allgemeinen geringer als der von herkömmlichen Mundendestücken, normalerweise im Bereich von circa 0,1 bis 6,0 cmWS/cm Filterlänge, vorzugsweise im Bereich von circa 0,5 bis circa 4,5 cmWS/cm Filterlänge und meistbevorzugt im Bereich von circa 0,7 bis circa 1,5 cmWS/cm Filterlänge. Der Filterdruckabfall ist der Druckabfall in Zentimeter wassersäule bei einem Luftdurchgang von 1050 cm³/min durch einen Filterpfropfen. Diese Druckabfall-Werte können auf Filterstopfen-Längeneinheit normiert werden durch Dividieren durch die tatsächliche Filterlänge.
Die Filterwirksamkeit pro Längeneinheit des erfindungsgemäß hergestellten Segments von nicht-gewebten thermoplastischen Fasern ist im allgemeinen wesentlich geringer als die eines herkömmlichen Celluloseacetat-Filters. Bevorzugt ist die Filterwirksamkeit solcher Materialien geringer als die von schwach wirkenden Celluloseacetatstrangfiltern aus einem von der Firma Celanese Corporation gelieferten Material mit der Bezeichnung 8.0/40K. Wie bereits erwähnt, trägt das erfindungsgemäß hergestellte Mundendestück dazu bei, die vom Benutzer empfundene Temperatur des Aerosols zu verringern, z.B. dadurch, daß das beim Rauchen erzeugte Aerosol über einen größeren Oberflächenbereich verteilt wird. Der Einsatz von schwach wirkenden Materialien gemäß der Erfindung gestattet es jedoch auch, größere Längen der Segmente von nichtgewebten Thermoplastfasern zu verwenden, ohne eine gewünschte Aerosolabgabe abträglich zu beeinflussen. Dies erhöht die Verweilzeit des Aerosols in dem Mundendestück, was auch dazu beiträgt, die Temperatur des Aerosols, wie sie vom Benutzer empfunden wird, zu verringern.
Die Länge des Segments von nicht-gewebten thermoplastischen Fasern, die für das Mundendestück zur Anwendung kommt, kann breit variieren und richtet sich nach mehreren Faktoren, zu denen die gewünschte Verringerung der Temperatur des Aerosols, wie sie vom Benutzer empfunden wird, gehört. Für bevorzugte Rauchartikel, die das erfindungsgemäß hergestellte Mundendestück verwenden, wird die Länge des thermoplastischen Segments im allgemeinen zwischen circa 10 mm und 40 mm, vorzugsweise zwischen circa 15 mm und 35 mm und meistbevorzugt bei circa 30 mm liegen.
Das bevorzugt zur Anwendung kommende Abstandsstück kann aus einer Reihe von Materialien gefertigt sein, zu denen herkömmliche Zigarettenfiltermaterialien gehören, wie Celluloseacetat- Strangmaterial, und Materialien, wie Tabak, Tabak-haltiges Papier und ein Segment von herkömmlichen Filtermaterialien, die ein Röhrchen umschließen.
Das bevorzugte Material, das zur Herstellung des Abstandsstücks Anwendung findet, ist tabakhaltiges Papier. Das bevorzugte tabakhaltige Papier umfaßt eine Bahn von rekonstituiertem Tabakmaterial, welches von der Firma Kimberly-Clark Corporation unter der Bezeichnung P144-185-GAPF Reconstituted Tobacco Sheet erhältlich ist. Das Material weist circa 60 % Tabak auf, hauptsächlich in Form von heißluftgetrockneten/Burley-Tabakstengeln, und 35 % Faserstoff von Weichholz (bezogen auf das Trockengewicht des Materials). Der Feuchtegehalt des blattartigen Materials ist bevorzugt zwischen circa 11 und 14 % angesiedelt. Das Material hat eine Trockenzugfestigkeit von circa 1600 bis circa 3300 g/in. und ein Trockenflächengewicht von circa 38 bis circa 44 g/m². Die Herstellung des Materials erfolgt nach einem herkömmlichen Papierherstellungsverfahren, wobei circa 2 % Glycerin oder eines anderen Feuchthaltemittels, circa 1,8 % Kaliumcarbonat, circa 0,1 % Geschmackstoffe und circa 1 % eines herkömmlichen Schlichtemittels zugegeben werden. Das Schlichtemittel ist kommerziell erhältlich als Aquapel 360XC Reactive Size der Firma Hercules Corp., Wilmington, Delaware,
Das Tabakpapier kann mittels herkommlicher Propfenherstelltechniken zu einem Pfropfen geformt werden. Für Rauchartikel, die das erfindungsgemäß hergestellte Mundendestück verwenden, erfolgt die Formung jedoch bevorzugt mit Hilfe des erfindungsgemäßen Doppel-Konus-Systems, welches zur Bildung des Segments von nicht-gewebten thermoplastischen Fasern verwendet wird.
Die Länge des Abstandsstücks ändert sich im allgemeinen umgekehrt wie die Länge des Segments von nicht-gewebten Thermoplastfasern. Für bevorzugte Rauchartikel, die das erfindungsgemäß hergestellte Mundendestück verwenden, ist es im allgemeinen zwischen circa 5 und 30 mm, vorzugsweise zwischen circa 5 und 15 mm und meistbevorzugt circa 10 mm lang.
Ein zigarettenartiger Rauchartikel mit einem erfindungsgemäß hergestellten Mundendestück ist in Fig. 1 dargestellt, die der vorliegenden Beschreibung beigefügt ist. Fig. 1 zeigt einen zigarettenartigen Rauchartikel, der ein kleines kohleartiges Brennstoffelement 10 mit mehreren, durch das Brennstoffelement hindurchführenden Durchlässen 11, vorzugsweise circa 13 Stück in der in Fig. 1A gezeigten Anordnung, aufweist. Dieses Brennstoffelement ist aus einem extrudierten Gemisch eines Kohlematerials (vorzugsweise carbonisiertes Papier), Natriumcarboxymethlycellulose-(NaCMC)-Bindemittel&sub1; K&sub2;CO&sub3; und Wasser gebildet.
Der Umfang 8 des Brennstoffelements 10 ist von einer nachgiebigen Hülse aus isolierenden Fasern 16, z.B. Glasfasern, umschlossen.
Eine Metallkapsel 12 überlappt einen Teil des mundseitigen Endes des Brennstoffelements 10 und umschließt die körperlich gesonderten Aerosolerzeugungsmittel, die ein Substratmaterial 14 enthalten, welches ein oder mehrere aerosolbildende Materialien trägt. Das Substrat kann in partikulärer Form, in Form eines Stäbchens oder in anderer Form vorliegen.
Die Kapsel 12 ist von einer Tabakhülse 18 umschlossen. Zwei schlitzartige Durchlässe 20 sind am mundseitigen Ende der Kapsel in der Mitte des Röhrchens mit eingebördelten Enden vorgesehen.
Am mundseitigen Ende der Tabakhulse 18 ist ein Mundendestück 22 vorgesehen, welches vorzugsweise ein zylindrisches Segment von einem Abstandshalter 24 und ein Segment von nicht-gewebten thermoplastischen Fasern 26 aufweist, durch die das Aerosol zum Benutzer durchtritt. Der Artikel oder Teile hiervon ist bzw. sind mit einer oder mehreren Lagen Zigarettenpapiers 30-36 umwickelt.
Nach dem Anzünden der vorgenannten Ausführungsform brennt das Brennstoffelement, wobei es die Wärme erzeugt, die verwendet wird, um den Tabakgeschmackstoff und jegliche zusätzliche aerosolbildende Substanz oder Substanzen in den Aerosolerzeugungsmitteln zu verflüchtigen. Weil das bevorzugte Brennstoffelement relativ kurz ist, ist der heiße, brennende Glutkegel immer nahe den Aerosolerzeugungsmitteln, wodurch die Wärmeübertragung auf die Aerosolerzeugungsmittel und die resultierende Aerosolerzeugung maximiert werden, besonders dann, wenn das bevorzugte wärmeleitende Element verwendet wird.
Infolge der kleinen Große und der Brenneigenschaften des Brennstoffelements beginnt das Brennstoffelement für gewöhnlich innerhalb einiger Züge über im wesentlichen seine ganze freiliegende Länge zu brennen. Somit wird der Teil des Brennstoffelements, der dem Aerosolerzeuger benachbart liegt, schnell heiß, wodurch die Wärmeübertragung auf den Aerosolerzeuger deutlich steigt, besonders während der ersten und mittleren Züge. Weil das bevorzugte Brennstoffelement so kurz ist, gibt es nie einen langen Abschnitt nichtbrennenden Brennstoffs, der als eine Wärmesenke wirkt, wie dies bei früheren mit thermischer Aerosolerzeugung arbeitenden Artikeln der Fall war.
Weil die aerosolbildenden Substanzen körperlich gesondert von dem Brennstoffelement sind, sind sie wesentlich niedrigeren Temperaturen ausgesetzt als denjenigen, die durch den brennenden Brennstoff erzeugt werden, wodurch die Möglichkeit der thermischen Zersetzung auf ein Mindestmaß reduziert wird.
In bevorzugten Ausführungsformen wirken das kurze kohleartige Brennstoffelement, das wärmeleitende Element und die Isoliermittel mit dem Aerosolerzeuger zusammen, um ein System zu schaffen, das erhebliche Mengen an Aerosol bei praktisch jedem Zug zu liefern vermag. Die enge Nähe des Glutkegels zum Aerosolerzeuger nach einigen Zügen führt, in Verbindung mit den Isoliermitteln, zu einer hohen Wärmeabgabe sowohl während des Ziehens wie während der relativ langen Perioden des Glostens zwischen den Zügen.
Derartige Rauchartikel erzeugen ein Aerosol, welches Tabakrauch ähnelt, ohne unerwünschten Fehlgeschmack infolge Anbrennens oder thermischer Zersetzung des aerosolbildenden Materials. Derartige Rauchartikel wurden unter sogenannten Humanbedingungen geraucht, mit Zügen von 50 ml Volumen und 2 Sekunden Dauer, getrennt durch 28 Sekunden des Glostens über mindestens circa 6 Züge. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, war die Temperatur an der Lippe, wie mit einem tragbaren "Cyclops"-Strahlungsthermometer circa 4 mm vom Ende des Mundendestücks entfernt gemessen, unter oder gleich Korpertemperatur. In anderen Worten, derartige Artikel erzeugten Aerosol ohne die unerwünschte "Hitze", die von Benutzern ähnlicher Artikel, bei denen das erfindungsgemäß hergestellte Mundendestück nicht verwendet wird, empfunden wird.

Claims

1. Verfahren zur Bildung eines Strangs für die Herstellung von Rauchartikeln, welches als Schritte aufweist

Bewegen eines Stroms eines ersten Materials (50) in eine formende Vorrichtung (54) hinein und durch diese hindurch, welche eine sich in Bewegungsrichtung des ersten Materials (50) verjüngende innere Konusringfläche besitzt,

Formen des Stroms des ersten Materials (50) in die Gestalt eines Zylinders (55), und

Umhüllen des Zylinders (55) mit einer Hüllbahn (56) zur Bildung des Strangs (57),

das erste Material in der Gestalt einer ersten Bahn (50) vorgesehen wird,

daß die erste Bahn (50) in einen konischen Ringraum (54c) hineinbewegt wird, welcher zwischen der inneren Konusringfläche und einer äußeren Konusfläche eines inneren Konus (54b) vorgesehen ist, wobei der innere Konus innerhalb der inneren Konusringfläche angeordnet ist und sich in Bewegungsrichtung der ersten Bahn (50) verjüngt, wodurch die erste Bahn (50) in eine zylindrische Gestalt (55) gefaltet wird,

worauf die zylinderförmige erste Bahn (55) mit der Hüllbahn (56) umhüllt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner den Schritt des Zerschneidens des Strangs in mehrere zylindrische Segmente (57) vorgegebener Länge umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das erste Material der ersten Bahn (50) ein nicht-gewebtes Material ist.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, bei dem für die erste Bahn (50) ein erstes Material verwendet wird, welches schmelzgeblasene thermoplastische Fasern und/oder Fäden aufweist.

5. Einrichtung zur Herstellung von bei der Herstellung von Rauchartikeln zu verwendenden Strängen (57), welche aufweist

eine einen Strom eines ersten Materials (50) zur Verfügung stellende erste Vorrichtung (59),

eine Formvorrichtung (54) mit einer sich in Bewegungsrichtung des ersten Materials (50) verjüngenden inneren Konusringfläche zum Umformen des ersten Materials in die Gestalt eines Zylinders (55), sowie eine Einhüllvorrichtung zum Versehen des Zylinders (55) mit einer Hüllbahn (56) zur Bildung des Strangs (57), dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vorrichtung (59) eine Vorschubvorrichtung zum Hineinbewegen des ersten Materials (50) in Gestalt einer ersten Bahn in die Formvorrichtung (54) ist und daß die Formvorrichtung (54) zur Bildung eines konischen Ringraums (54c), in welchen die erste Bahn (50) hineinbewegbar und in dem die letztere zu einem Zylinder umformbar ist, einen Innenkonus (54b) mit einer äußeren Konusfläche aufweist, welche innerhalb der inneren Konusringfläche angeordnet ist und sich in Bewegungsrichtung der ersten Bahn (50) verjüngt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, welche ferner eine Vorrichtung (58) zur Unterteilung des Strangs in mehrere zylindrische Segmente (57) vorgegebener Länge aufweist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, welche ferner eine Vorrichtung zum Bewegen der äußeren Konusfläche (54a) und der inneren Konusfläche (54b) relativ zueinander aufweist.