DE69325121T2

DE69325121T2 - Komponenten für Rauchartikel und Verfahren zur deren Herstellung

Info

Publication number: DE69325121T2
Application number: DE69325121T
Authority: DE
Inventors: Vernon Brent Barnes; Max Warren Cole; Robert Leonard Meiring; Keith Stanley Moser; Jeffrey Kane Rogers
Original assignee: RJ Reynolds Tobacco Co
Current assignee: Japan Tobacco Inc
Priority date: 1992-03-25
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 1999-10-28
Anticipated expiration: 2013-03-20
Also published as: NO931087L; CN1052390C; BG97577A; RU2097997C1; CA2466075A1; FI97942C; AU3550193A; BR9301251A; PL171236B1; SI9300148A; FI931328A0; CN1077360A; ES2133338T3; HUT68369A; KR930019151A; CA2527939A1; HRP930490A2; SK22993A3; CZ43893A3; MY115774A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Brennstoffkomponenten für Rauchartikel und Verfahren zur Herstellung solcher Komponenten.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Zigaretten, Zigarren und Pfeifen sind beliebte Formen von Tabakrauchartikeln. Viele Rauchprodukte und Rauchartikel sind im Laufe der Jahre als Verbesserungen von oder als Alternativen zu diesen beliebten Formen von Tabakrauchartikeln vorgeschlagen worden. Beispiele für verbesserte Rauchartikel sind die Zigaretten und Pfeifen, die in den U.S. Patenten Nr. 4 793 365, 4 771 795, 4 756 318, 4 714 082 und 4 708 151 beschrieben sind, die im allgemeinen ein Brennstoffelement, ein körperlich davon getrenntes Aerosolerzeugungsmittel und ein separates Mundendstück beinhalten.
In den Europäischen Patentveröffentlichungen 0174645 (A2) und 0212234 (A2) ist eine Anzahl von alternativen Formen von Rauchartikeln geoffenbart, die typischerweise beinhalten: (1) eine aerosolerzeugende Patrone mit einem Brennstoffelement zur Erzeugung von Wärme zur Übertragung auf ein aerosolerzeugendes Material, das ein Tabak-Geschmacksmaterial enthalten kann, (2) einen Mantel oder eine Hülle, der bzw. die die Patrone umgibt, wobei die Hülle vorzugsweise ein Isoliermaterial um das Brennstoffelement herum und ein Tabak enthaltendes Material um das aerosolerzeugende Material herum oder alternativ dazu ein Isoliermaterial um die gesamte aerosolerzeugende Patrone herum einschließt, und gegebenenfalls (3) ein Mundendstück, das ein Filterelement beinhalten kann. Im Allgemeinen besteht die aerosolerzeugende Patrone aus einer Kapsel, die ein aerosolbildendes Material enthält, mit einem Brennstoffelement an einem Ende.
Im U.S. Patent Nr. 5 129 409 an White et al. ist eine extrudierte Zigarette geoffenbart, wobei ein kohlenstoffhältiges Material so um ein umhülltes aerosolerzeugendes Material extrudiert wird, dass sich das kohlenstoffhältige Material und das aerosolerzeugende Material gemeinsam in Längsrichtung mit einer Trennschicht dazwischen erstrecken. Alternativ dazu kann das aerosolerzeugende Material das kohlenstoffhältige Material mit einer Trennschicht dazwischen umgeben.
Vor der vorliegenden Erfindung war es bei der Herstellung von Zigaretten und anderen Rauchartikeln, die kohlenstoffhältige Brennstoffelemente mit einem separaten Aerosolerzeugungsmittel verwenden, allgemein notwendig, zuerst separat das kohlenstoffhältige Brennstoffelement zu formen und dann das geformte Brennstoffelement mit der richtigen Ausrichtung in die Zigarettenstruktur einzuführen. Das Brennstoffelement wurde typischerweise geformt, indem eine wässerige Paste von Kohlenstoff oder kohlenstoffhältigem Material hergestellt und durch eine Düse mit der gewünschten Querschnittsform extrudiert wurde, die extrudierte Paste zu einem selbsttragenden kohlenstoffhältigen Pfropfen verfestigt wurde und das verfestigte Extrudat in Brennstoffelemente mit der gewünschten Länge geschnitten wurde.
Das Einführen solcher Brennstoffelemente in die Zigarette oder andere Rauchartikel war einkomplizierter Vorgang, der die Ausrichtung des Brennstoffelementes und das Zuführen des ausgerichteten Brennstoffelementes in eine Vorrichtung erforderte, die das Brennstoffelement mit dem physisch getrennten Aerosolerzeugungsmittel verband, typischerweise durch Einführen des ausgerichteten Brennstoffelements in das offene Ende einer hohlen Metallröhre, die ein Substrat enthielt, das ein aersolbildendes Material trug. Der kombinierte Brennstoff/Aerosolbildner mußte dann typischerweise ausgerichtet, einem Einführgerät zugeführt und in den Rest der Zigarettenstruktur eingeführt werden. Siehe zum Beispiel U.S. Patent Nr. 4 893 637, das eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Komponenten eines Rauchartikels beschreibt. Es ist ein Verfahren zur Herstellung einer Mantel- oder Hüllenkomponente mit einem entfernbaren Tragglied beschrieben, bei dem das Tragglied, vorzugsweise eine hohle Röhre, mit einem komprimierbaren und elastischen Material umgeben wird, wobei eine neuartige Formungseinrichtung auf kontinuierliche Weise für eine Hochgeschwindigkeitsproduktion verwendet wird. Die Bildung der Rauchvorrichtung umfaßte das Einführen des Brennstoffelementes/Aerosolbildners in den Mantel oder die Hülle unter Entfernung des entfernbaren Traggliedes.
Weiters beschreibt die EP-A-0 405 190 die Herstellung eines zigarettenartigen Rauchartikels, der ein zentrales stabförmiges aerosolerzeugendes Element aufweist, das von einem Hüllmaterial umgeben ist; diese Kompositstruktur ist von einem mantelförmigen -Brennstoffelement umgeben, das von einer Isolierschicht umgeben ist, die ihrerseits von einer herkömmlichen Papierhülle umgeben ist. Dieser zigarettenartige Rauchartikel wird hergestellt, indem (1) ein Stab aus einem Substrat und einer aerosolbildenden Substanz, wie Glycerin, extrudiert und auf eine Schicht von Hüllmaterial abgelegt wird, (2) das Extrudat getrocknet wird, (3) die Hüllschicht um das Extrudat gefaltet wird, (4) eine kohlenstoffhältige Schicht (bestehend aus Kohlenstoff, einem Bindemittel und Wasser) um das eingehüllte Extrudat extrudiert wird, (5) die kohlenstoffhältige Schicht getrocknet wird, um ein kohlenstoffhältiges Brennstoffelement zu bilden, (6) eine Schicht von isolierendem Material rund um das Brennstoffelement extrudiert wird, (7) diese Schicht aus isolierendem Material getrocknet wird und (8) die erhaltene Kompositstruktur mit einem herkömmlichen Hüllpapier umhüllt wird. Gemäß dem in der EP-A-0 405 190 geoffenbarten Herstellungsverfahren wird also das Brennstoffelement in einem Schritt hergestellt, der vollständig in das Verfahren zur Herstellung des gesamten Rauchartikels eingebunden ist, und die extrudierte kohlenstoffhältige Masse und das extrudierte isolierende Material müssen vor der Durchführung der nächsten Herstellungsschritte getrocknet werden.
Es ist ein Ziel det vorliegenden Erfindung, ein effizientes Verfahren zur Herstellung eines Verbundstoffgliedes mit einem ganz innen liegenden Brennstoffelement zu Verfügung zu stellen und eine Brennstoffkomponente mit einem Brennstoffelement vorzusehen, wobei diese Brennstoffkomponente das oben beschriebene Ausfallrisiko zumindest reduziert.
Dieses Ziel wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und die Komponente gemäß Anspruch 7 erreicht.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind durch die Ansprüche 2 bis 6 bzw. 8 bis 18 definiert.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren zur kontinuierlichen Formung einer Brennstoffkomponente vor, die eine Hülle oder einen Mantel beinhaltet, der eine extrudierte Brennstoffzusammensetzung umgibt, zur Verwendung in Rauchartikeln, wie zum Beispiel in Zigaretten-artigen Rauchartikeln.
Die vorliegende Erfindung stellt weiters neuartige Brennstoffkomponenten zur Verfügung.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Brennstoffkomponente für einen Rauchartikel geformt, indem eine Zusammensetzung kontinuierlich extrudiert wird, um eine vorgewählte Form zu bilden, die kontinuierlich extrudierte Zusammensetzung mit einer Schicht aus Material umgeben wird, um einen umhüllten Stab oder ein Verbundstoffglied zu bilden, vorzugsweise das Brennstoffelement an die Materialschicht gebunden wird und das resultierende Verbundstoffglied in vorbestimmte Längen geschnitten wird, um sie bei der Zusammenstellung von Rauchartikeln zu verwenden. Vorzugsweise dient die Materialschicht, die das Brennstoffelement umgibt, dazu, das Brennstoffelement in der Brennstoffkomponente zu halten. Vorzugsweise beinhaltet die Halteschicht ein komprimierbares, elastisches Material, wie ein faseriges Isoliermaterial. Das umgebende Material kann vorteilhafterweise eine Vielzahl von Schichten beinhalten, zum Beispiel eine Schicht aus Isoliermaterial, wie Glasfasern, eine Schicht aus Material, das eine Geschmacksquelle für den Rauch enthält, wie Tabak oder Tabakpapier, oder andere Materialien, die Tabakextrakte oder Geschmacksstoffe enthalten. Falls gewünscht, können jegliche zusätzliche Schichten mit einer zusätzlichen Isolierschicht umgeben sein. Vorzugsweise ist (sind) die umgebende Schicht(en) für eine praktische Handhabung und zur Definition eines äußeren Durchmessers mit Papier oder einem anderem geeigneten Material außen umhüllt. Zum Beispiel können verschiedene Arten von Zigarettenpapier verwendet werden, um die umgebenden Schichten vor dem Schneideschritt kontinuierlich zu umhüllen.
Vor der vorliegenden Erfindung wurde es aus einer Reihe von Gründen als unpraktisch angesehen, ein Brennstoffelement direkt in die Brennstoffkomponente zu extrudieren. Ein Grund war, dass die Brennstoffzusammensetzung, wenn sie extrudiert war, eine nur sehr geringe strukturelle Integrität aufwies und es daher sehr unwahrscheinlich war, daß sie den rauhen Bedingungen des erforderlichen Herstellungsprozesses standhielt. Ein weiteres Problem ergab sich aus der inhärenten Natur der Extrusion. Extruder sind auf Grund von Unterschieden in der Mischung, der Rheologie der Materialien, die die Düse passieren, und anderer Faktoren in ihrer Ausstossrate sehr unterschiedlich. Die Maschinentypen, die für das Zusammenfügen von Brennstoffkomponenten für Rauchartikel notwendig sind, erfordern jedoch für einen gleichmäßigen Ausstoss eine konstante Materialzufuhr. Andere Probleme schließen die strukturelle Integrität der fertigen Komponente ein -- es wurde angenommen, dass die Extrusion eines geraden Brennstoffes in eine umgebende Schicht zum Ausfallproblem führt. Mit anderen Worten könnte entweder vor oder nach dem Anzünden das Brennstoffelement selbst aus der (den) umgebenden Schicht(en) herausfallen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die geformte Komponente ein längliches extrudiertes Brennstoffelement, das von einer vorzugsweise aus einem komprimierbaren, elastischen Material gebildeten Halteschicht umgeben und an diese gebunden ist, wobei die Halteschicht mit einem Papierhüllmaterial oder dgl. umgeben ist. "Gebunden", wie es hier verwendet wird, bezieht sich auf das Material in der Halteschicht, das so an die äußere Oberfläche des extrudierten Brennstoffelements gebunden ist oder daran haftet, dass ein Teil des Haltematerials, das Brennstoffelement oder ein Mittel, das eine Verbindung oder Adhäsion bewirkt, gebrochen oder zerissen werden muss, um das Material vom Extrudat zu trennen.
In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen beinhaltet das extrudierte Brennstoffelement ein kohlenstoffhältiges Material, das als Brennstoff verwendbar ist, vorzugsweise mit einer Paste aus Kohlenstoff, Bindemittel und Wasser, mit oder ohne andere Geschmacksstoffe oder Materialien, die anschließend getrocknet wird, um das Brennstoffelement zu bilden.
In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen enthält das Brennstoffelement auch Tabak oder eine Quelle von Tabak- oder einem anderen Geschmack. Zum Beispiel kann das Brennstoffelement bis zu etwa 20%-Masse Tabak, vorzugsweise etwa 5% bis etwa 15 %-Masse enthalten, um dem resultierenden Rauchprodukt einen Tabakrauchgeschmack zu verleihen.
Die komprimierbare, elastische Halteschicht wird vorzugsweise unter Verwendung eines faserigen Materials in Form einer Bahn gebildet, die ausreichend breit ist, um die extrudierte Zusammensetzung zu umhüllen, und die ausreichend dick ist, um den gewünschen äußeren Durchmesser für die Komponente vorzusehen.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen wird eine Vielzahl von elastischen Schichten verwendet. Insbesondere bevorzugt sind Ausführungsformen, in welchen das Brennstoffelement mit einer Schicht eines Isolators umgeben ist, wie Glasfasern, die ihrerseits mit einer Schicht Tabakpapier umgeben sind, welches seinerseits mit einer weiteren Schicht Glasfasern umgeben ist.
Vorzugsweise ist der umhüllte Stab weiters mit einer äußeren papierartigen Hülle umgeben, um ein Verbundstoffglied zu bilden, um einen vorbestimmten äußeren Durchmesser für die Komponente vorzusehen.
Es gibt eine Vielzahl von Faktoren, die zum Erfolg der vorliegenden Erfindung beitragen. Ein bevorzugter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Kontrolle des Feuchtigkeitsgehalts der kohlenstoffhältigen Aufschlämmung, die in das Brennstoffelement extrudiert wird. Es ist gefunden worden, daß der Feuchtigkeitsgehalt der kohlenstoffhältigen Aufschlämmung zwischen etwa 20% und 45%-Masse gehalten werden sollte, vorzugsweise zwischen etwa 34% und 40%-Masse, je nach den Extrusionsbedingungen und der Zusammensetzung der Brennstoffmischung, um eine Aufschlämmung zu erhalten, die rheologische Eigenschaften aufweist, die eine Extrusion gestatten, jedoch auch eine Manipulation des Extrudats ermöglichen, wie nachstehend beschrieben wird, um ein kohärentes Brennstoffelement herzustellen.
Die Höhe innerhalb dieses Rahmens, auf der der Wassergehalt für eine optimale Extrusionsfähigkeit gehalten werden sollte, hängt in gewissem Maße von der Ausgangstemperatur des Extruders und der Düse ab, die zur Formung des Extrudats verwendet wird. Zum Beispiel tendieren Kolbenextruder, die allerdings nicht kontinuierlich arbeiten, dazu, bei niedrigeren Temperaturen zu extrudieren, und daher kann ein geringerer Feuchtigkeitsgehalt in der Brennstoffzusammensetzung verwendet werden. Kontinuierliche Schneckenextruder tendieren jedoch dazu, das Extrudat bei einer höheren Temperatur zu produzieren, z. B. 50-80ºC. In solchen Fällen spritzt viel Wasser aus der Brennstoffzusammensetzung aus, wenn das Extrudat die Düse verläßt. Das Extrudat kühlt infolge einer solchen Verdampfung ab, das resultierende Extrudat kann jedoch einen zu geringen Wassergehalt haben, um eine weitere Behandlung im Herstellungsprozeß zu gestatten.
Daher sollte unter solchen Umständen ein höherer anfänglicher Wassergehalt verwendet werden.
Ein weiterer bevorzugter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Nutzung der tatsächlichen Produktionsgeschwindigkeit des Extrudats durch den Extruder zur Regelung der Geschwindigkeit der Maschine, welche die Materialschicht um das extrudierte Brennstoffelement herum anbringt. Vorzugsweise geschieht dies dadurch, dass das Extrudat nach Verlassen des Extruders mit einer Geschwindigkeitsmessvorrichtung in Verbindung gebracht und die so bestimmte Geschwindigkeit zur Regelung der Geschwindigkeit der Umhüllvorrichtung verwendet wird. Dieser Ansatz hilft bei der Kompensation von Geschwindigkeitsunterschieden bei der Zufuhr, die manchmal beim Ausstoss von Extrudern auftreten.
Ein anderer Weg der Kompensation von Leistungsschwankungen des Extruders besteht darin, eine Warteschleife in die Zufuhrlinie zwischen dem Extruder und der Umhüllvorrichtung einzubauen. Die Warteschleife sollte in Größe und Geometrie ausreichend sein, um die normalen Schwankungen bei der Extrudatzufuhr zu kompensieren, und sollte scharfe Biegungen in der Extrudatlinie vermeiden, um ein Reißen oder Brechen des Extrudats zu verhindern. Vorzugsweise werden sowohl die Kontrolle der Umhüllvorrichtung als auch die Warteschleife verwendet, um die Zufuhrrate des Extrudats zur Umhüllvorrichtung zu stabilisieren.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, der beim Herstellungsvorgang sehr bevorzugt wird, ist die Verwendung einer Luftpolsterschicht zur Unterstützung des Extrudats während des Transports zwischen dem Extruder und der Umhüllvorrichtung. Eine Luftpolsterschicht ist ein Tragmittel, bei dem das Extrudat, das sich zwischen dem Extruder und der Umhüllvorrichtung bewegt, zumindest teilweise durch Luftdüsen anstatt durch mechanischen Kontakt getragen wird. Ein solcher Träger kann bei der Vermeidung der Produktion von ungleichmäßigen, mechanisch fehlerhaften Brennstoffkomponenten wichtig sein. Der Luftpolster dient auch dazu, das Extrudat etwas zu kühlen und zu trocknen, während es zur Umhüllvorrichtung transportiert wird.
Ein sehr wichtiges Element bei der erfolgreichen Durchführung der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren, mit welchem das Brennstoffelement an das umgebende Material gebunden wird. Vorzugsweise wird das umgebende Material mit einem bindungs erzeugenden Material behandelt, bevor es um das Brennstoffelement gewickelt wird. Zum Beispiel kann bei einem Umgebungsmaterial aus Glasfasern die Bindung zwischen der umgebenden Glasfaserschicht und dem kohlenstoffhältigen Brennstoffelement durch Reaktivieren des Pektinbindemittels erreicht werden, das üblicherweise zu einem geringen Masseprozentsatz im Glasfasermaterial, wie es im Handel erhältlich ist, enthalten ist. Vorzugsweise wird das Glasfasermaterial mit einer geringen Menge Wasser befeuchtet, bevor es zum Umhüllen des Extrudats verwendet wird. Die Glasfasern werden vorzugsweise genügend weit oberhalb der Kontaktstelle mit dem Extrudat mit einer geringen Menge Wasser befeuchtet, so dass das Pektin die Möglichkeit hat, durch die zugesetzte Feuchtigkeit befeuchtet und aktiviert zu werden. Die bei diesem Verfahren zugesetzte Feuchtigkeitsmenge ist gering, vorzugsweise gerade genug, um das Pektin zu aktivieren, um das Brennstoffelement in der Brennstoffkomponente zu halten. Typischerweise liegt die zugesetzte Wassermenge in der Größenordnung von 1-2% des Endgewichts des Brennstoffelements. Das Wasser kann durch eine Röhre mit kleiner Öffnung aufgebracht werden, vorzugsweise eine Röhre mit einer Öffnung von 18-20 um. Es wird ebenfalls bevorzugt, eine Auftragwalze zu verwenden, so dass das auf das elastische Material aufgebrachte Wasser über zumindest einen Teil des Bereichs der Glasfasermatte verteilt wird, die mit der äußeren Oberfläche des Brennstoffelements in Kontakt treten wird.
Die Glasfasermatte oder ein anderes umgebendes Material wird vorzugsweise so zur Verfügung gestellt und zugeführt, wie das im U.S. Patent Nr. 4 893 637 beschrieben ist, das eine Trichter- oder Trompetenbildungsvorrichtung beschreibt, die gekrümmte Oberflächen aufweist, um die Ränder der Bahn um das Brennstoffelement zu führen. Wenn mehr als eine bahnartige Schicht verwendet werden soll, können mehrere Formvorrichtungen verwendet werden, um jede Schicht um das Brennstoffelement zu formen. Die gleichen bahnartigen Materialien können jedoch gemäß dem Patent unter Verwendung einer einzigen Formvorrichtung gleichzeitig geformt werden. Um zum Beispiel Brennstoffkomponenten mit der vorstehend beschriebenen, Sandwich-artigen Struktur herzustellen, d. h. unter Verwendung von zwei Schichten Glasfasern mit einer dazwischenliegenden Schicht Tabakpapier, kann die Tabak papierschicht gleichzeitig mit der einen oder der anderen Glasfaserschicht der gleichen Formvorrichtung zugeführt werden. In diesem Fall führt die Formvorrichtung die Ränder sowohl der Glasfaserschicht als auch des Tabakpapiers, so dass beide Schichten das Brennstoffelement umgeben.
Die. Endstadien der Herstellung der Brennstoffkomponente sind das Umhüllen der Komponente mit Zigaretten- oder einem anderen geeigneten Papier, das Versiegeln des Papiers, so dass die Komponente zusammenhält, und das Schneiden in die gewünschten Längen. Vorzugsweise wird dies alles in der selben Vorrichtung durchgeführt, und eine Anzahl von Maschinen, die diese Aufgaben erfüllen, sind im Handel erhältlich. Derzeit bevorzugt ist die KDF-2, eine Zigarettenfilterherstellungsmaschine, die von Hauni in Hamburg, Deutschland, hergestellt wird. Es wird besonders bevorzugt, die Geschwindigkeit der KDF-2-Maschine nach der linearen Geschwindigkeit des vom Extruder abgegebenen Extrudats zu regeln, wie vorstehend erwähnt wurde.
Unzweifelhaft der größte Vorteil der vorliegenden Erfindung sind die Geschwindigkeit und die Produktivität. Bei den früheren Verfahren mußte das Extrudat durch eine lange Reihe von Trocknungsvorrichtungen, wie Luftschichten, durchgeleitet werden, um Abschnitte des Brennstoffmaterials zu trocknen, so dass sie gehandhabt und gelagert werden konnten. Die Abschnitte mußten dann gesammelt und auf Tabletts geladen werden, die ihrerseits in Zufuhrmaschinen geladen wurden, um die Brennstoffelemente der Einführmaschine in der richtigen Richtung zuzuführen, wie zum Beispiel im U.S. Patent Nr. 4 782 644 beschrieben ist, das am 8. November 1988 ausgestellt wurde.
Das neue Verfahren ist für die Mehrfachproduktion von Brennstoffelementen verwendbar, die dann nach wohl bekannter Zigarettenherstellungstechnik mit den anderen Teilen der Rauchartikel verbunden werden können. Wenn die KDF-2 bei voller Geschwindigkeit arbeitet, kann sie linear etwa 122 m (400 Fuß) Extrudat pro Minute verarbeiten. Bei einer Vervielfachung auf 4 oder mehr kann das Verfahren daher tausende Brennstoffkomponenten pro Minute herstellen.
Das oberste Ziel der Luftpolsterschicht besteht eher darin, einen Transfer zwischen dem Extruder und der Umhüll-/Schneidevorrichtung mit mininialem Kontakt zu ermöglichen, als darin, das Extrudat zu trocknen. Durch das durch die vorliegende Erfindung ermöglichte Direkteinspritzverfahren hat das Brennstoffelement im wesentlichen noch immer einen hohen Wassergehalt, z. B. etwa 28% bis etwa 30%, wenn es in die Brennstoffkomponente eingebracht wird. Der Großteil der Trocknung findet statt, während die Brennstoffelemente sich in den Brennstoffkomponenten befinden, wobei der endgültige Feuchtigkeitsgehalt bei etwa 2% bis etwa 10%-Masse liegt, vorzugsweise bei etwa 4% bis etwa 6 %-Masse. Daher wird der Großteil der Trocknungseinrichtung umgangen, ebenso wie die Tabletts, die Handhabung, die Zufuhrvorrichtung, die Einführvorrichtung und im Endeffekt der gesamte Einführprozeß.
Es sind nicht nur die Verarbeitung und die notwendige Ausrüstung und Handhabung wesentlich reduziert, sondern es sind auch die resultierenden Produkte wesentlich verbessert. Die Tatsache, dass das Brennstoffelement an das umgebende Material gebunden ist, verhindert effektiv das Herausfallen des Brennstoffelements. Die Reduktion der Verarbeitungsmittel bedeutet, dass die Brennstoffelemente viel weniger einem Stoßen, Absplittern, Brechen und unsachgemäßem Hantieren ausgesetzt sind, was zu einer wesentlichen Verbesserung der allgemeinen Produktqualität und einer substanziellen Reduktion der Ausschussrate führt.
Weiters ist die Anbringung der Brennstoffelemente innerhalb der Brennstoffkomponente im Vergleich zu den Ergebnissen des Einführverfahrens gleichmäßiger. Daher können die endgültigen Rauchartikel gleichmäßiger gemacht werden, ohne Schwierigkeiten für den Raucher beim Versuch, ein Brennstoffelement anzuzünden, das während des Einführprozesses in die Zigarette verschwunden ist.
Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Brennstoffelemente in Zusammenhang mit einem physisch getrennten Aerosolerzeugungsmittel verwendet, das ein Substrat beinhaltet, das ein aerosolbildendes Material trägt. Vorzugsweise befindet sich das Aerosolerzeugungsmittel längsseits neben dem Brennstoffelement, vorzugsweise 1 bis 10 mm hinter dem Brennstoffelement beabstandet, um die Dochtwirkung zu reduzieren. Das bevorzugte Substrat ist ein Papiersubstrat.
Vorzugsweise verwenden Rauchartikel, wie Zigaretten, die die erfindungsgemäßen Brennstoffelemente beinhalten, weiters ein Mundendstück am Mundende der Zigarette, um das durch die Zigarette gebildete Aerosol an den Raucher weiterzugeben. Bevorzugte Mundendstücke beinhalten einen Abschnitt gerolltes Tabakpapier, das sich stromabwärts in Bezug auf das Aerosolerzeugungsmittel befindet, mit einem schwach wirkenden Filter, z. B. einem Polypropylenfilter, das sich stromabwärts des Tabakpapierpfropfens am Mundende der Zigarette befindet.
Beim Rauchen wird die Wärme aus dem brennenden Brennstoffelement schnell an das Aerosolerzeugungsmittel in den Zigaretten, die die erfindungsgemäße Komponente verwenden, weitergeleitet, und diese Wärme führt zu einer Verflüchtigung des darin enthaltenen aerosolbildenden Materials, was wiederum für den Anwender ein "rauchartiges" Aerosol durch das Mundendstück des Rauchartikels erzeugt.
Zusätzlich zu den oben genannten Vorteilen können einige bevorzugte Komponenten der vorliegenden Erfindung ein Aerosol zur Verfügung stellen, das chemisch einfach ist und im wesentlichen aus Luft, Oxiden von Kohlenstoff, Wasser, Aersolbildner mit jeglichen gewünschten Geschmacksstoffen oder anderen gewünschten flüchtigen Stoffen und anderen Materialien in Spuren besteht.
Andere bevorzugte Ausführungsformen beinhalten einige Mengen Tabak in der Brennstoffzusammensetzung und/oder enthalten eine Form von Tabak, z. B. geschnittenes Tabakfüllermaterial, Tabakpapier, Tabakextrakt etc. in der Isolierschicht, die das Brennstoffelement und/oder den Aersolbildner umgibt. Solche Rauchartikel geben dem Rauch einen verbesserten Geschmack.
Das durch die bevorzugten erfindungsgemäßen Zigaretten erzeugte Aerosol-Rohkondensat (WTPM) hat vorzugsweise wenig oder keine messbare Aktivität, wie im Ames-Test gemessen, d. h. es gibt vorzugsweise wenig oder keine signifikante Dosis-Antwort- Beziehung zwischen dem von den bevorzugten erfindungsgemäßen Zigaretten produzierten WTPM und der Anzahl von Revertanten bei Standardtestmikroorganismen, die solchen Produkten ausgesetzt werden. Laut Proponenten des Ames-Tests zeigt eine signifikante dosisabhängige Antwort das Vorhandensein mutagenen Materials in den getesteten Produkten an; siehe Ames et. al., Mut. Res., 31: 347-364 (1975); Nagao et al., Mut. Res., 42: 335 (1977).
Der Ausdruck "Aerosol", wie er hier und nur für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, wird so definiert, dass er Dämpfe, Gase, Partikel und ähnliches, sowohl sichtbare als auch unsichtbare, und insbesondere jene Komponenten beinhaltet, die von den Anwendern als "rauchartig" angesehen werden, erzeugt durch die Wirkung der Wärme des brennenden Brennstoffelements auf Substanzen, die im Aerosolerzeugungsmittel oder sonst wo im Artikel enthalten sind. Bei dieser Definition umfaßt der Ausdruck "Aerosol" auch flüchtige Geschmacksstoffe und/oder andere flüchtige Stoffe, unabhängig davon, ob sie ein sichtbares Aerosol erzeugen.
Der Ausdruck "kohlenstoffhältig", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf die Verwendung von mindestens etwa 50% Kohlenstoff im Feststoffgehalt des Brennstoffelements oder der Paste, die zu dessen Herstellung verwendet wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Längsschnitt, der eine Ausführungsform einer Brennstoffkomponente für einen gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung hergestellten Rauchartikel zeigt.
Fig. 2 ist eine Stirnansicht der Ausführungsform von Fig. 1.
Fig. 3 ist ein Längsschnitt, der eine Ausführungsform einer Zigarette zeigt, die eine Brennstoffkomponente verwendet, wie sie in Fig. 1 und 2 dargestellt ist.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung von Komponenten für Rauchartikel gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung von Komponenten für Rauchartikel gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines bevorzugten Sprühsystems, das mit der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung verwendet werden kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Erfindungsgemäß können Brennstoffkomponenten für einen Rauchartikel in einem kontinuierlichen Verfahren hergestellt werden. Wie in den Zeichnungen, und insbesondere in Fig. 1, dargestellt ist, enthält jedes Brennstoffelement 10 eine extrudierte Zusammensetzung 12, die von einem Haltematerial 15 umgeben und an dieses gebunden ist und vorzugweise in eine äußere papierartige Hülle 18 gehüllt ist. Die Komponenten haben typischerweise einen Durchmesser von etwa 7-8 mm, wobei die Länge je nach den gewünschten Wärmeerzeugungseigenschaften des Brennstoffelements im Rauchartikel variiert. Die Länge wird vorzugsweise auch so gewählt, dass, nachdem das Brennstoffelement erlischt, ein Teil des Brennstoffelements zurückbleibt, der noch an die Halteschicht gebunden ist. Brennstoffelemente mit anderen Durchmessern und Konfigurationen können leicht hergestellt werden.
Für erfindungsgemäße Ausführungsformen unter Verwendung einer extrudierten Zusammensetzung 12, die ein kohlenstoffhältiges Brennmaterial als Brennstoffelement enthält, wird das Brennmaterial typischerweise aus einem faserigen Zellulosematerial durch, Pyrolyse bei etwa 400º bis 900ºC, vorzugsweise etwa 550º bis 750ºC, in einer nicht oxidierenden Atmosphäre hergestellt. Das pyrolysierte Material wird in kurze Faserlängen geschnitten, mit einem Bindemittel, Wasser und anderen geeigneten Materialien, wie Natriumcarbonat oder einer anderen Natriumquelle für optimale Entzündbarkeit und Glimmeigenschaften, Asparagin für das Abrunden der Rauchprodukte, einer Art von Tabak zur Geschmackserzeugung oder anderen Materialien wie gewünscht gemischt und dann in die gewünschte Form extrudiert. Die Kontrolle des Natriumwerts im Brennstoff und die Verwendung von Asparagin sind im U.S. Patent Nr. 5 178 167 an Riggs et al. beschrieben.
Die Brennstoffkonfiguration und -zusammensetzung wird von den Eigenschaften abhängen, die das Brennstoffelement haben soll, wenn es in einem Rauchartikel verwendet wird. Zum Beispiel können die Brennstoffelemente aus einer Mischung hergestellt werden, die 90%-Masse carbonisierte Hartholz-Kraft-Pulpe, gemahlen zu einer durchschnittlichen Teilchengröße von 12 um, und 10% Kelco HV Ammoniumalginatbindemittel enthält. Diese Mischung von Kohlenstoffpulver und Bindemittel wird vorzugsweise mit einer wässerigen Lösung von Natriumcarbonat in geeigneter Stärke gemischt, um Extrusionsmischungen zu bilden, aus denen die Brennstoffelemente zu ihrer Endform verarbeitet werden, wobei sie etwa 2000 bis etwa 20 000 ppm Natrium (Na) enthalten, wie durch ICP-AES (induktiv gekoppelte Plasma-Atomemissionsspektxtoskopie) festgestellt wird. Es können der Mischung etwa 30 %-Masse Na&sub2;CO&sub3;-Lösung anstelle eines Teils oder des gesamten Wassers zugesetzt werden, um die verschiedenen Extrusionsmischungten zu bilden.
Andere geeignete Quellen für kohlenstoffhältige Materialen sind Kohlenstoffe aus Kokosnussschalen, wie die PXC-Kohlenstoffe, die als PCB erhältlich sind, und die experimentellen Kohlenstoffe, die als Lot B-11030-CAC-5, Lot B-11250-CAC-115 und Lot 089-A12-CAC-45 von Calgon Carbon Corporation, Pittsburgh, Pennsylvania, erhältlich sind.
Der Hartholzpulpen-Kohlenstoff kann zum Beispiel durch Carbonisieren einer nicht talkhaltigen Sorte von aus Hartholz gewonnenem Grand Prairie Canadian Kraftpapier unter einer Stickstoffdecke hergestellt werden, wobei die Temperatur in Stufen, ausreichend zur Minimierung der Oxidation des Papiers, bis zu einer Endcarbonisierungstemperatur von mindestens 750ºC erhöht wird. Das resultierende Kohlenstoffmaterial wird unter Stickstoff auf weniger als etwa 35ºC abgekühlt und dann zu einem feinen Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 12 um Durchmesser (gemessen mit einem Microtrac) vermahlen.
Die Brennstoffmischung wird durch eine Düse extrudiert, die den Brennstoffelementen die Querschittsform gibt. Wie zum Beispiel in Fig. 1-3 dargestellt ist, haben die extrudierten Brennstoffstäbe 6 gleich beabstandete periphere Schlitze oder Rillen, von denen jede eine Tiefe von etwa 0,76 mm (0,03 Zoll) und eine Breite von etwa 0,61 mm (0,024 Zoll) aufweist. Vorzugsweise ist die Innenfläche der Rille für eine verbesserte strukturelle Integrität wie abgebildet abgerundet.
Wie oben beschrieben, wird das Brennstoffelement durch die Halteschicht in der erfindungsgemäßen Brennstoffkomponente gehalten. Vorzugsweise umgibt das Haltemittel die gesamte Längsperipherie des Brennstoffelements. Diese Schicht kann sich auch über eines der oder beide Enden des Brennstoffelements erstrecken, wodurch das Brennsstoffelement effektiv zurückgesetzt und von den anderen Komponenten der Zigarette getrennt wird. Die bevorzugte Elastizität des Haltemittels kann ihm ermöglichen, sich teilweise in jegliche Rillen an der Peripherie des Brennstoffelements zu erstrecken. Das bevorzugte Haltemittel hilft auch beim Halten der Wärme und Beschränken der Menge an radialer Atmosphärenluft, die sonst während der Verwendung zum Brennstoffelement strömen könnte. Das bevorzugte Haltemittel fungiert so als Isolierglied.
Das Haltematerial kann Glasfasern (z. B. Owens-Corning "C"- Glas), eine Tabakfüllermaterial/Glasfaser-Mischung, gerafftes oder geschnittenes Tabakpapier, gerafftes oder geschnittenes Kohlepapier, geschnittenes Tabakfüllermaterial oder ähnliches enthalten.
Wie in Fig. 3 dargestellt ist, enthält eine typische zigarettenartige Raucheinrichtung, die die erfindungsgemäßen bevorzugten Brennstoffkomponenten enthält, das Brennstoffelement 10, das längsseits neben dem Aerosolerzeugungsmittel 20 liegt. Das dargestellte Aerosolerzeugungsmittel beinhaltet ein Substrat 21, das ein aerosolbildendes Material, wie Glycerin, trägt, und eine Hülle 22, z. B. ein Trennpapier. Das Aerosolerzeugungsmittel 20 kann praktischerweise mit einer Umhüllung oder einer Röhre 23 aus steifem Papier oder einem anderen geeigneten Material umgeben sein. Das Aerosolerzeugungsmittel befindet sich in der Röhre 23, so dass es von deren Enden beabstandet ist. Je nach der Länge des Substrats kann es zwischen dem Substrat und dem vorderen Ende des Mundendstücks 30 einen Leerraum oder Abstand 26 geben. Dieser Abstand kann, wenn gewünscht, Tabak, wie geschnittenes Füllermaterial oder Tabakpapier, enthalten. Vorzugsweise sind der Aerosolbildner und die Brennstoffkomponente durch ein weiteres Hüllpapier 25 miteinander verbunden, das vom Anzündende der Brennstoffkomponente beabstandet sein kann. Das Substrat 21 und das Brennstoffelement 10 sind vorzugsweise durch einen Abstand 24 getrennt, was hilft, eine Migration des aerosolbildenden Materials zu vermeiden und eine Überhitzung des Substrats zu verhindern.
Die Zigarette weist weiters ein Mundendstück 30 auf, das aus einer Rolle 31 aus Tabakpapier oder einem anderen geeigneten Material besteht, das mit einem schwach wirkenden Filter 35, z. B. aus Polypropylen oder einem anderen geeigneten Material, verbunden ist.
Zur leichteren Handhabung sind die Tabakpapierrolle 31 und das Filter 35 mit Papieren 32 bzw. 36 umhüllt, und diese beiden Komponenten können ihrerseits mit einer Umhüllung 33 verbunden sein.
Vorzugsweise ist das Mundendstück 30 durch ein weiteres Hüllpapier 37 mit dem Vorderende der Zigarette verbunden, wie in Fig. 3 dargestellt ist.
Ein bevorzugtes Aerosolerzeugungsmittel schließt ein aerosolbildendes Material (z. B. Glycerin), Tabak in irgendeiner Form (z. B. Tabakpulver, Tabakextrakt oder Tabakstaub) und andere aerosolbildende Materialien und/oder Tabakgeschmacksstoffe, wie Kakao, Lakrize und Zucker, ein. Das aerosolbildende Material wird im allgemeinen von einem Substrat, wie gerafftem Papier, gerafftem Tabakpapier oder einer anderen Substratform getragen. Tabakmaterial kann das Brennstoffelement, das Substrat, umgeben und/oder an anderer Stelle in den erfindungsgemäßen Rauchartikeln eingesetzt werden.
Vorzugsweise ist das Substrat ein monolithisches Substrat. Wenn das Substrat ein papierartiges Material ist, ist es sehr bevorzugt, dieses Substrat im Abstand vom Brennstoffelement zu positionieren. Ein Abstand ist erwünscht, um den Kontakt zwischen dem Brennstoffelement und dem Substrat zu minimieren und so eine Migration des aerosolbildenden Materials zum Brennstoff zu verhindern und ein Versengen oder Brennen des Papiersubstrats einzuschränken. Der Abstand 24 kann durch die nach hinten versetzte Position des Brennstoffelements im Isolier- und Haltemittel oder durch Bildung eines physischen Abstandes (d. h. eines Spalts) zwischen dem Brennstoffelement und dem Substrat während der Herstellung gebildet werden.
Das Mundendstück 30 ist für die Abgabe des Aerosols an den Mund des Rauchers vorgesehen. Typischerweise hat das Mundendstück im allgemeinen eine Röhrenform und enthält Tabakmaterialien (z. B. eine zylindrische Ladung gerafften Tabak) und ein Filterelement.
Eine geeignete Brennstoffzusammensetzung enthält etwa 60 bis etwa 99%-Masse Kohlenstoff; etwa 1 bis etwa 20%-Masse geeignetes Bindemittel; etwa 1 bis etwa 5%-Masse einer Ammoniak freisetzenden Verbindung; und etwa 2000 bis etwa 20 000 ppm Natrium (Na), gemessen mit der induktiv gekoppelten Plasma-Atomemissionsspektroskopie (ICP-AES). Verbindungen, die unter den Brennbedingungen der Brennstoffzusammensetzung Ammoniak abgeben können, schließen Verbindungen wie Harnstoff, anorganische und organische Salze (z. B. Ammoniumcarbonat, Ammoniumalginat oder Mono-; Di- oder Triammoniumphosphat); Aminozucker (z. B. Prolinofruktose oder Asparaginfruktose); Aminosäuren, insbesondere alpha-Aminosäuren (z. B. Glutamin, Glycin, Asparagin, Prolin, Alanin, Cystin, Aspartamsäure, Phenylalanin oder Glutaminsäure); Di- oder Tripeptide; quartäre Ammoniumverbindungen und ähnliche ein. Diese Brennstoffzusammensetzungen sind im U.S. Patent Nr. 5 178 167 an Riggs et al. detailliert beschrieben.
In Fig. 4 kann die feuchte Mischung mit einem Presskolbenextruder 50, wie einem HET-120A von Hydramet American Inc., extrudiert werden. Die extrudierte Mischung 12 tritt aus einer Düse äls kontinuierliches Extrudat mit der gewünschten Querschnittsform aus und wird auf eine Luftpolstertransportvorrichtung 52 abgelegt. Das Extrudat 12 kommt dann mit einer Walze 53 in Kontakt, die ein Tachometer sein kann, um die lineare Geschwindigkeit des Extrudatflusses zu messen, welche Geschwindigkeit verwendet werden kann, um die Geschwindigkeit der Umhüllvorrichtung 60 zu regulieren, wie die modifizierte KDF-2. Üblicherweise wird das Extrudat in einer Warte- oder Verzögerungsschleife 55 zwischen der Tachometerwalze 53 und einer Führungsrolle 54 geformt, um Unterschiede der Geschwindigkeit zwischen Teilen der Vorrichtung, besonders dem Extruder 50 und der KDF-2 60, auszugleichen. Haltematerial 58 wird geliefert, um das Extrudat mit einer Materialschicht zu umgeben. Vorzugsweise wird die Halteschicht vor dem Umhüllen der Brennstoffelemente mit einem Material ausgestattet, das bei der Bildung einer Bindung mit der Außenfläche dieser Brennstoffelemente hilft. Wenn die Halteschicht eine Glasfaserschicht ist, die zum Beispiel etwa 3% bis etwa 5%-Masse Pektin enthält, kann die Bindung durch zumindest teilweises Besprühen der Oberfläche der Glasfasermatte mit Wasser rechtzeitig vor dem Umhüllen des Brennstoffelements erfolgen, so dass das Pektin in der Glasfaser aktiviert wird, an die Brennstoffelemente zu binden.
Die bevorzugte Luftpolstertransportvorrichtung 52 ist ein Kanal, der ein Lochmuster in einem Verteilerkanal enthält, der Luft mit geringem Druck liefert, um das Extrudat zu tragen, wenn es aus dem Extruder austritt und während es sich bewegt, um sich bei Eintritt in die KDF-2-Maschine mit der Materialbahn zu vereinigen oder zu verbinden. Die Luftpolstertransportvorrichtung kann z. B. mit Hilfe von Zwischenrädern unterbrochen werden, um eine Schleife 55 von Extrudat zu bilden, so dass Änderungen in der Geschwindigkeit von KDF-2 und Extruder das Extrudat nicht zerreißen.
Die Umhüllvorrichtung 60 ist vorzugsweise eine kommerzielle Filterherstellungsmaschine, die im Handel von Hauni in Hamburg unter der Bezeichnung KDF-2 erhältlich ist. Die Umhüllvorrichtung hüllt das mit einer Halteschicht umgebene Brennstoffelement in eine Papierhülle und schneidet das Verbundstoffglied auf eine vorbestimmte Länge.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Brennstoffkomponenten ist schematisch in Fig. 5 dargestellt. Wie gezeigt, wird die Mischung unter Verwendung eines Mischextruders, wie eines Doppelschneckenmischextruders 80, in die gewünschte Form extrudiert. Ein geeigneter Extruder dieses Typs ist ein Baker-Perkins MP-50-35 DE XLT Extruder, vorzugsweise ausgestattet mit einer Schnecke, die eine Reihe von vorwärts gerichteten Schneckenabschnitten, Rührabschitten und Zufuhrabschnitten aufweist.
Beim Austritt aus dem Extruder kommt das Extrudat 12 mit einem Tachometerrad 81 in Kontakt, dessen lineare Umfangsgeschwindigkeit mit geeigneten Mitteln genau gemessen wird. Zum Beispiel kann die Drehzahl des Tachometerrades mit einem Fotosensor (nicht abgebildet) gemessen werden, der so eingestellt ist, dass er die Zähne eines Zahnrades, das am Tachometerrad 81 angebracht ist, registriert. Die Signale des Geschwindigkeitssensors werden mit Hilfe einer Regelvorrichtung 82 an die Regelung übermittelt, die die Geschwindigkeit der Umhüll- und Schneidevorrichtung 100 regelt.
Nach Verlassen des Tachometerrades 81 fällt das Extrudat 12 in eine Warte- oder Verzögerungsschleife 83, die hilft, die Unterschiede der Produktionsrate zwischen dem Extruder und der Umhüllungs- und Schneidevorrichtung zu kompensieren.
Das Extrudat kommt dann zur Luftpolstertransportvorrichtung 84, um zu einer Station 85 transportiert zu werden, wo die Halteschicht aus Bahnmaterial 90 um das Brennstoffelement herumgegeben wird. Zum Beispiel kann das Brennstoffelement mit einer elastischen Matte von Owens-Corning C-Glasfasern umgeben werden. Für Details der Eigenschaften dieses Materials s. S. 48- 52 der Monographie mit dem Titel "Chemical and Biological Studies of New Cigarette Prototypes That Heat Instead of Burn Tobacco", R. J. Reynolds Tobacco Co (1988).
In der Umhüllungs- und Schneidevorrichtung 100 wird die Glasfaserschicht ihrerseits mit einer Papierhülle umgeben, vorzugsweise mit Papieren, die im U.S. Patent Nr. 4 938 238 beschrieben sind.
Die Komponenten können durch Zuführen des Extrudats und der Materialbahn an z. B. eine Hauni KDF-2 Filterherstellungsmaschine 60, die mit einer Formvorrichtung ausgestattet ist, wie im U.S. Patent Nr. 4 893 637 beschrieben ist, hergestellt werden. Das Verbundstoffglied wird mit Papier, das im U.S. Patent Nr. 4 938 238 beschrieben ist, oder einem anderen Zigarettenwickelpapier in der Umhüllvorrichtung umhüllt. Nachdem die Hülle 18 (Fig. 2) um die elastische Schicht 15 gehüllt und verklebt ist, ist der Durchmesser des Verbundsstoffs fixiert. Eine Schneidevorrichtung ist quer zur Umhüllvorrichtung angeordnet, um den umhüllten Verbundstoff für die weitere Behandlung bei der Herstellung von Rauchartikeln in vorbestimmte Längen zu schneiden. Typischerweise sind die Längen Vielfache der Größe, die für jeden Rauchartikel zu verwenden gewünscht wird. Wenn z. B. eine Komponentenlänge von 10 mm für jeden Rauchartikel verwendet wird, kann die Länge des umhüllten Verbundstoffgliedes zum Beispiel 40 mm betragen, was ein Vielfaches von 4 Brennstoffkomponenten ergibt, die dann geschnitten und mit den entsprechenden Substraten verbunden werden können, um das Vorderende der Zigarette zu bilden, das dann seinerseits mit den einzelnen Mundendstücken verbunden werden kann, um die Zigarette herzustellen.
Wie in Fig. 5 dargestellt ist, beinhaltet ein Mittel zum Binden des Haltematerials oder der Matte an die Oberfläche des Brennstoffelements eine Quelle von bindungserzeugendem Material 91, eine Leitung 92, die das Material in die Nähe der Matte bringt, die zum Umhüllen des Extrudats zugeführt wird, und eine Röhre 93 mit kleinem Durchmesser, um das bindungserzeugende Material vor dem Umhüllen des Extrudats auf die Oberfläche des Bahnmaterials 90 aufzusprühen. Die Position der Einrichtung zum Aufbringen von bindungserzeugendem Material hängt von der zu verwendenden Menge des bindungserzeugenden Materials und jeglicher erforderlicher Verzögerungszeit für das Erzeugen von ausreichender Bindung ab, damit durch den vorhandenen Kontakt eine Bindung zwischen dem Brennstoffelement und dem umgebenden Material erfolgen kann.
Bei Pektin enthaltenden Glasfasermatten zum Beispiel ist das bindungserzeugende Material ein solches, welches das Pektin aktiviert, eine Bindung zu bilden. Das bevorzugte Bindungsmaterial ist Wasser. Die Position der Einrichtung zur Aufbringung von bindungserzeugendem Material hängt vom Pektingehalt der Matte, der Geschwindigkeit des Systems etc. ab, so dass die Glasfasermatte mit dem Aktivierungsmaterial so lange Zeit vorher befeuchtet wird, dass das Pektin oder ein anderes Bindungsmaterial zu dem Zeitpunkt, wenn es um das Brennstoffelement gehüllt wird, oder kurz danach aktiviert ist. Die verwendete Wassermenge zur Aktivierung des Bahnmaterials ist sehr gering, in der Größenordnung von etwa 1% bis etwa 3%-Masse der Brennstoffkomponente.
Das bindungserzeugende Mittel kann mit einem Zufuhrrohr und einem nadelartigen Teil auf das Extrudat aufgebracht werden, wobei die Durchflussmenge durch die Schwerkraft bei der Zufuhr aus einer vorbestimmten Höhe oder durch Messen oder ein anderes geeignetes Mittel, das dem Fachmann leicht zur Verfügung steht, reguliert wird.
Eine detailliertere schematische Darstellung einer geeigneten Vorrichtung zum Aufbringen des bindungserzeugenden Materials ist in Fig. 6 gezeigt. Das Wasser oder ein anderes bindungserzeugendes Material 112 kommt von einer Quelle 110 und wird durch ein Rohr 111 mit kleinem Durchmesset auf eine Auftrag- oder Verteilerwalze 113 gesprüht. Die Verteilerwalze 113 kommt mit einem Teil der Oberfläche der Halteschicht in Kontakt, die mit der Oberfläche des Brennstoffelements in der fertigen Brennstoffkomponente in Kontakt kommen wird. Wie ersichtlich, ist die Walze so beabstandet, dass sie mit der Halteschicht 90 in Kontakt kommt, während sie auf eine gekrümmte Oberfläche 114 der Umhüllungsvorrichtung gebracht wird, wie im U.S. Patent Nr. 4 893 637, siehe oben, beschrieben ist. In der Praxis wird die Position zur Aufbringung des bindungserzeugenden Materials durch die Geschwindigkeit des Extrudats und andere Faktoren bestimmt, wie oben beschrieben wurde, so dass genügend bindungserzeugendes Material eine ausreichende Zeit lang auf das Hüllmaterial aufgebracht wird, so dass es zu einer adäquaten Bindung kommen kann. Bei einer Glasfasermatte wird das Wasser mit der Halteschicht eine genügend lange Zeit in Kontakt gebracht, um eine Aktivie rung des Pektins oder eines anderen bindungserzeugenden Materials zu ermöglichen. Vorzugsweise ist die Oberfläche der Verteilerwalze 113 gerändelt, um die Verteilung des bindungserzeugenden Materials zu unterstützen.
Um eine Bindung zwischen dem Extrudat und der elastischen Schicht zu erzeugen, wird die elastische Schicht, die das mit Wasser aktivierbare Bindungsmaterial enthält, vorzugsweise kurz vor dem Umhüllen des Brennstoffelements befeuchtet. Vorzugsweise wird Wasser als Benetzungsmittel verwendet, um die Bindungsmaterialien auf der Oberfläche der Materialschicht für eine Adhäsion und Bindung an der Oberfläche des Extrudats löslich zu machen oder auf andere Weise zu aktivieren, wobei das Wasser verdampft. Je nach der Zusammensetzung der Hüllschicht, der Zusammensetzung des Bindemittels und der Zusammensetzung des Extrudats können andere geeignete Lösungsmittel verwendet werden. Es kann auch ein zusätzliches Bindemittel im Lösungsmittel oder Benetzungsmittel oder auf der Oberfläche des Extrudats eingesetzt werden, um die Adhäsion oder Bindung noch zu verstärken. Zum Beispiel können Pektin oder NaCMC im Wasser gelöst werden, um eine Adhäsion zwischen der elastischen Schicht und dem Extrudat herbeizuführen oder zu verstärken.
Bei bevorzugten erfindungsgemäßen Brennstoffkomponenten ist das Brennstoffelement ein kohlenstoffhältiges Material, das mindestens etwa 50%-Mabse elementaren Kohlenstoff enthält. Die Brennstoffkomponente ist im allgemeinen mindestens etwa 10 mm lang, vorzugsweise mindestens etwa 12 mm. Vorzugsweise beträgt die Maximallänge des Brennstoffelements etwa 20 mm, wobei die bevorzugte Länge bei etwa 16 mm oder weniger liegt. Vorzugsweise wird eine wesentliche Länge des Brennstoffelements zum Brennen vorgesehen, und ein wesentlicher Teil des Brennstoffelements ist im Rauchartikel derart angeordnet, daß er nicht brennt, wenn der Rauchartikel geraucht wird. Dies ermöglicht, daß die Bindung zwischen einem wesentlichen Teil des Brennstoffelements von der beim Rauchen entstehenden Hitze verschont bleibt. Bei einem 16 mm langen Brennstoff können so die ersten 6 mm zum Brennen vorgesehen sein, wobei eine Sauerstoffschranke oder ein Wärmeschildelement derart angeordnet sind, dass der Brennstoff normalerweise bei etwa 6 mm von selbst auslöscht. Es könnte zu erwarten sein, daß das Rauchen eines solchen Rauchartikels die Bindung zwischen dem Brennelement etwas hinter dem Punkt des Ausgehens aufbricht, z. B. bis zu 8 mm vom ursprünglichen angezündeten Ende des Brennstoffelements. Die Bindungen zwischen dem Brennstoffelement und dem Umhüllungsmaterial, z. B. jene zwischen 8 mm und 16 mm vom angezündeten Ende des Elements, werden jedoch halten, wodurch sich eine wesentliche Sicherheit gegen das Herausfallen des Brennstoffelements ergibt.
Das erfindungsgemäße Brennstoffelement kann in einer Vielzahl von Formen extrudiert werden.
Materialien, die für eine komprimierbare elastische Hüllschicht 15 in der Praxis der vorliegenden Erfindung nützlich sind, können jegliche Materialien sein, die um das Extrudat 12 gehüllt werden können, um eine Brennstoffkomponente 10 mit einer äußeren zylindrischen Oberfläche zu ergeben, die vorzugsweise eine gewisse Elastizität für die Herstellung und während der Verwendung bietet. Das elastische Material ist unter den Verwendungsbedingungen eines Rauchartikels vorzugsweise wärmestabil.
Beispiele für geeignete Materialien schließen Glas- oder Keramikfasern, Tabak, elastomere Zusammensetzungen, geraffte Papierbahnen und ähnliches ein.
Wenn Tabak oder tabakhältiges Papier verwendet wird, um die elastische Schicht zu bilden, kann der Tabak Aerosol freisetzen, z. B. Aromen, wie wenn er für eine aerosolbildende Komponente gemäß der Erfindung verwendet wird.
Vorzugsweise sind die Materialien, die zur Herstellung der Halteschicht in den Brennstoffkomponenten verwendet werden, erfindungsgemäß auch Isoliermaterialien.
Der Ausdruck "Isoliermaterial", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf alle Materialien, die in erster Linie als Isolatoren wirken. Vorzugsweise brennen diese Materialien nicht wesentlich während der Verwendung, sie können jedoch während der Verwendung schmelzen, wie Niedrigtemperaturglasfasern. Geeignete Isolatoren haben eine Wärmeleitfähigkeit in g-cal/(sec)(cm²)(ºC./cm) von weniger als etwa 0,05, vorzugsweise weniger als etwa 0,02, am meisten bevorzugt weniger als etwa 0,005. Siehe Hach's Chemical Dictionary, 34, 4. Auflage, 1969, und Langes Handbook of Chemistry, 10, 272-274, 11. Auflage, 1973. Bevorzugte Isoliermaterialien bilden eine Schicht 15, die im allgemeinen mindestens etwa 0,5 mm, mehr bevorzugt mindestens etwa 1,0 mm dick ist. Die Komponenten des Isolier- und/oder Haltematerials, das das Brennstoffelement umgibt, können variieren. Dieses Material ist vorzugsweise eines, das eine Tendenz hat, nicht zu verbrennen, oder ein Material, das verbrennt, jedoch nicht zerfällt. Beispiele für geeignete Materialien schließen Glasfasern und andere Materialien des Typs ein, der im U.S. Patent Nr. 5 105 838 an White et al. in der EP-A-339 690; und auf S. 48-52 der Monographie mit dem Titel "Chemical and Biological Studies of New Cigarette Prototypes That Heat Instead of Burn Tobacco", R. J. Reynolds Tobacco Co. (1988) beschrieben ist.
Die Brennstoffkomponente 10 ist vorzugsweise mit einer oder mehreren Schichten Zigarettenpapier 18 umhüllt. Bevorzugte Papiere sollten während des Brennens des Brennstoffelements nicht offen entflammen. Außerdem sollte das Papier vorzugsweise kontrollierbare Glimmeigenschaften aufweisen und graue, zigarettenartige Asche erzeugen.

Claims

1. Verfahren zur kontinuierlichen Formung von Brennstoffkomponenten (10) für einen Rauchartikel, wobei das Verfahren die Schritte

(a) Formen eines innersten Elements durch kontinuierliches Extrudieren einer brennbaren Zusammensetzung, um ein Extrudat (12) zu bilden, das eine vorgewählte Form aufweist;

(b) kontinuierliches Umgeben der kontinuierlich extrudierten Zusammensetzung mit einer komprimierbaren, elastischen Halteschicht (15, 90) aus Material, um ein Verbundstoffglied zu bilden, und

(c) Schneiden des resultierenden Verbundstoffgliedes zu Brennstoffkomponenten (10) von vorbestimmter Länge aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die brennbare Zusammensetzung hauptsächlich Kohlenstoff als solchen umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Halteschicht vor dem Schneiden des Verbundstoffgliedes zu Brennstoffkomponenten an das Extrudat gebunden wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, weiters enthaltend ein Umhüllen des Verbundstoffgliedes zur Definition des äußeren Durchmessers des Verbundstoffgliedes vor dem Schneideschritt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verfahren weiters das Benetzen des Extrudats vor dem Schritt des Umgebens umfaßt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Halteschicht Glasfasern umfaßt.

7. Brennstoffkomponente (10) für einen Rauchartikel, wobei die Komponente ein innerstes Element in Form eines extrudierten Brennstoffelements (12) aufweist, dessen äußere Oberfläche mit einer komprimierbaren, elastischen Schicht (15, 90) von Material umgeben ist, das an der Längsoberfläche des Brennstoffelements (10) haftet.

8. Komponente nach Anspruch 7, weiters mit einer äußeren Hülle, die die elastische Schicht umgibt.

9. Komponente nach Anspruch 7 oder 8, wobei die extrudierte Zusammensetzung ein Material aufweist, das hauptsächlich aus Kohlenstoff als solchem besteht.

10. Komponente nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, deren Länge von etwa 12 mm bis etwa 16 mm beträgt.

11. Komponente nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, wobei die elastische Schicht ein Isoliermaterial aufweist.

12. Komponente nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, wobei die elastische Schicht ein Isolierglied aufweist.

13. Komponente nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12, wobei die elastische Schicht Pektin enthaltende Glasfasern aufweist.

14. Komponente nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 13, wobei die elastische Schicht eine geraffte Papierbahn aufweist.

15. Komponente nach Anspruch 14, wobei das Papier ein behandeltes Papier ist.

16. Komponente nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Bahn geprägt ist.

17. Komponente nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 16, wobei die elastische Schicht Tabak oder ein Tabakprodukt aufweist.

18. Komponente nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 17, wobei die Komponente Teil eines Rauchartikels ist.