EP2868213B1 - Rauchwarenumhüllungsmaterial mit kontrollierten Glimmeigenschaften - Google Patents

Rauchwarenumhüllungsmaterial mit kontrollierten Glimmeigenschaften Download PDF

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EP2868213B1
EP2868213B1 EP14191057.0A EP14191057A EP2868213B1 EP 2868213 B1 EP2868213 B1 EP 2868213B1 EP 14191057 A EP14191057 A EP 14191057A EP 2868213 B1 EP2868213 B1 EP 2868213B1
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EP
European Patent Office
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tobacco product
wrapper material
composite particles
product wrapper
paper
Prior art date
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EP14191057.0A
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English (en)
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EP2868213A1 (de
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Christoph Nover
Marijan Vucak
Thomas Fritzsching
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JULIUS GLATZ GmbH
Original Assignee
JULIUS GLATZ GmbH
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Publication date
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Application filed by JULIUS GLATZ GmbH filed Critical JULIUS GLATZ GmbH
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Publication of EP2868213A1 publication Critical patent/EP2868213A1/de
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
    • A24D1/00—Cigars; Cigarettes
    • A24D1/02—Cigars; Cigarettes with special covers
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/63—Inorganic compounds
    • D21H17/66—Salts, e.g. alums
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • D21H17/63—Inorganic compounds
    • D21H17/67—Water-insoluble compounds, e.g. fillers, pigments
    • D21H17/675—Oxides, hydroxides or carbonates
    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D21H17/69—Water-insoluble compounds, e.g. fillers, pigments modified, e.g. by association with other compositions prior to incorporation in the pulp or paper
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
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    • A24D1/00—Cigars; Cigarettes
    • A24D1/02—Cigars; Cigarettes with special covers
    • A24D1/025—Cigars; Cigarettes with special covers the covers having material applied to defined areas, e.g. bands for reducing the ignition propensity

Definitions

  • the present invention relates to a smoking article wrapping material comprising composite particles based on mineral particles, to processes for their production and to their use in tobacco products.
  • a smoking article wrapping material comprising composite particles based on mineral particles, to processes for their production and to their use in tobacco products.
  • One focus of the present application is smoking articles with controlled glow properties.
  • filter cigarettes consist of a cylindrical, round, or oval tobacco rod wrapped in a cigarette paper, a similarly shaped filter plug surrounded by a filter wrap paper, and a tipping paper (base paper for the tipping pad, also referred to as tipping paper), commonly used is glued to the entire filter wrapping paper and a portion of the cigarette paper wrapping the tobacco rod, and so connects the filter plug with the tobacco rod. All of these papers are to be collectively referred to herein as smoking article wrapping materials.
  • Smoking article wrapping materials usually contain fillers.
  • other additives may be included to provide specific properties, such as wet strength agents, burn rate retarding substances, and / or burn rate accelerating substances, etc.
  • fillers are usually incorporated materials such as calcium carbonate, titanium dioxide, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, kaolin, calcined kaolin or talc and mixtures thereof in tobacco product wrapping materials, which can be controlled by appropriate choice of the type and amount of fillers, both the optical properties and the glow properties.
  • smoking article wrapping materials that have no fillers or only a low filler content may have an enhanced smoking effect in smoking products, however, such smoking article wrapping materials do not have the desired optical properties, such as high whiteness or high opacity.
  • fillers may be used in accordance with the applicable statutory provisions.
  • Calcium carbonate can be fully used in all types of smoking article wrapping materials under current regulations.
  • certain fillers for the optical properties and the glow properties are disadvantageous.
  • tobacco product wrapping materials which have a high content of fillers and additionally show controlled glow characteristics and a desired extinguishing behavior when used in tobacco products, in addition to calcium carbonate require a significant proportion of other fillers or mixtures of other fillers, and optionally other substances, eg the burn rate retarding substances that can be incorporated into these smoking article wrapping materials.
  • a smoking article such as a cigarette.
  • a smoking article which continues to glow in the ordinary smoking without extinguishing extinguishes when the smoking article is placed on a combustible material to prevent the combustible material from catching fire.
  • a controlled smoldering behavior is desired, in which the smoked goods, on the one hand, smolder unhindered with freely accessible air to the tobacco product wrapping material, and on the other hand extinguish themselves on documents, which in turn may be combustible, shortly after contact with these documents.
  • Japanese Patent Application No. Hei. 11-151082 A discloses a cigarette with controlled glow characteristics in which a plurality of annular regions (combustion control regions) are arranged separately from one another in the longitudinal direction of a cigarette. These annular regions are in turn coated with a suspension comprising an inorganic filler such as chalk, clay or titanium oxide in a cellulosic polymer.
  • the European patent application EP 1 321 048 A1 describes a smoking article with controlled glow characteristics comprising a cigarette paper coated with a burn control agent intended to adjust the smoking article's burning behavior.
  • Combustion control agents are proteins such. Gelatin, casein, albumin and gluten; thickening polysaccharides such as starch, echo gum, locust bean gum, guar gum, tragacanth gum, tare gum, tamarind seed polysaccharides (glyloid), karaya gum, gum arabic, pullulan, dextrin, cyclodextrin (Oligoseven), and ghatti gum; gelling polysaccharides such as carrageenan, Kurdlan, agar, furcellaran, pectin, " Jeram " gum and " Kelco “gel; Lipids such as lecithin; natural, high molecular weight derivatives such as carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, propylene glycol alginate ester, and a processed
  • CN 101747909 B discloses a flame retardant additive comprising calcium carbonate and magnesium hydroxide which is obtainable by adding a magnesium sulfate solution, adding an alkaline calcium hydroxide suspension, adding a calcium chloride solution and separating the precipitate.
  • step 4 involves an ultrasound treatment, which can only be realized with great difficulty on an industrial scale.
  • the product obtainable in this way is only above 200 ° C able to deliver significant amounts of water.
  • X-ray diffraction spectra of the product show that the product is a physical mixture of calcium carbonate and magnesium hydroxide.
  • the BET surface area of the mineral pigment of this document should preferably be between 25 m 2 / g and 200 m 2 / g.
  • this application is not concerned with the technical field of the present invention, namely the making available of smokers with kotroll faced glow properties, but concerns the provision of fillers for inkjet papers and has the particular aim of improving the printability of conventional coated or uncoated papers.
  • the product obtainable in this way is only above 200 ° C able to deliver significant amounts of water.
  • X-ray diffraction spectra of the product show that the product is a physical mixture of calcium carbonate and magnesium hydroxide.
  • WO-A-03/034845 describes cigarettes with increased self-quenching tendency, the cigarette paper having annular zones whose air permeability is lowered by the presence of a polymer.
  • the polymers used are in particular polyvinyl acetate, partially hydrolyzed polyvinyl acetate or polyvinyl alcohol.
  • EP 1 933 651 A1 describes a smoking article wrapping material which is a base wrap material coated on at least discrete zones with a composition comprising a mechanically fragmented, chemically crosslinked polysaccharide having a particle size (weighted average) polysaccharide dry product in the range of 1 ⁇ m to 1000 ⁇ m ,
  • the fillers commonly used in smoking article wrapping materials are thus subject to limitations and disadvantages, in particular because they can not be controlled in a targeted manner, the glow behavior of the tobacco product wrapping material.
  • the advantages of the present invention in particular be seen in the fact that the composite particles used in the invention can substitute the filler to be used in any case in a tobacco product wrapping material. Ideally, only one additive, namely the composite particles used according to the invention is used, with the corresponding procedural advantages.
  • the Kompositteilchen used in the invention have several advantages. In particular, they allow better and more efficient control of the smoldering properties of smoking articles.
  • the manufacture of smoking articles benefits from the fact that essentially the same filler as before, namely CaCO 3 , can be used, with the result that the already existing processes for the production of smoking articles, if any, have to be modified only slightly.
  • the composite particles used according to the invention are easy to handle and show a very good compatibility and an excellent mixing behavior, in particular with long fiber pulps.
  • calcium carbonate particles are initially charged in an aqueous suspension.
  • the suspension to be prepared in step a) which contains calcium carbonate particles preferably has a pH in the range from 6.0 to 13.0, preferably in the range from 6.0 to 11.0, in each case measured at 20 ° C. ,
  • suitable and per se known viscosity improvers but much higher proportions of up to 75.0 wt .-% calcium carbonate are conceivable.
  • the suspension may contain other mineral substances, such as talc, kaolin, titanium dioxide, magnesium oxide, these mineral substances being suitably inert in the suspension at temperatures in the range from 10 ° C. to 90 ° C. and the pH of the suspension.
  • the proportion of this mineral substances in the suspension based on the total weight of the suspension, but is preferably less than 25.0 wt .-%, preferably less than 10.0 wt .-%, more preferably less than 5.0 wt .-%, advantageously less than 1, 0 wt .-%, in particular less than 0.1 wt .-%.
  • the suspension contains no further mineral substances.
  • mineral substances are understood to be chemical elements or chemical compounds which are crystallized constituents which contain the smallest building blocks which are periodically arranged three-dimensionally irrespective of any crystal defects and irregularities present and which have been formed by geological processes.
  • the origin of the calcium carbonate used is of minor importance to the present invention and both natural ground calcium carbonate particles (GCC) and precipitated calcium carbonate particles (PCC) can be used, but the use of precipitated calcium carbonate particles is particularly advantageous.
  • GCC natural ground calcium carbonate particles
  • PCC precipitated calcium carbonate particles
  • the shape of the calcium carbonate particles preferably used, in particular the precipitated calcium carbonate particles, according to the invention is subject to no further restrictions and can be tailored to the specific application. However, scalenohedral, rhombohedral, needle-shaped, platelet-shaped or spherical (spherical) particles are preferably used.
  • needle-shaped (preferably aragonitic), rhombohedral (preferably calcitic) and / or scalenohedral (preferably calcitic) calcium carbonate particles suitably acicular (preferably aragonitic) and / or scalenohedral (preferably calcitic) calcium carbonate particles, in particular precipitated Calcium carbonate particles, wherein the use of scalenohedral (preferably calcitic) calcium carbonate particles, particularly precipitated scalenohedral (preferably calcitic) calcium carbonate particles, is most preferred.
  • the mean diameter of the calcium carbonate particles used, especially the precipitated calcium carbonate particles, can in principle be chosen freely. It is preferably in the range from 0.05 ⁇ m to 30.0 ⁇ m, in particular in the range from 0.1 ⁇ m to 15.0 ⁇ m.
  • the average diameter of the calcium carbonate particles is desirably in the range of 0.05 ⁇ m to 5.0 ⁇ m, preferably less than 3.0 ⁇ m, more preferably less than 1.8 ⁇ m, in particular less than 1.6 ⁇ m.
  • the average particle diameter in this case is favorably greater than 0.1 .mu.m, preferably greater than 0.3 .mu.m, more preferably greater than 0.6 .mu.m, advantageously greater than 0.8 .mu.m, in particular greater than 1.0 .mu.m.
  • the abovementioned average particle sizes (by weight) of the calcium carbonate particles used are expediently determined in the context of the present invention by means of sedimentation analysis methods, the use of a Sedigraph 5100 (Micromeritics GmbH) being particularly advantageous in this connection.
  • the determination of this measurand takes place as well as for all other parameters mentioned in this application, unless otherwise stated, preferably at 20 ° C.
  • the preparation of the aqueous suspension can be carried out in a manner known per se by mixing the components.
  • a metal salt comprising an aluminum cation is added to the aqueous suspension, preferably to an aqueous calcium carbonate-containing suspension.
  • the metal salt used is further characterized in that it is capable of being able to form a basic aluminum component in the suspension virtually in situ.
  • the metal cation-containing metal salt capable of forming a basic metal component has a solubility of greater than 9.0 mg in water, measured at the pH of the charged suspension and at a temperature of 20 ° C / l, preferably greater than 100.0 mg / l, more preferably greater than 500.0 mg / l, suitably greater than 1.0 g / l, favorably greater than 5.0 g / l, even more preferably greater than 100.0 g / l , in particular greater than 400.0 g / l, on.
  • water-soluble metal salt it is sometimes referred to as "water-soluble metal salt" .
  • the metal salt capable of forming a basic metal component preferably comprises less than 10.0 mol%, preferably less than 5.0 mol%, more preferably less than 1.0 mol%, more preferably less than 0.1 mol%, especially none of hydroxide various anions which are capable of forming salts with Ca 2+ ions which, in water, measured at the pH of the suspension submitted and at a temperature of 20 ° C., have a solubility of less than 5.0 g / l, preferably less than 2.5 g / l, more preferably less than or equal to 2.0 g / l, in particular less than 1.0 g / l.
  • the proportion of metal salts comprising sulfate and / or silicate is as low as possible for the purposes of the present invention.
  • metal salts which are able to form a basic metal component include aluminum chloride, polyaluminum chloride, aluminum sulfate, aluminum nitrate, sulfate, polyaluminum (Nicasol ® Sachtleben water chemistry), aluminum hydroxide chloride, Aluminiumhydroxidchloridsulfat and Aluminiumhydroxidnitratsulfat a.
  • aluminates have proven to be particularly suitable as metal salts. These are salts of the aluminum acid HAlO 2 ⁇ H 2 O, in which aluminum forms a complex anion [Al (OH) 4 ] - with hydroxide ions as ligands, and salts in which the anion is present as a condensate of the aluminate.
  • Particularly preferred aluminates satisfy the general formula Met [Al (OH) 4 ] with Met equal to a monovalent cation, in particular sodium aluminate (NaAl (OH) 4 ) and potassium aluminate (KAl (OH) 4 ).
  • an aluminum salt has proven to be particularly favorable.
  • the addition amount of the water-soluble metal salt is preferably selected such that the weight ratio of aluminum of the water-soluble metal salt to the mineral of the calcium carbonate particles is in the range of 0.01 to 25.0, preferably 0.1 to 20.0, more preferably Range of 0.2 to 15.0, in particular in the range of 2.0 to 7.5, is located.
  • the reaction of the components in step b) is preferably carried out at a temperature in the range from 5 ° C. to 90 ° C., preferably in the range from 15 ° C. to 30 ° C., and preferably leads to in situ formation of the basic composite particles used according to the invention.
  • the composite particles used according to the invention precipitate out of the reaction mixture under the abovementioned conditions and can be prepared in a manner known per se, for. B. by filtration or centrifugation, are separated from the mother liquor. For further purification, the composite particles can be washed, if necessary, with water, acetone and / or other suitable substances.
  • the suspension of the composite particles without isolation of the composite particles used according to the invention is used directly in the papermaking process.
  • the composite particles used according to the invention are preferably X-ray amorphous, ie the range of the basic metal components added is below the coherence length of the X-radiation used, in particular below the coherence length of Cu K ⁇ radiation (wavelength 154 pm).
  • X-ray diffraction studies on the composite particles used according to the invention therefore preferably show no Bragg reflections of the pure basic metal components, in particular of aluminum hydroxide, but, if at all, only so-called signal humps which represent the usual Gaussian distribution of the average atomic distances of the pure basic metal component.
  • X-ray diffraction spectra typically can be used to distinguish the composite particles used in the present invention from conventional mixtures of mineral particles and a basic metal component, especially conventional mixtures of calcium carbonate and a basic metal component.
  • the structural difference between the composite particles used according to the invention and conventional mixtures of mineral particles and basic metal component, in particular between the composite particles used according to the invention and conventional mixtures of calcium carbonate particles and basic metal component, furthermore leads to a different behavior of the composite particles used according to the invention in comparison with conventional mixtures of mineral ones Particles and basic metal component, especially in comparison with conventional mixtures of mineral particles and basic metal component, in thermogravimetric investigations.
  • the composite used in the invention give when heated from room temperature (20 ° C) to over 200 ° C, preferably up to about 300 ° C, especially up to about 450 ° C continuously from water, whereas a mixture of mineral particles and Al (OH ) 3 , in particular from PCC and Al (OH) 3 , releases significant amounts of water only from a minimum temperature of greater than 200 ° C.
  • thermogravimetric investigations in this context are preferably carried out in the range of 40 ° C to 1000 ° C.
  • the heating rate is preferably 20 ° C / min.
  • the composite particles used according to the invention which preferably have a moisture, measured at 130 ° C., less than 5%, preferably less than 4%, in particular less than 3%, show in the thermogravimetric analysis in the range from 40 ° C. to 200 ° C. at a heating rate of 20 ° C preferably a weight loss of at least 0.4%, preferably of at least 5.0%, in particular of at least 10.0%.
  • the respective proportions of calcium, carbonate and aluminum cation are preferably determined by means of X-ray fluorescence analysis.
  • the hydroxide fraction is preferably determined from the difference to 100% by weight.
  • the BET surface area of the composite particles used according to the invention is preferably in the range from 0.1 m 2 / g to 100 m 2 / g, preferably in the range from 1.0 m 2 / g to less than 25.0 m 2 / g, more preferably in the range of 2.5 m 2 / g to less than 20.0 m 2 / g, in particular in the range of 5.0 m 2 / g to 12.0 m 2 / g.
  • the specific surface area (BET surface area) of the composite particles is preferably determined by nitrogen adsorption using the BET method.
  • the use of a Micromeritics Gemini 2360 analyzer has proven particularly useful in this context.
  • the samples are degassed before the adsorption measurement at 130 ° C. for at least 3 hours, in particular for at least 12 hours, for which purpose the use of a FlowPrep 060 degasser is particularly advantageous.
  • an addition of the composite particles used according to the invention has a strong self-extinguishing effect, since the composite particles used according to the invention continuously release water and in this way extinguish the embers themselves.
  • the use of the composite particles used according to the invention is therefore particularly advantageous especially in smoking articles, in particular in cigarettes.
  • addition amounts of the composite particles used according to the invention are usually selected which correspond to the content of the fillers commonly used, the additional amounts preferably in the range of 0.1 wt .-% to 50.0 wt .-%, in particular in the range from 0.2% to 45.0% by weight to ensure control of glow properties.
  • the composite particles used in the invention are used in tobacco product wrapping materials.
  • the composite particles used in the present invention are preferably capable of imparting, in addition to their function as a filler, controlled glow characteristics to the tobacco product wrapping material.
  • the composite particles used according to the invention usually have an average particle size of from 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m, preferably from 0.5 ⁇ m to 5 ⁇ m, in particular from 1 ⁇ m to 3 ⁇ m, for this application.
  • the BET surface area of the composite particles used according to the invention for this application is preferably in the range from 0.1 m 2 / g to 100 m 2 / g, preferably in the range from 1.0 m 2 / g to less than 25.0 m 2 / g, more preferably in the range of 2.5 m 2 / g to less than 20.0 m 2 / g, in particular in the range of 5.0 m 2 / g to 12.0 m 2 / g.
  • the total content of fillers of the present invention to fillers is usually 0.1 wt .-% to 50 wt .-%, usually 0.2 to 45 wt .-%, preferably 10 wt .-% to 45 wt .-%, preferably 15 wt .-% to 40 wt .-%, in particular 25 wt .-% to 35 wt .-%, based on the total weight of the tobacco product wrapping material.
  • the tobacco product wrapping material according to the invention may optionally contain further fillers such as calcium carbonate, titanium dioxide, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, kaolin, calcined kaolin or talcum.
  • the proportion of these further fillers, based on the total weight of the tobacco product wrapping material is preferably less than 25.0% by weight, preferably less than 10.0 Wt .-%, more preferably less than 5.0 wt .-%, advantageously less than 1.0 wt .-%, in particular less than 0.1 wt .-%.
  • the smoking article wrapping material may be a cigarette paper wrapping the tobacco rod, a filter wrapping paper surrounding the filter, or a tipping paper (tipping paper base paper, also referred to as a tipping paper). Furthermore, it may be cigarette paper filterless cigarettes, which envelops the tobacco rod.
  • the tobacco product wrapping material according to the invention is a cigarette paper. In a further preferred embodiment, the tobacco product wrapping material according to the invention is a tipping paper.
  • the tobacco product wrapping material of the present invention may optionally contain other ingredients such as a burning rate retarding substance and / or a burning rate accelerating substance at 0.1% to 6%, preferably 0.3% to 3% by weight.
  • polysaccharide-based binders such as guar, galactomannan, starch and its derivatives, carboxylmethyl cellulose and wet strength temporary or permanent wet strength agents and sizing agents for hydrophobizing and controlling the penetrability of the smoking article wrapping material.
  • alkali or alkaline earth metal salts such as sodium, potassium and magnesium salts, or carboxylic acid salts such as acetic, citric, malic, lactic and tartaric salts, especially citric acid salts, may be used as required.
  • the proportions of the respective constituents in the tobacco product wrapping material according to the present invention are usually from 0 to 6% by weight, preferably from 0.5% to 3% by weight, of a burning rate retarding amount, based on the total weight of the smoking article wrapping material and / or accelerating substance.
  • Preferred base wrapping materials for the tobacco product wrapping material of the present invention are usually made from pulp fibers obtained, for example, from flax, softwood or hardwood. To change the properties of the base wrapping material, if desired, For example, various blends of pulp fibers may also be used as the base wrapping material.
  • the pulp fibers used for papermaking are usually distinguished into long and short fibers, with long fibers typically being pulp fibers of softwoods, such as spruce or pine, with a length of more than 2 mm, while the short fibers of hardwoods, such as birch, Beech or eucalyptus are derived and typically have a length of less than 2 mm, often less than 1 mm.
  • the surface mass of the tobacco product wrapping material according to the invention is usually 10 g / m 2 to 120 g / m 2 , preferably 15 g / m 2 to 80 g / m 2 , more preferably 15 g / m 2 to 70 g / m 2 , even more preferably 18 g / m 2 to 40 g / m 2 .
  • the production of the tobacco product wrapping material according to the invention is usually carried out on paper machines, for example on wire-screening machines.
  • the pulp is usually suspended in water and then ground in a grinding unit, a so-called refiner. It is common for short and long fibers to be ground separately.
  • the intensity with which the pulp was ground is determined by measuring the degree of grinding, for example according to ISO 5267 (Pulps: Determination of drainability - Part 1: Schopper-Riegler method). The result of this measurement is given in degrees according to Schopper-Riegler (° SR).
  • long fiber pulp is ground for use in tobacco product wrapping materials of the invention to a freeness of 50-90 ° SR, preferably 70-80 ° SR.
  • Short fiber pulp is usually ground much less strongly and reaches a freeness of 20 ° SR to 60 ° SR, preferably 40 ° SR to 60 ° SR. The grinding of short fiber pulps can be completely eliminated.
  • the prepared pulp suspension is fed from a head box of the paper machine to a dewatering screen and can be dewatered there by various means, for example by gravity or vacuum. Thereafter, the wet fiber network can pass through a press section where it is further dewatered by mechanical pressure against a press felt. Finally, the fiber network may still pass through a dryer section and through dry felts or dryer screens which force the fiber network against a hot, for example steam heated, drying cylinder surface and thereby dry the fiber network. Instead of the dryer section with drying cylinders, throughflow drying or impingement drying and / or another type of convection drying can also be used. Subsequently, the finished tobacco product wrapping material can be rolled up. If desired, further processing steps may be performed in the paper machine, for example, sizing in a size or film press, application of watermarks, embossing, etc.
  • the composite particles used in the present invention may be added either to the pulp suspension prior to dewatering and / or to the pulp after dewatering, for example via a size press or by spraying and / or applied to the surface of the tobacco product wrapping material of the invention as described above by application, for example, soaking, spraying, imprinting , Painting, be applied.
  • a method for producing a tobacco product wrapping material according to the invention comprises producing a tobacco product wrapping material according to the invention on a paper machine using a pulp suspension containing composite particles used according to the invention.
  • a method for producing a tobacco product wrapping material according to the invention comprises producing a tobacco product wrapping material on a paper machine, wherein the cellulose pulp after dewatering via a size press and / or be added by any other application devices according to the invention Kompositteilchen used.
  • a method for producing a tobacco product wrapping material according to the invention comprises applying composite particles used according to the invention to a tobacco product wrapping material produced by means of a paper machine.
  • the composite particles used according to the invention are added to the pulp suspension.
  • the composite particles used according to the invention are applied to the surface of a tobacco product wrapping material according to the invention, for example by means of a paper machine, either over the entire surface or only in special zones, preferably only in special zones, as described below.
  • the tobacco product wrapping material according to the invention is a tipping paper
  • the use of further fillers in addition to the composite particles used according to the invention in the tipping paper can be dispensed with.
  • the amount of composite particles used in the invention in such a tipping paper containing it as a filler may usually be 0.1% to 50% by weight, usually 0.2 to 45% by weight, preferably 10% by weight. to 45 wt .-% amount.
  • the tobacco product wrapping material according to the invention is a filter wrapping paper
  • the amount of composite particles used in the present invention in such a filter wrapping paper containing them as a filler may usually be 0.1 wt% to 50 wt%, usually 0.2 to 45 wt%, preferably 10 wt%. to 45 wt .-%, amount.
  • the composite particles used in the present invention may be used as the sole filler in amounts of usually 0.1% to 50% by weight, usually 0.2 to 45% by weight .-%, preferably 10 wt .-% to 45 wt .-% "based on the weight of the cigarette paper, or used as a component of a filler mixture wherein the total amount of filler is usually 0.1% by weight to 50% by weight, usually 0.2 to 45% by weight, preferably 10% by weight to 45% by weight "based on the weight of the
  • the proportion of the composite particles to be used according to the invention is 20% to 99%, preferably 50% to 99%, in particular 60% to 99%, based on the weight of the filler mixture Kompositteilchen used according to the invention and a further filler, preferably precipitated calcium carbonate, which was prepared for example by means of a precipitation reaction of calcium hydroxide and carbon dioxide, act.
  • the tobacco product wrapping material according to the invention may be a cigarette paper containing discrete zones in which the air permeability of the base wrapping material is changed (so-called LIP cigarette papers).
  • the discrete zones with altered air permeability are zones with an air permeability of 0 CU to 30 CU, preferably 3 CU to 15 CU, in particular 3 CU to 10 CU.
  • the tobacco product wrapping material according to the invention to which the above-mentioned discrete zones are applied, in which the air permeability of the base wrapping material is changed, it may be in one Embodiment be a tobacco product wrapping material into which the composite particles used in the invention were incorporated, or alternatively act in another embodiment to a tobacco product wrapping material that does not contain the composite particles according to the invention.
  • discrete zones are applied to a tobacco product wrapping material according to the invention containing composite particles used in the invention in an amount of 5 wt .-% to 20 wt .-%, based on the total weight of the applied discrete zones, wherein the inventive tobacco product wrapping material, on the discrete zones are applied containing the composite particles used in the invention in an amount of 15% -40%, based on the total weight of the tobacco product wrapping material according to the invention.
  • the discrete zones may be obtained by application of a glow salt, for example those mentioned above, and / or the composite particles used according to the invention and / or a mixture of composite particles used according to the invention and a further filler, such as calcium carbonate, and / or a mechanically fragmented, chemically crosslinked polysaccharide, if appropriate be formed in conjunction with the composite particles used in the invention.
  • a glow salt for example those mentioned above
  • a further filler such as calcium carbonate, and / or a mechanically fragmented, chemically crosslinked polysaccharide, if appropriate be formed in conjunction with the composite particles used in the invention.
  • discrete zones are applied to a smoking article wrapping material according to the invention which contains a burning rate retarding substance and optionally the composite particles used according to the invention, wherein the substance to be administered forming the discrete zones likewise contains a substance retarding the burning rate, so that the discrete one Characterized in that the content of retarding substance in the areas in the discrete zones and outside the discrete zones is different.
  • discrete zones are applied to a tobacco product wrapping material according to the invention containing a burn rate altering substance and composite particles optionally used in the invention, the substance to be applied forming the discrete zones containing a burn rate altering substance from that in the smoking article wrapping material contained the burning speed delaying substance is different, so that the discrete zones having tobacco product wrapping material according to the invention is characterized in that the type of the burning rate-changing substance is different in the areas in the discrete zones and outside the discrete zones.
  • discrete zones are applied to a tobacco product wrapping material according to the invention which contains composite particles used in accordance with the invention, the substance to be applied forming the discrete zones likewise containing composite particles used according to the invention, so that the tobacco product wrapping material according to the invention comprising the discrete zones is characterized in that the content of composite particles used according to the invention is different in the regions in the discrete zones and outside the discrete zones.
  • discrete zones are applied to a tobacco product wrapping material according to the invention which contains composite particles used in accordance with the invention, the substance to be applied forming the discrete zones containing a mechanically fragmented, chemically crosslinked polysaccharide so that the tobacco product wrapping material according to the invention having the discrete zones is characterized is that the content of composite particles used in the invention is not different in the regions in the discrete zones and outside the discrete zones.
  • a discrete zones of reduced air permeability inventive tobacco product wrapping material also characterized by the fact that the discrete zones are no longer or significantly less recognizable to the human eye.
  • mechanically fragmented chemically crosslinked polysaccharide there may be used a mechanical fragmentation and chemical crosslinking starch, modified starch, starch derivative, cellulose, cellulose derivative, chitosan, chitosan derivative, chitin, chitin derivative, alginate, alginate derivative or a combination of these compounds , preferably a mechanically fragmented, chemically crosslinked starch.
  • a mechanically fragmented, chemically cross-linked polysaccharide is understood to mean a polysaccharide which is comminuted by shearing and subsequent expansion using, for example, an extruder, which polysaccharide can also be subjected to various chemical reactions, such as oxidation or reduction.
  • a starch as granular starting starch, for example, a native or an oxidatively, thermally or hydrolytically degraded starch or a chemically modified ether or ester derivative thereof can be used.
  • the preparation of ionised polysaccharide derivatives may e.g. with the following cationization or anionization agents in the substitution range between 0.02-0.1 (DS): 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride, 2,3-epoxypropyltrimethylammonium chloride, 3-chloro-2-hydroxy-propyldimethyldodecylammonium chloride, 3-chloro 2-hydroxypropyl-dimethyloctadecylammonium chloride, sodium monochloroacetate, acetic anhydride and / or maleic anhydride.
  • DS 0.02-0.1
  • a bifunctional or polyfunctional agent for crosslinking, preferably 0.1% by weight to 0.8% by weight of a bifunctional or polyfunctional agent, calculated on the basis of the weight of the polysaccharide in granular form which can react with at least two free hydroxyl groups of the polysaccharide molecules, is reacted with the starch granules.
  • the bifunctional or polyfunctional agent which can be used is usually selected from the group consisting of aliphatic epoxyhalogen or dihalogen compounds, Phosphoroxyhalogeniden, alkali metal metaphosphates, aldehydes, including aldehyde-containing resins, acid anhydrides and polyfunctional reagents such as cyanuric chloride selected.
  • Chemical modification reactions can be carried out both before extrusion and in the extruder. It may be useful to perform these before extrusion, because then, after fragmentation in the extruder and subsequent dispersion of the ground product in the water dispersions are formed with smaller fragments.
  • the starches may preferably be derived from tuber and root starches as well as cereal starches as starting material.
  • Typical tuber and root strengths are potato starch, tapioca starch; where readily available cereal starches are corn starch or wheat starch.
  • the useful starch is by no means limited to these starches - the advantage of the foregoing is merely that they are readily available on the market today. It is of course also possible to use mixtures of one or more starches selected from the group consisting of native, oxidatively, thermally or hydrolytically degraded and chemically modified tuber, root or grain starches.
  • tuber, root or grain flours can be used as raw material.
  • an extruder both single-screw and twin-screw extruders
  • a defined fragmentation can be achieved, wherein the finished dry product is ground below 2 mm grain size, preferably below 1 mm, with an average particle size of about 500 microns.
  • composition to be applied to the tobacco product wrapping material according to the invention may optionally contain a solvent in addition to the agent causing the air permeability of the tobacco product wrapping material.
  • solvent water and / or an organic solvent can be used.
  • organic solvents are, for example, isopropanol, ethanol, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone and / or N-methylmorpholine N-oxide.
  • composition to be applied to the tobacco product wrapping material of the present invention may optionally contain other ingredients such as other substances which change the air permeability of the base wrapping material, fillers, burn rate retarding substances and / or burn rate accelerating substances.
  • Substances which alter the air permeability of the base wrapping material can be mentioned in particular not polysaccharides subjected to mechanical fragmentation and chemical crosslinking, such as starch, modified starch, starch derivatives, cellulose, cellulose derivatives, chitosan, chitosan derivatives, chitin, chitin derivatives, alginate, alginate derivatives or a combination of these compounds ,
  • the proportions of the respective constituents in the composition to be applied to the tobacco product wrapping material according to the invention are, for example, 20% to 100%, preferably 45% to 100%, especially preferably 70% to 100% chemically cross-linked, in each case based on the weight of the solids content of the composition fragmented polysaccharide, in particular starch, optionally 0% to 40%, preferably 0% to 20% of a conventionally used polysaccharide, optionally 0% -50%, preferably 0% -30% filler, and optionally 0% -6%, preferably 0% - 3% of the burning rate retarding and / or accelerating substance.
  • compositions to the tobacco product wrapping material are usually carried out after the preparation of the basic smoking article wrapping material, for example by means of a spraying or printing technique, preferably a gravure printing technique.
  • the application of the composition to the tobacco product wrapping material according to the invention by application by means of a pressure nozzle with a generally transverse to the running direction exit slot.
  • the insertable pressure nozzle is usually a nozzle with an inner chamber under a pre-pressure, controlled and rapidly responding valves which control the outlet into a nozzle slot, and a geometry of nozzle and exit slot adapted to the desired application.
  • a pressure nozzle allows either a continuous or discontinuous application of material to the tobacco product wrapping material according to the invention in the discrete areas required for the application described or over the entire surface of the tobacco product wrapping material.
  • several separately controllable individual nozzles can be combined in modular form.
  • the process With sufficient viscosity of the application medium, the process provides uniform coatings with clear and precisely offset front and rear edges. Since it is not a spray process, no unwanted sporadic splashes of the applied material occur outside the discrete area.
  • the application of the composition to be applied to the tobacco product wrapping material according to the invention according to one of the above-described application methods is usually carried out at least in discrete zones of the tobacco product wrapping material, if desired also on the entire tobacco product wrapping material.
  • the application amount of the composition to the smoking article wrapping material of the present invention is usually in a range of 0.1 g / m 2 - 10 g / m 2 , preferably 0.3 g / m 2 - 5 g / m 2 of the smoking article wrapping material.
  • the application is usually carried out so that the application on the resulting tobacco product wrapping material according to the invention is not or hardly visible and the treated zones have a smooth and flat structure, which substantially corresponds to that of the untreated zones.
  • the width and spacing of the applied zones depend on a number of variables, such as the air permeability of the tobacco product wrapping material, the density of the composition of the tobacco Tobacco strands, the cigarette design, etc. from.
  • the zones usually have a width of at least 3 mm, preferably 5 mm to 10 mm.
  • the distance between the zones also depends on a number of variables. Usually, the spacing of the zones should be 1 mm to 35 mm, preferably 10 mm to 25 mm.
  • the tobacco article wrapper paper (in the rolled form) of the present invention contains 1 to 3 treated annular zones spaced as noted above.
  • the above-described tobacco product wrapping material of the present invention is used to make smoking products.
  • the tobacco product wrapping material according to the invention has a reduced air permeability in the region of these zones, whereby the cigarette extinguishes in this area, if there is a hindrance to the free access of air.
  • NIST test according to NIST Technical Note 1436
  • a general glow test may be performed in which a cigarette is once lighted after being mounted in a holder while allowing free access of air. In a successful free glow test, the cigarette glows after lighting in the holder completely without going out. If this is not the case and the cigarette is extinguished before completely glowing, this test is not or only partially fulfilled.
  • the composite particles used in the present invention can be used in tobacco product wrapping materials of any air permeability according to the present invention because the particle size, shape and other important parameters of the composite particles of the present invention can be matched with those of commonly used filler materials, especially precipitated calcium carbonate.
  • Other fillers which also have a glow-reducing effect, can not cover this wide range of air permeability of cigarette paper or are not permitted under applicable legislation.
  • the present invention is further illustrated by Examples and Comparative Examples, without this being intended to limit the inventive concept.
  • the scanning electron images were taken with a high voltage electron microscope (Zeiss, DSM 962) at 15 kV. The samples were sprayed with a gold-palladium layer.
  • Thermogravimetry was performed with a PerkinElmer STA 6000 under nitrogen (nitrogen flow rate: 20 ml / min) in the range of 40 ° C to 1000 ° C at a heating rate of 20 ° C / min.
  • An approximately 1 mm thin wire loop which in turn is heated to 550 ° C temperature, is horizontally inserted into a vertically stretched paper strip, which is the tobacco product wrapping paper to be tested and left in this position during the measurement.
  • the temperature of the hot wire loop is measured with a temperature sensor and controlled to 550 ° C.
  • the hot wire loop burns the paper, forms a burn hole and initiates a glowing process.
  • the horizontal magnification of the burn hole diameter minus the wire loop diameter gives the burn hole gain and is expressed in mm.
  • the fire test was carried out 5 times with each paper sample.
  • the sample whose oxygen index is to be determined is ignited from above in a stationary glass tube through which an oxygen-nitrogen mixture flows. After removal of the pilot flame, the fire behavior is observed. If the flame burns for more than 180 seconds or reaches a mark 50 mm below the upper edge, the Oxygen concentration reduced in the following experiment, in the other case increased. This is done until 50% of the specimens burn at a certain concentration.
  • the determination of the particle size distribution is carried out by measuring the sedimentation rate of the test substance.
  • the measurement itself is done by attenuating an X-ray beam that is sent through the suspension. Initially, the weakening is high, later at the beginning of sedimentation, the beam can better penetrate the "thinner" suspending suspension, ie the weakening decreases.
  • the sample is prepared by tare the sample cup on the balance, weighs the sample amount according to Table 1 or pipetted and filled with the dispersing solution according to Table 1 to a total of about 80 g.
  • Table 1 sample weighing dispersants powder 3.0 g 0.1% NPP PCC suspension, concentration approx. 160g CaCO 3 /) * 20.0 g 0.5% NPP PCC suspension, concentration approx. 120g CaCO 3 / l * 25.0 g 0.5% NPP *
  • the initial weight always refers to 3 g atro, in case of strong deviations of the solids content the weight has to be adjusted.
  • the measurement and the evaluation takes place by means of the Sedigrafen.
  • the software calculates the particle size distribution.
  • the moist filter cake is dried in a circulating air dryer at 100 ° C to constant mass.
  • the dry filter cake is then ground with a pin mill (UPZ from ALPINE at 220 V).
  • ⁇ b> ⁇ i> Analysis data of the powder ⁇ / i> ⁇ /b> powder spec. surface humidity [m 2 / g] [%] Starting calcium carbonate 9 0.4 composite 21 2.9
  • Fig. 1 shows the diffractogram of the starting calcium carbonate
  • Fig. 2 shows the diffractogram of the composite particle
  • Fig. 3 shows an SEM image of the composite particle
  • Fig. 4 shows the TGA curve of the composite particle.
  • Example 1 750 g of calcium carbonate suspension of Example 1 were mixed with 15.2 g of aluminum hydroxide (Alfrimal, Alpha), stirred for 15 minutes and dried at 130 ° C. as described above.
  • Alfrimal, Alpha aluminum hydroxide
  • Fig. 5 shows the diffractogram of the aluminum hydroxide
  • Fig. 6 shows the diffractogram of the resulting mixture
  • Fig. 7 shows an SEM image of the resulting mixture.
  • Fig. 8 shows the TGA curve of the resulting mixture.
  • the mixture of calcium carbonate and aluminum hydroxide releases water only above 200 ° C.
  • the moist filter cake is in a convection oven at 100 ° C until Constant mass dried.
  • the dry filter cake is then ground with a pin mill (UPZ from ALPINE at 220 V).
  • ⁇ b> ⁇ i> Analysis data of the powder ⁇ / i> ⁇ /b> powder spec. surface humidity [m 2 / g] [%] composite pigment 16 3.6
  • the basis weight of the manufactured tobacco wrapper papers was 30 g / m 2 .
  • Glimmersalzmenge in the papers, the glow time and the results of the fire test are summarized in the following overview.
  • pigment Mulled salt [% by weight] Glimmzeit [s] Burn hole [mm] VB 3 Comparative Example 2 1.17 63 7- ⁇ B 8
  • the sample of Comparative Example 3 achieves a burn hole increase of greater than 5 mm, in some samples the entire paper smoldered (infinitely increased burn hole growth).
  • the burning hole increase is increasingly reduced and kept smaller than 5 mm (mean of 5 tests).
  • 5 mm are considered to be recognized in the art to qualify a smoking article wrapping paper to be reduced in smoothness (less than or equal to 5mm).
  • the tobacco wrapper paper is called not glimmredu commence.
  • Example 8 tobacco wrapper papers were made with the composite particle of Example 2.
  • tobacco wrapper papers with 25% filler content, a basis weight of 30 g / m 2 and an air permeability of 15 to 150 CU.
  • the pulp component which constituted 75% by weight of the tobacco wrapper paper, consisted of ground long fiber pulp having a freeness of 65 to 84 degrees Schopper Riegler to represent the above air permeability range.
  • the Glimmsalzmenge in the Papers, the glow time and the results of the burn test are summarized in the following overview.
  • composition of the investigated materials and the observed FASE values are summarized in the following overview: Pigment in cigarette paper Pigment in the LIP order BEECH [%] VB 6 Comparative Example 2 - 60 B 12 Comparative Example 2 Example 1 (8% by weight) 40 B 13 example 1 - 100 B 14 example 1 Example 1 (8% by weight) 20
  • Example 14 with composite particles in the cigarette paper and as a constituent of the LIP tape material achieves the best result here compared to standard PCC, followed by the paper sample of Example 12 (composite particles in the LIP order).
  • the mixture of 90% calcium carbonate and 10% aluminum hydroxide in tobacco wrapper papers (VB 9) is efficient compared to VB 8 with excluding calcium carbonate as a pigment in increasing the smoldering time (reducing the smoldering rate) and reducing the burnout, but significantly less efficiently compared to Example 15 (composite particles).
  • the air permeability is 100 CU.

Landscapes

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rauchwarenumhüllungsmaterial, das Kompositteilchen auf Basis mineralischer Partikel umfasst, Verfahren zu deren Herstellung sowie ihre Verwendung in Rauchwaren. Ein Schwerpunkt der vorliegenden Anmeldung liegt dabei auf Rauchartikeln mit kontrollierten Glimmeigenschaften.
  • Üblicherweise bestehen Filterzigaretten aus einem zylinderförmigen, runden oder ovalen Tabakstrang, der von einem Zigarettenpapier umhüllt ist, einem ebenso geformten Filterstöpsel, der von einem Filterumhüllungspapier umgeben ist, sowie einem Belagpapier (Basispapier für den Mundstückbelag, das auch als Tippingpapier bezeichnet wird), das üblicherweise mit dem gesamten Filterumhüllungspapier und einem Teil des den Tabakstrang umhüllenden Zigarettenpapiers verklebt ist, und so den Filterstöpsel mit dem Tabakstrang verbindet. Alle diese Papiere sollen hier und im Folgenden gemeinsam als Rauchwarenumhüllungsmaterialien bezeichnet werden.
  • Rauchwarenumhüllungsmaterialien enthalten üblicherweise Füllstoffe. Zusätzlich können andere Additive zur Erzielung spezieller Eigenschaften enthalten sein, wie beispielsweise Nassfestmittel, die Brenngeschwindigkeit verzögernde Substanzen und/oder die brenngeschwindigkeit beschleunigende Substanzen usw.
  • Als Füllstoffe werden dabei üblicherweise Stoffe wie Calciumcarbonat, Titandioxid, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Kaolin, kalziniertes Kaolin oder Talkum und deren Gemische in Rauchwarenumhüllungsmaterialien eingearbeitet, wobei durch geeignete Wahl der Art und Menge der Füllstoffe sowohl die optischen Eigenschaften als auch die Glimmeigenschaften gesteuert werden können. Rauchwarenumhüllungsmaterialien, die keine Füllstoffe oder nur einen geringen Füllstoffgehalt aufweisen, können eine verstärkte Verlöschungswirkung bei Rauchwaren aufweisen, solche Rauchwarenumhüllungsmaterialien besitzen jedoch nicht die gewünschten optischen Eigenschaften, wie einen hohen Weißgrad oder eine hohe Opazität.
  • Bei Rauchwarenumhüllungsmaterialien gibt es jedoch darüber hinaus auch Einschränkungen, welche Füllstoffe nach den jeweils geltenden gesetzlichen Bestimmungen eingesetzt werden dürfen. Calciumcarbonat kann nach den geltenden Bestimmungen uneingeschränkt in allen Arten von Rauchwarenumhüllungsmaterialien eingesetzt werden. Es ist jedoch bekannt, dass bestimmte Füllstoffe für die optischen Eigenschaften und die Glimmeigenschaften nachteilig sind. Des Weiteren ist bekannt, dass Rauchwarenumhüllungsmaterialien, die einen hohen Anteil an Füllstoffen aufweisen und zusätzlich bei Verwendung in Rauchwaren kontrollierte Glimmeigenschaften sowie ein gewünschtes Verlöschungsverhalten zeigen, neben Calciumcarbonat einen erheblichen Anteil von anderen Füllstoffen oder Mischungen von anderen Füllstoffen benötigen, sowie gegebenenfalls weitere Stoffe, z.B. die Brenngeschwindigkeit verzögernde Substanzen, die in diese Rauchwarenumhüllungsmaterialien eingearbeitet werden können.
  • Weiterhin ist es auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt, Substanzen wie Polymere, Silikate, Polysaccharide und Derivate in wässrigen oder nichtwässrigen Lösungen oder Suspensionen in hinreichender Menge und in geeigneter geometrischer Verteilung auf ein Rauchwarenumhüllungsmaterial, vorzugsweise Zigarettenpapier, aufzutragen, um hierdurch die Glimmeigenschaften des Rauchwarenumhüllungsmaterials zu beeinflussen.
  • In den letzten Jahren wurden nun weitere Anforderungen an einen Rauchartikel, wie beispielsweise eine Zigarette, gestellt. So wird in der letzten Zeit gefordert, dass ein Rauchartikel, welcher beim gewöhnlichen Rauchen ohne Verlöschung weiterglimmt, jedoch verlöscht, wenn der Rauchartikel auf ein brennbares Material gelegt wird, um zu verhindern, dass das brennbare Material Feuer fängt. Mit anderen Worten wird ein gesteuertes Glimmverhalten gewünscht, bei welchem die Rauchware einerseits mit dem Rauchwarenumhüllungsmaterial unbehindert an frei zutretender Luft abglimmt und andererseits aber auf Unterlagen, die ihrerseits brennbar sein können, kurz nach Kontakt mit diesen Unterlagen selbst erlischt.
  • Die japanische Patentanmeldung Nr. 11-151082 A offenbart eine Zigarette mit gesteuerten Glimmeigenschaften, bei welcher eine Vielzahl von ringförmigen Bereichen (Verbrennungssteuerbereichen) getrennt voneinander in Längsrichtung einer Zigarette angeordnet sind. Diese ringförmigen Bereiche sind wiederum mit einer Suspension beschichtet, die ein anorganisches Füllmaterial, wie beispielsweise Kreide, Lehm oder Titanoxid in einem Cellulosepolymer umfasst.
  • Die europäische Patentanmeldung EP 1 321 048 A1 beschreibt einen Rauchartikel mit gesteuerten Glimmeigenschaften, der ein Zigarettenpapier umfasst, das mit einem Verbrennungsreguliermittel beschichtet ist, das das Brandverhalten des Rauchartikels anpassen soll. Als Beispiele für dieses Verbrennungsreguliermittel werden Proteine, wie z. B. Gelatine, Kasein, Albumin und Gluten; verdickende Polysaccharide, wie beispielsweise Stärke, Xanthan (Echo Gum), Johannisbrotgummi, Guargummi (Guarpack), Tragantgummi, "Tara"-Gummi, Tamarindensamen-Polysaccharide (Glyloid), Karayagummi, Gummiarabikum, Pullulan, Dextrin, Cyclodextrin (Oligoseven) und Ghattigummi; gelierende Polysaccharide, wie beispielsweise Carrageenan, Kurdlan, Agar, Furcellaran, Pektin, "Jeram"-Gummi und "Kelco"-Gel; Lipide, wie beispielsweise Lecithin; natürliche, hochmolekulare Derivate, wie beispielsweise Carboxymethylcellulose, Methylcellulose, Propylenglykolalginatester, und eine verarbeitete Stärke, wie beispielsweise Stärkephosphat; synthetische, hochmolekulare Verbindungen, wie beispielsweise Poly(natriumacrylat) und verschiedene hochmolekulare Emulgatoren; anorganische Ammoniumsalze, wie beispielsweise Ammoniumchlorid , Ammoniumphosphat, Ammoniumhydrogenphosphat, Ammoniumdihydrogenphosphat, Ammoniumbromid und Ammoniumsulfat; anorganische Hydroxide, wie beispielsweise Bariumhydroxid, Calciumhydroxid und Aluminiumhydroxid; und Flammenschutzmittel aus anorganischen Salzen, wie beispielsweise Natriumborat, Borsäure, Zinkchlorid, Magnesiumchlorid, Calciumchlorid und Natriumsulfat, genannt. Diese Verbrennungsreguliermittel sollen einzeln oder in Form eines Gemisches von mindestens zwei dieser Verbrennungsreguliermittel verwendet werden können.
  • CN 101747909 B offenbart ein flammhemmendes Additiv, umfassend Calciumcarbonat und Magnesiumhydroxid, welches durch Vorlegen einer Magnesiumsulfatlösung, Zugabe einer alkalischen Calciumhydroxidsuspension, Zugabe einer Calciumchloridlösung und Abtrennen des Niederschlags erhältlich ist.
  • Nachteilig bei der in dieser Druckschrift beschriebenen Vorgehensweise ist das zeitintensive und aufwendige Verfahren, welches insgesamt 10 Schritte umfasst, wobei alleine Schritt 9 2-3 Tage dauert. Darüber hinaus beinhaltet Schritt 4 eine im technischen Maßstab nur sehr aufwendig zu realisierende Ultraschallbehandlung.
  • Weiterhin ist das auf diese Weise erhältliche Produkt erst oberhalb von 200 °C in der Lage, signifikante Mengen Wasser abzugeben. Röntgenbeugungsspektren des Produkts zeigen, dass das Produkt eine physikalische Mischung von Calciumcarbonat und Magnesiumhydroxid ist.
  • In der Patentanmeldung US 2006/0162884 A1 werden Mineralpigmente beschrieben, die ein Produkt enthalten, welches in situ durch Umsetzung eines Calciumcarbonats mit einer schwachen oder einer starken Säure, gasförmigem CO2 und einem bestimmten Salz erhalten wird. Dabei soll als Salz Aluminiumsilikat, synthetisches Silica, Calciumsilikat, ein Silikat eines monovalenten Salzes, wie z. B. Natriumsilikat, Kaliumsilikat und/oder Lithiumsilikat, Aluminiumhydroxid, Natriumaluminat und/oder Kaliumaluminat eingesetzt werden, wobei der Gehalt an monovalenten Silikatsalzen kleiner 0,1 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des Calciumcarbonats, sein soll. Die auf diese Weise erhältlichen Mineralpigmente sollen einen pH, gemessen bei 20°C, größer 7,5 aufweisen.
  • Die BET-Oberfläche des Mineralpigments dieser Druckschrift soll vorzugsweise zwischen 25 m2/g und 200 m2/g liegen.
  • In Ausführungsbeispiel 10 dieser Patentanmeldung werden zu einer Suspension von natürlichem Calciumcarbonat in Wasser Aluminiumhydroxidpulver und anschließend Natriumsilikat zugegeben und die resultierende Suspension mit Phosphorsäure behandelt.
  • Eine Zugabe eines Metallsalzes zu einer Calciumcarbonat-Suspension, welches in der Suspension, gemessen bei 20°C, eine Löslichkeit größer 9,0 mg/l aufweist, ist der Druckschrift allerdings nicht zu entnehmen.
  • Weiterhin beschäftigt sich diese Anmeldung nicht mit dem technischen Gebiet der vorliegenden Erfindung, nämlich der Zugänglichmachung von Rauchartikeln mit kotrollierten Glimmeigenschaften, sondern betrifft die Bereitstellung von Füllstoffen für Inkjet-Papiere und hat insbesondere die Verbesserung der Bedruckbarkeit herkömmlicher beschichteter oder unbeschichteter Papiere zum Ziel.
  • Schließlich sind für die Zwecke der vorliegenden Erfindung Stoffe nicht einsetzbar, bei welchen Calciumsilikate als Haupt- oder als Nebenprodukt gebildet werden, da Silikate nach einschlägigen gesetzlichen Bestimmungen in Zigarettenpapieren nicht zulässig sind.
  • Weiterhin ist das auf diese Weise erhältliche Produkt erst oberhalb von 200 °C in der Lage, signifikante Mengen Wasser abzugeben. Röntgenbeugungsspektren des Produkts zeigen, dass das Produkt eine physikalische Mischung von Calciumcarbonat und Magnesiumhydroxid ist.
  • WO-A-03/034845 beschreibt Zigaretten mit erhöhter Selbstlöschungstendenz, wobei das Zigarettenpapier ringförmige Zonen aufweist, deren Luftdurchlässigkeit durch die Gegenwart eines Polymers erniedrigt ist. Bei den eingesetzten Polymeren handelt es sich insbesondere um Polyvinylacetat, teilhydrolysiertes Polyvinylacetat oder Polyvinylalkohol.
  • EP 1 933 651 A1 beschreibt ein Rauchwarenumhüllungsmaterial, bei dem es sich um ein Basisumhüllungsmaterial handelt, auf das zumindest in diskreten Zonen eine Zusammensetzung aufgetragen ist, die ein mechanisch fragmentiertes, chemisch vernetztes Polysaccharid mit einer Teilchengröße (gewichtetes Mittel) des Polysaccharidtrockenprodukts im Bereich von 1 µm bis 1000 µm umfasst.
  • Die in Rauchwarenumhüllungsmaterialien üblicherweise verwendeten Füllstoffe sind somit mit Einschränkungen und Nachteilen behaftet, insbesondere da durch sie das Glimmverhalten des Rauchwarenumhüllungsmaterials nicht gezielt gesteuert werden kann. Es wäre aber erstrebenswert, ein Füllstoffe umfassendes Rauchwarenumhüllungsmaterial zu haben, bei dem das Glimmverhalten des Rauchwarenumhüllungsmaterials gezielt durch den Füllstoff gesteuert werden kann.
  • Vor diesem Hintergrund sollten bessere Möglichkeiten zur Reduktion der Entflammbarkeit von brennbaren Artikeln aufgezeigt werden. Gewünscht werden insbesondere bessere Lösungen für die Kontrolle der Glimmeigenschaften und des Verlöschungsverhaltens von Rauchartikeln, vor allem bessere Lösungen für die Steuerung der Glimmeigenschaften von Rauchartikeln, wobei die Rauchartikel beim gewöhnlichen Rauchen möglichst ohne Verlöschung glimmen sollen, aber bei Kontakt mit einem weiteren brennbaren Material dessen Entzündung bestmöglich verhindert werden sollte, d. h. die Rauchware sollte einerseits unbehindert an frei zutretender Luft abglimmen und andererseits auf Unterlagen, die ihrerseits brennbar sein können, selbst erlöschen. Dabei sollte die erfindungsgemäße Lösung auf möglichst einfache Art und Weise sowie möglichst kostengünstig realisierbar und möglichst universell einsetzbar sein.
  • Gelöst werden diese sowie weitere Aufgaben, die sich aus den in der Beschreibung der Erfindung diskutierten Zusammenhängen unmittelbar ergeben, durch die Bereitstellung eines Rauchwarenumhüllungsmaterials mit allen Merkmalen des vorliegenden Anspruchs 1. Die auf Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche beschreiben bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterials. In den übrigen Ansprüchen werden besonders vorteilhafte Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterials, die Verwendung des erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterials sowie unter Verwendung des erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterials hergestellte Rauchwaren unter Schutz gestellt.
  • Durch die erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen, welche nach einem Verfahren erhältlich sind, bei welchem man
    1. a) eine wässrige Suspension vorlegt, die Calciumcarbonat-Partikel enthält, und
    2. b) ein Metallsalz, umfassend ein Aluminiumkation, zugibt,
      wobei das Metallsalz
      1. (i) in der Lage ist, in der Suspension eine basische Aluminiumkomponente zu bilden, und
      2. (ii) in Wasser, gemessen bei dem pH-Wert der vorgelegten Suspension und einer Temperatur von 20°C, eine Löslichkeit größer 9,0 mg/l aufweist,
    wird auf nicht ohne Weiteres vorhersehbare Weise ein Additiv zur Verfügung gestellt, mit welchem die Entflammbarkeit, die Glimmeigenschaften und das Verlöschungsverhalten des Rauchwarenumhüllungsmaterials gezielt gesteuert werden können. Dabei ermöglicht die Verwendung der erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen insbesondere eine ausgezeichnete Steuerung der Glimmeigenschaften von Rauchartikeln, wobei die Rauchartikel beim gewöhnlichen Rauchen möglichst ohne Verlöschung glimmen, aber bei Kontakt mit einem weiteren Material, dessen Entzündung bestmöglich verhindert wird, d.h. die vorliegende Erfindung ermöglicht die Bereitstellung von Rauchwaren, die einerseits unbehindert an frei zutretender Luft abglimmen und andererseits auf Unterlagen, die ihrerseits brennbar sein können, selbst erlöschen. Die erfindungsgemäße Lösung kann auf einfachste Art und Weise äußerst kostengünstig realisiert werden und ist universell einsetzbar.
  • Verglichen mit den im Stand der Technik, insbesondere in den Patentanmeldungen JP 11-151082 A und EP 1 321 048 A1 beschriebenen Methoden zur Steuerung der Glimmeigenschaften herkömmlicher Rauchartikel sind die Vorteile der vorliegenden Erfindung insbesondere darin zu sehen, dass die erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen den in jedem Fall einzusetzenden Füllstoff in einem Rauchwarenumhüllungsmaterial substituieren können. Im Idealfall wird nur ein Zusatzstoff, nämlich die erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen verwendet, mit den entsprechend verfahrenstechnischen Vorteilen.
  • Verglichen mit Pulvern, umfassend eine physikalische Mischung von Calciumcarbonat und einer basischen Metallkomponente, wie z. B. Aluminiumhydroxid oder Magnesiumhydroxid, weisen die erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen mehrere Vorteile auf. Insbesondere ermöglichen sie eine bessere und effizientere Steuerung der Glimmeigenschaften von Rauchartikeln.
  • Bei der Herstellung von Rauchartikeln profitiert man davon, dass im Grunde der gleiche Füllstoff wie bisher, nämlich CaCO3, eingesetzt werden kann, mit der Folge, dass die bereits existierenden Verfahren zur Herstellung von Rauchartikeln, falls überhaupt, nur geringfügig modifiziert werden müssen. Die erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen sind leicht handhabbar und zeigen eine sehr gute Kompatibilität und ein hervorragendes Mischverhalten, insbesondere mit Langfaserzellstoffen.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind dementsprechend Rauchwarenumhüllungsmaterialien, die erfindungsgemäß verwendete Kompositteilchen umfassen, die durch ein Verfahren erhältlich sind, bei welchem man
    1. a) eine wässrige Suspension vorlegt, die Calciumcarbonat-Partikel enthält, und
    2. b) ein Metallsalz, umfassend ein Aluminiumkation, zugibt.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden Calciumcarbonat-Partikel in einer wässrigen Suspension vorgelegt.
  • Die in Schritt a) vorzulegende Suspension, die Calciumcarbonat-Partikel enthält, weist vorzugsweise einen pH Wert im Bereich von 6,0 bis 13,0, bevorzugt im Bereich von 6,0 bis 11,0, jeweils gemessen bei 20°C, auf.
  • Weiterhin umfasst die in Schritt a) vorzulegende Suspension, die Calciumcarbonat-Partikel enthält, jeweils bezogen auf ihr Gesamtgewicht, vorzugsweise mindestens 1,0 Gew.-%, bevorzugt mindestens 5,0 Gew.-%, insbesondere 8,0 Gew.-% bis 22,0 Gew.-%, Calciumcarbonat. Bei Zusatz geeigneter und an sich bekannter Viskositätsverbesserer sind aber wesentlich höhere Anteile von bis zu 75,0 Gew.-% Calciumcarbonat denkbar.
  • Zusätzlich kann die Suspension andere mineralische Stoffe, wie Talk, Kaolin, Titandioxid, Magnesiumoxid, enthalten, wobei diese mineralischen Stoffe sich in der Suspension bei Temperaturen im Bereich von 10°C bis 90°C und dem pH-Wert der Suspension zweckmäßigerweise inert verhalten. Der Anteil dieser mineralischen Stoffe in der Suspension, bezogen auf das Gesamtgewicht der Suspension, ist jedoch vorzugsweise kleiner 25,0 Gew.-%, bevorzugt kleiner 10,0 Gew.-%, besonders bevorzugt kleiner 5,0 Gew.-%, zweckmäßigerweise kleiner 1,0 Gew.-%, insbesondere kleiner 0,1 Gew.-%. Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Suspension abgesehen von den in dieser Anmeldung genannten essentiellen Komponenten keine weiteren mineralischen Stoffe. Erfindungsgemäß werden unter mineralischen Stoffen chemische Elemente oder chemische Verbindungen verstanden, bei denen es sich um kristallisierte Bestandteile handelt, die kleinste Bausteine enthalten, die ungeachtet gegebenenfalls vorhandener Kristallbaufehler und Unregelmäßigkeiten dreidimensional periodisch angeordnet sind und durch geologische Prozesse gebildet wurden.
  • Der Ursprung des eingesetzten Calciumcarbonats ist für die vorliegende Erfindung von untergeordneter Bedeutung und es können sowohl natürliche gemahlene Calciumcarbonatteilchen (GCC), als auch gefällte Calciumcarbonatteilchen (PCC) eingesetzt werden, wobei jedoch die Verwendung von gefällten Calciumcarbonat-Teilchen besonders vorteilhaft ist.
  • Die Form der bevorzugt eingesetzten Calciumcarbonatteilchen, insbesondere der gefällten Calciumcarbonatteilchen, unterliegt erfindungsgemäß keinen weiteren Beschränkungen und kann auf den konkreten Anwendungszweck abgestimmt werden. Bevorzugt werden jedoch skalenoedrische, rhomboedrische, nadelförmige, plättchenförmige oder kugelförmige (sphärische) Teilchen eingesetzt. Im Rahmen einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden nadelförmige (vorzugsweise aragonitische), rhomboedrische (vorzugsweise calcitische) und/oder skalenoedrische (vorzugsweise calcitische) Calciumcarbonatteilchen, zweckmäßigerweise nadelförmige (vorzugsweise aragonitische) und/oder skalenoedrische (vorzugsweise calcitische) Calciumcarbonatteilchen, insbesondere gefällte Calciumcarbonatteilchen, verwendet, wobei der Einsatz von skalenoedrischen (vorzugsweise calcitische) Calciumcarbonatteilchen, insbesondere von gefällten skalenoedrischen (vorzugsweise calcitische) Calciumcarbonatteilchen, am Meisten bevorzugt wird.
  • Der mittlere Durchmesser der eingesetzten Calciumcarbonatteilchen, vor allem der gefällten Calciumcarbonatteilchen, kann prinzipiell frei gewählt werden. Er liegt vorzugsweise im Bereich von 0,05 µm bis 30,0 µm, insbesondere im Bereich von 0,1 µm bis 15,0 µm.
  • Für skalenoedrische Calciumcarbonatteilchen ist der mittlere Durchmesser der Calciumcarbonatteilchen günstigerweise im Bereich von 0,05 µm bis 5,0 µm, vorzugsweise kleiner 3,0 µm, besonders bevorzugt kleiner 1,8 µm, insbesondere kleiner 1,6 µm. Weiterhin ist der mittlere Teilchendurchmesser in diesem Fall günstigerweise größer 0,1 µm, vorzugsweise größer 0,3 µm, besonders bevorzugt größer 0,6 µm, zweckmäßigerweise größer 0,8 µm, insbesondere größer 1,0 µm.
  • Die vorstehend genannten mittleren Teilchengrößen (auf Gewichtsbasis) der eingesetzten Calciumcarbonatteilchen, werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung zweckmäßigerweise mittels Sedimentationsanalyseverfahren ermittelt, wobei in diesem Zusammenhang die Verwendung eines Sedigraphs 5100 (Micromeritics GmbH) besonders vorteilhaft ist. Die Ermittlung dieser Messgröße erfolgt wie auch für alle anderen in dieser Anmeldung genannten Messgrößen, sofern nichts anderes angegeben wird, vorzugsweise bei 20°C.
  • Die Herstellung der wässrigen Suspension kann auf an sich bekannte Weise durch Mischen der Komponenten erfolgen. Alternativ ist es auch möglich, die wässrige Suspension in situ beispielsweise durch Einleiten von CO2-haltigem Gas in wässrige Kalkmilch herzustellen.
  • In Schritt b) wird ein Metallsalz, das ein Aluminiumkation umfasst, zu der wässrigen Suspension, bevorzugt zu einer wässrigen Calciumcarbonat-haltigen Suspension, zugegeben. Dabei ist das eingesetzte Metallsalz ferner dadurch gekennzeichnet, dass es in der Lage ist, in der Suspension quasi in situ eine basische Aluminiumkomponente bilden zu können.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung weist das Aluminiumkationen enthaltende Metallsalz, welches in der Lage ist, eine basische Metallkomponente zu bilden, in Wasser, gemessen bei dem pH-Wert der vorgelegten Suspension und einer Temperatur von 20°C, eine Löslichkeit größer 9,0 mg/l, bevorzugt größer 100,0 mg/l, besonders bevorzugt größer 500,0 mg/l, zweckmäßigerweise größer 1,0 g/l, günstigerweise größer 5,0 g/l, noch mehr bevorzugt größer 100,0 g/l, insbesondere größer 400,0 g/l, auf. Im Folgenden wird es daher gelegentlich als "wasserlösliches Metallsalz" bezeichnet.
  • Darüber hinaus umfasst das Metallsalz, welches in der Lage ist, eine basische Metallkomponente zu bilden, vorzugsweise weniger als 10,0 mol-%, bevorzugt weniger als 5,0 mol-%, günstigerweise weniger als 1,0 mol-%, besonders bevorzugt weniger als 0,1 mol-%, insbesondere keine von Hydroxid verschiedene Anionen, welche in der Lage sind, mit Ca2+-Ionen Salze zu bilden, die in Wasser, gemessen bei dem pH-Wert der vorgelegten Suspension und einer Temperatur von 20°C, eine Löslichkeit kleiner 5,0 g/l, bevorzugt kleiner 2,5 g/l, besonders bevorzugt kleiner gleich 2,0 g/l, insbesondere kleiner 1,0 g/l, aufweisen. Vor allem ist der Anteil von Metallsalzen, die Sulfat- und/oder Silikationen umfassen, für die Zwecke der vorliegenden Erfindung möglichst gering.
  • Im Hinblick auf die in der folgenden Aufstellung zusammengefassten Wasserlöslichkeiten einiger Salze wird daher die Verwendung von Al(NO3)3 für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt, wohingegen die Verwendung von Al(OH)3 als wasserlösliches Metallsalz erfindungsgemäß nicht möglich ist.
    Salz Wasserlöslichkeit bei 20°C [mg/l]
    Al(NO3)3 419.000
    Al(OH)3 1,5
    CaCl2 740.000
    Ca(NO3)2 >1470.000
    CaSiO3 praktisch unlöslich
    Ca(OH)2 1.700
    CaCO3 14
  • Weitere für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besonders geeignete Metallsalze, welche in der Lage sind, eine basische Metallkomponente zu bilden, schließen Aluminiumchlorid, Polyaluminiumchlorid, Aluminiumsulfat, Aluminiumnitratsulfat,Polyaluminiumnitratsulfat (Nicasol® der Firma Sachtleben Wasserchemie), Aluminiumhydroxidchlorid, Aluminiumhydroxidchloridsulfat und Aluminiumhydroxidnitratsulfat ein.
  • Darüber hinaus haben sich Aluminate als Metallsalze besonders bewährt. Hierbei handelt es sich um Salze der Aluminiumsäure HAlO2·H2O, bei denen Aluminium ein komplexes Anion [Al(OH)4]- mit Hydroxidionen als Liganden bildet, sowie Salze, bei denen das Anion als Kondensat des Aluminations vorliegt. Besonders bevorzugte Aluminate genügen der allgemeinen Formel Met[Al(OH)4] mit Met gleich einem einwertigen Kation, insbesondere Natriumaluminat (NaAl(OH)4) und Kaliumaluminat (KAl(OH)4).
  • Erfindungsgemäß hat sich die Zugabe eines Aluminiumsalzes als ganz besonders günstig erwiesen.
  • Die Zugabemenge des wasserlöslichen Metallsalzes wird vorzugsweise derart gewählt, dass das Gewichtsverhältnis von Aluminium des wasserlöslichen Metallsalzes zum Mineral der Calciumcarbonat-Partikel im Bereich von 0,01 bis 25,0, bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 20,0, besonders bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 15,0, insbesondere im Bereich von 2,0 bis 7,5, liegt.
  • Die Umsetzung der Komponenten in Schritt b) wird vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 5°C bis 90°C, vorzugsweise im Bereich von 15°C bis 30°C, durchgeführt und führt vorzugsweise zur in situ Bildung der erfindungsgemäß verwendeten basischen Kompositteilchen.
  • Die erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen fallen unter den oben genannten Bedingungen aus der Reaktionsmischung aus und können auf an sich bekannte Weise, z. B. durch Filtration oder Zentrifugation, von der Mutterlauge getrennt werden. Zur weiteren Aufreinigung können die Kompositteilchen bei Bedarf mit Wasser, Aceton und/oder anderen geeigneten Substanzen gewaschen werden.
  • Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung wird die Suspension der Kompositteilchen ohne Isolation der erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen direkt im Papierherstellungsprozess eingesetzt.
  • Möglich ist darüber hinaus die Zugabe eines Metallsalzes während der Herstellung einer Calciumcarbonatsuspension aus wässriger Ca(OH)2-Suspension (Kalkmilch) durch Einleitung von CO2. Bevorzugt wird in diesem Zusammenhang ein Verfahren, bei welchem man
    • a) eine wässrige Ca(OH)2-Suspension vorlegt,
    • b) eine erste Menge CO2 enthaltendes Gas in die wässrige Ca(OH)2-Suspension einleitet,
    • c) ein Metallsalz, umfassend ein Aluminiumkation, zugibt,
    • d) eine zweite Menge CO2 enthaltendes Gas in das Reaktionsgemisch einleitet und
    • c) die sich bildenden Kompositteilchen isoliert.
  • Die vorstehend beschriebenen Verfahren führen zu einem Einbau der sich vorzugsweise in situ bildenden basischen Metallkomponente in die vorgelegten Calciumcarbonatteilchen. Hinsichtlich der reinen basischen Metallkomponenten sind die erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen vorzugsweise röntgenamorph, d. h. die Fernordnungsreichweite der zugegebenen basischen Metallkomponenten liegt unterhalb der Kohärenzlänge der verwendeten Röntgenstrahlung, insbesondere unterhalb der Kohärenzlänge von Cu Kα-Strahlung (Wellenlänge 154 pm).
  • Röntgenbeugungsuntersuchungen an den erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen zeigen daher vorzugsweise keine Bragg-Reflexe der reinen basischen Metallkomponenten, insbesondere von Aluminiumhydroxid, sondern, falls überhaupt, lediglich sogenannte Signalbuckel, die die übliche Gaußverteilung der mittleren Atomabstände der reinen basischen Metallkomponente wiedergeben.
  • Dementsprechend können Röntgenbeugungsspektren in der Regel dazu genutzt werden, die erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen von herkömmlichen Mischungen von mineralischen Partikeln und einer basischen Metallkomponente , insbesondere von herkömmlichen Mischungen von Calciumcarbonat und einer basischen Metallkomponente, zu unterscheiden.
  • So ist insbesondere bei Aluminium-haltigen Kompositteilchen, die calcitisches Calciumcarbonat enthalten, in einer Röntgenbeugungsaufnahme der erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen die Signalintensität bei 2θ=18,3±1,0, bevorzugt bei 26=18,3±0,5, insbesondere bei 26=18,3, üblicherweise kleiner 100,0 %, bevorzugt kleiner 75,0 %, besonders bevorzugt kleiner 50,0 %, günstigerweise kleiner 25,0 %, zweckmäßigerweise kleiner 10,0 %, noch mehr bevorzugt kleiner 5,0 %, ganz besonders bevorzugt kleiner 1,0 %, insbesondere kleiner 0,1 %, wobei die Intensität des Signals bei 2θ=29,5±1,0, bevorzugt bei 2θ=29,5±0,5, insbesondere bei 2θ=29,5, in derselben Röntgenbeugungsaufnahme als 100% definiert wird.
  • Für Aluminium-haltige Kompositteilchen, die aragonitisches Calciumcarbonat enthalten, ist in einer Röntgenbeugungsaufnahme der erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen die Signalintensität bei 2θ=18,3±1,0, bevorzugt bei 2θ=18,3±0,5, insbesondere bei 2θ=18,3, üblicherweise kleiner 100,0 %, bevorzugt kleiner 75,0 %, besonders bevorzugt kleiner 50,0 %, günstigerweise kleiner 25,0 %, zweckmäßigerweise kleiner 10,0 %, noch mehr bevorzugt kleiner 5,0 %, ganz besonders bevorzugt kleiner 1,0 %, insbesondere kleiner 0,1 %, wobei die Intensität des Signals bei 2θ=26,2±1,0, bevorzugt bei 2θ=26,2±0,5, insbesondere bei 2θ=26,2, in derselben Röntgenbeugungsaufnahme als 100% definiert wird.
  • Der strukturelle Unterschied zwischen den erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen und herkömmlichen Mischungen aus mineralischen Partikeln und basischer Metallkomponente, insbesondere zwischen den erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen und herkömmlichen Mischungen aus Calciumcarbonatpartikeln und basischer Metallkomponente, führt weiterhin zu einem unterschiedlichen Verhalten der erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen im Vergleich mit herkömmlichen Mischungen aus mineralischen Partikeln und basischer Metallkomponente, insbesondere im Vergleich mit herkömmlichen Mischungen aus mineralischen Partikeln und basischer Metallkomponente, bei thermogravimetrischen Untersuchungen. Die erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen geben bei Erhitzung ab Raumtemperatur (20°C) bis auf über 200°C, vorzugsweise bis auf über 300°C, insbesondere bis auf über 450°C kontinuierlich Wasser ab, wohingegen eine Mischung aus mineralischen Partikeln und Al(OH)3, insbesondere aus PCC und Al(OH)3, erst ab einer Mindesttemperatur von größer 200°C signifikante Mengen Wasser abgibt.
  • Die thermogravimetrischen Untersuchungen werden in diesem Zusammenhang vorzugsweise im Bereich von 40°C bis 1000°C durchgeführt. Die Heizrate ist vorzugsweise 20°C/min. Die erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen, die vorzugsweise eine Feuchte, gemessen bei 130°C, kleiner 5%, bevorzugt kleiner 4%, insbesondere kleiner 3%, aufweisen, zeigen in der thermogravimetrischen Analyse im Bereich von 40°C bis 200°C bei einer Heizrate von 20°C vorzugsweise einen Gewichtsverlust von mindestens 0,4 %, bevorzugt von mindestens 5,0 %, insbesondere von mindestens 10,0 %.
  • Die Zusammensetzung der erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen kann prinzipiell frei gewählt und an den konkreten Anwendungszweck angepasst werden. Im Sinne der vorliegenden Erfindung haben sich jedoch Kompositteilchen als besonders geeignet erwiesen, die, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Kompositteilchen,
    1. a) mindestens 23,2 Gew.-%, bevorzugt mindestens 30,3 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 34,8 Gew.-%, insbesondere mindestens 37,3 Gew.-%, Calcium,
    2. b) mindestens 34,8 Gew.-%, bevorzugt mindestens 45,4 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 52,0 Gew.-%, insbesondere mindestens 55,8 Gew.-%, Carbonat,
    3. c) mindestens 0,1 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 1,0 Gew.-%, insbesondere mindestens 2,5 Gew.-%, eines Aluminiumkations und
    4. d) mindestens 0,1 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,7 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 1,3 Gew.-%, insbesondere mindestens 3,5 Gew.-%, Hydroxid umfassen.
  • Die jeweiligen Anteile von Calcium, Carbonat und des Aluminiumkations werden dabei vorzugsweise mittels Röntgenfluoreszensanalyse ermittelt. Der Hydroxidanteil wird vorzugsweise aus der Differenz zu 100 Gew.-% ermittelt.
  • Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung liegt die BET-Oberfläche der erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen vorzugsweise im Bereich von 0,1 m2/g bis 100 m2/g, bevorzugt im Bereich von 1,0 m2/g bis kleiner 25,0 m2/g, besonders bevorzugt im Bereich von 2,5 m2/g bis kleiner 20,0 m2/g, insbesondere im Bereich von 5,0 m2/g bis 12,0 m2/g.
  • Die spezifische Oberfläche (BET-Oberfläche) der Kompositteilchen wird vorzugsweise mittels Stickstoff-Adsorption unter Verwendung der BET-Methode ermittelt. Die Verwendung eines Micromeritics Gemini 2360 Analysegeräts hat sich in diesem Zusammenhang ganz besonders bewährt. Zweckmäßigerweise werden die Proben vor der Adsorptionsmessung bei 130°C für mindestens 3 Stunden, insbesondere für mindestens 12 Stunden, entgast, wobei hierfür die Verwendung eines FlowPrep 060 Entgasers besonders vorteilhaft ist.
  • Mögliche Anwendungsgebiete der erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen sind unmittelbar offensichtlich. Sie eignen sich insbesondere als Additiv für brennbare Substanzen, um deren Glimmeigenschaften zu steuern. Sie werden daher insbesondere als Additiv zur Steuerung der Glimmeigenschaften eingesetzt.
  • Darüber hinaus hat ein Zusatz der erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen einen starken selbstverlöschenden Effekt, da die erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen kontinuierlich Wasser freisetzen und auf diese Weise die Glut selbst löschen.
  • Die Anwendung der erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen ist daher insbesondere in Rauchartikeln, insbesondere in Zigaretten besonders vorteilhaft.
  • Für Zigarettenpapiere, Belagpapiere und Filterumhüllungspapiere werden üblicherweise Zugabemengen der erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen gewählt, die dem Gehalt der üblicherweise verwendeten Füllstoffe entsprechen, wobei die Zusatzmengen bevorzugt im Bereich von 0,1 Gew.-% bis 50,0 Gew.-%, insbesondere im Bereich von 0,2 Gew.-% bis 45,0 Gew.-% liegen, um die Steuerung der Glimmeigenschaften zu gewährleisten.
  • Im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen in Rauchwarenumhüllungsmaterialien eingesetzt. Hier sind die erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen vorzugsweise in der Lage, neben ihrer Funktion als Füllstoff dem Rauchwarenumhüllungsmaterial kontrollierte Glimmeigenschaften zu verleihen.
  • Üblicherweise weisen die erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen für diese Anwendung eine mittlere Teilchengröße von 0,1 µm bis 10 µm, vorzugsweise von 0,5 µm bis 5 µm, insbesondere von 1 µm bis 3 µm auf.
  • Weiterhin liegt die BET-Oberfläche der erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen für diese Anwendung vorzugsweise im Bereich von 0,1 m2/g bis 100 m2/g, bevorzugt im Bereich von 1,0 m2/g bis kleiner 25,0 m2/g, besonders bevorzugt im Bereich von 2,5 m2/g bis kleiner 20,0 m2/g, insbesondere im Bereich von 5,0 m2/g bis 12,0 m2/g.
  • Der Gesamtgehalt des erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterials an Füllstoffen beträgt üblicherweise 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-%, gewöhnlich 0,2 bis 45 Gew.-%, bevorzugt 10 Gew.-% bis 45 Gew.-%, vorzugsweise 15 Gew.-% bis 40 Gew.-%, insbesondere 25 Gew.-% bis 35 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Rauchwarenumhüllungsmaterials.
  • Neben den erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen kann das erfindungsgemäße Rauchwarenumhüllungsmaterial optional weitere Füllstoffe wie Calciumcarbonat, Titandioxid, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Kaolin, kalziniertes Kaolin oder Talkum enthalten. Der Anteil dieser weiteren Füllstoffe, bezogen auf das Gesamtgewicht des Rauchwarenumhüllungsmaterials, ist jedoch vorzugsweise kleiner 25,0 Gew.-%, bevorzugt kleiner 10,0 Gew.-%, besonders bevorzugt kleiner 5,0 Gew.-%, zweckmäßigerweise kleiner 1,0 Gew.-%, insbesondere kleiner 0,1 Gew.-%.
  • Bei dem Rauchwarenumhüllungsmaterial kann es sich um ein Zigarettenpapier, das den Tabakstrang umhüllt, ein Filterumhüllungspapier, das den Filter umgibt, oder ein Belagpapier (Basispapier für den Mundstückbelag, das auch als Tippingpapier bezeichnet wird) handeln. Ferner kann es sich um Zigarettenpapier filterloser Zigaretten handeln, das den Tabakstrang umhüllt. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterial um ein Zigarettenpapier. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterial um ein Belagpapier.
  • Ferner kann das erfindungsgemäße Rauchwarenumhüllungsmaterial optional weitere Bestandteile, wie eine die Brenngeschwindigkeit verzögernde Substanz und/oder eine die Brenngeschwindigkeit beschleunigende Substanz mit 0,1 % bis 6 %, vorzugsweise 0,3 % bis 3 % Gewichtsanteil enthalten.
  • Weitere bevorzugte optionale Bestandteile sind Bindemittel auf Basis von Polysacchariden wie Guar, Galaktomannan, Stärke und deren Derivate, Carboxylmethylcellulose und Naßfestmittel für eine temporäre oder dauerhafte Naßfestigkeit und Leimungsmittel zur Hydrophobierung und Steuerung der Penetrationsfähigkeit des Rauchwarenumhüllungsmaterials.
  • Als die Brenngeschwindigkeit beschleunigende Substanz lassen sich bei Bedarf Alkali- oder Erdalkalimetallsalze, wie Natrium-, Kalium- und Magnesiumsalze, oder Carbonsäuresalze, wie Essigsäure-, Citronensäure-, Äpfelsäure-, Milchsäure- und Weinsäuresalze, insbesondere Citronensäuresalze, einsetzen.
  • Die Anteile der jeweiligen Bestandteile in dem erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterial betragen, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Rauchwarenumhüllungsmaterials, üblicherweise - falls vorhanden - 0 bis 6 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 Gew.-% bis 3 Gew.-% eines die Brenngeschwindigkeit verzögernden und/oder beschleunigenden Substanz.
  • Bevorzugte Basisumhüllungsmaterialien für das erfindungsgemäße Rauchwarenumhüllungsmaterial bestehen üblicherweise aus Zellstofffasern, die beispielsweise aus Flachs, Weichholz oder Hartholz erhalten werden. Um die Eigenschaften des Basisumhüllungsmaterials - falls gewünscht - zu verändern, können auch verschiedene Gemische von Zellstofffasern als Basisumhüllungsmaterial verwendet werden.
  • Die für die Papierherstellung verwendeten Zellstofffasern werden üblicherweise in Lang- und Kurzfasern unterschieden, wobei es sich bei Langfasern typischerweise um Zellstofffasern aus Nadelhölzern, wie Fichte oder Kiefer, mit einer Länge von mehr als 2 mm handelt, während die Kurzfasern von Laubhölzern, wie Birke, Buche oder Eukalyptus stammen und typischerweise eine Länge von weniger als 2 mm, häufig weniger als 1 mm aufweisen.
  • Das erfindungsgemäße Rauchwarenumhüllungsmaterial besitzt in Abwesenheit der erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen üblicherweise eine Luftdurchlässigkeit von 5 CU bis 200 CU (= Coresta-Einheiten), vorzugsweise von 20 CU bis 130 CU, insbesondere 30 CU bis 90 CU. Zusätzliche Perforationen unterschiedlicher Art, die in das erfindungsgemäße Rauchwarenumhüllungsmaterial eingearbeitet werden, können zu Rauchwarenumhüllungsmaterialien mit Luftdurchlässigkeiten von mehr als 200 CU führen.
  • Die Flächemasse des erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterials beträgt üblicherweise 10 g/m2 bis 120 g/m2, vorzugsweise 15 g/m2 bis 80 g/m2, stärker bevorzugt 15 g/m2 bis 70 g/m2, noch stärker bevorzugt 18 g/m2 bis 40 g/m2.
  • Die Herstellung des erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterials erfolgt üblicherweise auf Papiermaschinen, beispielsweise auf Langsiebmaschinen.
  • In einem ersten Schritt der Herstellung wird der Zellstoff üblicherweise in Wasser suspendiert und danach in einem Mahlaggregat, einem sogenannten Refiner, gemahlen. Es ist üblich, dass Kurz- und Langfasern separat gemahlen werden. Die Intensität, mit der der Zellstoff gemahlen wurde, wird durch die Messung des Mahlgrads, beispielsweise nach ISO 5267 ("Pulps. Determination of drainability - Part 1: Schopper-Riegler method") bestimmt. Das Ergebnis dieser Messung wird in Grad nach Schopper-Riegler (°SR) angegeben.
  • Typischerweise wird Langfaserzellstoff für die Anwendung in erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterialien bis zu einem Mahlgrad von 50-90 °SR, vorzugsweise auf 70 - 80 °SR ausgemahlen.
  • Kurzfaserzellstoff wird meistens deutlich weniger stark gemahlen und erreicht einen Mahlgrad von 20 °SR bis 60 °SR, vorzugsweise 40 °SR bis 60 °SR. Die Mahlung von Kurzfaserzellstoffen kann auch ganz entfallen.
  • Die hergestellte Zellstoffsuspension wird aus einem Stoffauflauf der Papiermaschine auf ein Entwässerungssieb geführt und kann dort mit verschiedenen Mitteln entwässert werden, beispielsweise durch Schwerkraft oder Vakuum. Danach kann das feuchte Fasernetzwerk durch eine Pressenpartie laufen, in der sie durch mechanischen Druck gegen einen Preßfilz weiter entwässert wird. Schließlich kann das Fasernetzwerk noch durch eine Trockenpartie laufen und durch Trockenfilze oder Trockensiebe, die das Fasernetzwerk gegen eine heiße - beispielsweise mit Dampf beheizte-Trockenzylinderoberfläche drücken und dadurch das Fasernetzwerk trocknen. Anstatt der Trockenpartie mit Trockenzylindern kann auch eine Durchströmtrocknung oder Prallströmtrocknung und/oder eine andere Art der Konvektionstrocknung verwendet werden. Anschließend kann das fertige Rauchwarenumhüllungsmaterial aufgerollt werden. Falls gewünscht, können noch weitere Bearbeitungsschritte in der Papiermaschine durchgeführt werden, beispielweise eine Leimung in einer Leim- oder Filmpresse, das Aufbringen von Wasserzeichen, eine Prägung usw.
  • Die erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen können entweder der Zellstoffsuspension vor dem Entwässern zugemischt und/oder der Zellstoffpulpe nach der Entwässerung beispielsweise über eine Leimpresse oder durch Aufsprühen zugegeben und/oder auf die Oberfläche des wie oben beschrieben hergestellten erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterials durch Applikation, beispielsweise Tränken, Aufsprühen, Aufdrucken, Aufstreichen, aufgebracht werden.
  • Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterials besonders bevorzugt, welches ein Herstellen eines erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterials auf einer Papiermaschine unter Verwendung einer Zellstoffsuspension umfasst, die erfindungsgemäß verwendete Kompositteilchen enthält.
  • Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterials besonders bevorzugt, welches ein Herstellen eines Rauchwarenumhüllungsmaterials auf einer Papiermaschine umfasst, wobei der Zellstoffpulpe nach der Entwässerung über eine Leimpresse und/oder durch beliebige andere Applikationsvorrichtungen erfindungsgemäß verwendete Kompositteilchen zugegeben werden.
  • Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterials besonders bevorzugt, welches ein Applizieren erfindungsgemäß verwendeter Kompositteilchen auf ein mittels einer Papiermaschine hergestelltes Rauchwarenumhüllungsmaterial umfasst.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform werden die erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen der Zellstoffsuspension zugegeben. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen auf die Oberfläche eines beispielsweise mittels Papiermaschine hergestellten erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterials entweder ganzflächig oder lediglich in speziellen Zonen, vorzugsweise lediglich in speziellen Zonen, wie es nachfolgend beschrieben ist, appliziert.
  • In einer Ausführungsform, wenn es sich bei dem erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterial um ein Belagpapier handelt, kann auf den Einsatz weiterer Füllstoffe neben den erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen in dem Belagpapier verzichtet werden. Die Menge an erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen in einem solchen Belagpapier, das diese als Füllstoff enthält, kann üblicherweise 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-%, gewöhnlich 0,2 bis 45 Gew.-%, bevorzugt 10 Gew.-% bis 45 Gew.-% betragen.
  • In einer weiteren Ausführungsform, wenn es sich bei dem erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterial um ein Filterumhüllungspapier handelt, kann auf den Einsatz weiterer Füllstoffe neben den erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen in dem Filterumhüllungspapier verzichtet werden. Die Menge an erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen in einem solchen Filterumhüllungspapier, das diese als Füllstoff enthält, kann üblicherweise 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-%, gewöhnlich 0,2 bis 45 Gew.-%, bevorzugt 10 Gew.-% bis 45 Gew.-%, betragen.
  • In einer weiteren Ausführungsform, wenn es sich bei dem erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterial um ein Zigarettenpapier handelt, können die erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen als alleiniger Füllstoff in Mengen von üblicherweise 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-%, gewöhnlich 0,2 bis 45 Gew.-%, bevorzugt 10 Gew.-% bis 45 Gew.-%" bezogen auf das Gewicht des Zigarettenpapiers, oder als ein Bestandteil eines Füllstoffgemisches eingesetzt werden, wobei die gesamte Füllstoffmenge üblicherweise 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-%, gewöhnlich 0,2 bis 45 Gew.-%, bevorzugt 10 Gew.-% bis 45 Gew.-%" bezogen auf das Gewicht des Zigarettenpapiers, beträgt und der Anteil der erfindungsgemäß einzusetzenden Kompositteilchen 20 % bis 99 %, vorzugsweise 50 % bis 99 %, insbesondere 60 % bis 99 %, bezogen auf das Gewicht des Füllstoffgemisches, beträgt. Bei dem Füllstoffgemisch kann es sich um ein Gemisch aus den erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen und einem weiteren Füllstoff, vorzugsweise gefälltem Calciumcarbonat, das beispielsweise mittels einer Fällungsreaktion von Calciumhydroxid und Kohlenstoffdioxid hergestellt wurde, handeln.
  • Durch Einarbeitung eines derartigen Füllstoffgemisches in das erfindungsgemäße Rauchwarenumhüllungsmaterial ist es möglich, die üblicherweise glimmfördernde Wirkung des weiteren Füllstoffs, beispielsweise des gefällten Calciumcarbonats, durch Zugabe geeigneter Anteile von mehr als 20 %, vorzugsweise von mehr als 50 % der erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen, die eine glimmverzögernde Wirkung aufweisen, bezogen auf das Gewicht des Füllstoffgemisches, zu modifizieren, beispielsweise eine glimmfördernde Wirkung aufzuheben, wobei erfindungsgemäß festgestellt wurde, dass diese Wirkung üblicherweise bei Anteilen von größer 30 % der erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen, bezogen auf das Gewicht des Füllstoffgemisches, beginnt. Somit ist es möglich, die Glimmeigenschaften des erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterials, beispielsweise die Glimmgeschwindigkeit von Zigarettenpapier und somit die Zugzahl von Rauchwaren, z.B. Zigaretten, gezielt zu steuern, ohne weitere Parameter des Zigarettenpapiers wie Flächenmasse, Luftdurchlässigkeit, Glimmsalzmenge und - art ändern zu müssen. Dies kann für ein ausgewogenes sensorisches Ergebnis der Rauchware genutzt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann es sich bei dem erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterial um ein Zigarettenpapier handeln, das diskrete Zonen enthält, in denen die Luftdurchlässigkeit des Basisumhüllungsmaterials verändert ist (sog. LIP-Zigarettenpapiere). In einer Ausführungsform handelt es sich bei den diskreten Zonen mit veränderter Luftdurchlässigkeit um Zonen mit einer Luftdurchlässigkeit von 0 CU bis 30 CU, vorzugsweise 3 CU bis 15 CU, insbesondere 3 CU bis 10 CU.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterial, auf das die oben genannten diskreten Zonen appliziert werden, in denen die Luftdurchlässigkeit des Basisumhüllungsmaterials verändert ist, kann es sich in einer Ausführungsform um ein Rauchwarenumhüllungsmaterial handeln, in das die erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen eingearbeitet wurden, oder alternativ in einer weiteren Ausführungsform um ein Rauchwarenumhüllungsmaterial handeln, das die erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen nicht enthält. In einer bevorzugten Ausführungsform werden auf ein erfindungsgemäßes Rauchwarenumhüllungsmaterial diskrete Zonen appliziert, die erfindungsgemäß verwendete Kompositteilchen in einer Menge von 5 Gew.-% bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der applizierten diskreten Zonen, enthalten, wobei das erfindungsgemäße Rauchwarenumhüllungsmaterial, auf das die diskreten Zonen appliziert werden, die erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen in einer Menge von 15 %-40 %, bezogen auf das Gesamtgewicht des erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterials, enthalten.
  • Die diskreten Zonen können durch Applikation eines Glimmsalzes, beispielsweise der oben genannten, und/oder der erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen und/oder eines Gemisches aus erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen und einem weiteren Füllstoff, wie beispielsweise Calciumcarbonat, und/oder eines mechanisch fragmentierten, chemisch vernetzten Polysaccharids gegebenenfalls in Verbindung mit den erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen gebildet werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform werden diskrete Zonen auf ein erfindungsgemäßes Rauchwarenumhüllungsmaterial, das eine die Brenngeschwindigkeit verzögernde Substanz und gegebenenfalls die erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen enthält, appliziert, wobei die die diskreten Zonen bildende zu applizierende Substanz ebenfalls eine die Brenngeschwindigkeit verzögernde Substanz enthält, so dass das die diskreten Zonen aufweisende erfindungsgemäße Rauchwarenumhüllungsmaterial dadurch gekennzeichnet ist, dass der Gehalt an die Brenngeschwindigkeit verzögernder Substanz in den Bereichen in den diskreten Zonen und außerhalb der diskreten Zonen unterschiedlich ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden diskrete Zonen auf ein erfindungsgemäße Rauchwarenumhüllungsmaterial, das eine die Brenngeschwindigkeit verändernde Substanz und gegebenenfalls erfindungsgemäß verwendete Kompositteilchen enthält, appliziert, wobei die die diskreten Zonen bildende zu applizierende Substanz eine die Brenngeschwindigkeit verändernde Substanz enthält, die von der in dem Rauchwarenumhüllungsmaterial enthaltenen die Brenngeschwindigkeit verzögernden Substanz verschieden ist, so dass das die diskreten Zonen aufweisende erfindungsgemäße Rauchwarenumhüllungsmaterial dadurch gekennzeichnet ist, dass die Art der die Brenngeschwindigkeit verändernden Substanz in den Bereichen in den diskreten Zonen und außerhalb der diskreten Zonen unterschiedlich ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden diskrete Zonen auf ein erfindungsgemäßes Rauchwarenumhüllungsmaterial, das erfindungsgemäß verwendete Kompositteilchen enthält, appliziert, wobei die die diskreten Zonen bildende zu applizierende Substanz ebenfalls erfindungsgemäß verwendete Kompositteilchen enthält, so dass das die diskreten Zonen aufweisende erfindungsgemäße Rauchwarenumhüllungsmaterial dadurch gekennzeichnet ist, dass der Gehalt an erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen in den Bereichen in den diskreten Zonen und außerhalb der diskreten Zonen unterschiedlich ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden diskrete Zonen auf ein erfindungsgemäße Rauchwarenumhüllungsmaterial, das erfindungsgemäß verwendete Kompositteilchen enthält, appliziert, wobei die die diskreten Zonen bildende zu applizierende Substanz ein mechanisch fragmentiertes, chemisch vernetztes Polysaccharid enthält, so dass das die diskreten Zonen aufweisende erfindungsgemäße Rauchwarenumhüllungsmaterial dadurch gekennzeichnet ist, dass der Gehalt an erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen in den Bereichen in den diskreten Zonen und außerhalb der diskreten Zonen nicht unterschiedlich ist.
  • Durch die Einarbeitung der erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen in das erfindungsgemäße Rauchumhüllungsmaterial vor Applikation diskreter Zonen ist es möglich, insbesondere wenn beispielsweise ein mechanisch fragmentiertes, chemisch vernetztes Polysaccharid in diskreten Zonen appliziert wird, dass das mechanisch fragmentierte, chemisch vernetzte Polysaccharid in den diskreten Zonen in geringeren Mengen als bisher zur Verringerung der Luftdurchlässigkeit auf beispielsweise 3 CU bis 15 CU eingesetzt werden kann. Somit zeichnet sich ein diskrete Zonen verringerter Luftdurchlässigkeit aufweisendes erfindungsgemäßes Rauchwarenumhüllungsmaterial auch dadurch aus, dass die diskreten Zonen für das menschliche Auge nicht mehr oder deutlich weniger erkennbar sind.
  • Darüber hinaus wird bei einem derartigen erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterial mit diskreten Zonen verringerter Luftdurchlässigkeit ein geringerer sensorischer Unterschied beim Abrauchen der Rauchware beim Vergleich der diskreten Zone und den Bereichen außerhalb der diskreten Zone gegenüber herkömmlichen Zigarettenpapieren ohne erfindungsgemäß verwendete Kompositteilchen und entsprechend stark ausgeprägten Unterschieden zwischen diskreter Zone und den Bereichen außerhalb der diskreten Zone wahrgenommen.
  • Als mechanisch fragmentiertes, chemisch vernetztes Polysaccharid kann ein(e) einer mechanischen Fragmentierung und einer chemischen Vernetzung unterzogene(s) Stärke, modifizierte Stärke, Stärkederivat, Cellulose, Cellulosederivat, Chitosan, Chitosanderivat, Chitin, Chitinderivat, Alginat, Alginatderivat oder eine Kombination dieser Verbindungen, bevorzugt eine mechanisch fragmentierte, chemisch vernetzte Stärke, verwendet werden.
  • Unter einem mechanisch fragmentierten, chemisch vernetzten Polysaccharid wird ein Polysaccharid verstanden, das durch eine Scherwirkung und anschließende Expansion unter Verwendung von beispielsweise einem Extruder zerkleinert wird, wobei dieses Polysaccharid auch verschiedensten chemischen Reaktionen wie beispielsweise einer Oxidation oder Reduktion unterworfen werden kann.
  • So kann im Falle der Verwendung einer Stärke als kornförmige Ausgangsstärke beispielsweise eine native oder eine oxidativ, thermisch oder hydrolytisch abgebaute Stärke oder ein chemisch modifiziertes Ether- oder Esterderivat hiervon verwendet werden.
  • Die Herstellung ionisierter Polysaccharidderivate kann z.B. mit folgenden Kationisierungs- bzw. Anionisierungsmitteln im Substitutionsbereich zwischen 0,02 - 0,1 (D.S.) erfolgen: 3- Chlor-2-hydroxypropyltrimethylammoniumchlorid, 2,3-Epoxipropyltrimethylammoniumchlorid, 3-Chlor-2-hydroxy-propyldimethyldodecylammoniumchlorid, 3-Chlor-2-hydroxypropyl-dimethyloctadecylammoniumchlorid, Natriummonochloracetat, Essigsäureanhydrid und/oder Maleinsäureanhydrid.
  • Zur Vernetzung werden bevorzugt 0,1 Gew.-% - 0,8 Gew.% eines bifunktionellen oder polyfunktionellen Mittels, berechnet auf Basis des Gewichts des Polysaccharids in Kornform, das mit wenigstens zwei freien Hydroxylgruppen der Polysaccharidmoleküle reagieren kann, mit den Stärkekörnern umgesetzt. Das einsetzbare bifunktionelle oder polyfunktionelle Mittel ist hierbei üblicherweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus aliphatischen Epoxyhalogen- oder-dihalogenverbindungen, Phosphoroxyhalogeniden, Alkalimetaphosphaten, Aldehyden, einschließlich aldehydhaltigen Harzen, Säureanhydriden und polyfunktionellen Reagenzien wie beispielsweise Cyanursäurechlorid ausgewählt.
  • Chemische Modifizierungsreaktionen können sowohl vor der Extrusion als auch im Extruder durchgeführt werden. Es kann sinnvoll sein, diese vor der Extrusion durchzuführen, weil dann nach Fragmentierung im Extruder und anschließender Dispergierung des gemahlenen Produkts im Wasser Dispersionen mit kleineren Fragmenten entstehen.
  • Die Stärken können vorzugsweise von Knollen- und Wurzelstärken sowie Getreidestärken als Ausgangsmaterial herrühren. Typische Knollen- und Wurzelstärken sind Kartoffelstärke, Tapiokastärke; wobei leicht verfügbare Getreidestärken Maisstärke oder Weizenstärke sind. Die verwendbare Stärke ist jedoch keineswegs auf diese Stärken beschränkt - der Vorteil der vorgenannten besteht lediglich darin, dass sie gegenwärtig auf dem Markt leicht zu beschaffen sind. Es können selbstverständlich auch Mischungen aus einer oder mehreren Stärken, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus nativen, oxidativ, thermisch oder hydrolytisch abgebauten sowie chemisch modifizierten Knollen-, Wurzel- oder Getreidestärken eingesetzt werden. Darüber hinaus können auch Knollen-, Wurzel- oder Getreidemehle als Rohstoff eingesetzt werden. Mit Hilfe eines Extruders (sowohl Einschnecken- als auch Doppelschneckenextruder) kann, ausgehend von z.B. Kartoffelstärkekörnern, eine definierte Fragmentierung erreicht werden, wobei das fertige Trockenprodukt unter 2 mm Körnung, vorzugsweise unter 1 mm, mit einer mittleren Partikelgröße von ca. 500 µm gemahlen wird.
  • Das mechanische und thermische Zerkleinern der vernetzten Polysaccharidkörner führt dabei zu Fragmenten, deren Oberfläche nicht aus geordneten molekularen Bezirken besteht, sondern von losen, teilhydrolysierten Polysaccharidsträngen gebildet wird. Diese nach Quellen in Wasser "weiche" Schicht ermöglicht größere Berührungsflächen beim Anlagern an Fasern und damit festere Bindung der Polysaccharidpartikel an Fasern.
  • Die auf das erfindungsgemäße Rauchwarenumhüllungsmaterial aufzutragende Zusammensetzung kann optional neben dem die Luftdurchlässigkeit des Rauchwarenumhüllungsmaterials bewirkenden Mittel ein Lösemittel enthalten.
  • Als Lösemittel lassen sich Wasser und/oder ein organisches Lösemittel verwenden. Als organisches Lösemittel eignen sich beispielsweise Isopropanol, Ethanol, Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon und/oder N-Methylmorpholin-N-oxid.
  • Ferner kann die auf das erfindungsgemäße Rauchwarenumhüllungsmaterial aufzutragende Zusammensetzung optional weitere Bestandteile wie beispielsweise weitere die Luftdurchlässigkeit des Basisumhüllungsmaterials verändernde Substanzen, Füllstoffe, die Brenngeschwindigkeit verzögernde Substanzen und/oder die Brenngeschwindigkeit beschleunigende Substanzen, enthalten.
  • Als weitere die Luftdurchlässigkeit des Basisumhüllungsmaterials verändernde Substanzen lassen sich insbesondere nicht einer mechanischen Fragmentierung und chemischen Vernetzung unterzogene Polysaccharide, wie Stärke, modifizierte Stärke, Stärkederivate, Cellulose, Cellulosederivate, Chitosan, Chitosanderivate, Chitin, Chitinderivate, Alginat, Alginatderivate oder eine Kombination dieser Verbindungen nennen.
  • Die Anteile der jeweiligen Bestandteile in der auf das erfindungsgemäße Rauchwarenumhüllungsmaterial aufzutragenden Zusammensetzung betragen, jeweils bezogen auf das Gewicht des Feststoffgehalts der Zusammensetzung, beispielsweise 20 % - 100 %, vorzugsweise 45 % - 100 %, speziell bevorzugt 70 % - 100 % chemisch vernetztes, mechanisch fragmentiertes Polysaccharid, insbesondere Stärke, gegebenenfalls 0 % bis 40 %, vorzugsweise 0 % bis 20 % eines herkömmlich verwendeten Polysaccharids, gegebenenfalls 0 % - 50 %, vorzugsweise 0 % - 30 % Füllstoff, und optional 0 % - 6 %, vorzugsweise 0 % - 3 % die Brenngeschwindigkeit verzögernde und/oder beschleunigende Substanz.
  • Die Auftragung der Zusammensetzung auf das Rauchwarenumhüllungsmaterial erfolgt üblicherweise nach der Herstellung des Basisrauchwarenumhüllungsmaterials beispielsweise mittels einer Sprüh- oder Drucktechnik, vorzugsweise einer Tiefdrucktechnik. Diese Verfahren sind dem Fachmann auf dem einschlägigen Fachgebiet wohlbekannt und in der Patentliteratur ausführlich beschrieben, so dass hier auf eine detaillierte Beschreibung der einsetzbaren Auftragungsverfahren verzichtet werden kann.
  • In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Auftragung der Zusammensetzung auf das erfindungsgemäße Rauchwarenumhüllungsmaterial durch Applikation mittels einer Druckdüse mit einem in der Regel quer zur Laufrichtung verlaufenden Austrittsschlitz erfolgen. Bei der einsetzbaren Druckdüse handelt es sich üblicherweise um eine Düse mit einer unter einem Vordruck stehenden Innenkammer, gesteuerten und schnell reagierenden Ventilen, die den Auslauf in einen Düsenschlitz steuern, und einer an die gewünschte Applikation angepassten Geometrie von Düse und Austrittsschlitz.
  • Die Verwendung einer solchen Druckdüse ermöglicht entweder einen kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Materialauftrag auf das erfindungsgemäße Rauchwarenumhüllungsmaterial in den für die beschriebene Anwendung erforderlichen diskreten Bereichen oder über die gesamte Fläche des Rauchwarenumhüllungsmaterials hinweg. Für die gewünschte Applikation können auch mehrere separat steuerbare Einzeldüsen in modularer Form kombiniert sein.
  • Das Verfahren liefert bei ausreichender Viskosität des Auftragsmediums gleichmäßige Beschichtungen mit klaren und genau abgesetzten Vorder- und Hinterkanten. Da es sich um kein Sprühverfahren handelt, treten keine unerwünschten vereinzelten Spritzer des applizierten Materials außerhalb des diskreten Bereiches auf.
  • Die Auftragung der zu applizierenden Zusammensetzung auf das erfindungsgemäße Rauchwarenumhüllungsmaterial gemäß einem der oben geschilderten Auftragungsverfahren erfolgt üblicherweise zumindest in diskreten Zonen des Rauchwarenumhüllungsmaterials, gewünschtenfalls auch auf dem gesamten Rauchwarenumhüllungsmaterial.
  • Die Auftragungsmenge der Zusammensetzung auf das erfindungsgemäße Rauchwarenumhüllungsmaterial liegt üblicherweise in einem Bereich von 0,1 g/m2 - 10 g/m2, vorzugsweise 0,3 g/m2 - 5 g/m2 des Rauchwarenumhüllungsmaterials.
  • Die Auftragung wird üblicherweise so durchgeführt, dass die Auftragung auf dem erhaltenen erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterial nicht oder kaum sichtbar ist und die behandelten Zonen ein glattes und flaches Gefüge aufweisen, das im Wesentlichen demjenigen der unbehandelten Zonen entspricht. Die Breite und der Abstand der aufgetragenen Zonen hängen von einer Reihe von Variablen, wie der Luftdurchlässigkeit des Rauchwarenumhüllungsmaterials, der Dichte der Zusammensetzung des Tabakstranges, dem Zigarettendesign usw. ab. Die Zonen besitzen üblicherweise eine Breite von mindestens 3 mm, vorzugsweise 5 mm bis 10 mm.
  • Auch der Abstand zwischen den Zonen hängt auch von einer Reihe von Variablen ab. Üblicherweise sollte der Abstand der Zonen 1 mm bis 35 mm, vorzugsweise 10 mm bis 25 mm betragen.
  • Gewöhnlich enthält das erfindungsgemäße Rauchwarenumhüllungspapier (in der gerollten Form) 1 bis 3 behandelte ringförmige Zonen, die wie oben ausgeführt, beabstandet sind.
  • Im Rahmen eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Rauchwarenumhüllungsmaterial zur Herstellung von Rauchwaren verwendet.
  • Allgemein gilt, dass das erfindungsgemäße Rauchwarenumhüllungsmaterial im Bereich dieser Zonen eine verringerte Luftdurchlässigkeit aufweist, wodurch die Zigarette in diesem Bereich erlischt, sofern eine Behinderung des freien Zutritts von Luft vorliegt. Zur Messung der Selbsterlöschungstendenz wird üblicherweise ein allgemein anerkannter Standard, der NIST-Test gemäß NIST Technical Note 1436, angewendet. Ferner kann ein auf dem allgemeinen Fachgebiet üblicher Test auf freies Glimmen durchgeführt werden, bei dem eine Zigarette nach Befestigung in einer Halterung unter Ermöglichung eines freien Zutritts von Luft einmal angezündet wird. Bei einem erfolgreichen Test für freies Glimmen glimmt die Zigarette nach dem Anzünden in der Halterung vollständig ab ohne zu erlöschen. Sollte dies nicht der Fall sein und die Zigarette vor dem vollständigen Abglimmen erlöschen, ist dieser Test nicht oder nur teilweise erfüllt.
  • Die erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen können in erfindungsgemäßen Rauchwarenumhüllungsmaterialien beliebiger Luftdurchlässigkeit verwendet werden, da die Teilchengröße, die Form und andere wichtige Parameter der erfindungsgemäßen Kompositteilchen mit denen von üblicherweise als Füllstoff verwendetem Substanzen, insbesondere mit gefälltem Calciumcarbonat, in Übereinstimmung gebracht werden können. Andere Füllstoffe, die ebenfalls eine glimmreduzierende Wirkung besitzen, können diesen breiten Luftdurchlässigkeitsbereich von Zigarettenpapier nicht abdecken oder sind nicht zulässig nach geltenden gesetzlichen Bestimmungen. Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung durch Beispiele und Vergleichsbeispiele weiter veranschaulicht, ohne dass hierdurch eine Beschränkung des Erfindungsgedankens erfolgen soll.
    • Messmethoden
  • Elektronenmikroskop
    Die rasterelektronischen Aufnahmen wurden mit einem Hochspannungselektronenmikroskop (Zeiss, DSM 962) bei 15 kV durchgeführt. Die Proben wurden mit einer Gold-Palladiumschicht besprüht.
    • Thermogravimetrie (TGA)
  • Die Thermogravimetrie wurde mit einem PerkinElmer STA 6000 unter Stickstoff (Stickstoff-Durchflußmenge: 20 ml/min) im Bereich von 40°C bis 1000°C bei einer Heizrate von 20°C/min durchgeführt.
    • Brandlochtest
  • Eine ca. 1 mm dünne Drahtschlinge, die ihrerseits auf 550 °C Temperatur geheizt wird, wird in einen senkrecht gespannten Papierstreifen, der das zu prüfende Rauchwarenumhüllungspapier ist, waagerecht eingeführt und während der Messung in dieser Position belassen. Die Temperatur der heißen Drahtschlinge wird hierbei mit einem Temperaturfühler gemessen und auf 550 °C gesteuert. Die heiße Drahtschlinge verbrennt das Papier, bildet ein Brandloch und leitet einen Glimmvorgang ein. Die horizontale Vergrößerung des Brandlochdurchmessers abzüglich des Drahtschlingendurchmessers ergibt den Brandlochzuwachs und wird in mm ausgedrückt. Der Brandlochtest wurde jeweils 5 mal mit jeder Papierprobe durchgeführt.
    • Sauerstoffindex
  • Der Sauerstoffindex (abgekürzt OI, oder LOI = Limiting Oxygen Index) ist eine Kenngröße zur Beschreibung des Brandverhaltens von Kunststoffen. Es ist die minimale Sauerstoffkonzentration eines Sauerstoff-Stickstoff-Gemisches, bei der die Verbrennung eines vertikal angeordneten Prüfkörpers unter den Prüfbedingungen anhält.
  • Die Probe, deren Sauerstoffindex ermittelt werden soll, wird in einem stehenden Glasrohr, das von einer Sauerstoff-Stickstoff-Mischung durchströmt wird, von oben entzündet. Nach Entfernen der Zündflamme wird das Brandverhalten beobachtet. Brennt die Flamme länger als 180 Sekunden oder erreicht eine 50 mm unterhalb der oberen Kante befindliche Messmarke, wird die Sauerstoffkonzentration im folgenden Versuch reduziert, im anderen Fall erhöht. Dies wird so lange durchgeführt, bis bei einer bestimmten Konzentration 50 % der Prüfkörper brennen.
    • Sedimentationsanalyse
  • Bestimmung der Korngrößenverteilung mit dem Sedigrafen 5100.
    • Prüfdurchführung
  • Die Bestimmung der Korngrößenverteilung erfolgt durch die Messung der Sedimentationsgeschwindigkeit der Prüfsubstanz. Die Messung selbst geschieht durch die Schwächung eines Röntgenstrahles, der durch die Suspension geschickt wird. Anfangs ist die Schwächung hoch, später bei beginnender Sedimentation kann der Strahl die "dünner" werdende Suspension besser durchdringen, d.h. die Schwächung nimmt ab.
    • Geräte, Chemikalien
    • allgemeine Laborausrüstung
    • Sedigraf 5100 mit Master-Tech 51 der Firma Micromeritics
    • Dispergierlösungen 0,5% und 0,1% Natriumpolyphosphat(NPP) in vollentsalztes-Wasser;
    Durchführung 1. Präparation
  • Zunächst wird die Probe präpariert, indem man den Probenbecher auf der Waage tariert, die Probenmenge gemäß Tabelle 1 einwiegt oder einpipettiert und mit der Dispergierlösung gemäß Tabelle 1 auf insgesamt ca.80 g auffüllt. Tabelle 1:
    Probe Einwaage Dispergiermittel
    Pulver 3,0 g 0,1 % NPP
    PCC Suspension, Konzentration ca. 160g CaCO3/)* 20,0 g 0,5 % NPP
    PCC Suspension, Konzentration ca. 120g CaCO3/l* 25,0 g 0,5 % NPP
    * Die Einwaage bezieht sich immer auf 3 g atro, bei starken Abweichungen des Feststoffgehaltes muss die Einwaage angepasst werden.
    • 2. Messung und Auswertung
  • Die Messung und die Auswertung erfolgt mittels des Sedigrafen. Die Software errechnet die Korngrößenverteilung.
    • Beispiel 1
  • Eingesetzte Rohstoffe: 20 kg Calciumcarbonat-Suspension in Wasser Kristallstruktur: Calcit / Skalenoeder Teilchengröße (Sedimentationsanalyse, Sedigraph): d50 = ca. 1,5 µm; < 1 µm = ca. 19 % pH-Wert: 8 - 9 Feststoffgehalt (gravimetrisch): 17 % Spez. Oberfläche (BET): 9 m2/g
    1,12 kg Polyaluminiumchlorid-Lösung (12,5 % Al ± 0,3 %; Handelsware PAX-XL 19 von Kemira)
  • Geräte: Dissolver-Dispermat der Fa. Emod mit Propellerrührer Rührbehälter ca. 25 L ohne Stromstörer
  • Es werden 20,0 kg einer 14 Gew.%-igen wässrigen Calciumcarbonat-Suspension vorgelegt und bei 450 U/min gerührt. Anschließend werden unter Rühren 1120 g PAX-XL 19 zügig zugegeben und die Drehzahl auf 1000 U/min erhöht. Bei der sichtbaren Abnahme der Viskosität wird die Drehzahl wieder auf 450 U/min reduziert. Die Suspension wird 20 min gerührt. Am Ende der Fällung liegt der pH-Wert zwischen 6 und 7.
    • Analyse
  • Die Suspension wird mit einer Nutsche (d=26 cm) und mit einem Blaubandrundfilter ("42"-Quantitative) filtriert und der Filterkuchen wird mit vollentsalztem-Wasser gewaschen, bis durch Ausflockung mit Silbernitrat in bekannter Weise keine Chloridionen im Filtrat mehr beobachtet werden. Der feuchte Filterkuchen wird im Umlufttrockenschrank bei 100°C bis zur Massenkonstanz getrocknet. Anschließend wird der trockene Filterkuchen mit einer Stiftmühle (UPZ der Fa. ALPINE bei 220 V) gemahlen. Analysendaten des Pulvers
    Pulver spez. Oberfläche Feuchte
    [m2/g] [%]
    Ausgangs Calciumcarbonat 9 0,4
    Kompositteilchen 21 2,9
  • Fig. 1 zeigt das Diffraktogramm des Ausgangscalciumcarbonates, Fig. 2 zeigt das Diffraktogramm des Kompositteilchens. Fig. 3 zeigt eine REM-Aufnahme des Kompositteilchens. Fig. 4 zeigt die TGA-Kurve des Kompositteilchens.
    • Vergleichsbeispiel 1
  • 750 g Calciumcarbonatsuspension des Beispiels 1 wurden mit 15,2 g Aluminiumhydroxid (Alfrimal; Fa. Alpha) gemischt, 15 Minuten gerührt und wie zuvor beschrieben bei 130°C getrocknet.
  • Fig. 5 zeigt das Diffraktogramm des Aluminiumhydroxids, Fig. 6 zeigt das Diffraktogramm der resultierenden Mischung. Fig. 7 zeigt eine REM-Aufnahme der resultierenden Mischung.
  • Im Unterschied zum erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen zeigt das Diffraktogramm der Mischung aus Calciumcarbonat und Aluminiumhydroxid Signale, beispielsweise bei ca. 2θ=18,3, für Aluminiumhydroxid und in der REM-Aufnahme ist das Aluminiumhydroxid eindeutig zu erkennen.
  • Fig. 8 zeigt die TGA-Kurve der resultierenden Mischung. Im Unterschied zum erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen gibt die Mischung aus Calciumcarbonat und Aluminiumhydroxid erst oberhalb von 200°C Wasser ab.
    • Beispiel 2
  • Durchführung wie in Beispiel 1 unter Verwendung von 0,09 kg PAX-XL 19. Analysendaten des Pulvers
    Pulver spez. Oberfläche Feuchte
    [m2/g] [%]
    Ausgangs Calciumcarbonat 9 0,4
    Kompositteilchen 10 0,6
    • Vergleichsbeispiel 2
  • Calciumcarbonat-Suspension:
    • Kristallstruktur: Calcit / Skalenoeder Teilchengröße (Sedimentationsanalyse, Sedigraph): d50 = ca. 1,5 µm; < 1 µm = ca. 19%
      pH-Wert: 8 - 9
      Feststoffgehalt (gravimetrisch): 17 %
      Spez. Oberfläche (BET): 9 m2/g
    Beispiel 3
  • Durchführung wie in Beispiel 1 unter Verwendung der folgenden Calciumcarbonat-Suspension
    • Kristallstruktur: Calcit / Skalenoeder
    • Teilchengröße (Sedimentationsanalyse, Sedigraph): d50= ca. 2,95 µm; < 1
    • µm = ca. 0,47 %
    • pH-Wert: 8 - 9
    • Feststoffgehalt (gravimetrisch): 17 %
    • Spez. Oberfläche (BET): 6 m2/g
    Analysendaten des Pulvers
    Pulver spez. Oberfläche Feuchte
    [m2/g] [%]
    Ausgangs Calciumcarbonat 6 0,4
    Verbundpigment 11 2,7
    Beispiel 4
  • Durchführung wie in Beispiel 3, wobei jedoch statt 1,12 kg Polyaluminiumchlorid-Lösung nur 0,56 kg Polyaluminiumchlorid-Lösung eingesetzt wurden. Analysendaten des Pulvers
    Pulver spez. Oberfläche Feuchte
    [m2/g] [%]
    Ausgangs Calciumcarbonat 6 0,4
    Verbundpigment 9 1,8
    • Beispiel 5
  • Eingesetzte Rohstoffe: 6 kg Calciumcarbonat-Suspension in Wasser Kristallstruktur: Calcit / Skalenoeder Teilchengröße (Sedimentationsanalyse, Sedigraph): d50= ca. 2,0 µm; < 1 µm = ca. 7 % pH-Wert: 8 - 9 Feststoffgehalt (gravimetrisch): 13,8 % Spez. Oberfläche (BET): 7 m2/g
    0,964 kg Aluminiumsulfat-Lösung (4,3 % Al; Handelsware ALS von Kemira)
  • Geräte: Dissolver-Dispermat der Fa. Emod mit Propellerrührer Rührbehälter ca. 10 L ohne Stromstörer
  • Es werden 6 kg einer 14 Gew.%-igen wässrigen Calciumcarbonat-Suspension vorgelegt und bei 450 U/min gerührt. Anschließend werden unter Rühren 964 g ALS zügig zugegeben und die Drehzahl auf 1000 U/min erhöht. Bei der sichtbaren Abnahme der Viskosität wird die Drehzahl wieder auf 450 U/min reduziert. Die Suspension wird 20 min gerührt. Am Ende der Fällung liegt der pH-Wert zwischen 6 und 7.
    • Analyse
  • Die Suspension wird mit einer Nutsche (d=26 cm) und mit einem Blaubandrundfilter ("42"-Quantitative) filtriert und der Filterkuchen wird mit vollentsalztem-Wasser gewaschen, bis durch Ausflockung mit Silbernitrat in bekannter Weise keine Chloridionen im Filtrat mehr beobachtet werden. Der feuchte Filterkuchen wird im Umlufttrockenschrank bei 100°C bis zur Massenkonstanz getrocknet. Anschließend wird der trockene Filterkuchen mit einer Stiftmühle (UPZ der Fa. ALPINE bei 220 V) gemahlen. Analysendaten des Pulvers
    Pulver spez. Oberfläche Feuchte
    [m2/g] [%]
    Verbundpigment 16 3,6
    • Beispiel 6
  • Durchführung wie in Beispiel 5, wobei jedoch statt 0,964 kg Aluminiumsulfat-Lösung 0,767 kg Aluminiumnitratsulfat-Lösung (5,4 % Al; Handelsware Nicasal von Sachtleben) eingesetzt wurden. Analysendaten des Pulvers
    Pulver spez. Oberfläche Feuchte
    [m2/g] [%]
    Verbundpigment 11 4,2
    • Beispiel 7
  • Durchführung wie in Beispiel 5, wobei jedoch statt 0,964 kg Aluminiumsulfat-Lösung 0,796 kg Aluminiumchlorid-Lösung (5,2 % Al; Handelsware Sachtoklar P von Sachtleben) eingesetzt wurden. Analysendaten des Pulvers
    Pulver spez. Oberfläche Feuchte
    [m2/g] [%]
    Verbundpigment 27 2,9
    • Beispiele 8 und 9 und Vergleichsbeispiel 3
  • Auf einer Langsiebmaschine wurden verschiedene Rauchwarenumhüllungspapiere aus einem Langfaserzellstoff (2/3 Aspa - 1/3 Stendal, Mahlgrad 75 Grad Schopper-Riegler) hergestellt. Die Kompositteilchen wurden dem Stoffauflauf in einer solchen Menge zugegeben, dass das Rauchwarenumhüllungspapier die Kompositteilchen in einer Menge von 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Umhüllungspapiers, enthielt. Ferner wurde in die Rauchwarenumhüllungspapiere eine Menge von 1,1 Gew.-% Glimmsalz (Natrium-/Kaliumcitrat = 1:1), bezogen auf das Gesamtgewicht des Rauchwarenumhüllungsmaterials, eingearbeitet. In das Vergleichsrauchwarenumhüllungspapier von Vergleichsbeispiel 3 wurde die in Vergleichsbeispiel 2 hergestellte Calciumcarbonat-Suspension in einer derartigen Menge eingearbeitet, dass der Anteil an Calciumcarbonat, bezogen auf das Gesamtgewicht des Umhüllungsmaterials, 25 Gew.-% betrug. Das Flächengewicht der hergestellten Rauchwarenumhüllungspapiere betrug 30 g/m2. Die Glimmsalzmenge in den Papieren, die Glimmzeit und die Ergebnisse des Brandlochtests werden in der folgenden Übersicht zusammengefasst.
    Pigment Glimmsalz [Gew.-%] Glimmzeit [s] Brandloch [mm]
    VB 3 Vergleichsbeispiel 2 1,17 63 7-∞
    B 8 Beispiel 2 1,09 72,5 4
    B 9 Beispiel 1 1,15 76 2
  • Die Probe des Vergleichsbeispiels 3 erzielt einen Brandlochzuwachs von größer 5 mm, in einigen Proben glimmte das komplette Papier ab (unendlich großer Brandlochzuwachs). Durch Zusatz der erfindungsgemäß verwendeten Kompositteilchen in Beispiel 8 und 9 wird der Brandlochzuwachs zunehmend verkleinert und kleiner 5 mm gehalten (Mittelwert aus 5 Tests). Diese 5 mm gelten als auf dem einschlägigen Fachgebiet anerkannte Grenze, um ein Rauchwarenumhüllungspapier als glimmreduziert (kleiner oder gleich 5 mm) bezeichnen zu können. Bei einem Brandlochzuwachs größer 5 mm wird das Rauchwarenumhüllungspapier als nicht glimmreduziert bezeichnet.
    • Beispiele 10 und 11 und Vergleichsbeispiele 4 und 5
  • Analog zu Beispiel 8 wurden Rauchwarenumhüllungspapiere mit dem Kompositteilchen von Beispiel 2 hergestellt.
  • Es wurden Rauchwarenumhüllungspapiere mit 25 % Füllstoffgehalt, einer Flächenmasse von 30 g/m2 und einer Luftdurchlässigkeit von 15 bis 150 CU hergestellt. Die Faserstoffkomponente, die 75 Gew.-% des Rauchwarenumhüllungspapiers ausmachte, bestand aus gemahlenem Langfaserzellstoff mit einem Mahlgrad von 65 bis 84 Grad Schopper Riegler zur Darstellung des o.g. Luftdurchlässigkeitsbereiches. Die Glimmsalzmenge in den Papieren, die Glimmzeit und die Ergebnisse des Brandlochtests werden in der folgenden Übersicht zusammengefasst.
    Pigment Glimmsalz [%] Glimmzeit [s] Brandloch [mm]
    VB 4 Vergleichsbeispiel 2 0 01 ∞
    VB 5 Vergleichsbeispiel 2 1 60 ∞
    B 10 Beispiel 1 0 01 <5
    B 11 Beispiel 1 1 70 <5
    1: nicht meßbar, geht aus
    • Beispiele 12 bis 14 und Vergleichsbeispiel 6
  • Die in Vergleichsbeispiel 5 und Beispiel 10 beschriebenen Umhüllungspapiere werden mit speziellen Banden (LIP-Banden) für den Selbsterlöschungstest an Zigaretten versehen, die Diffusionskapazität der Banden beträgt 0,16 cm/s. Dies ist erfahrungsgemäß ein Bereich, in dem die Wirkung von den unterschiedlichen Füllstoffen auf die Selbsterlöschung der Zigarette auf einem 10 Lagen umfassenden Filterpapier (siehe ASTM-Werte) und die Neigung der Zigarette zum Selbsterlöschen bei freiem Glimmen (nur von freier Luft umgeben und nicht auf einer Unterlage liegend) der Zigarette (siehe FASE-Werte) herausgearbeitet werden kann und eine Unterscheidung bei FASE-Werten zu erwarten ist. Die Vorgaben 100 % ASTM mit Banden-Diffusion von jeweils 0,16 cm/s wird von allen untersuchten Proben erfüllt. Die Zusammensetzung der untersuchten Materialien sowie die beobachteten FASE-Werte werden in der folgenden Übersicht zusammengefasst:
    Pigment im Zigarettenpapier Pigment im LIP-Auftrag FASE [%]
    VB 6 Vergleichsbeispiel 2 - 60
    B 12 Vergleichsbeispiel 2 Beispiel 1 (8 Gew.%) 40
    B 13 Beispiel 1 - 100
    B 14 Beispiel 1 Beispiel 1 (8 Gew.%) 20
  • Je niedriger ein FASE-Wert ist (20 % FASE bedeuten, dass 80 % aller Zigaretten in freier Umgebung weiterglimmen) bei einem gleichzeitigen ASTM-Wert von größer 75 %, desto vorteilhafter werden solche Zigaretten vom Zigarettenhersteller und dem Raucher bewertet.
  • Die Papierprobe des Beispiels 14 mit Kompositteilchen im Zigarettenpapier und als Bestandteil des LIP-Bandenmaterials erreicht hier das beste Ergebnis im Vergleich zu Standard-PCC, gefolgt von der Papierprobe des Beispiels 12 (Kompositteilchen im LIP-Auftrag).
    • Beispiel 15 und Vergleichsbeispiele 8 und 9
  • Auf einer Langsiebmaschine wurden verschiedene Rauchwarenumhüllungspapiere aus einem Langfaserzellstoff (2/3 Aspa - 1/3 Stendal, Mahlgrad 75 Grad Schopper-Riegler) hergestellt. Die Kompositteilchen wurden dem Stoffauflauf in einer solchen Menge zugegeben, dass das Rauchwarenumhüllungspapier die Kompositteilchen in einer Menge von 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Umhüllungspapiers, enthielt. In das Vergleichsrauchwarenumhüllungspapier von Vergleichsbeispiel 8 wurde die in Vergleichsbeispiel 2 hergestellte Calciumcarbonat-Suspension in einer derartigen Menge eingearbeitet, dass der Anteil an Calciumcarbonat, bezogen auf das Gesamtgewicht des Umhüllungsmaterials, 25 Gew.-% betrug. In das Vergleichsrauchwarenumhüllungspapier von Vergleichsbeispiel 9 wurde ein Gemisch aus der in Vergleichsbeispiel 2 hergestellten Calciumcarbonat-Suspension und Aluminiumhydroxid in einem Verhältnis von 90:10 (bezogen auf das Gewicht) in einer derartigen Menge eingearbeitet, dass der Anteil an dem Gemisch aus Calciumcarbonat und Aluminiumhydroxid, bezogen auf das Gesamtgewicht des Umhüllungsmaterials, 25 Gew.-% betrug. Ferner wurde in die Rauchwarenumhüllungspapiere eine Menge von 1,2 Gew.-% Glimmsalz (Natrium-/Kaliumcitrat = 1:1), bezogen auf das Gesamtgewicht des Rauchwarenumhüllungsmaterials, eingearbeitet. Das Flächengewicht des hergestellten Rauchwarenumhüllungspapiers betrug 30 g/m2. Die Glimmzeit und die Ergebnisse des Brandlochtests werden in der folgenden Übersicht zusammengefasst:
    Pigment Glimmsalz [Gew.-%] Glimmzeit [s] Brandloch [mm]
    VB 8 Vergleichsbeispiel 2 1,17 63 7-∞
    VB 9 90 % VB 2 + 10 % Aluminiumhydroxid (Afrimal, Fa. Alpha) 1,20 69 6
    B 15 Beispiel 1 1,15 76 2
  • Die Mischung von 90 % Calciumcarbonat und 10 % Aluminiumhydroxid in Rauchwarenumhüllungspapieren (VB 9) ist effizient im Vergleich zu VB 8 mit ausschließlich Calciumcarbonat als Pigment in der Erhöhung der Glimmzeit (Reduzierung der Glimmgeschwindigkeit) und der Reduzierung des Brandloches, jedoch deutlich weniger effizient im Vergleich zu Beispiel 15 (Kompositteilchen). Die Luftdurchlässigkeit liegt bei 100 CU.

Claims (20)

  1. Rauchwarenumhüllungsmaterial, das Kompositteilchen umfasst, die nach einem Verfahren erhältlich sind, bei welchem man
    a) eine wässrige Suspension vorlegt, die Calciumcarbonatpartikel enthält,
    b) ein Metallsalz, umfassend ein Aluminiumkation, zugibt,
    wobei das Metallsalz
    (i) in der Lage ist, in der Suspension eine basische Metallkomponente zu bilden,
    (ii) in Wasser, gemessen bei dem pH-Wert der vorgelegten Suspension und einer Temperatur von 20°C, eine Löslichkeit größer 9,0 mg/l aufweist.
  2. Rauchwarenumhüllungsmaterial nach Anspruch 1, wobei die Kompositteilchen unter Verwendung von Al(NO3)3, , Polyaluminiumchlorid, Aluminiumsulfat und/oder Aluminiumnitratsulfat erhältlich sind.
  3. Rauchwarenumhüllungsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Röntgenbeugungsaufnahme der Kompositteilchen die Signalintensität bei 2θ=18,3±1,0 kleiner 100,0 % ist, wobei die Intensität des Signals bei 2θ=29,5±1,0 als 100,0% definiert wird.
  4. Rauchwarenumhüllungsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Röntgenbeugungsaufnahme der Kompositteilchen die Signalintensität bei 2θ=18,3±1,0 kleiner 100,0 % ist, wobei die Intensität des Signals bei 2θ=26,2±1,0 als 100,0% definiert wird.
  5. Rauchwarenumhüllungsmaterial nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompositteilchen eine BET-Oberfläche im Bereich von 0,1 m2/g bis kleiner als 25 m2/g aufweisen.
  6. Rauchwarenumhüllungsmaterial nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompositteilchen in Anteilen von 1 - 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Rauchwarenumhüllungsmaterials, vorhanden sind.
  7. Rauchwarenumhüllungsmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauchwarenumhüllungsmaterial ein Belagpapier ist.
  8. Rauchwarenumhüllungsmaterial nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauchwarenumhüllungsmaterial ein Filterumhüllungspapier ist.
  9. Rauchwarenumhüllungsmaterial nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauchwarenumhüllungsmaterial ein Zigarettenpapier ist.
  10. Rauchwarenumhüllungsmaterial nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zigarettenpapier diskrete Zonen verringerter Luftdurchlässigkeit enthält.
  11. Rauchwarenumhüllungsmaterial nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, das sich die diskreten Zonen des Zigarettenpapiers
    - im Glimmsalzgehalt oder
    - im Gehalt des Verbundstoffes oder
    - im Glimmsalzgehalt und im Gehalt des Verbundstoffes oder
    - im Glimmsalzgehalt und im Gehalt des Verbundpigmentes in Mischung mit Calciumcarbonat gegenüber dem Papier außerhalb der diskreten Zonen unterscheiden.
  12. Rauchwarenumhüllungsmaterial nach Anspruch10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Zonen des Zigarettenpapiers ein mechanisch fragmentiertes, chemisch vernetztes Polysaccharid mit einer Teilchengröße, definiert als gewichtetes Mittel des Trockenproduktes im Bereich von 1 bis 1000 µm, enthalten.
  13. Rauchwarenumhüllungsmaterial nach Anspruch 12, wobei es sich bei dem mechanisch fragmentierten und chemisch vernetzten Polysaccharid um mechanisch fragmentierte und chemisch vernetzte Stärke handelt.
  14. Rauchwarenumhüllungsmaterial nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Zonen des Zigarettenpapiers neben dem mechanisch fragmentierten, chemisch vernetzten Polysaccharid mit einer Teilchengröße, definiert als gewichtetes Mittel des Trockenproduktes im Bereich von 1 bis 1000 µm, zusätzlich Kompositteilchen gemäß Definition gemäß Anspruch 1 und gegebenenfalls weitere Füllstoffe enthalten.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Rauchwarenumhüllungsmaterials, wobei das Verfahren ein Herstellen eines Rauchwarenumhüllungsmaterials auf einer Papiermaschine umfasst, wobei der Zellstoffpulpe nach der Entwässerung über eine Leimpresse oder durch einen anderen Applikationsapparat Kompositteilchen gemäß Definition in Anspruch 1 zugegeben wird.
  16. Verwendung eines Rauchwarenumhüllungsmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Herstellung von Rauchwaren.
  17. Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Rauchwarenumhüllungsmaterial um ein Belagpapier handelt.
  18. Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Rauchwarenumhüllungsmaterial um ein Filterumhüllungspapier handelt.
  19. Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Rauchwarenumhüllungsmaterial um ein Zigarettenpapier handelt.
  20. Rauchware, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Rauchwarenumhüllungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 14 umfasst.
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