EP2552253B1

EP2552253B1 - Perforiertes zigarettenpapier

Info

Publication number: EP2552253B1
Application number: EP11711482.7A
Authority: EP
Inventors: Bernhard Eitzinger
Original assignee: Delfortgroup AG
Current assignee: Delfortgroup AG
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: WO2011120687A1; BR112012024652A2; ES2608472T3; EP2552253A1; CN102843923B; PL2552253T3; DE102010013669A1; US20130104915A1; MY161949A; JP2013524026A; JP5882297B2; KR20130045859A; CN102843923A; KR101811074B1; BR112012024652B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zigarettenpapier, das einer daraus gefertigten Zigarette selbstverlöschende Eigenschaften verleiht, und das mindestens einen diskreten perforierten Bereich aufweist.

Hintergrund der Erfindung

Aufgrund gesetzlicher Bestimmungen zur Selbstverlöschung von Zigaretten besteht Bedarf in der Zigarettenindustrie, Zigaretten zur Verfügung zu stellen, die diese Selbstverlöschung sicherstellen. Damit soll verhindert werden, dass liegen gelassene, glimmende Zigaretten beispielsweise Möbel, Betten oder andere Heimtextilien in Brand setzen. Man versucht also, Zigaretten zu erzeugen, deren Neigung, andere Materialien zu entzünden, reduziert ist, wenn die glimmende Zigarette mit diesen Materialien in Kontakt kommt.
Ein Test, um die Entzündungsneigung von Zigaretten zu bestimmen, ist in ASTM E2187-04b beschrieben. Der Test besteht darin, eine glimmende Zigarette auf eine Unterlage bestehend aus 10 Lagen eines Filterpapiers zu legen. Der Test gilt als bestanden, wenn die Zigarette auf der Unterlage verlischt, bevor der Glutkegel den Beginn des Zigarettenfilters erreicht.
Eine typische Zigarette besteht aus Tabak, der vom Zigarettenpapier umhüllt wird und mit ihm gemeinsam einen typischerweise zylindrischen Tabakstrang bildet. An den Tabakstrang schließt sich der Filter an, der typischerweise aus Zelluloseacetatfasern besteht. Der Filter und der Tabakstrang werden durch das Mundstücksbelagpapier umhüllt. Das Mundstückbelagpapier verbindet den Filter mit dem Tabakstrang.
Die Selbstverlöschung einer Zigarette wird in den meisten Fällen durch entsprechende Gestaltung des Zigarettenpapiers, also des Papiers, das den Tabak umhüllt, erreicht. Dabei wird das Zigarettenpapier so gestaltet, dass zumindest in Bereichen des Zigarettenpapiers die Diffusionskonstante so niedrig ist, dass nicht mehr ausreichend Sauerstoff zum Glutkegel hinzutritt, um den Glimmprozess in Gang zu halten. Als Folge davon verlischt die glimmende Zigarette.
Typische Zigarettenpapiere bestehen aus Zellulosefasern, die aus Holz, Flachs oder anderen Materialien gewonnen werden. Auch Gemische aus Zellulosefasern verschiedener Herkunft werden eingesetzt. Zigarettenpapiere haben ein typisches Flächengewicht von 10 g/m² bis 60 g/m², wobei der Bereich von 20 g/m² bis 35 g/m² im Allgemeinen bevorzugt wird.
Zigarettenpapiere bestehen oft auch aus anorganischen, mineralischen Füllstoffen, die dem Papier zu einem Massenanteil von 10% bis 40% zugesetzt werden. Ein häufig eingesetzter Füllstoff ist Kalk (Kalziumkarbonat), eingesetzt werden aber auch anderer Oxide und Karbonate, wie Magnesiumoxid und Aluminiumhydroxid.
Das Zigarettenpapier kann außerdem auch mit Brandsalzen ausgestattet werden, die die Glimmgeschwindigkeit des Papiers erhöhen oder verringern. Sehr häufig eingesetzt werden Natrium- und Trikaliumzitrat und Gemische daraus, die dem Papier zu 0% bis 5% der Papiermasse zugesetzt werden. Die Gruppe der Brandsalze von technischer Bedeutung umfasst aber zusätzlich Zitrate, Malate, Tartrate, Acetate, Nitrate, Succinate, Fumarate, Gluconate, Glycolate, Lactate, Oxalate, Salicylate, α-Hydroxycapr^y _late und Phosphate.
Zigarettenpapiere werden typischerweise in Rollen mit beispielsweise zwischen 0,3 m und 5 m Breite hergestellt und in Bobinen mit einer aus dem Zigarettenumfang abgeleiteten Breite von typischerweise 9 mm bis 35 mm geschnitten.
Ein mögliches Verfahren zur Erzielung von Selbstverlöschung besteht darin, ein Zigarettenpapier zu wählen, dessen Diffusionskonstante schon durch den Papierherstellungsprozess so niedrig ist, dass die Zigarette von selbst verlischt. Als Folge davon ist aber auch die Strömung von Luft in die Zigarette zufolge einer Druckdifferenz, also die Luftdurchlässigkeit, stark reduziert. Dies erweist sich als Nachteil, denn der Rauch im Tabakstrang der Zigarette kann dadurch beim Rauchen nur sehr wenig durch einströmende Luft verdünnt werden und die Abrauchwerte für Teer, Nikotin und vor allem Kohlenmonoxid, sind nennenswert erhöht. Beispielsweise beträgt die Luftdurchlässigkeit solcher Papiere weniger als 10 CORESTA Einheiten (1 CORESTA Unit = 1 CU = 1 cm³/(cm² min kPa)), während typische Zigarettenpapiere, bei denen keine Selbstverlöschung auftritt, eine Luftdurchlässigkeit zwischen 20 CU und 300 CU besitzen.
Dieser Nachteil wird behoben, indem man das Zigarettenpapier vollflächig perforiert. Dabei entstehen im Papier im Vergleich zur natürlichen Porenstruktur große Löcher, die zwar die Luftdurchlässigkeit erhöhen, aber die Diffusionskonstante des Papiers nur wenig verändern. Dadurch wird ein Verdünnungsluftstrom in die Zigarette beim Rauchen ermöglicht und die Abrauchwerte werden gesenkt, ohne die Selbstverlöschung der aus diesem Papier gefertigten Zigarette im oben genannten Test zu beeinträchtigen.
Diese Perforation kann durch verschiedene Verfahren erfolgen. Eingesetzt wird beispielsweise die elektrostatische Perforation, bei der das Papier durch eine oder mehrere Funkenstrecken gefördert wird, die Löcher in das Papier brennen. Diese Löcher besitzen typischerweise einen Durchmesser zwischen 5 µm und 100 µm. Des Weiteren kann die Laserperforation eingesetzt werden, die etwas größere Löcher mit typischen Durchmessern zwischen 50 µm und 500 µm erzeugt. Als weiteres Beispiel kann auch noch die mechanische Perforation dienen, bei der durch Nadeln oder ähnliche Werkzeuge, Löcher im Papier erzeugt werden. Diese Löcher haben einen typischen Durchmesser zwischen 100 µm und 2000 µm.
Die bei den Perforationsverfahren erreichte Luftdurchlässigkeit kann sehr hoch sein, beispielsweise bis über 6000 CU, allerdings werden Zigarettenpapiere meistens so perforiert, dass die Luftdurchlässigkeit nach der Perforation zwischen 50 CU und 500 CU beträgt.
Der Perforationsprozess kann nach der Papierherstellung auf separaten dafür vorgesehenen Perforationsmaschinen in Rollen- oder Bobinenbreite durchgeführt werden. Selbstverständlich ist auch eine Perforation auf der Zigarettenmaschine, also vor, während oder nach der Herstellung von Zigaretten oder ähnlichen Tabakartikeln aus dem Zigarettenpapier auf der Zigarettenmaschine nach jedem beliebigen Perforationsverfahren möglich.
Die vollflächige Perforation eines Zigarettenpapiers mit einer niedrigen Ausgangsluftdurchlässigkeit bringt allerdings einen wesentlichen Nachteil in der Akzeptanz einer aus diesem Papier gefertigten Zigarette durch den Raucher mit sich. Durch die hohe Luftdurchlässigkeit strömt viel Verdünnungsluft beim Rauchen in die Zigarette. Während des Rauchens werden nun der Tabakstrang und damit auch das perforierte Zigarettenpapier konsumiert. Dadurch verkleinert sich die Fläche, durch die Verdünnungsluft in die Zigarette strömen kann, mit jedem Zug des Rauchers an der glimmenden Zigarette sowie auch während des Glimmens. Dies bewirkt, dass mit dem entsprechend kürzer werdenden Tabakstrang der Raucher eine von Zug zu Zug steigende Menge an Teer, Nikotin und Kohlenmonoxid aufnimmt. Er hat also von Zug zu Zug den Eindruck, dass die Zigarette "stärker" wird. Dieser Eindruck ist unerwünscht.
Eine Möglichkeit diesen Effekt zu kompensieren, besteht darin, die Luftdurchlässigkeit über die Länge des Tabakstrangs nicht konstant zu wählen, sondern durch die Perforation des Zigarettenpapiers der Luftdurchlässigkeit entlang der Zigarettenachse ein solches kontinuierliches Profil zu verleihen, dass beim Rauchen die Zunahme der Abrauchwerte von Zug zu Zug möglichst reduziert wird. Auf der Zigarettenpapierbahn ist also durch Perforation ein sich wiederholendes, kontinuierliches Luftdurchlässigkeitsprofil zu erzeugen.
Während dieses Verfahren theoretisch denkbar ist, stellen sich dabei erhebliche technische Probleme. Zum Einen ist die Regelung der Perforationseinrichtung zur Herstellung eines solchen kontinuierlichen Profils sehr anspruchsvoll und die laufende Messung der Luftdurchlässigkeit für die Regelung nur ungenau und nicht mit hoher Geschwindigkeit möglich. Daher ist auch die Geschwindigkeit, mit der Perforationsmaschinen solche Profile, falls überhaupt, erzeugen können, entsprechend niedrig.
Zum anderen muss auf der Zigarettenmaschine der aus dem Zigarettenpapier geformte endlose Tabakstrang genau am Beginn und am Ende eines solchen kontinuierlichen Luftdurchlässigkeitsprofils geschnitten werden, damit sich auf der fertigen Zigarette das Luftdurchlässigkeitsprofil an der richtigen Stelle befindet. Die Detektion des Beginns des Profils ist wegen des kontinuierlichen Verlaufs der Luftdurchlässigkeit aber, wenn überhaupt, dann nur sehr ungenau möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Nachteile im Stand der Technik zu überwinden.
Die CN 2013 60534 offenbart ein Zigarettenpapier, bestehend aus einem Ausgangspapier und einer Beschichtung, bei der es sich beispielsweise um eine Metallfolie handeln kann. Das Ausgangspapier ist nicht geeignet, einer daraus gefertigten Zigarette Selbstverlöschungseigenschaften zu verleihen. Die zusätzliche Beschichtung ist im Bereich des Mundstücks angeordnet und dient dazu, die Brandgefahr zu verringern, die dadurch entsteht, dass fertig gerauchte Zigaretten achtlos weggeworfen werden. Die Beschichtung verringert die Neigung von weggeworfenen Zigarettenstummeln weiter zu glühen. Um den Übergang in der Luftdurchlässigkeit zwischen dem beschichteten und nicht beschichteten Bereich gleichmäßig zu gestalten, ist die Beschichtung mit einer Perforation versehen, die in Richtung auf das Mundstück abnimmt.
Auf ähnliche Weise offenbart die EP 1 234 514 eine Perforation innerhalb eines zusätzlich auf ein Ausgangspapier aufgetragenes Bandes, das zum Zwecke der Selbstverlöschung aufgetragen wurde.
Die US 4,924,888 zeigt ein Zigarettenpapier, dessen Luftdurchlässigkeit durch Perforation künstlich erhöht ist. Das Perforationsmuster kann gleichförmig bzw. zufällig angeordnet sein.

Kurzfassung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Zigarettenpapier, das einer daraus gefertigten Zigarette, vorzugsweise einer Filterzigarette, selbstverlöschende Eigenschaften verleiht, wobei das Zigarettenpapier mindestens einen ersten diskreten Bereich umfasst, der perforiert ist und eine Luftdurchlässigkeit aufweist, die größer ist als die Luftdurchlässigkeit außerhalb des ersten perforierten Bereichs.
In einer Ausführung des Zigarettenpapiers ist die Luftdurchlässigkeit innerhalb des ersten perforierten Bereichs über den gesamten perforierten Bereich konstant.
In einer Ausführung des Zigarettenpapiers beträgt die Luftdurchlässigkeit innerhalb des ersten perforierten Bereichs von 50 CU bis 2000 CU, vorzugsweise von 100 CU bis 1000 CU.
In einer Ausführung des Zigarettenpapiers beträgt die Breite des ersten perforierten Bereichs zwischen 2 mm und 25 mm, vorzugsweise zwischen 4 mm und 12 mm, besonders bevorzugt zwischen 5 mm und 9 mm.
In einer Ausführung umfasst das Zigarettenpapier weiterhin eine Querseite A, die dazu vorgesehen ist, in der gefertigten Zigarette einem Filter zugewandt zu sein, wobei der erste perforierte Bereich innerhalb des an die Querseite A angrenzenden Drittels, vorzugsweise innerhalb des an die Querseite A angrenzenden Viertels, besonders bevorzugt innerhalb des an die Querseite A angrenzenden Fünftels, bezogen auf die Länge des Zigarettenpapiers, liegt.
In einer Ausführung umfasst das Zigarettenpapier mindestens einen zweiten diskreten Bereich, der perforiert ist und der von dem ersten perforierten Bereich durch einen Bereich getrennt ist, der nicht perforiert ist.
In einer Ausführung des Zigarettenpapiers liegt der zweite perforierte Bereich von der ersten Querseite weiter entfernt als der erste perforierte Bereich.
In einer Ausführung des Zigarettenpapiers ist die Luftdurchlässigkeit innerhalb des zweiten perforierten Bereichs kleiner als die Luftdurchlässigkeit innerhalb des ersten perforierten Bereichs.
In einer Ausführung umfasst das Zigarettenpapier mindestens einen weiteren diskreten Bereich, der perforiert ist und der von dem ersten perforierten Bereich und dem zweiten perforierten Bereich durch mindestens einen Bereich getrennt ist, der nicht perforiert ist.
In einer Ausführung des Zigarettenpapiers liegt der weitere perforierte Bereich von der Querseite A weiter entfernt als der erste perforierte Bereich und der zweite perforierte Bereich.
In einer Ausführung des Zigarettenpapiers ist die Luftdurchlässigkeit innerhalb des weiteren perforierten Bereichs kleiner als die Luftdurchlässigkeit innerhalb des ersten perforierten Bereichs und des zweiten perforierten Bereichs.
In einer Ausführung des Zigarettenpapiers ist die Luftdurchlässigkeit innerhalb des zweiten perforierten Bereichs und/oder des weiteren perforierten Bereichs über den jeweiligen gesamten perforierten Bereich konstant.
In einer Ausführung des Zigarettenpapiers beträgt die Luftdurchlässigkeit innerhalb des zweiten perforierten Bereichs und/oder des weiteren perforierten Bereichs von 50 CU bis 2000 CU, vorzugsweise von 100 CU bis 1000 CU.
In einer Ausführung des Zigarettenpapiers beträgt die Breite des zweiten perforierten Bereichs und/oder des weiteren perforierten Bereichs zwischen 2 mm und 25 mm, vorzugsweise zwischen 4 mm und 12 mm, besonders bevorzugt zwischen 5 mm und 9 mm.
In einer Ausführung des Zigarettenpapiers beträgt die Luftdurchlässigkeit außerhalb eines perforierten Bereichs weniger als 15 CU, vorzugsweise weniger als 10 CU.
In einer Ausführung des Zigarettenpapiers beträgt die Diffusivität (außerhalb und innerhalb eines perforierten Bereichs) weniger als 0,35 cm/s, vorzugsweise weniger als 0,25 cm/s, besonders bevorzugt weniger als 0,20 cm/s.
In einer Ausführung umfasst das Zigarettenpapier einen oder mehrere mineralische Füllstoffe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Karbonaten und Oxiden, vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Kalziumkarbonat, Aluminiumhydroxid und Magnesiumoxid, besonders bevorzugt beträgt der Gewichtsanteil des einen oder der mehreren mineralischen Füllstoffe von 10% bis 40%.
In einer Ausführung umfasst das Zigarettenpapier ein oder mehrere Brandsalze, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Zitraten, Malaten, Tartraten, Acetaten, Nitraten, Succinaten, Fumaraten, Gluconaten, Glycolaten, Lactaten, Oxalaten, Salicylaten, α-Hydroxycaprylaten und Phosphaten, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Natriumzitrat und Trikaliumzitrat, enthält, besonders bevorzugt beträgt der Gehalt an den einen oder den mehreren Brandsalzen bis zu 5 Gew.-%.
In einer Ausführung weist das Zigarettenpapier ein Flächengewicht von 10 g/m² bis 60 g/m², vorzugsweise von 20 g/m² bis 35 g/m² auf.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird weiterhin gelöst durch eine Filterzigarette, die ein Zigarettenpapier gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, und die weiterhin einen Filter und ein Mundstücksbelagpapier umfasst, wobei der Abstand zwischen dem Mundstücksbelagpapier und dem ersten perforierten Bereich weniger als 10 mm, vorzugsweise weniger als 5 mm beträgt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Zigarettenpapiers gemäß der vorliegenden Erfindung, das einen Perforationsschritt zum Erzeugen von mindestens einem perforierten Bereich durch elektrostatische Perforation, Laserperforation und/oder mechanische Perforation umfasst.
In einer Ausführung des Verfahrens wird der Perforationsschritt auf einer Zigarettenmaschine oder, alternativ, auf einer von der Zigarettenmaschine getrennten Einrichtung durchgeführt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird weiterhin gelöst durch eine Verwendung eines Papiers (Ausgangspapier) zur Herstellung eines Zigarettenpapiers gemäß der vorliegenden Erfindung, vorzugsweise nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei das Papier als Papierbahn mit einer Breite von 0,3 m bis 5 m oder, alternativ, von 9 mm bis 35 mm vorliegt.
In einer Ausführung der Verwendung beträgt die Luftdurchlässigkeit des Ausgangspapiers weniger als 15 CU, vorzugsweise weniger als 10 CU.
In einer Ausführung der Verwendung weist das Ausgangspapier eine Diffusivität von weniger als 0,35 cm/s, vorzugsweise weniger als 0,25 cm/s, besonders bevorzugt weniger als 0,20 cm/s auf.
In einer Ausführung der Verwendung umfasst das Ausgangspapier einen mineralischen Füllstoff, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Karbonaten und Oxiden, vorzugsweise aus der Gruppe, bestehend aus Kalziumkarbonat, Aluminiumhydroxid und Magnesiumoxid, besonders bevorzugt beträgt der Gewichtsanteil des einen oder der mehreren mineralischen Füllstoffe von 10% bis 40%.
In einer Ausführung der Verwendung umfasst das Ausgangspapier ein oder mehrere Brandsalze ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Zitraten, Malaten, Tartraten, Acetaten, Nitraten, Succinaten, Fumaraten, Gluconaten, Glycolaten, Lactaten, Oxalaten, Salicylaten, α-Hydroxycaprylaten und Phosphaten, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Natriumzitrat und Trikaliumzitrat, enthält, besonders bevorzugt beträgt der Gehalt an den einen oder den mehreren Brandsalzen bis zu 5 Gew.-%.
In einer Ausführung der Verwendung weist das Ausgangspapier ein Flächengewicht von 10 g/m² bis 60 g/m², vorzugsweise von 20 g/m² bis 35 g/m² auf.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird weiterhin gelöst durch eine Verwendung eines Zigarettenpapiers gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung einer Zigarette gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung beruht darauf, dass überraschend festgestellt wurde, dass es gar nicht nötig ist, ein kontinuierliches Luftdurchlässigkeitsprofil zu erzeugen, sondern dass es bereits ausreichend ist, einen nahe dem Filter am Zigarettenpapier gelegenen, diskreten Bereich mit einer konstanten Luftdurchlässigkeit zu perforieren, um einen vergleichbar guten Effekt zu erzielen.
Sollte mit einem diskreten perforierten Bereich nahe dem Filter nicht das Auslangen gefunden werden, da die Abrauchwerte noch zu hoch sind, können selbstverständlich weitere diskrete Bereiche mit einer anderen Luftdurchlässigkeit durch Perforation erzeugt werden, die sich dann entsprechend näher am anzuzündenden Ende der Zigarette befinden. Häufig werden zwei solche diskrete perforierte Bereiche ausreichen.
Wiewohl die Ursache für diesen Effekt nicht vollständig bekannt ist, mag die folgende Begründung Hinweise darauf geben, wie er zustande kommt. Beim Rauchen wird am Mundende der Zigarette ein Unterdruck gegenüber der Umgebung hergestellt, um einen Luftstrom durch die Zigarette zu erzeugen und den Rauch durch den Filter zum Raucher zu transportieren. Dieser Unterdruck wird entlang der Zigarette abgebaut, sodass näherungsweise keine Druckdifferenz mehr zwischen dem Punkt direkt vor dem Glutkegel und der Umgebung besteht.
Ein nahe dem Zigarettenfilter liegender diskreter perforierter Bereich, befindet sich nun in einer Region des Tabakstrangs, in dem beim Rauchen die Druckdifferenz zwischen der Umgebung und dem Inneren des Tabakstrangs hoch ist, also vergleichsweise viel Luft in den Tabakstrang einströmen kann. In Bereichen die näher am Glutkegel und weiter vom Mundende entfernt liegen, ist diese Druckdifferenz geringer. Somit tragen diese Bereiche weniger zur in die Zigarette strömenden Luftmenge bei, und es beeinflusst die Abrauchwerte in einem Zug wenig, wenn diese Bereiche nicht perforiert sind, also eine niedrige Luftdurchlässigkeit aufweisen.
Dadurch dass die perforierten Bereiche nun diskreter Natur sind und von nicht perforierten Bereichen klar abgegrenzt sind, können sie mittels optischer Sensoren klar erkannt werden, und es ist nicht schwierig, die Schneidprozesse auf der Zigarettenmaschine mit dem Papierlauf so zu synchronisieren, dass die diskreten Bereiche sich auf jeder Zigarette in der gewünschten Position nahe dem Filter befinden.
Zusätzlich ist die Luftdurchlässigkeit in jedem der perforierten Bereiche konstant. Daher braucht die Perforationseinrichtung nur mit einer der Papierbahngeschwindigkeit entsprechenden Taktung ein- und ausgeschaltet werden. Dies ist viel einfacher, als einem kontinuierlichen Luftdurchlässigkeitsprofil zu folgen. Auch diskrete Bereiche mit verschiedener aber innerhalb des Bereichs konstanter Luftdurchlässigkeit zu perforieren, bereitet keine Schwierigkeiten, da bei jedem Ein- und Ausschalten der Perforationseinrichtung einfach die Perforationsleistung eingestellt werden kann.

Genaue Beschreibung der Erfindung

Im Folgenden sollen nun einige Beispiele den gewünschten erfindungsgemäßen Effekt demonstrieren.

Figur 1: ist eine schematische Darstellung einer Zigarette mit einer beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Zigarettenpapiers 1, das einen ersten perforierten Bereich 2, einen zweiten perforierten Bereich 3 und weitere perforierte Bereiche 4 umfasst. In der Darstellung ist das Zigarettenpapier 1 von der Tabaksäule 7 der Zigarette teilweise abgerollt. Weiterhin dargestellt ist ein Filter 6 und ein diesen teilweise umhüllendes Mundstücksbelagpapier 5 sowie eine Querseite A.
Figur 2: zeigt das spezielle Perforationsmuster des Zigarettenpapiers, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Dieses Muster ergibt sich aus dem typischen Herstellungsprozess maschinell gefertigter Zigaretten. Dabei entsprechen die mit Nummern bezeichneten perforierten Bereiche des Papierstreifens in Fig. 2 jenen der Fig. 1. Bei der Herstellung von Zigaretten wird zunächst ein endloser Tabakstrang geformt, der dann durch Schnitte entlang der Linien B in Teile mit der doppelten Länge des Tabakstrangs einer Zigarette geteilt wird. In einem nachfolgenden Schritt der Zigarettenherstellung wird dieser doppelt lange Teil des Tabakstrang entlang der Linie C in zwei Teile geteilt und in axialer Richtung auseinandergerückt, sodass ein doppelt langer Filterstöpsel eingelegt werden kann. Der gesamte doppelt lange Filter und Teilbereich der an den Filter anschließenden Tabakstränge werden mit einem doppelt breiten Mundstücksbelagpapier verklebt und umwickelt. Danach wird diese mittels des doppelt langen Filters verbundene Doppelzigarette durch einen letzten Schnitt durch die Mitte des Filters in zwei Zigaretten geteilt. Das durch Perforation am Zigarettenpapier herzustellende Muster kann auch an andere Verfahren der Zigarettenherstellung angepasst werden.

BEISPIEL 1

Ausgangspunkt der Beispiele ist ein Zigarettenpapier mit den folgenden Daten:

Flächengewicht 28 g/m²

Füllstoffanteil 21% der Papiermasse

Füllstoff Kalk

Brandsalzanteil 1%

Brandsalz Kaliumzitrat

Luftdurchlässigkeit 6 CU

Diffusivität 0,2 cm/s (für CO₂)
Die Diffusivität ist die Diffusionskonstante des Papiers [cm²/s] dividiert durch die Dicke des Papiers [cm]. Sie ist ein Transferkoeffizient und beschreibt damit den bei gegebener Konzentrationsdifferenz durch das Papier tretenden Gasstrom unabhängig von der Dicke des Papiers. Die Diffusivität kann beispielsweise mit einem CO₂ Diffusivity Meter der Firma Sodim gemessen werden.
Selbstverständlich können ebenso gute Ergebnisse auch mit anderen Zigarettenpapieren, beispielsweise mit anderem Flächengewicht, anderen Füllstoffen und Füllstoffanteil, anderen Brandsalzen und Brandsalzanteil erzielt werden, sofern deren Luftdurchlässigkeit vor der Perforation entsprechend niedrig, also typischerweise kleiner als etwa 15 CU oder deren Diffusionskonstante kleiner als etwa 0,35 cm/s ist, um die Selbstverlöschung der daraus gefertigten Zigaretten sicherzustellen.
Dieses Zigarettenpapier wurde nun vollflächig elektrostatisch perforiert, sodass eine Luftdurchlässigkeit von 50 CU, 100 CU, 150 CU und 200 CU erreicht wurde.

Aus demselben Zigarettenpapier wurden weitere Papiermuster hergestellt, bei denen statt der gesamten Fläche diskrete Bereiche perforiert sind. Diese Bereiche wurden als Bänder ausgeführt, sodass der perforierte Bereich eine bestimmte Breite besitzt, aber die Zigarette in Umfangsrichtung vollständig umschließt. Die Papiere wurden mit ein oder zwei Bändern ausgestattet, wobei nichts dagegen spricht, auch mehr Bänder vorzusehen. Die Spezifikationen dieser Papiere sind in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1: Spezifikationen der Papiermuster.

Muster	Bereich 1			Bereich 2			Vergleichbare Luftdurchl.** [CU]
Muster	Abstand* [mm]	Breite [mm]	Luftdurchl. [CU]	Abstand* [mm]	Breite [mm]	Luftdurchl. [mm]	Vergleichbare Luftdurchl.** [CU]
A	1	6	160				50
B	1	6	650				200
C	1	6	120	30	6	120	50
D	1	6	240	30	6	240	100
E	1	6	370	30	6	370	150
F	1	6	500	30	6	500	200
G	3	6	160				50
H	5	6	160				50
J	1	7	140				50
K	1	9	110				50
L	1	6	130	30	6	90	50
M	1	6	410	30	6	270	150
N	1	20	90				50

* Der Abstand ist die Distanz von der Vorderkante des Mundstückbelagpapiers zum Beginn des diskreten perforierten Bereichs.
** Die vergleichbare Luftdurchlässigkeit ist die Luftdurchlässigkeit des vollflächig perforierten Zigarettenpapiers, das dieselben Abrauchwerte auf der Testzigarette erzielt wie das in diskreten Bereichen perforierte Zigarettenpapier.

Aus allen Papieren wurden Zigaretten mit den folgenden Spezifikationen gefertigt:

Zigarettenlänge	84 mm
Filterlänge	20 mm
Länge Mundstückbelagspapier	24 mm
Länge Tabakstrang	64 mm
Länge sichtbarer Tabakstrang	60 mm
Durchmesser	7,8 mm
Tabakgewicht	650 mg
Tabakmischung	American Blend
Filterventilationsgrad	15%

Diese Spezifikationen verstehen sich nur als Beispiel, die Erfindung kann selbstverständlich auf jedes andere Zigarettendesign mit vergleichbarem Erfolg angewendet werden.
Bei allen Zigarettenmustern wurden zunächst die Entzündungsneigung nach ASTM E2187-04b bestimmt. Gemäß ASTM E2187-04b wurden pro Zigarettenpapier 40 Zigaretten getestet und bei allen Proben verlöschten 90% oder mehr der getesteten Zigaretten, wobei keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den Proben festgestellt werden konnten.
Die Zigaretten wurden weiters nach dem in DIN ISO 4387 dargestellten Verfahren abgeraucht. Bei diesem Verfahren wird jede Minute einmal ein Volumen von 35 cm³ in 2 Sekunden am Mundende der glimmenden Zigarette angesaugt. Dieses Ansaugen von 35 cm³ bezeichnet man als Zug. Das Verfahren wird dabei solange wiederholt, bis die Zigarette soweit abgeraucht ist, dass sie eine durch die Norm vorgegebene Mindestlänge unterschreitet. Der Rauch wird durch einen Glasfaserfilter gesaugt, der später chemisch analysiert wird. Daraus werden das nikotinfreie Trockenkondensat ("Teer") und das Nikotin bestimmt und üblicherweise in der Einheit mg pro Zigarette angegeben.
Das maschinelle Abrauchen erfolgte auf einer Rauchmaschine der Marke Borgwaldt RM20, die jedoch so modifiziert war, das jeder Zug an der Zigarette durch einen anderen Glasfaserfilter geleitet wurde, sodass nach Analyse die Abrauchwerte jedes Zuges bestimmt werden konnten. Zu jedem Papiermuster wurden 20 Zigaretten auf diese Weise maschinell abgeraucht.
Da beim ersten Zug, die Zigarette angezündet wird, stellt der erste Zug eine Besonderheit hinsichtlich seiner Abrauchwerte dar und wird von den Betrachtungen ausgeschlossen. Ebenso ist es beim genormten, maschinellen Abrauchen möglich, dass der letzte Zug nicht mehr vollständig ausgeführt werden kann, weil die Zigarette während des Zuges die vorgeschriebene Mindestlänge unterschreitet. Ein solcher Zug ("fractional puff') wird als Bruchteil eines ganzen Zuges registriert. Um die Darstellung zu vereinfachen, wird deshalb auch der letzte Zug von den Betrachtungen ausgeschlossen.

Im Allgemeinen kommt es von Zug zu Zug zu einem monotonen Ansteigen der Abrauchwerte. Um nun die Ungleichmäßigkeit der Abrauchwerte von Zug zu Zug zu beschreiben, wird das Verhältnis des nikotinfreien Trockenkondensats ("Teer") zwischen dem vorletzten Zug und dem zweiten Zug an der Zigarette gebildet. In Tabelle 2 ist nun dieses Verhältnis angerührt. Je höher also dieses Verhältnis, umso stärker nehmen die Abrauchwerte von Zug zu Zug zu und umso ungleichmäßiger ist das Zugprofil.

Tabelle 2: Ungleichmäßigkeit der Abrauchwerte

Muster	Verhältnis Teer vorletzter: zweiter Zug	Vergleichswert***	Reduktion [%]
A	1,23	1,42	-13,4
B	1,65	2,08	-20,7
C	1,25	1,42	-12,0
D	1,36	1,55	-12,2
E	1,53	1,73	-11,6
F	1,72	2,08	-17,3
G	1,30	1,42	-8,4
H	1,35	1,42	-4,9
J	1,22	1,42	-14,1
K	1,25	1,42	-12,0
L	1,23	1,42	-13,4
M	1,47	1,73	-15,0
N	1,31	1,42	-7,7

*** Der Vergleichswert ist das Verhältnis von Teer zwischen dem vorletzten und dem zweiten Zug für eine Zigarette mit einem vollflächig perforierten Zigarettenpapier mit der in Tabelle 1 angegebenen Luftdurchlässigkeit.

Es zeigt sich bei allen Mustern eine Verbesserung in der Gleichmäßigkeit des Zugprofils, wobei typischerweise eine Reduktion des beobachteten Verhältnisses der Teerwerte von etwa 5% bis 20% erreicht wird.

BEISPIEL 2: Muster A und B

Zunächst zeigt sich, dass die Konzentration der Perforation in diskreten Bereichen nahe des Filters eine Reduktion der Luftdurchlässigkeit erlaubt, da sich die perforierten Bereiche nun in einer Region befinden, in der während des Rauchens die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck im Inneren des Tabakstrangs höher ist als in näher beim Glutkegel gelegenen Regionen. Das vollflächig perforierte Papier weist eine Luftdurchlässigkeit von 50 CU auf einer Länge von 60 mm auf, während Muster A nur auf einem Zehntel dieser Länge, nämlich 6 mm perforiert ist. Zu erwarten wäre, dass, um denselben Luftstrom in die Zigarette zu erzeugen, die 10-fache Luftdurchlässigkeit, also 500 CU benötigt wird. Überraschend zeigt sich aber, dass bereits 160 CU ausreichen, um dieselben Abrauchwerte zu erzielen. Hinsichtlich der Gleichmäßigkeit des Zugprofils kommt es zu einer Verbesserung im Teerverhältnis um etwa 13% von 1,42 auf 1,23.
Bei höheren Luftdurchlässigkeiten, Muster B, ist dieser Effekt noch ausgeprägter. Auch hier genügt eine Luftdurchlässigkeit von 650 CU anstatt eines nominellen Werts von 200 x 60/6 = 2000 CU.

BEISPIEL 3: Muster C-F

Perforiert man das Zigarettenpapier statt in einem diskreten Bereich in zwei diskreten Bereichen, dann können die zu einer Zigarette mit einem vollflächig perforierten Zigarettenpapier vergleichbaren Abrauchwerte mit einer noch niedrigeren Luftdurchlässigkeit erreicht werden. Dies ist nahe liegend, da im Vergleich zu nur einem perforierten Bereich die perforierte Fläche nun doppelt so groß ist. Theoretisch könnte also in Muster C die Luftdurchlässigkeit halb so groß, also 80 CU, gewählt werden. Jedoch liegt der zweite perforierte Bereich weiter vom Mundende entfernt und damit in einer Region, in der die Druckdifferenz nicht mehr so groß ist. Zudem wird er während des Rauchvorgangs konsumiert. Sein Beitrag ist daher geringer und deshalb mussten beide Bereiche in Muster C mit 120 CU perforiert werden, um die Abrauchwerte einer Zigarette mit vollflächig perforiertem Papier von 50 CU vergleichbar zu gestalten. Bei den höheren Luftdurchlässigkeiten der Muster D, E und F gelten diese Überlegungen analog.
Bezüglich des Verhältnisses der Teerwerte sieht man eine deutliche Verbesserung gegenüber der vollflächigen Perforation von etwa 10% bis 20%, jedoch ist die Verbesserung nicht mehr so ausgeprägt, wie bei nur einem perforierten Bereich.
Wegen der niedrigeren Luftdurchlässigkeit kann aber mit geringerer Leistung oder höherer Geschwindigkeit perforiert werden, sodass dieser Vorteil gegen die geringere Verbesserung in der Gleichmäßigkeit des Zugprofils abzuwägen ist.

BEISPIEL 4: Muster A, G und H

Die Muster A, G und H unterscheiden sich ausschließlich im Abstand des perforierten Bereichs von der Vorderkante des Mundstückbelagpapiers. Im Muster A beträgt er 1 mm, in Muster G 3 mm und schließlich in Muster H 5 mm. Es zeigt sich, dass zwar eine Verbesserung in der Gleichmäßigkeit des Zugprofils gegenüber dem vollflächig perforierten Papier eintritt, jedoch nimmt das Ausmaß dieser Verbesserung rasch ab, wenn sich der erste perforierte Bereich von der Vorderkante des Mundstückbelagpapiers zu weit entfernt. Konkret nimmt die Verbesserung von 13% auf etwa 8% bei 3 mm und auf nur noch 5% bei 5 mm Abstand ab. Man wird also danach streben, diesen Abstand wenigstens kleiner als 10 mm und bevorzugt kleiner als 5 mm zu halten.

BEISPIEL 5: Muster A, J, K und N und B

Die Muster A, J, K und N unterscheiden sich zunächst in der Breite des perforierten Bereichs. Entsprechend wurde auch die Luftdurchlässigkeit angepasst, um vergleichbare Abrauchwerte zu erzielen. In Muster A, mit einer Breite von 6 mm, beträgt sie 160 CU, bei Muster J mit einer Breite von 7 mm etwa 140 CU, bei Muster K mit 9 mm Breite noch 110 CU und bei Muster N mit einer Breite von 20 mm schließlich nur noch 80 CU.
Es konnte eine Verbesserung in der Gleichmäßigkeit des Zugprofils von 7% bis 14% erreicht werden. Dies zeigt, dass der Einfluss der Breite eher gering ist. Es darf angenommen werden, dass der perforierte Bereich auch mehr als 20 mm breit sein darf, wenn eine Verbesserung erzielt werden soll. Aufgrund dieser Daten wird man den perforierten Bereich höchstens etwa 25 mm breit wählen.
Die minimale Breite ist begrenzt durch die maximale Luftdurchlässigkeit, die in einem solchen schmalen Bereich durch Perforationseinrichtungen erzielt werden kann, ohne die Zugfestigkeit des Papiers zu stark zu beeinträchtigen. Nimmt man Muster B, mit 650 CU auf einer Breite von 6 mm, als Anhaltspunkt, dann wird man einen 2 mm breiten Bereich nominell mit 1950 CU perforieren müssen, um dasselbe Ergebnis zu erzielen. Dies ist bereits eine sehr hohe Luftdurchlässigkeit, die mit Perforationseinrichtungen in einem so kleinen Bereich schon schwierig zu erzielen ist, weshalb die Breite des perforierten Bereichs zwischen 2 mm und 25 mm liegen soll, bevorzugt zwischen 4 mm und 12 mm und besonders bevorzugt zwischen 5 mm und 9 mm.

BEISPIEL 6: Muster A, E, L und M

Muster L und M schließlich zeigen, dass die Luftdurchlässigkeit der beiden perforierten Bereiche nicht gleich sein muss. Aufgrund der bisherigen Ergebnisse scheint es vorteilhaft, jenen Bereich, der näher am Mundende liegt, stärker zu perforieren. In den Mustern L und M beträgt die Luftdurchlässigkeit des ersten Bereichs etwa 150% der Luftdurchlässigkeit des zweiten Bereichs.
Die erzielte Verbesserung im Verhältnis der Teerwerte liegt mit etwa 13% (Muster L) vergleichbar einem Papier mit einem perforierten Bereich aus Muster A.
Bei höherer Luftdurchlässigkeit, wie in den Mustern E und M, zeigt sich jedoch, dass eine gleichartige Perforation beider Bereiche (Muster E, 370 CU) mit -11.6% ein schlechteres Ergebnis bringt als das ungleich perforierte Papier aus Muster M (410 CU/270 CU) mit -15% Veränderung im Verhältnis der Teerwerte.
Jedenfalls darf aus diesen Ergebnissen geschlossen werden, dass es nicht vorteilhaft ist, den zweiten Bereich stärker als den ersten Bereich zu perforieren. Wohingegen man, soweit es technisch sinnvoll und mit den Abrauchwerten vereinbar ist, versuchen wird, den zweiten Bereich weniger zu perforieren.
Analog gilt für mehrere perforierte Bereiche, dass, vom Mundende zum Glutkegel gesehen, jeder Bereich weniger stark perforiert sein sollte als sein Vorgänger.
Es spricht auch nichts dagegen spricht, die Breite der Bereiche unterschiedlich zu gestalten. Ebenso kann auch die Position der perforierten Bereiche variiert werden.
Insgesamt sind noch viele weitere Variationen dieser Erfindungdenkbar, die Beispiele hier sollen nur das Prinzip der Erfindung verdeutlichen und verstehen sich nicht als Einschränkung.

Claims

Zigarettenpapier (1), das einer daraus gefertigten Zigarette selbstverlöschende Eigenschaften verleiht, wobei das Ausgangspapier eine CO₂-Diffusivität von weniger als 0,35 cm/s aufweist und das Zigarettenpapier mindestens einen ersten diskreten Bereich (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Bereich perforiert ist und eine Luftdurchlässigkeit aufweist, die größer ist als die Luftdurchlässigkeit außerhalb des perforierten Bereichs, und dass das Zigarettenpapier weiterhin eine Querseite A umfasst, die dazu geeignet ist, in der gefertigten Zigarette einem Filter (6) zugewandt zu sein, bei dem die mittlere Luftdurchlässigkeit innerhalb der an die Querseite A angrenzenden Hälfte oder Drittel, bezogen auf die Länge des Zigarettenpapiers, größer ist als die mittlere Luftdurchlässigkeit im übrigen Teil des Zigarettenpapiers.
Zigarettenpapier nach Anspruch 1, wobei die Luftdurchlässigkeit innerhalb des perforierten Bereichs (2) über den gesamten perforierten Bereich konstant ist.
Zigarettenpapier nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Luftdurchlässigkeit innerhalb des perforierten Bereichs (2) von 50 CU bis 2000 CU, vorzugsweise von 100 CU bis 1000 CU beträgt und/oder
wobei die Breite des perforierten Bereichs (2) zwischen 2 mm und 25 mm, vorzugsweise zwischen 4 mm und 12 mm, besonders bevorzugt zwischen 5 mm und 9 mm beträgt.
Zigarettenpapier nach einem der vorangehenden Ansprüche, das weiterhin eine Querseite A umfasst, die dazu vorgesehen ist, in der gefertigten Zigarette einem Filter (6) zugewandt zu sein, wobei der perforierte Bereich (2) innerhalb des an die Querseite A angrenzenden Drittels, vorzugsweise innerhalb des an die Querseite A angrenzenden Viertels, besonders bevorzugt innerhalb des an die Querseite A angrenzenden Fünftels, bezogen auf die Länge des Zigarettenpapiers, liegt.
Zigarettenpapier nach einem der vorangehenden Ansprüche, das mindestens einen zweiten diskreten Bereich (3) umfasst, der perforiert ist und der von dem ersten perforierten Bereich (2) durch einen Bereich getrennt ist, der nicht perforiert ist, wobei der zweite perforierte Bereich (3) von der Querseite A vorzugsweise weiter entfernt liegt als der erste perforierte Bereich (2).
Zigarettenpapier nach Anspruch 5, wobei die Luftdurchlässigkeit innerhalb des zweiten perforierten Bereichs (3) kleiner ist als die Luftdurchlässigkeit innerhalb des ersten perforierten Bereichs (2), und/oder
wobei das Zigarettenpapier mindestens einen weiteren diskreten Bereich (4) umfasst, der perforiert ist und der von dem ersten perforierten Bereich (2) und dem zweiten perforierten Bereich (3) durch mindestens einen Bereich getrennt ist, der nicht perforiert ist.
Zigarettenpapier nach Anspruch 6, wobei der weitere perforierte Bereich (4) von der Querseite A weiter entfernt liegt als der erste perforierte Bereich (2) und der zweite perforierte Bereich (3).
Zigarettenpapier nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Luftdurchlässigkeit innerhalb des weiteren perforierten Bereichs (4) kleiner ist als die Luftdurchlässigkeit innerhalb des ersten perforierten Bereichs (2) und des zweiten perforierten Bereichs (3).
Zigarettenpapier nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Luftdurchlässigkeit außerhalb eines perforierten Bereichs weniger als 15 CU, vorzugsweise weniger als 10 CU beträgt, und/oder
wobei das Zigarettenpapier eine mittlere CO₂-Diffusivität von weniger als 0,25 cm/s, bevorzugt weniger als 0,20 cm/s aufweist.
Zigarette, die ein Zigarettenpapier (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst, und die weiterhin einen Filter (6) und ein Mundstücksbelagpapier (5) umfasst, wobei die genannte Querseite A dem Filter zugewandt ist und der Abstand zwischen dem Mundstücksbelagpapier (5) und dem ersten perforierten Bereich (2) weniger als 10 mm, vorzugsweise weniger als 5 mm beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Zigarettenpapiers nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das einen Perforationsschritt zum Erzeugen von mindestens einem perforierten Bereich durch elektrostatische Perforation, Laserperforation und/oder mechanische Perforation umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Perforationsschritt auf einer Zigarettenmaschine oder auf einer von der Zigarettenmaschine getrennten Einrichtung durchgeführt wird.
Verwendung eines Papiers zur Herstellung eines Zigarettenpapiers nach einem der Ansprüche 1 bis 9, vorzugsweise nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 und 11, wobei das Papier als Papierbahn mit einer Breite von 0,3 m bis 5 m oder von 9 mm bis 35 mm vorliegt.
Verwendung eines Zigarettenpapiers nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung einer Zigarette nach Anspruch 10.